地大宝石学-第十章.doc

第十章 贵重宝石

钻石

红宝石和蓝宝石

祖母绿

绿柱石族宝石

金绿宝石

欧泊

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本章学习指导

一、本章学习的重点
1.重点掌握贵重宝石的结晶学特征及宝石学特征
2.掌握各种贵重宝石优化处理方法的特点和鉴定特征。
3.掌握贵重宝石合成品的鉴定特征。
4.了解贵重宝石的品质分级和质量评价的概念和方法。
5.了解贵重宝石的地质产状和资源分布。
二、本章学习的难点
1.物理性质与结晶学特征之间的联系
2.宝石矿床的成因。
3.合成品、处理品的鉴定特征。

第一节 钻石

一、概述

二、钻石的成因及产出

三、钻石的宝石学性质

四、钻石及仿制品的鉴定特征

五、钻石的优化处理

六、合成钻石及其鉴别

七、钻石的质量评价

本节学习指导
一、重点：
  1.掌握 钻石的主要宝石学性质。
  2.掌握 钻石优化处理的方法的特点和鉴定特征。
  3.掌握合成钻石的鉴定特征。
  4.了解钻石的地质产状和资源分布。
  5. 了解钻石品质分级的概念和方法。
二、难点
  1.掌握钻石的宝石学特征。
  2.理解钻石矿床的成因。
  3.掌握合成钻石、处理钻石的鉴定特征。

一、概述

   “钻石恒久远，一颗永留传”。钻石以其璀璨光彩、稀少、珍贵、坚硬无比和独一无二的特质，被誉为“宝石之王”。
   1.钻石的概念
    钻石(Diamond)是指宝石级的金刚石，主要是由碳元素组成的等轴晶系天然矿物。摩氏硬度为10，密度为3.52(±0.01)g/cm3，折射率2.417,色散0.044。此外，钻石还具有高热导性、强抗腐蚀性等特点。在开采出的金刚石中能够达到宝石级的仅占总量的五分之一。
    2.钻石文化和历史
    钻石文化：钻石作为大自然恩赐给人类的宝贵财富，孕育着丰富的内涵。作为一种特殊的商品，自古以来就是爱情与永恒、成功与财富、权力与地位的象征。它比其他任何宝石更具有强烈的感性色彩、情感力量和投资价值。
    钻石发现历史: 钻石的发现历史经历了七个重要时期。
    （1）公元前800年至18世纪，印度（钻石发现的初始时期）：是历史上有记载最早发现钻石的产地。著名的钻石有“Koh-i-noor”。
    （2）1725年，巴西（钻石发现的承上启下时期）：巴西一直是19世纪前世界上最大的钻石生产国。著名的钻石有“President Vargas”、“Goyas”、“Portuguese”等。
    （3）1867年，南非，（钻石产业的奠基时期）：南非是最早发现钻石原生矿的国家，实现了钻石产业的形成、快速发展、垄断控制的三部曲。著名的钻石有“Cullinan”等。
    （4）1907年，其他非洲（钻石开采的扩张时期）：自南非发现钻石以来，非洲其他国家相继找到了钻石的原生矿床和砂矿床，掀开了世界钻石历史的新篇章。迄今已成为世界上主要的钻石产地。
    （5）1937年，俄罗斯（钻石产业的繁荣时期）：第二次世界大战后，由于西方大国对前苏联实施钻石禁运，使得前苏联的地质学家，加大了在西伯利亚地区寻找钻石资源的力度，1954年取得重要成果，发现了40多个有价值的含钻石金伯利岩管。
    （6）1976年，澳大利亚（改变钻石历史的时期）：澳大利亚西部地区首次发现了含金刚石橄榄钾镁煌斑岩。这一发现是金刚石矿床学的一个突破性进展，是世界上首次在金伯利岩以外的岩石中发现了金刚石。目前，澳大利亚已成为世界金刚石产量最多的国家，居第一位。
    （7）二十一世纪加拿大（钻石工业的新基地）：加拿大是一个新的钻石基地，含钻石的金伯利岩主要以岩墙产出，基本赋存在湖底，具有极大的潜在经济价值。

    3.钻石生产、交易、消费市场
    世界上钻石主要生产国为澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯、南非，这5个国家的钻石产量占世界总产量的90%以上。长期以来，DTC销售世界60%—80%的钻石原石。目前成品钻石的加工及交易中心主要集中在比利时安特卫普、以色列特拉维夫、美国纽约、印度孟卖和中国香港。
    钻石首饰零售占世界整个珠宝市场的80%以上，美国是世界经济最发达的国家，钻石销售一直名列世界第一。日本是世界人口密度最大，经济实力最强的国家之一，是世界第二大钻石消费市场。东南亚是世界钻石消费市场的后起之秀，也是十多年来钻石消费增长最快的区域，香港作为国际金融贸易中心，20世纪80年代以后已成为重要的珠宝首饰制造业中心、钻石贸易中心和消费中心。中国大陆是一个新兴的钻石市场，尽管市场的发展仍处于初级阶段，但中国拥有世界1/4的人口且经济发展强劲。据戴比尔斯推测中国将成为继美国、日本之后世界第三大钻石消费市场。

二、钻石的成因及产出

    1.钻石的成因类型
    （1）钻石形成的条件：到目前为止，研究认为钻石形成在大陆克拉通下部的上地幔中。[视频：钻石的形成]对钻石中包裹体研究结果表明，钻石中的原生或同生矿物包裹体可以分为两组即橄榄岩型和榴辉岩型。橄榄型钻石形成温度为900℃～1300℃(平均1050℃)，压力为(45～60)×108Pa，相当于地下120～180km的深度；榴辉岩型钻石形成温度1250℃，超过180km深度的压力。 图10-1-1。[视频：钻石的开采]、[视频：钻石的分选]

图10-1-1 钻石形成的模式

    （2）钻石成分中碳的来源：钻石中碳的同位素成分测定表明：上地幔中碳的来源有两种观点，即幔源碳（地幔中碳以固态矿物或溶解气体形式存在）和壳源碳（地壳碳被地质作用带入地幔）。
    （3）钻石形成的年代：橄榄岩型钻石大约形成于33亿年前；榴辉岩型钻石则分别为15.8亿年和9.9亿年。比把它带到地表的寄主岩石的年龄都早。
    寄主岩石类型：迄今为止，钻石仅保存在两种寄主岩石中，即金伯利岩和钾镁煌斑岩。这两种岩浆仅仅是将钻石携带到地壳浅层的载体。

图10-1-2 钻石的分布图
    2.钻石的分布与产出
    钻石在自然界中产出极稀少，分布很不均衡。迄今为止，只在世界27个国家找到了具有经济价值的金刚石矿床（图10-1-2）。
    二十一世纪，钻石主要采自非洲、澳大利亚、俄罗斯和加拿大。其中非洲是最主要的产地。主要产出国是博茨瓦纳、南非、刚果共和国、安哥拉和纳米比亚等。澳大利亚的钻石矿床主要集中在西澳地区，目前的钻石产量居世界首位。俄罗斯的钻石矿床多分布在西伯利亚地区，随着新的勘探方法的应用，有可能发现新的矿床，从而提高钻石产量。加拿大是一个新的钻石产出国，二十世纪90年代，在加拿大北部Slave州的湖泊地区发现了重大钻石矿床。预测不久的将来，每年可产出约占全球产量10%的钻石，加拿大将会成为另一个主要的钻石生产国。其他产钻石的国家还有：巴西、委内瑞拉、安哥拉、中非共和国、加纳、几内亚、象牙海岸、利比里亚、纳米比亚、塞拉里昂、印度、中国等。
    中国自1953年以来，先后在湖南、山东、辽宁等省发现金刚石矿床，探明储量超过2500万克拉，目前金刚石年产量15～20万克拉，占世界总产量的0.5%，其中宝石级20%。

三、钻石的宝石学性质

    1.钻石的结晶学特征
    钻石是由有规律重复排列的碳原子组成。碳原子和碳原子之间是以共用电子对(共价健)的形式键合在一起的。碳原子之间的结合及排列方式是导致钻石各种性质的根本原因。

图10-1-3 钻石原子结构图
    （1）钻石的结构基型：每个碳原子通过sp3杂化轨道同其他4个碳原子以0.154 nm间距相连接，形成4个共价单键，配布成一个正四面体。图10-1-3。
    （2）单位晶胞：立方面心晶胞，其边长为0.356 nm。碳原子除位于立方体晶胞的角顶及面中心外，在相间排列的小立方体中心还存在碳原子。每一个碳原子周围有四个碳原子围绕，形成四面体配位，整个结构可视为以角顶相连接的四面体的组合。

图10-1-4 钻石的原始晶形
    （3）晶系：等轴晶系。
    （4）结晶习性：常见八面体、菱形十二面体、立方体、三角三八面体、三角六八面体、三角四六面体和四角三八面体等。图10-1-4。
    （5）双晶：双晶类型有：①接触双晶(八面体按尖晶石律(111)形成双晶)；②星状穿插双晶(两个或多个单体相互贯穿所构成的双晶)；③环状双晶（有三个——五个单晶组成，（111）双晶结合面不平行，形成环状。
    钻石最常见的双晶为八面体按尖晶石律生长的接触双晶，外观为三角形的板状晶体。在双晶接合处常有凹角，凹角处常见平行八面体晶棱方向的交叉纹理，似青鱼骨刺，故称为青鱼骨刺纹。

    2.钻石的分类
    根据钻石是否含有氮元素，把钻石分成含氮的Ⅰ型钻石和不含氮的Ⅱ型钻石两个大类，II型钻石较为稀少，只占钻石总量的2%。Ⅰ型钻石又分成Ia型和Ib型，Ⅰa型钻石中的氮以聚合态的形式存在，Ⅰb钻石的氮以单原子形式存在。II型钻石Ⅱa型和Ⅱb型，Ⅱb型专指含少量的硼的蓝色钻石。Ib 和IIb型钻石更为稀少，不到钻石总量1%。但是，合成钻石大多数是Ib型的，或者是IIa型的。不同类型的钻石在紫外吸收、可见光吸收、红外吸收等方面存在笔筒的特征，列于下表10-1-1。

                                表10-1-1 钻石的类型及特征
分类及依据
Ⅰ 型 含一定量的氮杂质
Ⅱ型 不含氮，含硼等杂质
Ⅰa
Ⅰb
Ⅱa
Ⅱb
杂质元素存在的形式及亚类
双原子氮ⅠaA
三原子氮
IaAB
4-9原子氮
ⅠaB
片晶氮
ⅠaB2
孤氮

分散的硼替代碳的位置
晶体缺陷
中心
N2/A
中心
N3
中心
B/B1
中心
B2
中心
N/C心

B心
红外光吸收光谱(cm-1)
1282

1175
1365
1370
1130
1100-1400之间不吸收
2460、2800
特征光谱
415吸收线

无
无
紫外光截至
330 nm
400
220 nm
同左
紫外荧光
长紫外线下颜色以蓝白色为主，强度为无---强
无—强

短紫外光下为蓝色或红色磷光
杂质元素的含量(%)
氮0.1%--0.25%
氮小于0.1%
含小于0.001%的氮或不含氮
含极少量的硼、铍和铝
比例
98%
很少
小于2%
极少
颜色
无—浅黄色系列，褐色
金黄
无色-褐色
蓝色-蓝灰色
常见晶形
大多以圆滑的八面体、菱形十二面体及其聚形产出
形态不规则状
导电性
绝缘体
半导体

    3.钻石的物理性质
    （1）光学性质
    ①颜色：钻石的颜色可以分为两大类：无色钻石和彩色钻石。无色钻石严格说是近于无色的，通常带有浅黄、浅褐、浅灰色，是钻石首饰中最常见的颜色。图10-1-5。

图10-1-5 无色系列钻石的色调

    彩色钻石的颜色很丰富，有黄色、红色、粉红色、蓝色、绿色等。彩色钻石远比物色钻石稀少，虽然彩色钻石颜色大多不够鲜艳，但是价格很高。图10-1-6。
    彩色钻石的颜色成因非常复杂，可以是微量杂质元素N、B和H引起的，也可以是晶缺陷导致的，或者是这两种因素的综合作用。

图10-1-6 彩色钻石的颜色

    ②光泽：金刚光泽。
    ③折射率：2.42，单折射。
    ④色散率：0.044。图10-1-7。 [视频：钻石的火彩]
    ⑤发光性：多变，X射线下多为蓝白色荧光；在紫外线下部分钻石可发弱至强的蓝白色、黄白色、橙黄色、粉红色等荧光，一般短波弱于长波。
    （2）力学性质
    ①解理：平行｛111｝四组完全解理。
    ②密度：3.52 g/cm3。
    ③硬度：目前所知的最硬的物质，摩氏硬为10。钻石存在差异硬度，即晶体不同方向上的硬度不同，其硬度由大到小排列的顺序为六体面平行对角线方向--菱形十二面体平行长对角线方向（与晶轴垂直）--八面体面平行晶面棱方向—八面体面上垂直于面棱的方向—立方体面上平行晶棱方向--菱形十二面体平行短对角线方向 （图10-1-8）。

图10-1-7 钻石的火彩
图10-1-8 钻石的差异硬度

   （3）其他性质
    ①导热率：7—25W/CM.K，目前所知导热率最大的材料。
    ②燃烧性：空气中加热到850℃～1 000℃发生燃烧，在氧气中加热到650℃发生燃烧，在绝氧条件下加热到1500℃以上缓慢地变成石墨。
    ③导电性：绝缘体，电阻率均大于1014Ω·CM，只有Ⅱb钻石属于P型半导体，电阻率具小于104Ω·CM。
    ④亲油和疏水性：钻石具有明显的亲合油脂而排斥水的性质。
    ⑤化学稳定性：钻石具有极强的化学稳定性，在正常的情况下不与酸和碱发生反应。但热的氧化剂、硝酸钾却可以腐蚀钻石。

四、钻石及仿制品的鉴定特征

    1.钻石的鉴定特征
    （1）晶面花纹：钻石的表面，特别是在腰棱位置残留的原始晶面上有纹理、蚀象、生长丘等特征。
    （2）切磨质量：由于钻石的硬度很大，切磨好的钻石的面棱非常尖锐；多个刻面相交的顶点非常尖锐；刻面非常的平整。钻石仿制品则相反，刻面抛光不精致，刻面棱、角圆滑。
    （3）透视试验: 标准切工的圆多刻面型样品台面朝下放在一张印有字迹或线条的白纸上，视线垂直白纸观察，钻石不会有字、线透过，而折射率低于钻石的仿制品可观察到断断续续的，不同外形的字、线。图10-1-9。

图10-1-9 透视试验

    （4）解理裂隙：钻石有与解理有关的“须状腰”、“V”型缺口、“羽状纹”等，钻石仿制品没有这些特征。
    （5）包裹体：天然钻石可含有各种矿物包裹体，而钻石仿制品大多是人工宝石，没有矿物包裹体，而是气泡、针状物等。 图10-1-10、图10-1-11、 图10-1-12。

图10-1-10
钻石的晶体包裹体
图10-1-11钻石的生长纹
  图10-1-12 合成碳硅石的刻面重影和针状包裹体

    2.钻石与相似品的鉴别
    钻石的仿制品很多，市场上最常见的是合成立方氧化锆、合成氮硅石、合成无色蓝宝石、无色锆石、人造钇铝榴石、人造钆镓榴石、人造钛酸锶等，这些仿制品和钻石在物理性质性质上有很大的差异，可以从外观特征、简单的仪器测试来识别，各项特征汇总在表10-1-2中。

                                表10-1-2 钻石及仿制品的特征

宝石名称
化学成分
晶系
折射率
/双折率
色散
密度
（g/cm3）
硬度
其他鉴定特征
钻石
C
等轴
2.417
0.044
3.52
10
导热性好
合成碳硅石
SiC
六方
2.65-2.69
/0.043
0.104
3.20-3.22
9.25
针状包体，重影明显，导热性好
合成立方氧化锆
ZrO2
等轴
2.15
0.060
5.89
8.5
偶见气泡或未熔ZrO2粉末
人造钇铝榴石
Y3Al3O12
等轴
1.83
0.028
4.58
8.5
洁净，偶见气泡
人造钆镓榴石
Gd3Ga5O12
等轴
1.97
0.045
7.05
6
气泡
人造钛酸锶
SrTiO3
等轴
2.41
0.190
5.13
5.5
抛光性差，色散强
合成金红石
TiO2
四方
2.61-2.90
0.300
4.2-4.3
6.5
重影明显
合成尖晶石
MgAl2O4
等轴
1.727
0.020
3.63
8
斑状异常消光
铅玻璃
SiO2
/
1.63-1.96
0.08~0.031
3.74
5
气泡
锆石
ZrSiO4
四方
1.93-1.99
0.039
3.90-4.73
7.5
刻面棱重影明显
无色合成蓝宝石
Al2O33
三方
1.76-1.77
0.018
3.95-4.10
9
洁净

五、钻石的优化处理

    钻石的优化处理技术是提高钻石价值的重要手段，是宝石学研究的重要课题和前沿领域。钻石人工优化处理的方法主要有辐照与加热处理、激光打孔、充填处理、腹膜处理和高温高压处理。钻石人工优化处理的主要目的是改善钻石的颜色，提高钻石的净度。
    1.辐照处理
    用高能射线、中子束、高能电子束照射钻石，提供激活电子、原子发生位移的能量，使晶体产生缺陷，形成色心。辐照后的钻石呈绿色，通过加热形成黄色、金黄色、粉红色。
    辐照处理钻石的鉴定难度很大，除了观察颜色帆布的特征外，还要运用UV-VIS分光光度计、红外光谱等谱学特征来识别。
    2.高温高压处理
    钻石在高温高压的条件，经过退火作用修复褐黄色、棕黄色、褐色的IIa型的钻石晶体缺陷，使钻石退色形成高色级的无色钻石，称为GE-POL钻石；或者使Ia型钻石产生黄绿色、蓝绿色，形成彩色钻石，成为NOVA钻石。GE-POL钻石鉴定的难度大，要通过红外光谱、拉曼光谱和阴极发光特区分。NOVA钻石多有特征的黄绿色紫外荧光，较易识别。
    3.激光钻孔
    对含有黑色包裹体的钻石，用激光烧出抵达包体的通道，再用强酸溶蚀黑色包裹体，改善钻石的外观。鉴别特征有：白色的激光钻孔，表面钻孔入口的黑点。

图10-1-13 激光钻孔钻石的特征

    4.充填处理
    用高折射率的铅玻璃或者塑脂注入到钻石的裂隙和孔洞中，掩盖裂隙，改善钻石的外观。充填处理鉴别的主要特征是闪光效应。图10-1-14。

图10-1-14 充填处理钻石

六、合成钻石及其鉴别

    合成钻石有高温高压和化学气相沉淀两种方法，现在已经由针对珠宝目的的商业生产。详细内容参见第7章第2节的合成钻石。天然钻石与合成钻石的区别列于表10-1-3中。

                               表10-1-3天然钻石与合成钻石的区别
签定特征
天然钻石
合成钻石
晶体形态
八面体，凸晶。菱形十二面体或它们聚形，不规则形态。
八面体和立方体聚形，晶形完美，晶面平直、晶棱锐利。
吸收光谱
415nm特征吸收线，除此之外还有423nm、435nm、478nm吸收谱线。
缺失415nm吸收线，有时出现470nm—700nm宽吸收带。
异常双折射
带状、波状、斑块状，格子状异常消光。
不显示或弱的异常消光。
内含物
天然矿物包襄体，如钻石、石榴石、透辉石等。
Fe—Ni合全包襄体，呈棒状、针状、片状等。
色带
颜色均匀，难见色带，有时可见平行分布的斑块状色带
颜色不均匀，蓝色、黄色合成钻石显示四边形、八边形、柱状等色带和色区。
发光性
LW无成蓝白、黄等各色荧光。
SW不显示或弱的荧光。
LW无荧光或黄—黄绿色荧光。
SW黄—黄绿色荧光，强于LW荧光。
阴极发光
可以产生蓝白色荧光，且颜色和发光强度均匀一致。
阴极发光图像具有X形状。

七、钻石的质量评价

    钻石的质量可以从颜色、瑕疵的数量和明显程度、重量以及切工等四个方面考察。随着钻石首饰的流行，钻石的质量评价形成了系统的品质分级，即所谓的4C分级，指颜色（Colour）、净度（Clarity）、切工（Cut）、及重量（Carat）的等级划分。[视频：钻石4C介绍]
    1.克拉重量
    钻石的价格一克拉为基础，1克拉（ct）= 0.2克。克拉重量反映钻石的大小，一般说自然产出的大钻石远比小钻石少得多，所以克拉重量体现了稀有程度。同时，钻石要有一定的大小，才能展示出亮光和火彩，所以，克拉重量又衡量了钻石的美丽程度。
    2.净度要素
    净度决定于钻石所含的各种包裹体的大小、数量、位置、对比度，以及裂隙对钻石耐用性的影响。天然产出的钻石在生长过程中受的很多因素的影响，导致大多数的钻石含有各种杂质，没有杂质的干净的钻石很少，所以净度也是稀有性的尺度。另一方面，没有肉眼可见包裹体的钻石外观好看，所以也是美丽程度的衡量尺度。
    3.颜色要素
    无色系列钻石的颜色以无色、不带任何色调为好。由于不含氮的有没有晶格缺陷的天然钻石很少，使得大多数钻石带有各种色调，而无色钻石最能显示亮光和火彩，所以颜色也是钻石的稀有度和美丽程度的衡量尺度。
    4.切工要素
    钻石的高折射率值、高色散值等内在性质只有通过优质的切工才能得以实现。钻石的琢形要满足光学的原理，才能表现出较为理想的亮光和火彩。对琢形特定的角度和各个刻面的大小比例的要求，使得钻石不能任意地切磨以保持最大的重量，所以，切工的要素最主要是衡量钻石的美丽，同时又限制钻石的重量。
    亮光：是指钻石表面反射的光量（光泽）和钻石内部全反射所返出的光量总和。
    火彩：是指钻石的侵斜刻面将白光分解成组成它的光谱色的现象。
    钻石4C分级的详细内容将在后续的钻石分级课程中讲授。
   [视频：钻石的设计切磨]

第二节 红宝石和蓝宝石

一、概述

二、红蓝宝石的基本性质

三、红蓝宝石的品质评价

四、红宝石的产地及其特征

五、蓝宝石的产地及其特征

六、红、蓝宝石及仿制品的鉴别

七、合成红、蓝宝石及鉴别

八、红、蓝宝石的优化处理与鉴别

一、重点：
1.掌握红、蓝宝石的主要宝石学性质。
2.掌握红、蓝宝石优化处理的方法的特点和鉴定特征。
3.掌握合成红、蓝宝石的合成方法的特点和鉴定特征。
4.了解红、蓝宝石主要产地和产地特征。
二、难点
1.掌握蓝宝石的品种和划分依据。
2.理解红、蓝宝石的热处理、扩散热处理的机制。
3.理解红、蓝宝石的质量、内含物与产状的联系。

一、概述

    红宝石与蓝宝石是非常重要的宝石品种，与钻石、祖母绿、翡翠等名贵宝石组成珠宝市场的主体。不论是东方或西方文化，都把红宝石和蓝宝石当作重要的宝石，在珠宝习俗中，红宝石是七月诞生石，结婚四十周年的纪念石，蓝宝石是九月诞生石，结婚四十五周年的纪念石。

图10-2-1 克什米尔矢菊蓝
        蓝宝石
图10-2-2 缅甸鸽血红
红宝石
    红宝石与蓝宝石的主要化学成分都为Al2O3 ,具有相同的晶体结构，呈现不同的颜色，仅因为含有极少量的不同的杂质元素，在矿物学上视为一种矿物，称为刚玉。红宝石专指红色的刚玉，而蓝宝石虽以蓝色为主，但也指除红色以外各种颜色的刚玉。例如：绿色蓝宝石、黄色蓝宝石等，虽然蓝宝石的颜色多样，但只视为一个宝石种。在宝石学中也把红、蓝宝石通称为刚玉族宝石。
    世界上有些特别的红、蓝宝石精品，例如，英国皇冠上的Edwardes红宝石重达成达成167克拉，蓝宝石印度之星重达536克拉。较小但品质较好的蓝宝石比较多， 而红宝石更为稀少，在当今宝石市场上，品质好、重量达3至4克拉的红宝石已相当罕见，价格也相当的昂贵。矢菊蓝、透明无瑕、重达5克拉的蓝宝石也同红宝石一样稀有 和昂贵。这样导致了日益增多的红、蓝宝石的仿制品、合成品和优化处理品进入市场，使得对红、蓝宝石的鉴别日益困难，成为珠宝鉴定的重要课题。

二、红、蓝宝石的基本性质

    1.化学成分
    刚玉族宝石的主要化学成分为Al2O3 ，通常有Ti、V 、Fe、Mn、Cr 、Ni等过渡族的金属元素，以类质同像或者机械混入方式存在于晶体中，它们使红、蓝宝石具有不同的颜色。
    2.晶系：三方晶系，L33L23PC对称型。
    3.结晶习性
    常呈腰鼓状或短柱状晶体，柱面上常有较粗的横纹。常见单型为六方柱、六方双锥和平行双面。在菱面体上可具有三角生长标志，其边与菱形面平行。
    刚玉的结晶习性与其形成条件有密切的关系，大理岩中的红宝石常呈板状或板柱状晶体（图10-2-3）。其他母岩中形成的可发育成柱状晶体，腰鼓状晶体等。蓝宝石通常由各种不同的角度的六方双锥组合而成，有时腰棱处还发育有一个六方柱，当这种六方双锥的组合体终止于一对平行双面时，常称为鼓状晶形（图10-2-4）。

图10-2-3 红宝石板状晶体
  图10-2-4 蓝宝石鼓状晶体
    4.颜色
    刚玉族宝石的颜色多样,各种以红色为主色调的称为红宝石，而其他的颜色通常称为蓝宝石，常见的颜色有蓝色、绿色、 黄色、橙色和紫色。红、蓝宝石的颜色与杂质元素的种类，含量和组合有关：
    （1）鸽血红（纯红色）红宝石含1wt%左右的Cr3+，如果红宝石中同时含有Fe2+/Ti4+离子 对，则会使红宝石带紫色调；同时含有Fe3+则使红宝石带橙色调。
    （2）粉红色红宝石的Cr3+含量多小于0.3wt%，当Cr3+的含量达到0.4wt%时，可形成漂亮的玫瑰红色。
    （3）蓝色蓝宝石中的Fe和Ti成Fe2+/Ti4+离子对替代两相邻的两个Al3+离子，是蓝宝石显蓝色的主要原因。Fe和Ti的含量只要达到0.1wt%，就能够产生漂亮的蓝色。而Fe含量过高，超过与Ti离子1:1的比例，多余的Fe会形成Fe2+和Fe3+离子对，也产生蓝色，使颜色过深，玄武岩成因的蓝宝石通常Fe的含量较高，因而显深蓝色。
    （4）黄色蓝宝石或是含有Fe3+,或者是因色心致色。Fe3+成色的会有450nm的窄吸收带，而色心致色的黄色蓝宝石没有450nm的吸收。
    （5）绿色蓝宝石则可视为黄色致色剂（Fe3+或者色心）与蓝色致色剂（如Fe2+/Ti4+）共存而造成的，绿色蓝宝石多会出现450nm的吸收带。
    （6）紫色蓝宝石的颜色是因Cr3+和Fe2+/Ti4+或者Fe2+/Fe3+所致。
    （7）帕德马蓝宝石（padparadscha）的橙－橙红色由产生黄色的色心与产生红色的Cr3+（斯里兰卡）或者Cr3+与Fe3+（坦 桑尼尼亚）组合造成的。
    （8）变色蓝宝石的变色效应则取决于所含的Fe/Ti离子对和Cr的比例。
    5.光泽　
    亮玻璃至亚金刚光泽。
    6.透明度　
    透明至不透明，高档刻面宝石为透明，具星光效应的多为半透明。
    7.折射率和双折射率　
    Ne:1.760-1.762, No:1.768-1.771, 双折率: 0.008—0.009。
    8.光性　
    一轴晶负光性符号。
    9.多色性
    （1）红宝石：红色/橙红色；
    （2）蓝宝石：蓝色/蓝绿色；
    （3）黄色蓝宝石：黄色/浅黄色；
    （4）绿色蓝宝石：绿色/黄绿色；
    （5）橙色蓝宝石：橙色/无色；
    （6）褐橙色蓝宝石：黄褐色/无色；
    （7）紫色蓝宝石：紫色/橙色。
    10.发光性
    （1）红宝石在长波紫外线下可呈弱至强红色荧光，短波紫外光下呈弱至中等红色荧光，随微量元素含量的不同而变化，但同一样品的长波紫外荧光强度大于短波紫外荧光强度。
    （2）蓝宝石的紫外荧光因颜色和产地的变化而异，缅甸、斯里兰卡、克什米尔的蓝宝石具有橙至橙红色的长波和短波紫外荧光。斯里兰卡的一些黄色蓝宝石具有橙黄或橙色的紫外荧光。
    11.查尔斯滤色镜反应
     红宝石可呈现不同的红色。
    12.吸收光谱
    （1）红宝石的典型光谱特征是698、694、659nm吸收线，620～540nm 的吸收带，476、475、468nm 的细吸收线及450nm后的全吸收。由于分光镜中分辨率的原因,698与694、476和475常合并成一条吸收线。
    （2）蓝色和绿色蓝宝石以及由Fe3+致色的黄色蓝宝石典型光谱是470、460、450nm吸收线，当颜色较深时连成一起形成一较宽的吸收带。浅灰色蓝宝石仅可在450nm处见一条模糊的吸收线。
    13.解理和裂理

图10-2-5 红宝石由
聚片双晶引发的裂理
    解理不发育，但可发育平行底面｛0001｝和平行菱面体面｛1011｝的聚片双晶，并产生裂理（图10-2-5）。
    14.硬度
    摩氏硬度为９，硬度略具方向性，平行柱面的硬度略大于垂直柱面的硬度。
    15.相对密度
    常为：3.95－4.05，随宝石内杂质元素的不同，相对密度值会有变化，如山东蓝宝石相对密度可达4.17。
    16.特殊光性
    （１）星光效应：许多产地的刚玉宝石含有丰富的定向排列的金红石针状包裹体，它们在垂直光轴的平面内呈现出120°角度相交，构成三组不同的包裹体方向，当加工成弧面形 宝石后可显示六射星光。[视频：星光红、蓝宝石]。偶尔可见十二射星光现象，据报道是由于三组金红石针和三组赤铁矿针状体互呈30°角交叉构成的。
    （２）变色效应：少数蓝宝石具变色效应，它们在日光下呈蓝紫色、灰蓝色，在灯光下呈红紫色，颜色变化不明显，颜色通常也不鲜艳。

三、红蓝宝石的品质评价
    红、蓝宝石的品质主要受颜色、净度、切工及克拉重的影响，但国际上尚无广为接受的统一的品质分级标准。
    1.颜色
颜色是评价红、蓝宝石品质最关键的因素。红宝石的颜色常见的有红色、橙红色、紫红、粉红及褐红，其中最好的颜色是所谓的鸽血红，即纯正的红色。蓝宝石有蓝色、紫蓝色、绿蓝色、黑蓝色等，其中以纯蓝色或微带紫色调的蓝色最受欢迎。色彩纯，颜色色调及饱和度要高，则颜色最佳。颜色最好的红宝石仍然产于缅甸，尤其是抹谷。泰国红宝石颜色过暗。而最优质的蓝宝石产于克什米尔，其特征的颜色是失车菊蓝，即微带紫色调的蓝色，并具有天鹅绒般的质感。澳大利亚蓝宝石颜色深且不均匀，有明显色带。
    2. 净度：
红宝石和蓝宝石的净度当然越高月好。但有色宝石的净度，主要通过肉眼观察其瑕疵的明显程度来评价。肉眼在顶灯照明下见不到明显的裂隙、包体和色带则属上品，如瑕疵影响到其耐久性及透明度则品质较差。
    3.切工
红、蓝宝石的切工主要从琢型、比例、对称性、抛光程度等方面来评价。其最常见的琢型是椭圆刻面型和圆多面型及阶梯型。外观轮廓要美观、长宽比例及全深比要协调。肉眼观察没有明显的对称性缺陷和抛光痕即为上等修饰度。其切工的好坏也会影响到其颜色和亮度。
    4.克拉重
优质红宝石很少有大颗粒的，1-2克拉就视为珍品了。但大颗粒的优质蓝宝石则相对较多，10克拉的优质蓝宝石也不很罕见。
5.特殊光学效应
对于有特殊光学效应的红、蓝宝石，除了上述因素外，还要考虑星线是否匀称、连续，中心宝光是否强因素等。星光红宝石的价格略低于同等质量的透明红宝石品种。星光红宝石主要产自缅甸和斯里兰卡。

思考题：
1.蓝宝石的颜色属于什么成因类型？有哪些致色剂？
2.红宝石中为何会包含金红石针？金红石针包裹体有什么意义？

四、红宝石的产地及其特征

    世界上有许多红宝石产地，主要产地有缅甸、泰国、柬埔寨、斯里兰卡、澳大利亚、肯尼亚、坦桑尼亚、越南等，各个产地的红、蓝宝石都会由于其形成条件上的差异，而也各具某些特征，依此可判断某一红宝石或蓝宝石的来源，做出产地鉴定。
    １.缅甸抹谷红宝石
    是世界上最精美的红宝石（和蓝宝石）的产地，以鸽血红闻名于世，以致于“缅甸红宝石”成为商业上优质红宝石的代名词。红宝石采自冲积或残坡积砂矿之中，其含矿母岩为大理岩。大理岩中侵入有花岗质正长岩，而红宝石则分布在接近正长岩的大理岩中。典型的产地特征有：
    （1）流纹状色带：红色分布不匀，可出现流纹状的、团块状的色斑，被形象地称为“糖浆状”的色带（图10-2-6）。
    （2）双晶和水铝矿管状体：聚片双晶常见，平行于菱面体的面，偶然还会出现另一个方向的聚片双晶，两组双晶几乎以90度的面角相交。沿着两双晶面的交线，经常会有由细小的水铝矿微晶集合形成的管状体。沿双晶面交线分布是水铝矿在刚玉宝石中的一种习性，在许多不同产地的刚玉宝石中都可以见到。
    （3）补钉状金红石针：短针状金红石密集成白色团块状不均匀地分布在红宝石中，如同“补钉”（图10-2-7）。
    最具有产地意义的特征是：流纹状色带与短针状的金红石相伴出现，方解石晶体与致密网状的金红石针共生。
    常见的其他包体还有，无色透明菱面体状的方解石和白云石，磷灰石和尖晶石等。此外还只有石榴石、榍石、磁铁矿和黑云母等。偶尔可见充填了液体的空穴或负晶。

图10-2-6 流纹状色带
图10-2-7 补钉状的金红石针团块
    2.缅甸孟素红宝石
    孟素（Mong SHu）是90年代发现的红宝石新产地，位于抹谷南东方向约200公里。红宝石产于残坡积层，其来源与下伏的大理岩密切相关，典型的产地特征有：
    （１）颜色和色带：紫红色至褐红色，红宝石晶体的中心常见有深蓝紫色的核心（图10-2-8），经热处理后，深蓝紫色色斑多少消除，并呈暗红色至红色，有时还形成白色的絮状物，导致透明度下降。
    （２）生长带：可见平行六方锥面的生长带（图10-2-9）。在深蓝紫色区域，在热处理变红后，可见平行底面的生长带，是孟素红宝石的典型特征。
    （３）双晶：聚片双晶较抹谷红宝石更为常见，并可出现多组不同方向的双晶，以及沿双晶面交线分布的水铝矿微晶组成的管状体。
    （４）网状包裹体：常见的是三组浅色的几乎无光泽的短针状体，往往有两组更为发育，约以120度交织成网状体，另一组则几乎与网面垂直，各种的分析方法尚无法确定它的成分，推测是具水铝矿假象的刚玉。孟素红宝石中金红石针较少。
    （５）其他晶体包裹体：含有白云石、磷灰石、荧石、尖晶石和云母等晶体包体。愈合裂隙多显不规则的曲面状，上面分布有指纹状排列的气液包裹体。

图10-2-8 蓝黑色的核心
图10-2-9 蓝黑色核心的生长纹
    ３.泰国红宝石
    泰国也是红宝石的重要产出国和交易中心，据报道，世界上近70%的高质量红宝石产自泰国。红宝石产地位于泰国东南部的占他武里（Chanthaburi），该区可划分成生产蓝色、蓝绿色、黄色和黑色星光蓝宝石的矿区和生产红宝石的矿区。蓝宝石矿区位于占他武里的西面，红宝石矿床位于占他武里的东