合成镁橄榄石的矿物学研究_范建良
第36卷第6期 人 工 晶 体 学 报 Vol .36 No .6 2007年12月 JOURNAL OF SY NT HETI C CRYST ALS Dece mber,2007
合成镁橄榄石的矿物学研究
范建良,郭守国,史凌云,刘学良
(华东理工大学宝石检测中心,上海200237)
摘要:人工合成的镁橄榄石具有优越的物理化学性能,使其在诸多领域得到应用,其中蓝紫色合成镁橄榄石被用作坦桑石的替代品进入珠宝市场,引起了珠宝行内外的广泛关注。本文通过X 射线荧光光谱的定量分析和紫外2可见光吸收光谱的颜色成因分析,得出人工合成的蓝紫色镁橄榄石的主要成分为Mg O 和Si O 2,并添加了致色金属元素钴和钒,组份相对简单,蓝紫色调的产生与钴离子有关;对合成橄榄石、天然橄榄石和坦桑石进行拉曼光谱
(785n m )的定性分析,得到合成镁橄榄石与天然橄榄石都具有特征Si 2O 伸缩振动引起的拉曼位移820c m -1、
853c m -1和961c m -1,而坦桑石中存在特征Si 2O 伸缩振动引起的拉曼位移866cm -1、923c m -1和1148c m -1,可有效鉴定该三种矿物。
关键词:镁橄榄石;坦桑石;橄榄石;X 射线荧光光谱;紫外2可见光吸收光谱;拉曼光谱
中图分类号:O766 文献标识码:A 文章编号:10002985X (2007)0621431204
Study on the M i n era logy of Syn theti c Forster ite
FAN J ian 2liang,G UO Shou 2guo,S H I L ing 2yun,L IU X ue 2liang
(Gem st one Testing Center,East China University of Science and Technol ogy,Shanghai 200237,China )
(Received 29M arch 2007)
Abstract:Synthetic f orsterites are widely used in many fields because of the super physical and che m ical p r operty .Among the m the blue and pur p le ones were used as substitutes for z oisites in the ge m st one market,which ar ose the common attenti ons in and ar ound the ge m st one industry .This paper was based on quantitative analyzing tested by XRF and col orati on mechanis m study tested by UV 2V I S abs or p ti on s pectru m ,it was found that the main components of synthetic blue and pur p le forsterite were Mg O and Si O 2,and col orati on ele ment Co and V were added in it,the components were fe wer;The turn 2up of blue and pur p le col or was connecting with Co i on;via qualitative analysis on synthetic forsterite,natural peridot and z oisite tested by Ra man s pecter,it was f ound that Ra man shifts 820c m
-1,853c m
-1and 961c m -1bel onged t o diagnostic stretching vibrati on of band Si 2O existed in the Ra man s pectra of synthetic forsterite and peridot,whereas Ra man shifts 866c m -1、923c m -1and 1148c m -1bel onged t o
diagnostic stretching vibrati on of band Si 2O existed in the Ra man s pectra of z oisite .Owing t o above testing methods,synthetic forsterite could be identified effectively with natural peridot and z oisite .
Key words:forsterite;z oisite;peridot;XRF;UV 2V I S abs or p ti on s pectrum;Ra man s pectrum
收稿日期:2007203229
作者简介:范建良(19812),男,江苏省人,博士研究生。E 2mail:fanjianliang@mail .ecust .edu .cn
1 引 言
人工合成的镁橄榄石具有优越的物理化学性能,且随着合成技术的不断进步,使其在诸多领域得到应
人工晶体学报 第36卷1432
为主体原料,有时添加其它微量成份,并在高温高压下进行[1,2]。用。镁橄榄石的人工合成一般以Mg O、Si O
2
镁橄榄石具有较低的介电损耗,可被用作毫米波长的介电材料[3];其次,镁橄榄石陶瓷具有较强的抗弯曲强度和较高的韧性,可用作生物陶瓷[2];另外,人工合成的蓝紫色镁橄榄石酷似坦桑石,常规仪器很难将其区分,因此有些不法商人将其冒充价格昂贵的坦桑石销售给顾客,严重侵害了消费者的利益,因此受到行内外广泛的关注。本文对珠宝市场上存在的镁橄榄石进行矿物学分析,并将其与天然橄榄石和坦桑石进行对比分析,以便获取有效的鉴定信息。
2 样品与测试条件
选取人工合成的镁橄榄石、天然坦桑石和天然橄榄石(见图1)作为测试样品,其中合成橄榄石重5.07ct,蓝紫色调;坦桑石重0.81ct,蓝紫色调;橄榄石重0.85ct,黄绿色调。
图1 测试样品(a)合成镁橄榄石;(b)天然坦桑石;(c)天然橄榄石
Fig.1 Testing samp les:(a)synthetic f orsterite;(b)natural zoisite;(c)natural peridot
采用XRF21800X射线荧光光谱仪(XRF)对合成镁橄榄石进行成份定量分析,测试条件为高压40k V,发射电流95mA,扫描速度8deg./m in,75μm铍窗,Rh靶,管电流140mA。采用Cary500紫外2可见光分光光度计对合成镁橄榄石进行致色机理分析,仪器分辨率UV2V I S<0.05nm(λ:D2656.1n m),测试方向:入射光垂直于合成镁橄榄石的台面。使用BT R1112785M ini Ra m拉曼光谱仪对以上3个样品进行定性和对比分析,仪器的技术指标和测试条件为激发光源785nm,分辨率10c m-1,输出功率>300mW,光谱测定范围200～2000c m-1;积分时间设置为合成橄榄石4000m s,坦桑石和橄榄石20000m s。
表1 合成镁橄榄石的X射线荧光光谱分析
Table1 Con ten t result of syn theti c forster ite tested by XRF
Analyze Result/wt%
Mg O54.6825
Si O244.7906
Co2O30.4246
V2O50.0698
3 结果与分析
由X射线荧光光谱对合成镁橄榄石的定量分析得到表1。从表1可以看出,合成镁橄榄石的主要成分为Mg O和Si O
,根据两者的含量可推算其主要成分的分子式为Mg2Si O4,与天然镁橄榄石相同;另外,存在微
2
量金属氧化物Co
O3和V2O5,含量分别为0.4246wt%和0.0698wt%,钴元素的存在使很多宝石呈现蓝色调,
2
而天然的橄榄石几乎不含钴元素,也未曾见天然蓝紫色橄榄石存在的介绍;其次,未能测得其它组分,成份较简单,而天然镁橄榄石一般存在伴生矿物,且类质同象作用较普遍。因此,从定量分析大致可确定该镁橄榄石由人工合成,且以Mg O和Si O
为主要合成原料,并添加致色元素钴和钒,使其呈现蓝紫色调。
2
采用紫外2可见光分光光度计对合成镁橄榄石的颜色进行成因分析,测得吸收光谱图2。在吸收光谱图中出现了以349n m、490nm和577nm为中心的吸收峰和600n m以上较强吸收,在以350nm为中心的紫光
第6期范建良等:合成镁橄榄石的矿物学研究1433 图2 合成镁橄榄石的紫外2可见光吸收光谱Fig .2 UV 2V I S abs or p ti on s pectru m of synthetic forsterite
区和以420n m 为中心的蓝光区均具有较大的光透过
性,致使从台面观察该镁橄榄石都能显示蓝紫色调。
490nm 和577n m 的吸收峰为Co 3+
在晶体场作用下分裂的能级间d 电子跃迁吸收所致,电子跃迁吸收的能
量分别为2.5e V 和2.1e V 。因此,通过紫外2可见光吸
收光谱的测定,可解释镁橄榄石产生蓝紫色调的原因,
也对该样品的分析和鉴定具有重要意义。
合成镁橄榄石的拉曼光谱见图3,在其拉曼光谱
图中存在两个强拉曼位移820c m -1、853c m -1和一个中
等强度的拉曼位移961c m -1。图4为镁橄榄石的晶体
结构图,沿着结晶轴Z 轴,可以看出该晶体结构中存
在Cs 对称形的[Si O 4]4+四面体和[Mg O 6]10-八面体,且Mg 原子以两种独立形式Mg1和Mg2存在。根据橄榄石中链的振动模式和产生的相对应拉曼位移,可归
纳为Si 2O 伸缩振动模在819c m -1～989c m -1之间,而Si 2O 弯曲振动模在600c m -1附近,Si O 4旋转模在183～
432c m -1,而Mg 2O 平移振动模低于300c m
-1[4]。因此,根据拉曼位移的指派,拉曼位移820c m -1、853c m -1
分
别归属于橄榄石硅氧四面体[Si O 4]4-中Si 2O 的对称性伸缩振动和反对称性伸缩振动[5],而拉曼位移961c m -1也归属于Si 2O 的伸缩振动,这3个拉曼位移对橄榄石具有非常重要的鉴定意义。由于受到仪器精度的限制,其它弱的拉曼位移在较短的积分时间内(4000m s )无法显示
。图3 合成镁橄榄石的拉曼光谱
Fig .3 Ra man s pectru m of synthetic f
orsterite 图4 镁橄榄石的晶体结构图Fig .4 V ie w of crystal structure of f orsterite 天然橄榄石和坦桑石的拉曼光谱分别见图5、图6。在天然橄榄石的拉曼光谱中具有鉴定意义的拉曼位
移820c m -1、852c m -1和956c m -1,且拉曼位移820c m -1的强度略高于852c m -1,另外还存在弱2中等强度的拉
曼位移426c m -1、536c m -1和598c m -1,这些与合成镁橄榄石有所区别。天然橄榄石主要矿物的分子式为
(Mg,Fe )2Si O 4,由于特征拉曼位移820c m -1、852c m -1和956c m -1与合成镁橄榄石的相近,说明该橄榄石与镁
橄榄石的晶体结构相近,只是有一部分镁原子被铁原子类质同象替代,形成[Fe O 6]
10-八面体结构,同时对[Si O 4]4+四面体结构和链振动产生一定的影响。因此在较长的积分时间(20000m s )内,能清楚显示Si 2O 弯曲振动引起的拉曼位移536c m -1、598c m -1,同时,Si 2O 反对称性伸缩振动引起的拉曼位移852c m -1强度降
低,形成拉曼位移820c m -1的强度略高于852c m -1的现象。另外,由于致色元素铁原子对镁原子的类质同象
替代,使橄榄石呈现黄绿色调。
1434 人工晶体学报 第36卷
图5 天然橄榄石的拉曼光谱
Fig .5 Ra man s pectru m of natural peridot 图6 天然坦桑石的拉曼光谱Fig .6 Ra man s pectru m of natural zoisite
天然坦桑石的拉曼光谱(图6)中具有中2强的拉曼位移487c m -1、672c m -1、866c m -1、923c m -1、1148c m
-1和弱的拉曼位移334c m -1、568c m -1和980c m -1。坦桑石的主要矿物成分分子式为Ca 2A l 3(Si O 4)(Si 2O 7)O
(OH ),因此,Si 2O 链以两种形式在[Si O 4]4-和[Si 2O 7]6-中存在,因此Si 2O 振动引起的拉曼位移较合成镁橄
榄石多。根据指派,拉曼位移866c m -1、923c m -1、980c m -1和1148c m -1
归属于Si 2O 的伸缩振动,拉曼位移
487c m -1、568c m -1和672c m -1归属于Si 2O 的弯曲振动,拉曼位移334c m -1则归属于Si O 4旋转振动或金属M 2O 的平移振动。其中特征拉曼位移866c m -1、923c m -1和1148c m -1对坦桑石的鉴定具有重要意义。4 结 论
通过X 射线荧光光谱的定量分析,得出人工合成的蓝紫色镁橄榄石的主要成分为Mg O 和Si O 2,并添加了致色金属元素钴和钒,组份相对简单;紫外2可见光吸收光谱的颜色成因分析,证实镁橄榄石蓝紫色调的产生与钴离子致色有关,并形成在350nm 为中心的紫光区和420n m 为中心的蓝光区有较强的光透过,而其它波段吸收较强;对合成橄榄石、天然橄榄石和坦桑石进行拉曼光谱(785nm )的定性分析,得到合成镁橄榄石与天然橄榄石都具有特征Si 2O 伸缩振动引起的拉曼位移820c m -1、853c m -1和961c m -1,而坦桑石中存在特
征Si 2O 伸缩振动引起的拉曼位移866c m -1、923c m -1和1148c m -1,可有效鉴定该三种矿物。
参考
文献[1]
Ohsat o H ,Sugiya ma T,Oga wa H [J ].J.Electroceram ,2006,17:4452450.[2]
Siyu N i,Lee Chou,J iang Chang[J ].Ceram ics International ,2007,33:83288.[3]杜勇慧,张铁臣,苏作鹏.镁橄榄石和顽辉石的高温高压合成[J ].高压物理学报,2006,20(3):2812284.
[4]Noel Y,CattiM and Ph .D’A rco[J ].Phys .Che m.M inerals .,2006,33:3832393.[5]马艳梅,崔启良,周强等.橄榄石原位高温拉曼光谱研究[J ].吉林大学学报(地球科学版),2006,36(3):3422345
细说橄榄石
细说橄榄石 橄榄石因其颜色多为橄榄绿色而得名。其英文名称为Peridot或Olivine，前者直接源于法文Peridot，后者为矿物学名词。橄榄石大约是3500年以前，在古埃及领土圣·约翰岛发现的。古罗马人称它为“太阳的宝石”，并用作护身符，以去除邪恶。至今，橄榄石仍以其独有的草绿色和柔和的光泽在珠宝王国占有一席重要之地。橄榄石是八月生辰石。 一．橄榄石的基本性质 （一）矿物名称 橄榄石（Peridot），在矿物学中属橄榄石族。 （二）化学成分 橄榄石的化学成分为（Mg，Fe）2SiO4，可含微量元素Mn、Ni、Ca、Al、Ti等。在矿物学中橄榄石族分为三个亚族：镍橄榄石Ni2SiO4、橄榄石（Mg，Fe）2SiO4、锰橄榄石Mn2SiO4。宝石学中所指的橄榄石即橄榄石亚族（Mg，Fe）2SiO4，主要是镁铁类质同象系列。按其中铁含量高低可分成六个亚种：镁橄榄石、贵橄榄石、透橄榄石、镁铁橄榄石、铁镁橄榄石、铁橄榄石，但是用作宝石材料的橄榄石只有镁橄榄石和贵橄榄石，作为宝石种可统称为橄榄石。 （三）光学性质 1．颜色 橄榄石的颜色是中到深的草绿色（略带黄的绿色，亦称橄榄绿），部分偏黄色（绿黄色），少量的有褐绿色，甚至绿褐色。色调主要随含铁量多少而变化，含铁量越高，颜色越深；褐色调可能是轻度水化引起的，也可能是微量成分Mn引起的。橄榄石的颜色是其本身所含的铁等化学成分所致，是一种自色矿物，颜色稳定。 2．透明度与光泽 橄榄石大部分透明，部分因含固、液、气态包体或因密集的裂隙而呈半透明。玻璃光泽3．光性 橄榄石为二轴晶，光轴角很大。当铁橄榄石分子含量少时为二轴晶正光性，当铁橄榄石分子大于12%时变为负光性。 4．折射率和双折射率 折射率为 1.654~1.690（±0.020），其大小随成分中铁的含量增加而增大。双折射率0.035~0.038，常为0.036（褐色品种为0.038），所以通过台面可以非常清楚地看到对面棱线的双影。 5．色散 橄榄石具有中等色散，为0.020，切磨质量高时，可见火彩。 6．多色性 橄榄石多色性总体来说较弱，对深绿色品种来说，只有见到二色镜才能见到微弱的三色性，呈黄绿色－弱黄绿色－绿色；浅色品种几乎看不到多色性；褐色品种可显示褐―淡褐―深褐多色性。 7．在长、短波紫外光照射下无荧光、磷光。 8．吸收光谱 在蓝区和蓝绿区有三个等距离的铁的吸收带，分别在453nm，477nm和497nm处
镁橄榄石的合成与应用
镁橄榄石的合成与应用 摘要 实验主要为了能实现利用廉价的菱镁矿尾矿和碎矿，硅石，滑石，硅灰作原料和成高纯镁橄榄石通过实验数据选出最佳配方来，并用选出的最佳配方来制成镁橄榄石砖在测其性能。
关键词：镁橄榄石，硅石，滑石，菱镁矿尾矿，菱镁矿碎矿，硅灰，轻烧镁粉，体积密度，气孔率，常温耐压，常温抗折，衍射,成分分析等. 实验方案 一：合成高纯镁橄榄石 我们采用廉价的硅石，滑石，硅灰作为SiO2来源 SiO2 硅石99% 滑石60% 硅灰96%
采用廉价的菱镁矿尾矿和菱镁矿碎矿作为MgO来源 MgO SiO2 菱镁矿尾矿45% 3% 菱镁矿碎矿45% 3% 滑石32% 通过我们小组共同努力计算出了18组配方合成高纯镁橄榄石分别为 轻烧镁粉我们用菱镁矿尾矿和菱镁矿碎矿在1580℃下煅烧5h得到的其中： MgO SiO2 轻烧镁粉90.2% 6%
在压力300KN压成每个100gΦ50的样品，我们总共煅烧2个温度分别为1200℃和1580℃，在衍射下发现1200℃烧成的镁橄榄石合成量少照比1580℃下的镁橄榄石，所以我们只对1580℃煅烧的样品进行了体积密度和气孔率的测试。 实验数据分析
从这几组数据上我们得到体积密度较大并且气孔率较小的样品分别为，菱镁矿尾矿+滑石和菱镁矿尾矿+滑石+硅石，还有轻烧镁粉+硅石+硅灰，所以我们从中做了对比从样品的收缩来看我们选出最佳样品为菱镁矿尾矿+滑石。 图片如下：
我们做到这已经选出了做高纯镁橄榄石的最佳配方来。 二制成镁橄榄石砖并测其性能 我们已经得到了高纯镁橄榄石的最佳配方来，我们大量用菱镁矿尾矿+滑石来合成高纯镁橄榄石在1580℃下，我们把合成的高纯镁橄榄石破碎成3-1和1-0，还有细粉以来制砖。 配方如下： 镁橄榄石（3-1）镁橄榄石（1-0）镁橄榄石细粉高纯镁砂 x-1 45% 15% 40% y-1 45% 15% 20% 20% z-1 45% 15% 40% xy 45% 15% 30% 10%
玻璃陶瓷的制备与应用
玻璃陶瓷的制备与应用 摘要：陶瓷玻璃又称微晶玻璃，其作为21世纪的新型建筑材料具有优异的性能，广泛应用于各个行业。本文介绍了玻璃陶瓷的发展史、制备方法和应用。 关键词：玻璃陶瓷制备性能应用 Preparation And Application Of Glass Ceramics Abstract: Ceramic glass and glass ceramics, as a new building material in twenty-first Century with excellent performance, widely used in various industries. This paper introduces the history of the development of glass ceramics, preparation method and application. Keyword s: glass ceramic preparation properties application 一、前言 玻璃陶瓷,又名微晶玻璃,是将加有成核剂(个别也可不加) 的特定组成的基础玻璃,经热处理工艺后所得的微晶体和玻璃体均匀分布的复合材料。玻璃陶瓷兼有玻璃和陶瓷的优点,具有许多常规材料难以达到的优异性能[1]。 玻璃陶瓷是材料科学上的一项新的研究发现,可以作为结构材料、技术材料、光学电学材料、装饰材料等广泛应用于国防尖端技术工业、建筑业及生活等各个领域。因此,微晶玻璃被科学家们称为21世纪的新型建筑材料。 二、玻璃陶瓷的发展史 由玻璃制备多晶材料的思想可追溯到十八世纪，法国学者家Rene De Reaumur于1739年进行了初步探索。但微晶玻璃材料的研制成功并实现工业化则始于本世纪五十年代末，由美国康宁公司的Stookey发明了光敏微晶玻璃。 微晶玻璃的性能即决定于组成相的固有属性，又决定于形成的微观组织形态。能够形成微晶玻璃的硅酸盐从结构上大致分为三类：架状硅酸盐、片状硅酸盐、片状硅酸盐及链状硅酸盐，每种均有其特定的组成及结构和性能特点。微晶玻璃从五十年代末诞生
合成镁橄榄石的矿物学研究_范建良
第36卷第6期 人 工 晶 体 学 报 Vol .36 No .6 2007年12月 JOURNAL OF SY NT HETI C CRYST ALS Dece mber,2007 合成镁橄榄石的矿物学研究 范建良,郭守国,史凌云,刘学良 (华东理工大学宝石检测中心,上海200237) 摘要:人工合成的镁橄榄石具有优越的物理化学性能,使其在诸多领域得到应用,其中蓝紫色合成镁橄榄石被用作坦桑石的替代品进入珠宝市场,引起了珠宝行内外的广泛关注。本文通过X 射线荧光光谱的定量分析和紫外2可见光吸收光谱的颜色成因分析,得出人工合成的蓝紫色镁橄榄石的主要成分为Mg O 和Si O 2,并添加了致色金属元素钴和钒,组份相对简单,蓝紫色调的产生与钴离子有关;对合成橄榄石、天然橄榄石和坦桑石进行拉曼光谱 (785n m )的定性分析,得到合成镁橄榄石与天然橄榄石都具有特征Si 2O 伸缩振动引起的拉曼位移820c m -1、 853c m -1和961c m -1,而坦桑石中存在特征Si 2O 伸缩振动引起的拉曼位移866cm -1、923c m -1和1148c m -1,可有效鉴定该三种矿物。 关键词:镁橄榄石;坦桑石;橄榄石;X 射线荧光光谱;紫外2可见光吸收光谱;拉曼光谱 中图分类号:O766 文献标识码:A 文章编号:10002985X (2007)0621431204 Study on the M i n era logy of Syn theti c Forster ite FAN J ian 2liang,G UO Shou 2guo,S H I L ing 2yun,L IU X ue 2liang (Gem st one Testing Center,East China University of Science and Technol ogy,Shanghai 200237,China ) (Received 29M arch 2007) Abstract:Synthetic f orsterites are widely used in many fields because of the super physical and che m ical p r operty .Among the m the blue and pur p le ones were used as substitutes for z oisites in the ge m st one market,which ar ose the common attenti ons in and ar ound the ge m st one industry .This paper was based on quantitative analyzing tested by XRF and col orati on mechanis m study tested by UV 2V I S abs or p ti on s pectru m ,it was found that the main components of synthetic blue and pur p le forsterite were Mg O and Si O 2,and col orati on ele ment Co and V were added in it,the components were fe wer;The turn 2up of blue and pur p le col or was connecting with Co i on;via qualitative analysis on synthetic forsterite,natural peridot and z oisite tested by Ra man s pecter,it was f ound that Ra man shifts 820c m -1,853c m -1and 961c m -1bel onged t o diagnostic stretching vibrati on of band Si 2O existed in the Ra man s pectra of synthetic forsterite and peridot,whereas Ra man shifts 866c m -1、923c m -1and 1148c m -1bel onged t o diagnostic stretching vibrati on of band Si 2O existed in the Ra man s pectra of z oisite .Owing t o above testing methods,synthetic forsterite could be identified effectively with natural peridot and z oisite . Key words:forsterite;z oisite;peridot;XRF;UV 2V I S abs or p ti on s pectrum;Ra man s pectrum 收稿日期:2007203229 作者简介:范建良(19812),男,江苏省人,博士研究生。E 2mail:fanjianliang@mail .ecust .edu .cn 1 引 言 人工合成的镁橄榄石具有优越的物理化学性能,且随着合成技术的不断进步,使其在诸多领域得到应