鋯石

簡(jiǎn)介

鋯石2又稱鋯英石，日本稱之為“風(fēng)信子石”，它是十二月生辰石，象征成功。（十二月生辰石還有綠松石、青金石）它的英文名字是Zircon ，是地球上形成最古老的礦物之一。鋯石為礦物名稱，舊稱鋯英石，風(fēng)信子石，透明者作為寶石，稱鋯石寶石。其來源一說可能是在阿拉伯文“Zarkun”的基礎(chǔ)上演變而來的，原意是“辰砂及銀朱”；另 一說認(rèn)為是來源于古波斯語“Zargun”，意即“金黃色”。第一次正式使用“Zircon”是在1783年，用來形容來自斯里蘭卡的綠色鋯石晶體。

大家知道，許多東西經(jīng)過熱處理就可以變性，鋯石也是如此。如果對(duì)低型的鋯石加熱到一定程度時(shí)，其就會(huì)變成無色透明晶體。比如：斯里蘭卡的鋯石多為綠色低型的，經(jīng)過熱處理后，顏色明顯變淡，成為高型的鋯石寶石。我國(guó)海南省產(chǎn)的紅色、棕色鋯石，經(jīng)過熱處理，可以變成無色的。

化學(xué)成分

理論化學(xué)組成

理論化學(xué)組成1(%)：ZrO267.22%，SiO2 32.78%。有時(shí)含有MnO、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、TR2O3、ThO2、U3O8、TiO2、P2O5、Nb2O5、Ta2O5、H2O等混入物。H2O、TR2O3、U3O8、(Nb,Ta)2O5、P2O5、HfO2等雜質(zhì)含量較高，而ZrO、SiO2含量相應(yīng)較低時(shí)，其物理性質(zhì)也發(fā)生變化，硬度和比重降低。鋯石一般具弱放射性，有些鋯石英因含U、Th等，因放射性較強(qiáng)而產(chǎn)生非晶質(zhì)化現(xiàn)象，這種鋯石硬度可降至6，比重可降至3.8。因而形成多種變種：山口石，TR2O3 10.93%，P2O5 17.7%；大山石，TR2O3 5.3%，P2O5 7.6%；苗木石，TR2O3 9.12%，(Nb,Ta)2O5 7.69%，含U、Th較高；曲晶石，含較高TR2O3、U3O8，因晶面彎曲而故名；水鋯石，含H2O 3~10%；鈹鋯石，BeO 14.37%，HfO2 6.0%；富鉿鋯石，HfO2 可達(dá)24.0%。有些鋯石因含U、Th等，由于放射性較強(qiáng)而產(chǎn)生非晶質(zhì)化，變?yōu)榉蔷B(tài)。

主要化學(xué)成分

主要化學(xué)成分為硅酸鋯3；化學(xué)組成為Zr[SiO?]，晶體屬四方晶系的島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。晶體呈短柱狀，通常為四方柱、四方雙錐或復(fù)四方雙錐的聚形。鋯石顏色多樣，有無色、紫紅、金黃色、淡黃色、石榴紅、橄欖綠，香檳，粉紅，紫藍(lán)，蘋果綠等，一般有無色、藍(lán)色和紅色品種。色散為0.039（高）。光澤為強(qiáng)玻璃光澤至金剛光澤。無解理。摩氏硬度6～7.5，比重大，密度：多數(shù)在3.90～4.73 g/cm3。高型：4.60～4.80 g/cm3。中型：4.10～4.60 g/cm3。低型：3.90～4.10 g/cm3。

結(jié)構(gòu)形態(tài)

鋯石4在各種火成巖中作為副礦物產(chǎn)出；鋯石的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因而經(jīng)常保存與漂砂中，并作為碎屑物出現(xiàn)與沉積巖和沉積變質(zhì)巖中，并且真正有開采價(jià)值的鋯石是沙型鋯石礦床。在堿性巖和堿性偉晶巖中可富集成礦，著名的產(chǎn)地有挪威南部和俄羅斯烏拉爾。鋯石也常富集于砂礦中。世界上重要的寶石級(jí)的鋯石產(chǎn)于老撾、柬埔寨、緬甸、泰國(guó)等地。中國(guó)東部的堿性玄武巖中也有寶石級(jí)的鋯石。鋯石是提取鋯和鉿的最重要的礦物原料，也用于國(guó)防和航天工業(yè)。

鋯石是硅酸鹽類礦物，按其物理性質(zhì)和化學(xué)成份可分為高型和低型兩個(gè)變種。結(jié)晶完整的晶體多為“高型”；晶體極差或無晶者為“低型”。由于放射性元素，使得鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到破壞，根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為高型鋯石、中型鋯石和低型鋯石三種。但就寶石價(jià)值來說，高型鋯石價(jià)值較高。

鋯石是天然寶石中折射率僅次于鉆石、色散值很高的寶石，無色透明的鋯石酷似鉆石，是鉆石很好的代用品。常用的鋯石多呈無色、紅褐色、褐紅色、綠色等。但最流行的顏色是藍(lán)色和無色兩種，其中以藍(lán)色價(jià)值較高，且一般都經(jīng)過優(yōu)化熱處理改色。市場(chǎng)上的許多鋯石，都是經(jīng)過熱處理之后再拿出來銷售。鋯石經(jīng)常用熱處理以提高其質(zhì)量，或改變顏色或改變鋯石的類型，因其在優(yōu)化過程中未添加任何其他物質(zhì)，故在珠寶鑒定上，仍舊將其認(rèn)定為天然寶石。經(jīng)過優(yōu)化處理，鋯石會(huì)變得更漂亮、易于銷售。

鋯石的晶體屬四方晶系，a0=0.662nm，c0=0.602nm；Z=4。結(jié)構(gòu)中Zr與Si沿c軸相間排列成四方體心晶胞。晶體結(jié)構(gòu)可視為由[SiO4]四面體和[ZrO8]三角十二面體聯(lián)結(jié)而成。[ZrO8]三角十二面體在b軸方向以共棱方式緊密連接。

復(fù)四方雙錐晶類，D4h-4/mmm（L44L25PC）。晶體呈四方雙錐狀、柱狀、板狀，且形態(tài)與成分密切有關(guān)。主要單形：四方柱m、a，四方雙錐p、u，復(fù)四方雙錐x?？梢莱上铍p晶。可與磷釔礦成規(guī)則連生。

鋯石的成分中含有放射性元素鈾（U）和釷（Th）。但含量很低，遠(yuǎn)低于安全系數(shù)。所以大家可以放心地佩戴鋯石裝飾品。

鋯石是一種性質(zhì)特殊的寶石。它有較高的折光率和較強(qiáng)的色散，無色或淡藍(lán)色的品種加工后，象鉆石一樣有較強(qiáng)的出火現(xiàn)象。由于它在外觀上與鉆石很相似，因而被譽(yù)為可與鉆石媲美的寶石。

大家知道，許多東西經(jīng)過熱處理就可以變性，鋯石也是如此。如果對(duì)低型的鋯石加熱到一定程度時(shí)，其就會(huì)變成無色透明晶體。比如：斯里蘭卡的鋯石多為綠色低型的，經(jīng)過熱處理后，顏色明顯變淡，成為高型的鋯石寶石。我國(guó)海南省產(chǎn)的紅色、棕色鋯石，經(jīng)過熱處理，可以變成無色的。

寶石界把鋯石、綠松石、青金石同列為十二月生辰石，象征勝利，好運(yùn)，是成功的保證。

我國(guó)有部分紅色或棕紅色的鋯石，不經(jīng)改色處理，也可直接研磨成美麗的寶石。但應(yīng)該注意，我國(guó)紅低型鋯石也是二色性較強(qiáng)的寶石。如果從紅鋯石某一方向上看是紅色，而從另一方向看，又是淡色或接近無色。所以，加工時(shí)，必須按一定方向研磨，讓紅色出現(xiàn)在磨型正面。

鋯石的著名產(chǎn)地有斯里蘭卡、泰國(guó)、老撾、柬埔寨。我國(guó)云南出產(chǎn)的鋯石一般需經(jīng)加熱改色處理。

我們?cè)谏虉?chǎng)里看到的一些鉆石的替代品——營(yíng)業(yè)員聲稱的鋯石，并不是前文所說的天然鋯石，而且一種人工合成的立方氧化鋯（Cubic Zirconia），簡(jiǎn)稱CZ，價(jià)格遠(yuǎn)低于天然鋯石，是鉆石的一種最常見的替代品，請(qǐng)勿將它與天然鋯石混淆。

鋯石在酸性和堿性巖漿巖中廣泛分布，基性巖和中性巖中亦常產(chǎn)出。

四方短柱狀，四方雙錐狀。硬度大，金剛光澤。與金紅石的區(qū)分是硬度大，金紅石有完全解理。與錫石區(qū)別是鋯石的密度較小。與獨(dú)居石區(qū)別是鋯石具四方柱狀晶形，且硬度較大。

鋯石主要鑒定特征有：高折射率、強(qiáng)光澤、高雙折射率、高密度、高色散和典型的光譜特征等。

由于鋯石色彩豐富，而且顏色深淺程度變化較大，因此，鋯石可與任何顏色、透明度的寶石相混。最易于相混的寶石有鉆石、尖晶石、金綠寶石、藍(lán)寶石、紅寶石、石榴子石、鋯石寶石、托拍石等

理化性能

無色、淡黃、紫紅、淡紅、藍(lán)、綠、煙灰色等。玻璃至金剛光澤，有時(shí)呈油脂光澤。3不完全解理。透明到半透明。硬度7.5~8。相對(duì)密度4.4~4.8。因常具有放射性而引起自身的非晶化，透明度、光澤、密度、硬度均下降。

X射線照射下發(fā)黃色，陰極射線下發(fā)弱的黃色光，紫外線下發(fā)明亮的橙黃色光。

偏光鏡下：無色至淡黃色，色散強(qiáng)，折射率大。No = 1.91~1.96，Ne = 1.957~2.04。均質(zhì)體折射率會(huì)降低，N = 1.60~1.83。

熔點(diǎn)2340~2550℃。氧化條件下，在1300~1500℃穩(wěn)定；1550~1750℃分解，生成ZrO2 SiO2。線性熱膨脹系數(shù)5.0 10-6/℃（200~1000℃），且耐熱震動(dòng)，穩(wěn)定性良好。高溫下不與CaO、SiO2、C、Al2O3等反應(yīng)，抗渣蝕能力強(qiáng)，不粘鋼水。

鋯石按它的結(jié)晶程度分為高型（四方晶系，受輻射少或無，晶格沒有或很少發(fā)生變化的鋯石），低型（有多種非晶質(zhì)混合物組成，結(jié)晶程度低，晶格變化大），中型（介于高和低之間），硬度由低型到高型發(fā)生變化，低型可低至6，高型可高至7.5，密度也一樣從低型到高型逐漸變大，范圍為3.90~4.73，鋯石無解理，斷口呈貝殼狀，鋯石較脆，常見邊角有破損，稱為紙蝕效應(yīng)。有的鋯石也可具貓眼或星光效應(yīng)，只是比較罕見。

鋯石穩(wěn)定性好，晶體結(jié)構(gòu)可以輕易鎖住鈾原子，但對(duì)鉛原子不然。因此在熔融的巖漿中形成的這種晶體已設(shè)定好放射性時(shí)鐘的指針，而鈾衰變產(chǎn)生的鉛可提供精確的時(shí)間，而且鋯石晶體一旦形成就無比堅(jiān)硬，因而而成為同位素地質(zhì)年代學(xué)最重要的定年礦物，已測(cè)定出的最老的鋯石形成于43億年以前。

類型

在貿(mào)易中完全用鋯石結(jié)構(gòu)類型劃分品種并不利于顧客選購，而且進(jìn)入市場(chǎng)的基本上是高型鋯石，尤其是處理石，無需強(qiáng)調(diào)其類型，因而，如今商業(yè)上，品種仍是以顏色劃分的5。

(1)無色鋯石:應(yīng)和鉆石一樣無色透明，不帶任何灰或褐色調(diào)。

(2)藍(lán)色鋯石:最受歡迎的品種，包括天然石和熱處理優(yōu)化石。優(yōu)化石因在優(yōu)化過程中未添加任何其他物質(zhì)，故在珠寶鑒定上，仍然認(rèn)定其為天然寶石，寶石色度有深有淺。不帶任何褐色色調(diào)的藍(lán)鋯石有強(qiáng)二色性;帶褐色調(diào)的在極端高溫高壓作用下有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榻瘘S色（非常罕見，基本不會(huì)發(fā)生）。藍(lán)鋯石常帶很淡的綠色調(diào)。

(3)藍(lán)綠色或帶黃、帶褐色的藍(lán)色鋯石。

(4)綠色和微綠黃色鋯石。

(5)橙色、褐色和黃色鋯石。

(6)紅色鋯石:包括紅色到橙紅色者。

有人還將罕見的鋯石貓眼單列為一個(gè)品種。

工業(yè)用途

提取Zr、Hf的主要礦物原料。鋯石的主要工業(yè)用途如下：耐火材料;型砂材料;陶瓷原料；寶石原料。

鋯石極耐高溫，其熔點(diǎn)達(dá)2750。并耐酸腐蝕。世界上有80%的鋯石直接用于鑄造工業(yè)、陶瓷、玻璃工業(yè)以及制造耐火材料。少量的鋯石用于鐵合金、醫(yī)藥、油漆、制革、磨料、化工及核工業(yè)。極少量的鋯石用于冶煉金屬鋯。

含ZrO265～66%的鋯英石砂因其耐熔性(熔點(diǎn)2500℃以上)而直接用作鑄造廠鐵金屬的鑄型材料。鋯英石砂具有較低的熱膨脹性、較高的導(dǎo)熱性，而且較其他普通耐熔材料有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，因此優(yōu)質(zhì)鋯英石和其他各種粘合劑一起有良好的粘結(jié)性而用于鑄造業(yè)。鋯英石砂也用作玻璃窯的磚塊。而鋯英石砂和鋯英石粉與其他耐熔材料混合還有其他用途。

鋯英石和白云石一起在高溫下反應(yīng)生成二氧化鋯或鋯氧(ZrO2)。鋯氧也是一種優(yōu)質(zhì)耐熔材料，雖然其晶形隨溫度而變。穩(wěn)定的鋯氧還含有少量的鎂、鈣、鈧或釔的氧化物，穩(wěn)定的鋯氧熔點(diǎn)接近2700,它抗熱震，在一些冶金應(yīng)用中比鋯英石反應(yīng)差。穩(wěn)定的鋯氧導(dǎo)熱性低，在工業(yè)鋯氧中，二氧化鉿作耐熔物使用是無害的。

金屬形式存在的鋯，主要用于化學(xué)工業(yè)和核反應(yīng)堆工業(yè)，以及用于要求耐蝕、耐高溫、特殊熔合性能或吸收特殊中子的其他工業(yè)，在美國(guó)，鋯總消耗量中約有8%用于這些工業(yè)，而鉿金屬的唯一有意義的應(yīng)用是用在軍艦的核反應(yīng)堆。

鋯金屬用多段提煉法獲得6。最初鋯英石在電爐中和焦炭反應(yīng)產(chǎn)生碳?xì)浠?，然后氯化生成四氯化鋯。鎂還原四氯化鋯法（Thekrollprocess）包括四氯化物的還原，它把鎂金屬放在一種惰性的氣體中，用來獲得海綿狀鋯金屬?？梢杂玫饣餆犭x解法精煉高純度鋯金屬，在這一過程中，依靠金屬和碘蒸氣在200℃的溫度下發(fā)生反應(yīng)，并將易揮發(fā)的碘送往連接器中，使鋯成為易揮發(fā)碘的形態(tài)，從而與大多數(shù)雜質(zhì)分離。大約在1300℃的溫度下，碘化物在加熱的燈絲上被分離。燈絲上附著高純度的鋯。釋放出來的碘從燈絲中轉(zhuǎn)移，這種產(chǎn)物稱為鋯晶棒。

用途 ：海綿鋯的90%以上是作為核反應(yīng)堆中結(jié)構(gòu)和包殼材料的鋯基合金的原料。金屬鋯在化工、農(nóng)藥、印染等行業(yè)中可用來制造耐腐蝕的反應(yīng)塔、泵、熱交換器、閥門、攪拌器、噴嘴、導(dǎo)管和容器襯里等，它還可作為煉鋼過程中的脫氧、脫氮?jiǎng)?，鋁合金的晶粒細(xì)化劑。鋯絲可作為柵板支架、陰極支架和柵板材料，以及作為空氣等離子切割機(jī)的電極頭。鋯粉主要在軍火工業(yè)上用作爆燃劑，在電子器件內(nèi)可作為消氣劑，它也可制作引火物、煙花和閃光粉

佩戴

注意事項(xiàng)

鋯石是常見的寶石用礦物7，但是低型鋯石有些含有放射性元素，故而有些低型鋯石有放射性，特別是亮橙色的低型鋯石，最好不要作為首飾佩戴，這樣的鋯石很可能有放射性。所以如果是首飾用的鋯石，低型鋯石是不能接受的，低型鋯石是由于放射性而晶體變?yōu)榉蔷w的鋯石，很可能是帶有放射性的，所以首飾珠寶用鋯石只會(huì)選用高型鋯石。

相關(guān)文化

在西方人看來，佩帶紅鋯石可以起到催眠作用，可以驅(qū)走瘟疫，戰(zhàn)勝邪惡。現(xiàn)今有些國(guó)家把鋯石和綠松石一起作為“十二月誕生石”，象征成功和必勝。高型鋯石是巖漿早期結(jié)晶的礦物，不含放射性元素，對(duì)人體無害。世界上最著名的藍(lán)色鋯石，重208克拉，現(xiàn)珍藏于美國(guó)紐約自然歷史博物館。

優(yōu)化處理

熱處理

熱處理可以改變鋯石的顏色，也可以改變鋯石的類型8。

1.改變顏色

不同產(chǎn)地的鋯石經(jīng)熱處理會(huì)出現(xiàn)不同的顏色。

1）在還原的條件下進(jìn)行熱處理可產(chǎn)生藍(lán)色或無色的鋯石。其中最重要的是越南紅褐色的鋯石原料，經(jīng)熱處理后產(chǎn)生無色、藍(lán)色、金黃色，這是寶石首飾中最常見的品種。熱處理步驟如下：

首先樣品放在封閉的坩堝里（一般放1kg），放進(jìn)爐子中，在減壓還原的條件下進(jìn)行加熱900~1000°C，約可使30%的樣品達(dá)到寶石級(jí)。剩下70%顏色差但凈度好的藍(lán)色鋯石，再經(jīng)進(jìn)一步加熱可產(chǎn)生無色的鋯石。這一步熱處的目的是去除鋯石中的褐色色調(diào)，以產(chǎn)生無色的鋯石，同時(shí)產(chǎn)生白霧狀效果。

2）在氧化條件下進(jìn)行熱處理，溫度達(dá)到900°C時(shí)可產(chǎn)生金黃色和無色的鋯石，有些樣品可呈紅色。上述熱處理兩個(gè)步驟下來仍未達(dá)到寶石級(jí)顏色的樣品也可以在這種氧化條件下熱處理成無色或金黃色的鋯石。

經(jīng)熱處理可得到無色、藍(lán)色、黃色及橙紅色鋯石。鋯石熱處理優(yōu)化過程因未添加其他任何物質(zhì)，故在珠寶鑒定上仍將其認(rèn)定為天然寶石。另有一種把鋯石和硝酸，鈷鉀鐵鹽放在一起放入坩堝中燒6-8小時(shí)的處理方法（此種方法一般比較少見），在這種處理方法下產(chǎn)生的鋯石在極端高溫高壓條件下可以再度轉(zhuǎn)變顏色。如藍(lán)色鋯石在極端高溫高壓下可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻瘘S色或亮紅色，這種部分轉(zhuǎn)變顏色的鋯石有時(shí)放在有木炭的坩堝里，再度加熱至800~900°C，又可完全轉(zhuǎn)為藍(lán)色。此現(xiàn)象與因產(chǎn)地不同而導(dǎo)致的鋯石中雜質(zhì)成分的差異有密切關(guān)系。

2.改變類型

加熱至1450°C，持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的熱處理可引起硅和鋯石重結(jié)晶，將低型的鋯石轉(zhuǎn)向高型的鋯石。經(jīng)這種處理，低、中、高型的鋯石都能提高密度（可達(dá)4.7g/cm3），具有較高的折射率和清楚的吸收線，同時(shí)還可以提高透明度和明亮程度。熱處理引起的重結(jié)晶還可產(chǎn)生纖維狀微晶，形成貓眼。

經(jīng)熱處理的鋯石表面或棱角處更加飽滿，光澤度也有一定程度的提升。

輻照處理

鋯石的輻照處理與熱處理結(jié)果是相反的逆變化過程。幾乎所有經(jīng)熱處理得到的高型鋯石改變品經(jīng)輻照處理（X射線、γ射線、高能電子等）都可以恢復(fù)熱處理前的顏色，甚至變深。天然產(chǎn)出的鋯石在輻照下也會(huì)發(fā)生變色，如無色鋯石在X射線照射下可變成深紅色、褐紅色或紫色、橘黃色；藍(lán)色鋯石在X射線輻照下可變成褐色—紅褐色。但這類輻照改色鋯石改色過程均可逆，在極端高溫高壓下可以恢復(fù)原狀。

鑒定

怎樣快速分辨鋯石和鉆石9**？**

1. 透明度測(cè)試：如果在紙上畫一條線，將“鉆石”放置在紙上，如果透過“鉆石”可以看到那條線的話，它就不是鉆石，因?yàn)殂@石會(huì)將100%的光反射，應(yīng)該看不清任何東西。
2. 濕度測(cè)試：向礦石哈氣，哈氣擴(kuò)散得非常快。鉆石的表面非常光滑，它留不住水和冷凝液體。
3. 瑕疵測(cè)試：仔細(xì)地用放大鏡觀察礦石，如果可以觀察到礦石內(nèi)部有一些小的瑕疵，那么這就是一顆真的鉆石。除非這是一塊非常極盡完美的鉆石（幾乎不可能）。假的鉆石總是非常純非常清澈的。
4. 紫外線測(cè)試：如果有一臺(tái)比較高端的器材，可以通過紫外線來觀察，如果它可以變色，它就是真的鉆石，因?yàn)檎嬲你@石是對(duì)紫外線有反應(yīng)的。

用偏光儀

可將均質(zhì)體寶石的鉆石、尖晶石、石榴石等區(qū)分開來，因?yàn)?，鋯石是非均質(zhì)寶石，在偏光鏡下呈四明四暗的消光現(xiàn)象，而均體寶石為全消光或斑狀消光。

觀測(cè)比較

測(cè)折射率、密度、光譜、觀察刻面邊棱重影以及包裹體等，易將鋯石與其余相似寶石區(qū)分來。

科學(xué)發(fā)現(xiàn)

經(jīng)過科學(xué)家的檢測(cè)，在西澳大利亞一個(gè)牧羊場(chǎng)的石頭中提取的微型鋯石晶體已經(jīng)經(jīng)歷了44億年的歲月，是地殼最古老的部分之一。

地質(zhì)學(xué)家通過檢驗(yàn)這塊石頭，確定了地殼至少于44億年前就已經(jīng)形成，僅僅在太陽系形成的1.6億年之后。

另外，科學(xué)家們還認(rèn)為，這塊石頭的存在表明，早期的地球并不像許多科學(xué)家所認(rèn)為的，是一個(gè)環(huán)境嚴(yán)酷的地方。它證明了地球曾經(jīng)冷卻至適宜生命居住的溫度過。