尖晶石

简介

尖晶石的英文名称为Spinel，意思是有尖角的结晶体，是一种镁铝的氧化物，化学分子式为(Mg，Fe，Zn，Mn)(Al，Cr，Fe)2O4，尖晶石化学成分中类质同象替代很普遍，常可含铁、锌、铬、锰等。等轴晶系晶体，成分比较复杂，包括了铝尖晶石（Aluminum spinel）和铬尖晶石（Picotite）等亚族。含铁的尖晶石亚族即为不透明的磁铁矿、磁赤铁矿等。大部分尖晶石为铝尖晶石亚族，其中Mg2+和Fe2+可以任意比例混合。结晶习性：常呈八面体晶形，有时八面体与菱形十二面体、立方体成聚形，还常以八面体面为双晶面和接合面构成双晶。尖晶石族矿物，在自然界中形成于熔融的岩浆侵入到不纯的灰岩或白云岩中经接触变质作用形成的，或由岩浆结晶而产于基性、超基性火成岩中，有些出现在富铝的基性岩浆岩中。

尖晶石的颜色多种多样，有无色、粉红色、红色、紫红色、浅紫色、蓝紫色、蓝色、黄色、褐色等。可以人工合成，其熔点为2135℃，耐火度约为1900℃。尖晶石的品种是依据颜色而划分的，有红、橘红、蓝紫、蓝色尖晶石等。玻璃光泽，透明，贝壳状断口。淡红色和红色尖晶石在长、短波紫外光下发红色荧光。宝石级尖晶石则主要是指镁铝尖晶石，是一种镁铝氧化物，透明而色泽艳丽的尖晶石是高档宝石材料。

历史

尖晶石是一种历史悠久的宝石品种，它的名字来源有两种：一是来自希腊单词“火花”，形容其红艳似火的色泽；另一种说法是来自拉丁语Spina、Spinells，即尖端、荆棘，因为它的结晶外形为立方结晶，有一个尖锐的角，故以此命名。尖晶石自古以来就是较珍贵的宝石。由于它的美丽和稀少，所以也是世界上最迷人的宝石之一。由于它具有美丽的颜色，自古以来一直把它误认为是红宝石。全球最大一颗尖晶石产自缅甸，重955.7克拉，黑红色，半透明，雕刻双狮锈双球，威武的雄狮摇头摆尾，造型生动活泼，十分罕见。

目前世界上最具有传奇色彩、最迷人的重361克拉的“铁木尔红宝石”(TimurRuby)和1660年被镶在英帝国国王王冠上重约170克拉的“黑色王子红宝石”(BlackPrince'sRuby)，直到近代才鉴定出它们都是红色尖晶石。宝石重361克拉，产于阿富汗，颜色为深红色，没有切面，只有自然抛光面，几乎没有光泽，因而更加呈现出宝石的自然美。有人把这颗宝石称之为东方的“世界贡品”。从铭刻在宝石上的拥有者的标记可以知道，这颗宝石曾落到过鞑靼人征服者的手中。铁木尔1398年征服了德里，得到了这块宝石。1612年，宝石归属于英国王室。1851年，这颗宝石和其它几粒较小的宝石一起在世界大展中展出，并被作为“极大的尖晶石红宝石"记载在官方的清单中。后来它被送给了维多利亚女王，保存在英国伦敦白金汉宫的印度展览室中。在我国清代皇族封爵和一品大官帽子上用的红宝石顶子，几乎全是用红色尖晶石制成的，尚未见过真正的红宝石制品。世界上最大、最漂亮的红天鹅绒色尖晶石，重398.72克拉，是1676年俄国特使奉命在我国北京用2672枚金币卢布买下的，现存于俄罗斯莫斯科金刚石库中。

晶体结构

尖晶石晶体，属于等轴晶系，为面心立方，Z=8。基本结构是氧按ABC顺序在垂直于(111)方向堆积。四面体与八面体层相间，四面体与八面体数之比为2:1。尖晶石结构可看作氧离子形成立方最紧密堆积，再由X离子占据64个四面体空隙的1/8，即8个A位，Y离子占据32个八面体空隙的1/2，即16个B位。由此得出尖晶石单位晶胞的通式为X8Y16O32，简约后常写作XY2O4〔1～5〕。

尖晶石的晶体包括正常尖晶石型结构、反尖晶石型结构。正常尖晶石型结构：结构通式XY2O4，X为二价阳离子，Y为三价阳离子，氧离子成立方紧密堆积，三价阳离子Y占据六次配位的八面体空隙，二价阳离子X占据四次配位的四面体空隙。反尖晶石型结构：结构通式Y[XY]O4，二价阳离子和半数三价阳离子占据八面体空隙，另半数三价阳离子占据四面体空隙，又称倒置尖晶石型结构，磁铁矿(Fe2+FeO4)的结构即属此种类型。

大多数天然尖晶石都具有介于这两种极端间的阳离子分布，其A、B位离子化合价比为2：3。在现有百余种尖晶石结构化合物中，除2：3外电价比最常见的是4：2，其结构多为反尖晶石结构，如TiMg2O4，TiZn2O4，TiMn2O4。反型结构可看作8个A位离子与16个B位离子中的8个进行相互换位，即8个Y2+离子进入四面体间隙（A位），而剩下8个Y2+离子与8个X4+离子复合占据正常情况下B位的八面体间隙。除正反两种极端情况外，还可能有混合型中间状态分布。这样可用反分布率α定量表示X离子占八面体上的分数，从而将各种尖晶石结构通式扩充如下：

正型：（X）四面体〔Y2〕八面体O4，α=0；

反型：（Y）四面体〔X，Y〕八面体O4，α=1；

混合型：（Yα，X1－α）四面体〔Xα，Y2－α〕八面体O4，0<α<1。

正与反型的属性及反位的程度对于化合物材料的性能有较大影响。对于常见的2∶3和4∶2电价比的尖晶石结构，似乎前者趋正型，后者趋反型。但纵观全部物种，不仅有相当数量趋于混合型，且范围程度不能确定，而且还有若干品种完全不遵从这一规律。影响这种分布的因素极其复杂，有离子键的静电能、离子半径、共价键的空间分布、晶体场等诸多方面。根据经验数据可将大部分二、三价离子的优先顺序排出：Zn2+，Cd2+，Ga2+，In3+，Mn2+，Fe3+，Mn3+，Fe2+，Mg2+，Cu2+，Co2+，Ti3+，Ni2+，Cr3+，越往前倾向于四面体填隙，反之倾向于八面体填隙。阳离子的分布对尖晶石型材料的性能也有重大影响。

性质

光学性质

(1)颜色：红色、橙红色、粉红色、紫红、无色、黄色、橙黄、褐色、蓝色、绿色、紫色等多种颜色。

(2)光泽及透明度：玻璃至亚金刚光泽，透明至半透明。

(3)光性特征：均质体。

(4)折射率：1.718（+0.017，-0.008），锌尖晶石为1.805，铁尖晶石为1.835，铬尖晶石可高达2.00，无双折射率。

(5)色散：0.02

(6)发光性：红色、橙色尖晶石在长波紫外光下呈弱至强红色、橙色荧光，短波下无至弱红色、橙色荧光；黄色尖晶石在长波紫外光下弱至中等强度褐黄色，短波下无至褐黄色；绿色尖晶石长波紫外光下无至中的橙-橙红色荧光；无色尖晶石无荧光。

(7)吸收光谱：红色和粉红色尖晶石山铬致色，在黄绿区以550nn，为中心有宽吸收带，紫区吸收，红区有多条荧光线，被描述为风琴管状。蓝色尖晶石由铁或偶由钻致色，主要吸收带在蓝区，以458 nm吸收带为最强，还有478nm等几条较弱的带。锌尖晶石的吸收光谱与蓝色尖晶石的相似，只是弱些。合成蓝色尖晶石：钴致色，有绿、黄和橙黄区3条较强的吸收带，绿区吸收带最窄，而630nm、580nm、543nm中间的580nm吸收带最宽。

(8)特殊光学效应：星光效应（四射星光、六射星光）稀少，变色效应。

(9)结晶特点：晶体常呈八面体晶形和磨蚀卵石，有时为八面体与菱形十二面体和立方体聚形，具特征的尖晶石律双晶，即以{111}为双晶结合面构成的接触双晶。

(10)偏光镜下：颜色随成分而变，无色、浅玖瑰色(镁尖晶石)、暗绿色(铁尖晶石)、浅灰白色(锌尖晶石)。尖晶石为均质体，但锌尖晶石可有光性异常。

力学性质

(1)解理：解理不发育，常见贝壳状断口。

(2)硬度：摩氏硬度8。

(3)密度：3.57-3.90，一般为3.60，含Zn高的品种（锌尖晶石）可达4.60。

热学性质

尖晶石可用热处理改善颜色。蓝色者在900℃加热变成绿色，加热到1200℃变成黄色，这种改色效果稳定，也有将红色尖晶石加热去掉棕色成分获得纯红色的报道。

内部包裹体

1、固态包体：常见八面体尖晶石包体，单独、成行排列或呈指纹状分布。有时见八面体负晶，其内局部被方解石、白云石充填，其次可见片状石墨、柱状磷灰石、石英等包体。在缅甸产的尖晶石中发现有细小雾状包体，刀片状榍石包体，密集时可形成星光效应。3

2、液态包体：开放裂隙中常见液态包体。八面体晶体包体周围可有张力裂隙形成的指纹状包体。

3、生长现象：可见沿八面体晶面发育的生长带及双晶纹，在正交偏光下油浸观察最易观察。

分类

颜色

尖晶石常以颜色及特殊光学效应来划分宝石品种，常见的品种有：

(1)红色尖晶石：主要含微量致色元素Cr3+而呈各种色调的红色其中纯正红色的是 尖晶石中最珍贵的宝石品种，这种品种过去常把它误认为是红宝石，如英国王冠上著名的红宝石“黑王子红宝石”“铁木儿红宝石”等，直到近代才鉴定出是尖晶石。其中中红色至深红色的尖晶石是普遍受欢迎的红色宝石品种，浅粉色至暗红色的尖晶石则与石榴石相像。

(2)蓝色尖晶石：它含有Fe2+和Zn2+而呈蓝色。多数蓝色尖晶石都是从灰暗蓝到紫 蓝，或带绿的蓝色。

(3)橙色尖晶石：是橙红色至橙色的尖晶石品种。

(4)无色尖晶石：纯净无色者很稀少。多数天然无色尖晶石或多或少带有粉色色调。

(5)绿色尖晶石：一般是含Fe2+所致，颜色发暗，有的基本呈黑色，真正的黑色的尖晶石在蒙特桑玛、泰国红蓝宝石矿等有发现。

(6)变色尖晶石：非常稀少。在日光下，呈蓝色，在人工光源（白炽灯）下，呈紫色。

(7)星光尖晶石：这种尖晶石一般呈暗棕红色、暗紫色到黑色，数量很少，尖晶石内部可具有多组针状包体，使其具有四射或六射星光，主要发现于斯里兰卡3。

组成

尖晶石是镁铝氧化物组成的矿物，因为含有镁、铁、锌、锰等元素，根据这些也可以将它分类，如铝尖晶石、铁尖晶石、锌尖晶石、锰尖晶石、铬尖晶石等。由于含有不同的元素，不同的尖晶石可以有不同的颜色，如镁尖晶石在红、蓝、绿、褐或无色之间；锌尖晶石则为暗绿色；铁尖晶石为黑色等等。尖晶石呈坚硬的玻璃状八面体或颗粒和块体，它们出现在火成岩、花岗伟晶岩和变质石灰岩中。有些透明且颜色漂亮的尖晶石可作为宝石，有些作为含铁的磁性材料。

产地及产状

尖晶石常产于片岩、蛇纹岩及相关岩石中，大多宝石级尖晶石发现于冲积扇中。它可以产于大理岩中（矽卡岩型），与红宝石、蓝宝石等共生，也可以产于砂矿。尖晶石的主要产地有缅甸、斯里兰卡、肯尼亚、尼日利亚、坦桑尼亚以及塔克吉斯坦、越南、美国和阿富汗等。

鉴别

尖晶石因颜色丰富，与许多宝石品种相似，特别是易与红宝石、蓝宝石、石榴石、绿柱石、银石、玻璃、人造钇铝榴石等相混。

形态差异

尖晶石与相似宝石、人工合成尖晶石的区别。红色尖晶石与红宝石十分相似，区别在于：红宝石有二色性，颜色不均匀，有丝绢状包裹体。尖晶石是均质体，无二色性，颜色均匀，固态包体为八面体。

蓝色、灰蓝色、蓝紫色、绿色尖晶石与蓝宝石容易相混，区别在于：蓝宝石二色性明显，色带平直，有丝绢状包裹体和双晶面。两种宝石的密度、折光率、偏光性都不同。

人工合成尖晶石颜色浓艳，均一，包裹体少，偶尔有弧形生长纹，折光率高，一般为1.728±0.003左右，合成红色尖晶石为1.722~1.725，仿青金石者为1.725，合成变色尖晶石为1.73。红色人工合成尖晶石多仿造红宝石的红色，蓝色尖晶石多呈艳蓝色。天然尖晶石还可以根据内部包裹体的特征与人工合成尖晶石区别。

光学差异

利用偏光镜、分光镜和放大观察以及测折射率和密度等常规方法不难把它们区分开。尖晶石的常见品种为红色，要注意与红宝石和红色石榴子石特别是镁铝榴石相区分。

尖晶石为均质体，无双折射，而红宝石为一轴晶负光性。尖晶石的折射率低于红宝石，其吸收光谱也没有红宝石在蓝区常见的3条吸收线。

尖晶石与石榴子石均为均质体，偏光镜下也都有异常消光，但尖晶石的折射率明显低于石榴子石，吸收光谱也很不同。此外，尖晶石内部常见单个或成排排列的八面体包裹体，镁铝榴石中多见浑圆状包裹体。

评价与选购

尖晶石的质量评价主要从颜色、透明度、净度、切工和大小等方面进行，其中颜色最为重要。颜色以深红色最佳，其次是紫红、橙红、浅红色和蓝色，要求颜色纯正、鲜艳。透明度越高，瑕疵越少，则质量越好。尖晶石最好的颜色是深红色，其次是紫红、橙红、浅红和蓝色。要求色泽纯正、鲜艳。

尖晶石的透明度影响颜色和光泽，同时受净度影响，尖晶石的净度一般以包体少为佳。包体多或是晶体结构的强烈变形，都会影响尖晶石的透明度。透明度越高，则质量越好。大多数尖晶石都比较干净，倘若尖晶石出 现瑕疵，价格就比较低。

尖晶石切工也是影响其价格的一个因素。优质尖晶石常以刻面型切工出现，而且要求切磨比例正确，以祖母绿型切工为佳。尖晶石在切割时，不必过多考虑方向性，尽可能切磨得越大越好，并需要精细抛光。对于大小，超过10ct以上的尖晶石是较少的，因此，每克拉价格也比一般尖晶石高一些。

颜色、透明度、重量是尖晶石的评价与选购的主要依据，优质的尖晶石要求颜色好、透明度高、净度好、切工比例及抛光修饰程度好。尖晶石有各种颜色，通常含有较多的包裹体，呈成层分布，透明度较好。红色尖晶石最受人欢迎，鲜红色，透明度高，重量大的是其佳品。有星光效应的尖晶石也较贵重。深红、大红、艳蓝、绿的尖晶石也较好3。