宝石学基础教程大全

一、宝石的分类及命名①宝石的定义：1.广义：一切可琢磨或雕刻成首饰或工艺品的材料，包括人工和天然材料。2.狭义：自然界中美丽，耐久，稀少但可琢磨或雕刻成首饰或工艺品的矿物，岩石及部分有机材料。②宝石特性：⑴美丽⑵耐久，硬度大，坚韧不脆，化学性稳定⑶稀少⑷无害。摩斯硬度：矿物的硬度是矿物抵抗外来机械作用（如刻划、压入、研磨等）侵入的能力。材料的硬度取决于原子间的键合力的性质和强度，不同的硬度测量方法有：摩氏硬度、压入硬度和研磨硬度。德国矿物学家摩氏在1822年为了评价矿物的硬度提出一种使用的分类表，实际上是一种刻划硬度，矿物硬度分为10级，从1-10分别为：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。矿物的硬度也具有对称型和方向性，这种硬度大小随方向而变化，例如蓝晶石，沿晶体延长方向的硬度是5，而垂直延长方向的硬度为7天然珠宝玉石：天然宝石：矿物单晶（可含双晶）1)高档宝石：H7。例如：钻石，红宝石，蓝宝石，祖母绿，金绿宝石；2)中低档宝石：碧玺，石榴石，尖晶石，水晶等；3)稀少宝石：也叫收藏宝石，塔菲石，蓝锥矿，矽线石等。天然玉石：矿物集合体和非晶质材料。1)高档玉石：H：6.5-7翡翠，软玉；2)中低档玉石：H：4-6玛瑙，岫玉，青金岩，天然玻璃等；3)雕刻石：H：2-4图章石，砚石，装饰石等。天然有机宝石：珍珠，珊瑚，煤精，骨料，象牙，龟甲。人工宝石：合成宝石：有天然对应物，如合成红宝石，合成钻石合成宝石必须具备三个条件：a．它应当是人工参与生产的无机产物。因为有机材料在外观上可能被模仿，但其生长过程是不能复制的。b．它必须有对应的天然宝石。c．它的物理性质、化学成分和晶体结构与相对应的天然宝石相同或几乎完全相同。但合成尖晶石却有微小的差异。人造宝石：无天然对应物，如YAG（钇铝石榴石）；拼合宝石：两块以上的材料组合在一起，如苏达祖母绿；再造宝石：碎块在高温高压下粘结而成，如再造琥珀。二、宝石的形成矿物：由地质作用形成，通常为固体的无机晶质材料，也有有机的琥珀及非晶质材料欧泊，天然玻璃等；岩石：矿物的天然集合体1）沉积岩：灰岩，生物碎灰岩；2）岩浆岩：花岗岩，玄武岩；3）变质岩：大理岩，片岩。岩浆成矿作用1）处于地壳深部的岩浆具有很高的温度，在压力驱使下沿破裂带上升，形成火山岩和侵入岩2）岩浆在上升过程中，不断发生结晶分异作用，使有用组分聚集形成岩浆矿床3）金伯利岩：钻石，石榴石；4）玄武岩：橄榄石，蓝宝石；5）伟晶岩：海蓝宝石，黄玉，碧玺，各色水晶。变质成矿作用：在地球内力影响下，固态岩石或矿物在基本保持固态下发生成分、结构、构造的变化，形成有用物质的聚集。1）区域变质作用：1.大理岩：Ruby，Sapphire;2.片岩：Emerald，Chrysoberyl.2）接触变质作用：蛇纹岩，软玉，翡翠等。热液成矿作用：岩浆水、变质水、沉积水的流体与岩石作用发生充填和交代作用使有用物质析出形成矿床。晶洞：成矿热液沿构造裂隙及空间充填，晶体沿壁生长。风化沉积成矿作用：当岩石或矿床裸露地表或处于近地表时，由于水、生物、氧化的环境和温差的变化加速了风化。不稳定部分矿物——分解、淋失——在深部再析出形成淋积矿床。形成的矿物为：欧泊、绿松石、孔雀石等。抗风化能力强的矿物——残留下来——形成残积矿床——经过河流搬运、迁移，富集形成各种砂矿。这些矿有如下性质：1.化学性质稳定（抗风化）2.高硬度（耐磨）3.比重大（经过迁移分异可以富集成矿）宝石矿床的分类及特征成因类型岩类宝石种类内生矿床岩浆型金伯利岩金刚石、镁铝榴石、橄榄石基性喷出岩蓝宝石、锆石酸性喷出岩贵榴石、托帕石伟晶岩型晶洞伟晶岩海蓝宝石、绿柱石、水晶、锂辉石、锰铝榴石稀土金属伟晶岩彩色电气石、铯绿柱石、托帕石、长石气成热液型超基性岩交代岩翡翠、翠榴石云英岩（云母、石英）祖母绿、红宝石矽卡岩红宝石、蓝宝石、尖晶石、铁铝榴石热液型深成型紫水晶、黄水晶火山成因型紫水晶、蛋白石、托帕石远程低温型祖母绿变质型动力变质型翡翠区域变质型红宝石、蓝宝石混合型月光石、SiO2类玉外生矿床生物沉积褐煤煤玉、琥珀风化壳型砂—粘土质岩石超基性面性风化欧泊、澳玉含硫化物铜矿的浅性风化绿松石、孔雀石砂矿残坡积型所有宝石冲积砂矿所有宝石海成砂矿所有宝石三、宝石的化学组成⒈宝石的化学成分1）单质—钻石C2）氧化物—刚玉，尖晶石，金绿宝石，石英3）硅酸盐—绿柱石，石榴石，翡翠，橄榄石，黄玉，碧玺，锆石4）碳酸盐—冰洲石，珊瑚，珍珠5）磷酸盐—磷灰石，绿松石6）有机材料—煤精，琥珀，龟甲以有机成分为主，珍珠，珊瑚含少量有机成分⒉同质多像与类质同象同质多像：化学组成相同的物质，在不同的物化条件下结晶成具有不同晶体结构的晶体的现象。如钻石和石墨是两种非常不同的材料。一个具有作为宝石所需要的重要特征，而另一个则是重要的工业用润滑剂。类质同像：物质结晶时，其晶体结构中某些离子或原子的位置，部分相似的离子或原子占据，其晶体结构和化学键类型不发生变化，但会引起其晶胞参数及物理性质发生变化的现象。如石榴石四、结晶学基础1.晶质与非晶质材料1）晶体：具有格子构造的固体，晶体的内部质点（原子、离子或分子）在三维空间内进行规则、有序的周期性重复，在自由生长条件下，能自发形成规则的多面体形态。2）非晶质：内部质点不作规则排列（不具格子构造），无一定的外观形态。晶质与非晶质的关系与区别：晶质稳定，非晶质相对不稳定。非晶质-脱玻化-形成雏晶，例如火山玻璃；晶体-放射性-脱晶质化-非晶质，例如高锆-低锆。晶质非晶质宝石矿物宝石矿物A具有方向性的物理性质：多色性、解理、差异硬度B外形和性质具有对称性C有固定熔点,例如刚玉2045°熔化D具最小内能、稳定性——非晶质向晶质转化的趋势无对称型无规则的几何外形无方向性的物理性质无固定熔点钻石、刚玉、托帕石等火山玻璃、欧泊、琥珀等2.多晶质显晶质：由一些细小的颗粒构生的集合体，放大镜下可见这些颗粒，集合体不具有几何对称外形；隐晶质：由无数细微的晶体颗粒组成的集合体，显微镜下无法看出晶体颗粒。多晶质隐晶质非晶质宝石矿物宝石矿物宝石矿物无规则的几何外形无规则的几何外形无规则的几何外形晶体晶体非晶体属于多晶质，但在宝石显微镜下无法看出晶体颗粒内部质点不作规则排列（不具格子构造）翡翠玛瑙、玉髓玻璃、琥珀晶体的对称：所有的晶体是对称的取决于其内部质点的规律性排列不仅形态而且物性都是对称的对称要素：对称面P，对称轴L，对称中心C①对称面P：是一个假象的平面，将一个晶体划分为互为镜像反映的两个相等部分。如果一个晶体沿对称面切割成两半，并将切割下来的半个晶体的切割面对着镜面放置，影像将重现所失去的另半个晶体。根据晶体的特点，晶体中的对称面的可能数目是0-9个，立方体最高，有9个对称面。中级晶族中的四方晶系最多有5个对称面；六方晶系最多有7个对称面；三方晶系最多有3个对称面；低级晶族中的斜方晶系最多有5个对称面；单斜晶系最多有1个对称面，三斜晶系没有对称面。②对称轴L：是指通过晶体中心的一根假象的直线。当晶体围绕其旋转一圈360°时，其相同的外形能重复出现2、3、4或6次。对称轴分别称为二次轴、三次轴、四次轴和六次轴。三次对称轴以上的称之为高次轴。对称轴穿过晶面中心、晶棱中心、角顶中心③对称中心C：一个假想的点，通过此地作任意直线，在此线上与对称中心C等距离的两端上必定可找到对应的点。对称轴L对称面P对称中心C晶体对称要素晶体对称要素晶体对称要素假想的几何要素假想的几何要素假想的几何要素线面点穿过晶面中心穿过晶棱中心穿过角顶L2、L3、L4、L6垂直平分晶面垂直平分晶棱并通过其中心包含晶棱最多9P，最少无最多一个，最少无晶体定向：结晶轴：简称晶轴，用来确定晶面，晶棱在晶体上的方向而人为选定的三根或四根坐标轴。结晶轴交于晶体中心—原点，平行于对称轴、对称面的线或平行晶棱。轴角：结晶轴的夹角轴率：轴单位比a：b：c高级晶族立方晶系有四个三次轴4L3中级晶族六方晶系L6三方晶系四方晶系L3L4低级晶族斜方晶系单斜晶系三协晶系二次轴或P多于一个二次轴或P不多于一个无二次轴和P高级晶族：有多个高次对称轴等轴晶系（立方）均质体（各向同性），单折射最高对称形3L44L36L39PC立方体，八面体，菱形十二面体，四角三八面体中级晶族：非均质体，双折射，一轴晶，仅有一个高次对称轴，为C轴。四方晶系：L44L25PC，仅有一个高次对称轴，为L4，a=b≠c，四方柱，四方双锥等六方晶系：L66L27PC，a1=a2=a3≠c,六方柱，六方双锥，平行双面三方晶系：L33L23PC，三方柱，三方双锥，菱面体，平行双面低级晶族：非均质体，双折射，二轴晶，没有高次对称轴。斜方晶系：L2或P多于一个，3L23PC，斜方柱，斜方双锥，平行双面单斜晶系：L2或P不多于一个，L2PC，斜方柱，斜方双锥，平行双面三斜晶系：无L2或P，只有C，平行双面，双面，单面晶形：1.单形：指由对称要素联系起来的一组晶面的总和。是借对称型中全部对称要素的作用可以使它们相互重复的一组晶面，它们具有相同的性质。晶体的几何形态共有47种单形。如三方晶系的三方双锥、三方柱等；四方晶系的四方双锥、四方单锥单形可以分为开形和闭形2种。开形：晶面不能完全包围一定空间的单形，须和其它聚合才能形成晶体。例如平行双面、柱类和单锥类。闭形：晶面可以包围成一个封闭的空间的单形。例如立方体和八面体等。2.聚形：单形的聚合，是由两个或两个以上单形组成的。但单性的聚合不是任意的，必须是属于同一对称型的单形才能聚合。如四方体—四方柱和平行双面双晶：2个或2个以上的同种晶体按一定的对称规律形成的规则连生，相邻2个个体可以通过对称操作使两者彼此重合或平行。双晶的主要类型：1.接触双晶2.穿插双晶3.此外还有尖晶石律，三角薄片双晶，膝状双晶。双晶的特征：1.双晶接合面2.凹角3.外形对称性的变化聚片双晶：多个薄板状个体以同一双晶律连生，结合面互相平行，相邻2个个体方向相反，相间的2个个体方向相同。穿插双晶：两个个体互相穿插形成的双晶（经典例子：正长石的卡氏双晶）轮式双晶：2个以上的个体以同一双晶律连生，为若干接触双晶或穿插双晶的组合，各结合面互不平行，依次呈等角度相交，使双晶整体呈环状或辐射状。（经典例子：金绿宝石的三连晶）实际晶体：表面生长特征：生长纹和三角形生长标志鉴定要结合物理性质：颜色，光泽，解理，断口，硬度等结晶习性：矿物产出时经常呈现的形态晶体变形：生长条件及环境的影响晶面大小变化但夹角不变五、力学性质刻划硬度：材料抵抗刻划的能力材料的硬度取决于原子间的键合力的性质和强度矿物硬度分为10级，从1-10分别为：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石摩氏硬度计可帮助鉴定宝石、确定宝石的档次硬度测试为损伤性测试，一般不用于琢磨好的宝石。只是相对大小，例如金刚石和刚玉间的硬度差远大于刚玉与滑石之间硬度差异的综合灰尘中含有石英，所以摩氏硬度大于7的宝石才耐磨差异硬度：方向性差异，翡翠的差异硬度导致橘皮效应宝石硬度为宝石加工提供了重要的基础。不同硬度的宝石选择不同的研磨和抛光材料，特别是差异硬度的存在，为钻石的琢磨提供了可能性。其硬度平行八面体方向上大于立方体和菱形十二面体，所以钻石的切割或研磨通常沿平行于立方体和菱形十二面体的方向进行差异硬度：硬度依刻划方向而不同，这是由晶体结构中原子键合面和方向的规则排列所导致。例如蓝晶石，沿晶体延长方向的硬度是5，而垂直延长方向的硬度为7。只有钻石能切磨钻石，但差异硬度使钻石沿一组特定的晶体结构方向完全无法磨动另一颗钻石，沿另一些方向也只能艰难地磨动。用于切磨钻石的钻石粉是一大堆其最大硬度方向呈各种取向的颗粒。所以，总是会有许多颗粒其取向能研磨待锯或待抛磨钻石的较软方向。在生产合成钻石粉时使颗粒具某种形状，以便最有效地用于有色宝石的抛光、研磨或锯开以及钻石的切磨加工和其他各种工业目的。差异硬度的存在，为钻石的琢磨提供了可能性。其硬度平行八面体方向上大于立方体和菱形十二面体，所以钻石的切割或研磨通常