电气石成因矿物学的标型特征研究进展

电气石成因矿物学的标型特征研究进展

发表时间：2020-01-02T14:58:07.883Z 来源：《基层建设》2019年第27期作者：汪轩辰梁晓姝

[导读] 摘要：电气石又称碧玺，是一种环状硼硅酸盐矿物，电气石的成分十分复杂，导致其颜色多样性。

河北地质大学河北石家庄 050031

摘要：电气石又称碧玺，是一种环状硼硅酸盐矿物，电气石的成分十分复杂，导致其颜色多样性。因为其颜色丰富多彩，所以重要的宝石材料。因为电气石拥有各种特殊的性质，所以被国内外学者广泛关注。目前大家一般对电气石的成分、结构、颜色的方面多有研究。之前人们由于勘探和技术方面的等能力有限，所以对电气石的研究并没有很广泛，但近年来，国内外学者将电气石的性质广泛应用于环保、保健方面，使电气石展现了良好的发展前景。文中主要对电气石的形态、颜色等方面进行综述，并指出现存问题及发展趋势。

关键词：电气石；成分；结构；颜色

研究现状：就目前已有资料，可将自然界中电气石的成因归纳为如下几种：①花岗岩成因（包括伟晶岩中的电气石）；②与花岗岩有关的热液交代成因；③变质成因；④热水沉积成因；⑤蒸发沉积成因；⑥碎屑沉积成因。

对电气石的研究现状大致从以下几个方面进行讨论：

1、化学成分的研究

目前国际上公认的电气石的通用化学式为XY3Z6B3Si6O27（OH，F）4，X位置由Na、K、Ca、空缺四位占据；Y位由Mg和Fe2+，（Al+ Li）或 Fe3+（还包括Mn，Cr，V和Ti）占据；Z位由Al3+，Fe3+或Cr3+占据，B为三次配位，没有明显替代；Si可有部分Al3+替代。所以其化学成分非常复杂，通用的电气石族化学分子式为NaR3Al6[Si6O18]（BO3）3（OH，F）4。有人用Y位置上的不同类质同像划分的四个端元组分对其进行分类：镁电气石、黑电气石、锂电气石和钠锰电气石（Y=Mn）；有人用X位置上的占位元素对其大致进行划分为三大类：碱性电气石（X位置主要是Na+ K）、钙质电气石、x空位电气石（x位置是空位）然后依据W与Y、Z位置进行进一步的细分。其中碱性电气石组有11种，钙电气石组4种，空格电气石3种，一共18种电气石矿物种属是目前被国际矿物协会所认同并应用的。有人还根据化学成分的不同，将电气石分为4类：镁铁锂电气石、钠锰电气石、钙镁电气石、布格电气石。

如果考虑配位多面体上的所有阳离子，则其种类可达29种之多，主要有：铁电气石 NaFe3Al6[Si６O18]（BO3）3（OH）4；镁电气石NaMg3Al６[Si6O1８]（BO３）3（OH）4；钙镁电气石 CaMg4Al5［Si６O18］（BO３）3（OH）4；锂电气石 Na（Li，Al）3Al6

［Si6O18］（BO３）3（OH，F）4；锰电气石NaMn３Al6［Si6O18]（BO3）3（OH）4。

2、晶体结构特征

电气石是呈短柱状、长柱状、针状的单晶体。其中三方柱{1010}和六方柱{1120}是最长见到的单形，同时可在柱面上见到纵纹，因此晶体的横断面呈三角形。不同的地质生长环境会形成不同形态和成分的电气石矿物，一般呈平行状、分歧状、放射状团簇。

全世界对电气石的晶体结构从20世纪40年代到50年代一直有火热的研究，大家对结构的研究方法争议很大，直到50年代大部分人都通过测定晶胞参数的手段对电气石的晶体结构进行研究并得到最终比较认同的结构形态。Belov，N.V（1949），G.Donnay（1950），Ito （1951）的晶胞参数测试法确定晶体结构是比较公认的结构模式，基本上定为：硅氧四面体[SiO4]组成的六联环[Si6O18]12 -（Diet rich R V 等，1985）。而Mg2 +与O2 -及（OH）- 组成层状的水镁石型结构，3个MgO4（OH）2 配位八面体与六联环相接，二者共用硅氧四面体角顶上的一个O2 -。3个配位八面体的交点，由（OH）-占据于六联环的中轴线上。在六联环中轴线处的该（OH）- 的对角处是（OH）-，而（BO3）3 - 三角形与配位八面体层共用一个 O2 -。电气石晶体结构属于三方晶系，空间群为R3m，三重对称轴为c轴，垂直于c轴无对称轴和对称面，也无对称中心。电气石是具有单向极轴的异极性矿物，组成电气石六联环的硅氧四面体的顶角氧原子O6 指向同一方向，即电气石的正极。1969年Barton绘制了电气石矿物网面结构投影图，对电气石的晶体结构进行了形象概括。

3、矿石颜色特征

由于电气石的化学成分和结构形态复杂造成其成分丰富，导致电气石有绚丽多彩的颜色，其中以黑色、黄色、绿色、蓝色、、红色、枚红色为主。由于电气石的两种致色机理使其呈现各种颜色：

（1）电气石有不同的化学成分使之存在广泛的类质同像现象，金属离子间的置换产生不同各种类质同像，再加上在化学组成上的轻微变化就能呈现处不同的颜色。例如，富锰的颜色多为红色，富铁的多为黑色，富铬的多为褐黄色。富含Li的呈玫瑰红色，富含Mg的呈褐色至黄棕色。

（2）电子或离子孔势阱的产生。K.Krambrock 等用γ射线辐射电气石，形成一个黄色中心，并这个黄色中心进行分析，发这个黄色中心与电气石组成结构中O-孔势阱的产生紧密相连，他们认为O-位于3个八面体所共有的位置，当对它进行加热时，有的离子结构发生变化伴随孔势阱的发生导致颜色的改变。例如对呈红色的结构中有Mn2+的电气石进行加热，发现其中Mn2+并没有发生改变，铁离子也没有被氧化，结构没有改变，没有发生孔势阱，所以其颜色还是呈现红色。但是对蓝色电气石进行加热时其中的铁离子发生氧化造成晶体结构发生变化，伴随孔势阱的发生，从而改变其位移产生颜色的改变。

据前人的研究，黑色电气石中含较高 Fe２＋，同时也含Mn２＋，将其归为铁电气石；褐色、黄棕色电气石是因为Ti３＋和Ti４＋之间的电荷转移导致，将其划分为镁电气石－钙镁电气石一类中；铁锂电气石的蓝色电气石是由Fe２＋和 Fe３＋之间的电荷转移形成；绿色电气石是由 Fe２＋、Ti４＋和Cr３＋的作用影响其颜色，归为锂电气石；浅绿、淡绿色的电气石中含有较高的Mn２＋，也含有Fe２＋和Fe３＋所以归为锂电气石；黄绿色、黄色的电气石主要由Fe３＋或 Mn２＋导致其颜色的形成，也成为锂电气石；红色、紫红色电气石，是由于Mn３＋的电子跃迁引起颜色的形成，也成为锂电气石；还有一种是无色透明的电气石，属于锂电气石。

存在问题：

（1）目前对电气石的应用主要利用其天然形成的物理特性，缺乏对电气石人工改性研究。

（2）电气石定年技术的改进。对电气石的定年一般是用K-Ar和40Ar-39Ar，需要相当高的含K样品，但是符合要求的样品太少，所以需要转变定年技术，或者改变定年样品，再或者从围岩入手。

发展方向：

由于电气石具有辐射红外线、离子吸附和释放方面的特征，所以目前电气石广泛应用于环保保健方面，但之前对这些方面的研究还较缺乏，使人们不能充分对电气石的特征有很好的认识，导致人们被虚假广告和宣传所迷惑。随着现在生活条件的改善，人们越来越追求身