宝石学简明教程.pdf

宝 石 学 简 明 教 程 Concise Gemology 主 编 于万里 副主编 罗永安 高太忠 东 北 大 学 出 版 社 沈 阳 于万里 2006 图书在版编目 CIP 数据 宝石学简明教程 /于万里主编 . 沈阳 东北大学出版社, 2006.2 ISBN 7-81102-188-9 Ⅰ. 宝⋯ Ⅱ. 于⋯ Ⅲ. 宝石教材 Ⅳ. P578 中国版本图书馆 CIP 数据核字 2005 第 146101 号 出 版 者 东北大学出版社 地 址沈阳市 和平 区文化 路 3 号 巷 11 号 邮 编110004 电 话02483687331 市场 部 83680267 社务 室 传 真02483680180 市场 部 83680265 社务 室 E-mailneuph http∥www . neupress. com 印 刷 者 沈阳农业大学印刷厂 发 行 者 东北大学出版社 幅面尺寸 184mm260mm 印 张 11.375 插 页 4 字 数 269 千字 印 数 1～2000 册 出版时间 2006 年 2 月第 1 版 印刷时间 2006 年 2 月第 1 次印刷 责任编辑 孟 颖 P责任校对 解 丽 封面设计 唐敏智 责任出版 杨华宁 定 价 25.00 元 前 言 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高, 近年来珠宝 业在我国得到了迅速发展。珠宝已经不再是少数人的奢侈品 , 而逐渐成为人们日常生活的一部分。珠宝业的迅速发展亟需宝 玉石方面的专门人才。为了满足这方面的人才需求, 一些大专 院校相继设立了相关专业。本教材是作者多年从事宝石专业教 学的经验总结。同时, 为满足其他专业学生获得宝玉石方面知 识的需要, 本教材在讲清基本原理、基本理论和基础知识的前 提下, 尽可能简练, 使之既能适应宝石专业学生学习的需要 , 又适合于作为其他专业的学生学习宝石学的入门教材。 本书内容包括 宝石学基础知识, 宝石的鉴定方法, 常见 宝石 , 常见玉石, 其他宝玉石, 有机宝石, 宝石的合成优化与 处理以及附录。 本书由燕山大学于万里教授主编。第 1 章和第 6 章由河北 科技大学高太忠教授、燕山大学罗永安老师共同编写, 其余章 节由于万里教授执笔。全书由于万里教授统编定稿。研究生尹 蓉、张金赞、范春丽、张佰锋在本书的编写过程中做了大量的 资料收集、编辑整理、文字处理和校对等工作 , 在此表示感谢。 作 者 2005 年 11 月于燕山大学 目 录 第 0 章 绪 论1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 0.1 宝石的概念1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 0.2 宝石的特点1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 0.3 宝石的分类2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 0.4 宝石的命名方法4⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第 1 章 宝石学基础知识6⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1.1 宝石的结构6⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1.2 宝石的成分12⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1.3 宝石的物理性质16⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第 2 章 宝石的鉴定方法36⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2.1 宝石的常规检测36⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2.2 大型仪器在宝石鉴定中的应用46⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第 3 章 常见宝石55⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.1 钻 石55⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.2 红宝石和蓝宝石68⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.3 绿柱石族宝石72⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.4 金绿宝石75⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.5 碧 玺77⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.6 尖晶石79⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.7 锆 石80⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.8 托帕石82⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.9 橄榄石84⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.10 石榴石85⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.11 水 晶88⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3.12 长 石91⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第 4 章 常见玉石93⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.1 翡 翠93⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.2 软 玉102⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 4.3 蛇纹石玉105⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.4 独山玉108⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.5 欧 泊110⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.6 石英岩玉112⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.7 玉髓、木变石和硅化木114⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.8 绿松石117⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.9 青金石120⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.10 方钠石123⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.11 孔雀石124⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.12 萤 石124⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.13 碳酸盐类玉石125⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.14 天然玻璃126⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.15 丁香紫玉127⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.16 寿山石128⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.17 鸡血石129⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.18 青田石130⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第 5 章 其他宝玉石132⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第 6 章 有机宝石147⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 6.1 珍 珠147⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 6.2 珊 瑚149⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 6.3 琥 珀150⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 6.4 龟甲 玳瑁152⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第 7 章 宝石的合成优化与处理153⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 7.1 宝石的合成方法153⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 7.2 宝石的优化与处理方法157⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附 录162⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附表 1 宝石折射率检索表162⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附表 2 宝石密度检索表166⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附表 3 宝石硬度检索表168⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附表 4 常见宝石的可见光吸收光谱169⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 附表 5 常见宝石的优化处理方法172⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 参考文献173⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 2宝石学简明教程 第 0 章 绪 论 0.1 宝石的概念 宝石的概念有广义和狭义之分。根据国家标准 GB/ T 165522003 珠宝玉石名 称, 广义的宝石是珠宝玉石的简称, 包括天然珠宝玉石和人工宝石两大类。狭义的 宝石是指具有珠宝玉石的特征, 可加工成装饰品的天然产出的矿物单晶体可含双 晶 , 是天然珠宝玉石的一种。 0.2 宝石的特点 据统计, 目前在自然界中已经发现的矿物有 3 200 余种, 但是能够作为宝石的只 有 230 余种。可见, 只有少数自然界中矿物的精华才有资格跻身于宝石的行列。那 么, 具有哪些特点的矿物或者材料能够成为宝石呢 一般认为, 能够成为宝石的矿物 或材料应该具有美丽、耐久和稀少等三个特点。 0.2.1 美 丽 宝石的首要条件是美丽。美丽主要体现在颜色、透明度、光泽、色散和特殊光学 效应等方面。 1 颜色 宝石最主要的用途是美化人们的生活, 给人带来美感。给人视觉感官带来刺激的 首先是宝石的颜色。同种矿物或材料,如果不具有美丽的颜色, 可能成为不了宝石。 比如, 同样是由化学成分 Al2O3组成的矿物刚玉, 如果不具有漂亮的颜色,就只能作 为工业磨料使用, 不能成为宝石。但是, 如果其具有鲜艳的红色, 就成为一种高档宝 石 红宝石。如果其具有鲜艳的蓝色, 则成为另外一种高档宝石 蓝宝石。一般 来说, 宝石的颜色越鲜艳、越美丽, 其价格就越昂贵。 2 透明度 透明度是衡量宝石质量好坏,或者是否能够成为宝石的一个重要指标。一般来 讲, 宝石的透明度越好, 质量越好。透明度好的宝石可能比透明度差的宝石价格高出 几十倍甚至上百倍, 而透明度差则可能达不到宝石级别。比如, 一件透明度好、颜色 第 0 章 绪 论1 漂亮的翡翠价格可能高达数百万, 而透明度差的翡翠可能只值数十元。 3 光泽 光泽是宝石表面反射光的能力。宝石的光泽强, 看起来会给人一种灿烂夺目的感 觉。比如, 钻石虽然不具有鲜艳的颜色, 但是却能够成为宝石之王, 其中一个很重要 的原因, 就在于钻石具有很强的光泽。 4 色散 将进入宝石的白光分解成单色光的能力称为宝石的色散, 在宝石界内也常常被俗 称为“火”或“火彩” 。色散强的宝石在自然光的照射下会呈现出斑斓的颜色, 为宝 石增添了无穷的美丽。 5 特殊光学效应 宝石的特殊光学效应是指宝石的猫眼效应、星光效应、变色效应等。有些宝石颜 色、透明度等项指标可能并不很出众, 但是由于具有某种特殊光学效应, 也使其成了 漂亮的宝石。比如, 黑色的刚玉由于颜色不好, 可能达不到宝石级别, 不能作为宝石 使用。但是, 如果它具有星光效应, 则可以加工成星光蓝宝石。 0.2.2 耐 久 人们一提起钻石, 可能就会想起“钻石恒久远,一颗永流传” 。钻石之所以能够 恒久远、永流传, 关键在于钻石具有极高的硬度和非常稳定的化学性质。换句话说, 钻石具有非常好的耐久性。质量好的宝石一般都具有较高的硬度和良好的韧度, 具有 稳定的化学性质。 0.2.3 稀 少 物以稀为贵, 宝石也是如此。宝石的稀有主要体现在两个方面 一个是数量上, 宝石在地壳内的储量很少。可以设想,如果遍地是金刚石, 它也就不会成为宝石了。 另一方面体现在质量上。有些宝石数量并不少, 但是质量好的却很少, 因此, 只有质 量好的宝石才能成为稀世珍宝。 0.3 宝石的分类 0.3.1 宝石的成因分类 根据现行国家标准, 宝石按照成因可分为天然珠宝玉石和人工宝石两类。 1 天然珠宝玉石 天然珠宝玉石可以进一步分为天然宝石、天然玉石和天然有机宝石三类。 天然宝石是指由自然界产出的, 具有美丽、耐久和稀少性, 可加工成装饰品的矿 物单晶体可含双晶。狭义的宝石指的就是此类。 天然玉石是指由自然界产出的, 具有美丽、耐久和稀少性, 可加工成装饰品的矿 物集合体, 少数为非晶质体。 天然有机宝石是指由自然界生物生成, 部分或全部由有机质组成可用于首饰及装 2 宝 石 学 简 明 教 程 饰品的材料。 2 人工宝石 人工宝石是完全或部分由人工生产或制造用作首饰及装饰品的材料的统称, 包括 合成宝石、人造宝石、拼合宝石和再造宝石。 合成宝石是指完全或部分由人工制造且自然界有已知对应物的能够用作首饰或工 艺品的晶质或非晶质体, 其物理性质、化学性质和晶体结构与所对应的天然珠宝玉石 基本相同, 如合成红宝石、合成蓝宝石和合成水晶等。 人造宝石是指由人工制造且自然界无已知对应物的能够用作首饰或工艺品的晶质 或非晶质体, 如人造钇铝榴石。 拼合宝石是指由两块或两块以上材料经人工拼合而成, 且给人以整体印象的珠宝 玉石, 简称“拼合石” 。 再造宝石是指通过人工手段将天然珠宝玉石的碎块或碎屑熔解或压结成具整体外 观的珠宝玉石, 如“再造琥珀” 、 “再造绿松石” 。 0.3.2 宝石的价值分类 在日常生活及宝石商贸中, 常常按照天然宝石和天然玉石的价值分类。 1 天然宝石 按照天然宝石的价值和稀缺程度, 常把天然宝石分为高档宝石和中低档宝石。 ① 高档宝石。高档宝石是指那些颜色、透明度、硬度一般摩氏硬度大于 7等物 理性质都居于宝石之冠的宝石。根据价值的高低及珠宝界的习惯, 目前国际珠宝界公 认的高档宝石品种有钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、金绿宝石 变石、猫眼等 5 种。 ② 中低档宝石。除高档宝石之外的宝石,一般不再细分, 统称为中低档宝石。 这些宝石也具有美丽、耐久和稀少等特点, 但是与高档宝石相比要逊色一些。主要包 括碧玺、石榴石、水晶、尖晶石和绿柱石等。 2 天然玉石 天然玉石按照其价值常分为高档玉石、中低档玉石和雕刻石三类。 ① 高档玉石。目前在国际上公认的高档玉石只有翡翠和软玉两种。这两种玉石 价值较高, 色泽美丽, 具有较高的硬度, 其摩氏硬度为 6.5～7,具有非常好的韧性 和耐久性。 ② 中低档玉石。与高档玉石相比, 在美丽、耐久、稀少性上都较逊色, 摩氏硬 度为 5～6 的玉石, 一般划归到中低档玉石类中,如玛瑙、蛇纹石玉、独山玉、孔雀 石、青金石、石英岩和绿松石等。这类玉石的价值一般要低于高档玉石。 ③ 雕刻石。习惯上, 一般把摩氏硬度低于 4, 可以用雕刻刀进行工艺加工的玉石 称为雕刻石。最常见的有鸡血石、寿山石和田黄。一般雕刻石的价值不高, 但是有些 雕刻石价值可以很高; 如田黄。 第 0 章 绪 论3 0.4 宝石的命名方法 在国家有关标准没有出台以前, 宝石命名比较混乱。尤其在商业上, 常常令人误 解。比如, 有人把红色的尖晶石称为“大红宝石” , 将绿色的水晶称为“绿宝石” , 将 染色的石英岩称为“马来玉” , 将合成立方氧化锆称为“俄罗斯钻”等。为规范宝石 名称, 国家质量技术监督局于 1996 年发布了国家标准 GB/ T 165521996 珠宝玉石 名称, 并于 2003 年对该标准进行了修订, 由国家质量监督检验检疫总局发布实施。 国家标准 珠宝玉石名称 对各种宝石的命名给出了具体的原则和方法。按照国 家标准 珠宝玉石名称, 珠宝玉石的命名以珠宝玉石的基本名称为基础, 对于优化 处理宝石、人工宝石和具有其他特殊光学效应的宝石, 辅以修饰词语。具体有以下原 则。 1 珠宝玉石的基本名称 以矿物、岩石名称作为珠宝玉石的基本名称, 部分珠宝玉石沿用传统名称。 2 天然珠宝玉石的命名 天然珠宝玉石直接使用基本名称来命名。天然玉石如果基本名称结尾无“玉” 字, 也可以在基本名称后加“玉”字作为其基本名称。 例如, 天然石榴石、尖晶石、绿帘石、蛇纹石、葡萄石、钠长石等宝石可以用其 矿物、岩石名称作为基本名称, 其中蛇纹石、葡萄石、钠长石为天然玉石, 也可以在 基本名称后加一“玉”字, 分别命名为“蛇纹石玉” “葡萄石玉”和“钠长石玉” 。红 宝石、蓝宝石、祖母绿、翡翠、玛瑙等的基本名称沿用传统名称, 这些天然宝石可以 直接命名为“红宝石” 、 “蓝宝石” 、 “祖母绿” 、 “翡翠”和“玛瑙” 。 3 具有特殊光学效应宝石的命名 在命名具有特殊光学效应的宝石时, 将特殊光学效应加在基本名称前后。 具有星光效应的宝石在基本名称前加“星光”两字, 具有猫眼效应的宝石在基本 名称后加“猫眼”两字。例如, 具有星光效应的红宝石、蓝宝石、石榴石可以分别命 名为“星光红宝石”“星光蓝宝石”和“星光石榴石” ; 具有猫眼效应的石英、祖母 绿、矽线石命名为“石英猫眼” 、 “祖母绿猫眼”和“矽线石猫眼” 。 4 合成宝石和人造宝石的命名 在命名合成宝石和人造宝石时,在合成、人造宝石材料的名称前面分别加“合 成” 、 “人造”两字。例如, 人工合成的红宝石、蓝宝石分别命名为“合成红宝石” 、 “合成蓝宝石” , 人造的钛酸锶可以命名为“人造钛酸锶” 。 5 拼合宝石和再造宝石的命名 在命名拼合宝石时, 在拼合材料的后面加“拼合石” 。例如, 用玻璃和石榴石拼 合而成的拼合石应命名为“玻璃石榴石拼合石” 。 在命名再造宝石时, 在再造材料名称的前面加“再造”两字。例如, 由青金石碎 屑压制而成的再造材料, 作为宝石使用, 应命名为“再造青金石” 。 6优化处理宝石的命名 在命名优化宝石时直接使用宝石的基本名称, 优化方法不必在定名中反映。例 4 宝 石 学 简 明 教 程 如, 热处理对于红宝石和蓝宝石是一种优化方法。经过热处理的红宝石、蓝宝石直接 定名为“红宝石” “蓝宝石”即可。 在命名时处理宝石不能直接使用宝石的基本名称, 有以下两种命名方法 一是在 处理宝石的基本名称后面加括号, 在括号内注明“处理”字样或注明具体处理方法。 如经过染色处理的蓝宝石可命名为“蓝宝石处理”或“蓝宝石染色” 。二是在处 理宝石基本名称前面描述具体处理方法。例如, 经染色处理的蓝宝石可命名为“染色 蓝宝石” 。 第 0 章 绪 论5 第 1 章 宝石学基础知识 1.1 宝石的结构 1.1.1 晶体与非晶体 天然珠宝玉石绝大多数是产于地壳中的矿物。矿物是地壳中的各种化学元素, 在 地质作用下不断进行迁移、运动、分散和聚集所形成的。矿物中除少量能够作为宝石 之外, 大部分矿物是人类生产和生活的重要物质来源, 是构成地壳岩石的物质基础。 自然界中的矿物很多, 大约有 3200 种, 但最常见的只有五六十种,而构成岩石的主 要矿物只不过二三十种。各种矿物都具有一定的形态和物理性质, 可以作为鉴别矿物 的依据。 绝大多数珠宝玉石具有晶体结构, 是晶质体, 只有一小部分呈胶体状态。所谓晶 质体, 就是化学元素的离子、离子团或原子按一定规则重复排列而成的固体。矿物的 结晶过程实质上就是在一定介质、一定温度、一定压力等条件下, 物质质点有规律排 列的过程。由于质点呈规则排列, 就使晶体内部具有一定的晶体构造,称为晶体格 架。这种晶体格架相当于一定质点离子等在三维空间形成的无数相等的六面体, 这 些六面体互相平行排列构成空间格子构造。因此, 各种矿物具有多种多样的晶体构 造。 在适当的环境里, 例如有使晶质体生长的足够空间, 则晶质体往往表现为一定的 几何外形, 这种具有良好几何外形的晶质体, 通称为晶体。但是, 大多数晶质体矿物 由于缺少生长空间, 许多晶粒同时生长, 互相干扰, 不能形成良好的几何外形。实际 上, 晶质体和晶体除了外表形态有区别外, 内部结构并无任何区别, 所以二者概念基 本相同。 非晶体是与晶体相对立的概念, 非晶体也是一种固态物质, 但其内部质点在三维 空间不呈周期性重复排列。因此, 非晶体不可能遵循为晶体所共有的空间格子规律, 它也不可能具有为晶体所共有的那些基本性质。表现在外形上, 它在任何条件下都不 可能自发地成长为规则的几何多面体; 在内部结构上, 其各个部分之间, 仅仅在统计 意义上是均一的, 而在不同方向上的性质则是同一的。所以, 非晶体在外部形态上是 一种无定形的凝固态物质, 在内部性质上则是统计上均一的各向同性体。其实, 从这 6 宝 石 学 简 明 教 程 些方面的特性来看, 非晶体更类似于液体。所以, 非晶体也可以看作过冷却的液体, 或者说是硬化了的液体。当加热非晶质体时, 它将逐渐软化, 最后变成熔体, 而没有 固定的熔点。 在晶体与非晶体之间划分绝对严格的界线是比较困难的。在许多具有长链状分子 的纤维类物质或高聚合物中, 存在着分子之间呈一维或二维的周期性重复排列的情 况。显然, 它们是介于晶体与非晶体之间的过渡类型的物体。非晶体的分布远不如晶 体那么广泛。在天然宝玉石中, 只有欧泊、火山玻璃以及由于受到放射性蜕变的影响 而玻璃化的一些宝石如低型锆石等 , 属于非晶体。此外, 在其他领域中, 也只有诸 如玻璃、塑料、树脂和沥青等少数物质属于非晶质的范畴。与结晶质相比, 它们只占 有极少部分。 1.1.2 晶体的基本性质 晶体和其他所有物质一样, 它们的各项性质取决于其本身的化学组成和内部结 构。由于晶体是具有格子构造的固体, 一切晶体的内部结构都共同遵循晶体的空间格 子规律。因此, 也就具备着为晶体所共有的、由格子构造所决定的基本性质。 1 均一性 均一性指晶体在不同部位上都具有相同性质的特性。因为晶体是具有格子构造的 固体, 在同一晶体的各个不同部分, 质点的分布是一样的, 所以晶体的各个部分的物 理化学性质也是相同的, 这就是晶体的均一性。例如, 假定把一个晶体分成许多小晶 块, 那么, 每一个小晶块都具有相同的密度; 当光沿着相同的结晶方向射入各个小晶 块时, 都产生同样的折射角等。因此, 对于从同一晶体中分割出来的各个部分而言, 它们必定具有完全相同的内部结构, 从而它们所表现的各项性质也必定完全一致。 非晶体也具有均一性。如玻璃的不同部分折射率、膨胀系数、热导率等都是相同 的。由上述概念可知其均一性是统计的、平均近似的均一, 称为统计均一性。同样液 体和气体也具有均一性。 图 1-1 水 晶晶体 折 射率 与 方向 的 关系图 光率体 2 异向性 异向性指晶体内部不同方向上质点的排列不同, 晶体的性质随方向的不同而表现 出差异的特性。晶体的异向性表现在解理、折射率、硬度、颜色等性质上。比如, 在 水晶平行于柱体的延长方向上测量其折射率为 Ne 1.553, 而在垂直于柱体方向上测 量其折射率则为 No 1.544。如果把不同方向的折射率 值用图形表示出来,其形状为一个沿上下方向拉长的旋 转椭球体, 椭球体沿任意方向的半径就是在该方向上折 射率值的大小, 如图 1-1 所示。再如宝石的颜色, 在平行 于蓝宝石晶体柱体的方向上观察, 蓝宝石呈蓝色; 在垂 直于蓝宝石柱体的方向上观察, 则呈蓝绿色。又如云母、 方解石等矿物晶体, 具有完好的解理,受力后可沿晶体 一定的方向, 裂开成光滑的平面。 根据空间格子规律可知,晶体结构中质点排列的方 式和间距,在相互平行的方向上都是一致的; 但在不相 第 1 章 宝 石 学 基 础 知 识7 互平行的方向上, 一般说来都是有差异的。当沿着不同方向进行观察时, 晶体的各种 性质将表现出一定的差异来, 此即晶体的各向异性。 3 对称性 对称性指晶体中的相同部分如在外形上相同的晶面、晶棱和角顶,内部结构中 相同的面网、行列或原子、离子等或性质,能够在不同的方向或位置上有规律地重 复出现的特性。例如, 祖母绿是一种高档的宝石, 它的晶体常常长成六方柱状。如果 以六方柱的中心为轴, 把祖母绿的晶体围绕此轴旋转一周, 晶体的 6 个柱面会重复 6 次, 即晶体的相同部分重复了 6 次, 这就是祖母绿晶体对称性的表现。晶体的对称性 不仅仅表现在外形上, 还表现在其他物理性质和内部结构上。 晶体的对称性取决于其格子构造, 格子构造本身就是质点重复规律的体现, 对称 性是晶体非常重要的性质, 是晶体分类的基础。此外, 在一个空间格子中, 不相平行 的行列或面网, 它们的性质表现在行列的结点间距及面网的密度和间距上一般是不 同的, 但这也不排斥在某几个不相平行的特定方向上, 出现性质相同的行列或面网, 如图 1-2 的 NaCl 晶体结构中, 沿着其小立方块的三组棱的方向, 质点具有完全一致 的排列方式和相等的间隔。显然, 这也是一种对称性, 在晶体中是极为普遍的。晶体 内部结构上的对称, 必然要反映到晶体的外形和物理性质上来, 使它们也表现出对称 的特性。 图 1-2 食盐的 晶体 结构 图中 小球 代表 Na, 大 球代 表 Cl - 4 自限性 自限性指晶体在适当的条件下能自发地形成封闭的几何多面体的性质。图 1-3 所 示是几种常见结晶质宝石在自发条件下长出的完整晶体外形。 图 1-3 水 晶 SiO2a , 萤 石 CaF2b , 冰 洲石 CaCO3c , 钻石 Cd 晶体 由图 1-3 可以看出, 晶体由平的晶面包围, 晶面相交成直的晶棱, 晶棱会聚成尖 的角顶。在实际情况下, 晶体往往并不表现为几何多面体的外形, 这是由于其生长时 8 宝 石 学 简 明 教 程 受到空间限制。如果让不具规则外形的晶粒继续自由成长, 它们还是可以自发地成长 为几何多面体外形的。从本质上讲, 晶体的自限性不存在任何例外。 5 最小内能性 最小内能性指在相同的热力学条件下, 晶体与同种物质的非晶体、液体、气体相 比较, 其内能最小。这一性质, 可以从晶体熔融时要吸热, 熔体结晶时会放热得到证 明。对非晶体与晶体间的关系而言, 情况也完全类似。 晶体是具有格子构造的固体, 其内部质点在三维空间有规律排列, 这种规律的排 列是质点间的引力与斥力达到平衡的结果。在这种情况下, 无论使质点间的距离增大 或减小, 都将导致质点的相对势能增加。非晶体、液体和气体由于其内部质点的排列 是不规律的, 质点间的距离不可能是平衡距离, 从而它们的势能也较晶体大。也就是 说在相同的热力学条件下, 晶体的内能应为最小。 6 稳定性 稳定性指对于化学组成相同、但处于不同物态下的物质而言, 以晶体最为稳定。 由于晶体有最小内能, 因而结晶状态是一个相对稳定的状态。这一点可以由晶体与气 体、液体中质点的运动状态不同来说明。 在气体中, 质点作直线的前进运动, 其运动方向只有与其他质点相碰撞时才会改 变。因此, 气体有扩散的性质, 趋向于占有最大的体积。在液体中, 质点联系比在气 体中紧密, 质点运动时彼此不分离。质点的运动存在双重性, 即质点一方面振动, 同 时质点的位置也在相对地移动。因此, 液体可以流动,液体的形态决定于容器的形 状。 在晶体中, 质点只在其平衡的位置上振动, 而不脱离其平衡位置。因此晶体是一 个相对稳定的体系, 结晶状态是一个相对稳定的状态, 要使其向液态或气态转化, 必 须从外界传入能量。正是由于晶体的稳定性, 才能使其格子构造以及其规则的几何外 形得以保持。 固态非晶质从质点运动的角度来看类似晶体, 或把它视为黏度极大的液体。质点 处于振动状态, 质点的相对移动极为困难, 但如果时间很长这种运动仍可以显现出 来, 在温度较高时, 这种运动更显著。因此非晶体相对于晶体而言是不稳定的, 有自 发地向晶体转变的趋势。比如, 天然产出的火山玻璃在刚形成时是非晶质的。但是, 形成时间比较早的火山玻璃都不再是非晶质的, 而是结晶质的。这是由于非晶质的火 山玻璃自发地向结晶质转化的缘故。相对而言, 结晶态是最稳定的状态, 它不会自发 地转变为其他物态。 1.1.3 晶体的对称分类 对称是指物体相同部分之间有规律的重复。一块发育良好的晶体在晶面的形态、 大小和位置等方面都具有对称性。晶体的对称是由于其内部不同方向上具有相同规则 排列造成的, 晶体的格子构造本身就是一种对称, 因此, 晶体都是对称的。但不同晶 体的对称排列和形态是不同的。 1 对称要素 在研究对称时, 为使物体作有规律重复, 必须通过一定的操作, 称这种操作为对 第 1 章 宝 石 学 基 础 知 识9 图 1-4 具有 对称中 心 C 的图形 称操作。在进行对称操作时所应用的辅助几何要素 点、 线、面 , 称为对称要素。 ① 对称中心 C。 对称中心是一个假想的点, 如果通过此点作任意直 线, 则在此直线上距该点等距离的两端上必定可以找到 对应点。在晶体中,若存在对称中心,其晶面必然都是 两两平行而且相等的。这可以用为判别晶体或晶体模型 有无对称中心的依据如图 1-4。在晶体中对称中心可有可无, 但只能有一个见图 1-5。 图 1-5 立 方体有 1 个对 称中 心a ,四面 体无对 称中 心b ② 对称面 P。 对称面是一个假想平面, 它将图形平分为互为镜像的两个相等部分, 分别相当于 物体与像, 两者互成镜像反映的关系。这里最重要的是“镜像反映” , 如果一个晶体 沿对称面切割成两半, 并将切割下的半个晶体的切割面对着镜面放置, 映像将重现所 失去的半个晶体。 根据晶体的特点,晶体中的对称面的可能数目是 0～9; 立方体的对称面最多, 有 9 个见图 1-6。 图 1-6 立方 体的 9 个对 称面 a 垂 直晶 面和通 过晶 棱中点 , 并 彼此互 相垂直 的 3 个 对称 面; b 包含 一对 晶棱,垂直斜 切晶 面的 6 个对称 面 ③ 对称轴 L n 。 对称轴是通过晶体中心的一根假想的直线。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。这时的对称轴分别称为二次轴、三次轴、四 次轴或六次轴见图 1-7。 2 对称分类 根据晶体对称的特点, 将晶体划分为高级、中级和低级三个晶族, 中级和低级晶 10 宝 石 学 简 明 教 程 图 1-7 晶 体中的 对称轴 示意 图 其下对 应的 图为垂 直该 轴的切 面图 族又各分为三个晶系。它们是晶体研究的基础, 并对晶体的光学性质和力学性质有着 直接的影响。详细分类见表 1-1。 表 1-1晶体 的对称 分类 晶族晶系对 称特点晶格常 数特 点最 高对称 型常见 宝石品 种 高级 晶族 等轴晶 系 有 47个 L3 a b c α β γ 90v 3ML44 L36 L29 PC 钻 石 , 石 榴 石,尖 晶 石,萤 石 , 方钠石 , 青 金石 中级 晶族 六方晶 系 有 1E个L6 或 L6i a1 a2 a3≠ c α β 90 γ 120 L66 L27 PC 祖母 绿,海蓝宝 石, 绿 柱石 , 磷 灰石 三方晶 系 有 17个 L3a1 a2 a3≠ c α β 90 γ 120 L33 L23 PC 红宝 石,蓝宝石 , 碧玺 , 方 解石 冰 洲石 ,水晶 石英 四方晶 系 有 1E个L4 或 L4i a b≠ c α β γ 90v L44 L25 PC 锆 石 , 金 红 石,锡 石,方 柱 石 , 符山石 低级 晶族 斜方晶 系 L2或 P 多 于 1 个 a≠ b≠ c α β γ 90v 3ML23 PC 橄榄 石,托帕石 , 金绿 宝石 , 黝 帘石,堇青 石, 赛 黄晶,顽火 辉石 单斜晶 系 L2或 P 不 多于 1 个 a≠ b≠ c α γ 90 β 90 L2PC 翡 翠 , 软 玉 ,日 光 石,月 光 石 , 孔雀石 , 透 辉石,锂辉石 三斜晶 系 无 L2 q 无 P a≠ b≠ c α ≠γ ≠90 β 90 L1或 C 斜长 石,绿松石 , 蔷薇 辉石 , 斧 石, 蓝 晶石 1.1.4 晶体的结构 在晶体化学分类中, 一般根据晶体结构中最强化学键在空间的分布和原子或配位 多面体联结的形式, 将晶体结构划分为如下几种类型。 1 配位型 晶格中只有一种化学键存在, 它可以是离子键、共价键或金属键。键在三维空间 均匀分布。配位多面体以共面、共棱或共角顶联结, 同一角顶所联结的角顶不少于 3 个。如金刚石C的结构。 2 架状型 第 1 章 宝 石 学 基 础 知 识11 最强键也在三维空间均匀分布。但配位多面体主要是共角顶, 同一角顶联结的配 位多面体不超过 2 个, 这是使结构开阔的一个原因。如α -石英SiO2的结构。 3 岛状型 结构中存在着 原子团 岛 ,在团 内联结的 键强远大 于团外的 联结。如橄榄石 Mg, Fe2[SiO4]的结构。 4 链状型 最强的键趋向于单向分布。原子或配位多面体联结成链, 链间以弱键相联结。如 辉石Mg, Fe2[Si2O6]、金红石 TiO2的结构。 5 层状型 最强的键沿二维空间分布, 原子或配位多面体联结成平面网层。层间以分子键或 其他弱键相联结。如蛇纹石 Mg6[Si4O10]OH8的结构。 1.2 宝石的成分 1.2.1 主要化学成分 按照组成宝石的主要化学成分, 参照宝石的矿物学分类, 可以把天然宝石划归为 自然元素类、硫化物类、氧化物类、含氧盐类和卤化物类等。 1 自然元素类 自然元素类的宝石只有钻石一种, 钻石在宝石中所处的地位是其他任何宝石无法 比拟的。 钻石的晶体结构为典型的纯共价键, 化学键最强。因而, 其硬度极高 是自然界 所有宝石中硬度最大的 , 光泽强, 密度大, 不导电。 2 硫化物类 硫化物类常见宝石品种较少,一般为稀少的宝石品种, 如闪锌矿、雄黄、雌黄、 辰砂、方铅矿、黄铁矿和黄铜矿等。 硫化物宝石的阴离子为硫, 硫易被极化, 电负性较小; 阳离子为亲铜元素和过渡 元素, 位于化学元素周期表的右方, 极化能力强, 电负性中等。因而硫化物宝石中阴 阳离子电负性相差较小, 致使硫化物类宝石矿物的化学键体现着离子键向共价键的过 渡, 以共价键为主, 并带有金属键的成分。体现在物理性质上, 大多数硫化物宝石矿 物具有金属光泽, 透明度低, 反射率强, 密度大。如方铅矿、黄铁矿和黄铜矿。少数 呈非金属色, 金刚光泽, 半透明, 如闪锌矿、辰砂、雄黄和雌黄等。硫化物类宝石的 硬度与硫的存在状态有关。一般简单硫化物的硬度较低,摩氏硬度为 2～4, 如方铅 矿、闪锌矿和辰砂等。二硫化物的硬度较高, 摩氏硬度达 5～6,如黄铁矿和白铁矿 等。 3 氧化物类 氧化物类宝石是品种较多的一类宝石,常见品种有红宝石、蓝宝石、水晶、玛 瑙、欧泊、尖晶石和金绿宝石等。 氧化物类宝石的阴离子为氧, 阳离子主要为惰性气体型离子和位于元素周期表左 12 宝 石 学 简 明 教 程 方的过渡型离子。化学键以离子键为主, 共价键成分很少。在物理性质上, 主要体现 离子晶格特征, 光学特征与阳离子的成分有很大关系。如阳离子为惰性气体型离子 Mg, Li, Si 等, 一般表现为无色或浅色, 透明至半透明,以玻璃光泽为主; 若阳离 子为过渡型离子 Fe, Mn, Cr, Ti 等, 则宝石的颜色较深, 半透明至不透明, 半金属 光泽。摩氏硬度一般大于 5.5。密度与阳离子元素的相对原子质量有关。如为相对原 子质量较大的元素, 如 Fe, 则密度较大, 如为轻元素, 如 Si, 则密度较小。 4 含氧盐类 按照阴离子的成分, 含氧盐类宝石包括硅酸盐类、碳酸盐类、磷酸盐类和其他含 氧盐类。硅酸盐类是品种最多的一类宝石, 常见品种有锆石、橄榄石、石榴石、托帕 石、绿帘石、祖母绿、海蓝宝石、碧玺、辉石、翡翠、软玉、矽线石、岫玉、日光 石、月光石、长石、方柱石和寿山石等。碳酸盐类常见品