碧璽顏色成因初探概述碧璽是寶石級電氣石的總稱，其礦物名稱電氣石來源于該礦物受熱帶電的特性。18世紀(jì)，荷蘭人發(fā)現(xiàn)碧璽在陽光照射下具有吸附灰塵、碎紙屑的功能。故取名“吸灰石”。英文名稱是從古僧伽羅語“Turmali”衍生而來，意思是“呈混合色的礦物”碧璽顏色最為豐富，有的晶體的兩端或晶體的內(nèi)外顏色表現(xiàn)各異，也稱雙色碧璽，三色碧璽、西瓜碧璽等。以下便是我們經(jīng)過課堂學(xué)習(xí)、課后資料查閱后，對碧璽顏色成因的認(rèn)識。一、碧璽的顏色特點(diǎn)在眾多的寶石品種中，碧璽是顏色最為豐富的寶石。其顏色的復(fù)雜性體現(xiàn)在:(1)各種顏色都有：可呈無色、粉紅色、玫瑰紅色、紅色、綠色、深綠色、淺藍(lán)色、藍(lán)色、深藍(lán)色、藍(lán)灰色、紫色、黃色、綠黃色、褐色、黃褐色、淺褐橙、黑色等。如圖1所示：圖1圖1各種顏色的碧璽寶石（2）同一晶體沿C軸不同位置顏色不同，可形成雙色、三色碧璽（見圖2）;同一晶體自中心至邊緣顏色不同，如西瓜碧璽即為內(nèi)部為紅色，外部為綠色。如圖3所示:2雙色碧璽晶體圖3西瓜碧璽碧璽的晶體結(jié)構(gòu)璽即為內(nèi)部為紅色，外部為綠色。如圖3所示:2雙色碧璽晶體圖3西瓜碧璽碧璽的晶體結(jié)構(gòu)碧璽為極為復(fù)雜的硼硅酸鹽，其化學(xué)式可表示為：（Na、K、Ca）（Mg、Fe、Mn、Li、AI）3AI6[Si6O18][BO3]3（OH，F(xiàn)）4R位置，使顏色變化碧璽的晶體結(jié)構(gòu)如圖4所示。T晶格位置主要由Si占據(jù)，并含有少量Al和可能存在的B；V晶格位置主要由陰離子OH-占據(jù)，并含有O2-,它們分別與2個(gè)My和1個(gè)Mz離子相連接，OH-以O(shè)H⑶表示；W晶格位置由O2-，OH-和F-占據(jù)，其中02-占主導(dǎo)，它們與3個(gè)My離子相連接JOH-以O(shè)H(1)表示。在電氣石晶體中，元素B和Si在含量上存在著對應(yīng)關(guān)系，它們之間摩爾比可表示為n(B)/n(Si用1/2。在晶體結(jié)構(gòu)中，X位置主要由離子半徑較大的堿金屬離子(主要為Na+,Ca2+和少量的K+)和空位占據(jù)，以Mx表示；Y處于正八面體中，并被多種離子所占據(jù)，如Li+,Mg2+,Fe2+,Mn2+,AI3+,Cr3+,乂+,Fe3+和Ti4+等，以My表示；Z處于扭曲的八面體中，該八面體相對于Y八面體的空間小，其晶格位置由離子半徑較小的3價(jià)陽離子所優(yōu)先占據(jù)，如AI3+,Fe3+,Cr3+和V3+，同樣也可由少量的2價(jià)離子所占據(jù)，如Mg2+,Fe2+，以Mz表示。電氣石晶體中的硅氧四面體［Si04］以六圓環(huán)連接形式存在，環(huán)與環(huán)之間以Y,Z八面體相連接，其中Y和Z八面體間以共棱形式存在，因而My和Mz離子易形成耦合離子對。基團(tuán)［B03］以三角形狀存在，其組成平面平行于(0001)晶面。BG”<K?<Tb」?b4po務(wù)甫RicFB^^?^EI->-B^l-賺卅山對(MgHR)、猥(ffl山對(FeHR)、瞄(ffl山對(Li+ATR)、離卅山對(MnHR】賺(ffl山對(Draviie)二Np廣Ca)Mg3A_」si6018=B03一3(OH二)*猥(ffl山對(schor一二(N嚴(yán)廠Ca)JA_」sio18=BO3一3(OH二)亠瞄(ffl山滅E_b%e)MNP廣CaXLi>)>匸sio」MBOlSbb18SS(OH二)4離曲山對(Tsiorisii)二N?K"Ca)Mn>匚SLPMBOFSbb18SS(OH二)4M召、賺卅山對Jr?(ffl山對2畫(Mg2+—Fe2+)、￡烽猥卅山對Jr瞄(ffl山對2畫(2Fe2+—>3++Li+)凹^^3->al}臉同象系列，而鎂電氣石與鋰電氣石之間、鎂電氣石與錳電氣石之間為不完全的類質(zhì)同象。電氣石的四個(gè)端員組分的類質(zhì)同象替換關(guān)系的四面體圖解見圖5所示。圖5鎂電氣石黑電氣石鋰電氣石錳電氣石類質(zhì)同象關(guān)系的四面體圖解三、碧璽的顏色成因解釋碧璽當(dāng)純凈時(shí)為無色的，它可見極為豐富的顏色品種，且顏色分帶現(xiàn)象普遍”除了與不同礦區(qū)及不同成礦階段介質(zhì)組分的變化有關(guān)，與溫度、壓力的變化有關(guān)，還由于其晶體內(nèi)部存在廣泛的類質(zhì)同象替代，即顏色成因?yàn)樗?。根?jù)其化學(xué)式中R位置的不同，可呈現(xiàn)出不同的顏色：為Li，Mn或粉紅色、淺藍(lán)色Cs以Fe為主 暗綠色、深藍(lán)色、暗褐色、黑R色以Mg為主 黃色、褐色以Cr為主綠色、深綠色

1?粉紅色碧璽圖6中的1為粉紅色碧璽在200-1400nm波段內(nèi)的吸收光譜，這種顏色碧璽的呈色與Mn3+的d電子躍遷有關(guān)，并在可見光范圍內(nèi)形成390nm、450nm、517nm三個(gè)吸收帶，主要吸收帶在517nm處，吸收了可見光中的藍(lán)綠光，從而使電氣石呈現(xiàn)粉紅色。I0110I2IM1由于Mn離子在晶體中最穩(wěn)定的價(jià)態(tài)是Mn2+和Mn4+，而MnI0110I2IM1S-iJiipl-c——1I150/=—-'I150—I150/=—-'I150wavolcmglh/nm圖6玫瑰紅色.綠色.褐綠色電氣石在20O~14O0nm波段內(nèi)的吸收光譜2■綠色、褐綠色、藍(lán)色碧璽圖6中2為綠色碧璽的在200-1400nm波段內(nèi)的吸收光譜，在可見光區(qū)域內(nèi)，主要存在420nm、718nm處的吸收。其中,420nm吸收帶主要與交換耦合Fe3+—Fe3+離子對間的電荷轉(zhuǎn)移吸收有關(guān),18nm吸收帶主要與Fe2+—Fe3+離子對間的電荷轉(zhuǎn)移躍遷有關(guān)，但同時(shí)，不能忽略由Cu2+，C03+或Cr3+的d電子躍遷引起的吸收。例如，巴西的“帕拉巴”藍(lán)至綠色碧璽的顏色主要與Cu2+有關(guān)；俄羅斯烏拉爾產(chǎn)出一種由Cr3+致色的翠綠色電氣石。420nm、718nm吸收帶的存在使碧璽呈現(xiàn)綠色。圖6中的3為褐綠色碧璽在200-1400nm波段內(nèi)的吸收光譜，在可見光區(qū)域內(nèi)，除了存在420nm、718nm處的吸收，還存在540nm吸收帶，亥帶與Fe2+一Ti4+間的電荷轉(zhuǎn)移吸收有關(guān)。420nm、540nmn、 718nm吸收帶的存在，使得碧璽呈褐綠色。藍(lán)色——藍(lán)綠色的碧璽，晶體結(jié)構(gòu)中已有較多的Fe2+離子被（Li+Ab+）取代，但仍由少量的Fe2+離子起主要作用致色。3．黃色、褐色碧璽鎂電氣石中常存在微量的Ti,TiO2的含量為0.13%~1.57%,Ti3+—Ti4+之間的電荷轉(zhuǎn)移使碧璽呈現(xiàn)出黃色、褐色。4．黑色碧璽當(dāng)碧璽中鐵的含量過高時(shí)呈現(xiàn)黑色。當(dāng)Fe2+離子含量高，可同時(shí)含有Mn2+離子時(shí)，稱為“黑色電氣石”或“鐵電氣石”當(dāng)Fe3+離子占優(yōu)勢時(shí)，叫“布格電氣石”（1）熱處理熱處理可使深色碧璽的顏色變淺，原理主要是在不同的環(huán)境條件下（著色在氧化環(huán)境中進(jìn)行，褪色在還原環(huán)境中進(jìn)行），通過熱處理改變碧璽晶體結(jié)構(gòu)中致色元素離子的價(jià)態(tài)等，從而達(dá)到改變碧璽顏色的目的。例如，經(jīng)熱處理的新疆深藍(lán)色、深綠色、深黃綠色碧璽分別變成了藍(lán)（淺藍(lán)色）、綠（淺綠色）、黃綠（淺黃綠色）碧璽。（2）輻照處理對那些無色或色淡、多色的碧璽運(yùn)用高能射線進(jìn)行輻照處理，輻照處理后,樣品顏色趨于向深色帶紅色調(diào)方向變化（如紅、粉紅、紫紅、紅紫、紅綠色等）,這可能與寶石中的Mn、Fe、Ti、C和Al、Si及OH中的O等元素或離子團(tuán)經(jīng)輻照后產(chǎn)生電荷變化及空位變化的關(guān)系。常采用Y射線（如CO60）對碧璽進(jìn)行輻照處理。輻照可能產(chǎn)生如下的電荷變化：Mn2+-Mn3++e;Fe2+-Fe3++e;Ti4++e—Ti3+;Fe3++e—Fe2+。輻照產(chǎn)生的顏色還可能與晶體內(nèi)各離子在輻照作用下發(fā)生的異價(jià)類質(zhì)同像替代有關(guān)。這種異價(jià)類質(zhì)同像替代將導(dǎo)致晶體中存在缺陷。例如Mg2+或Mn2+對Na+的替代，F(xiàn)e3+、Ti3+或Mn3+、Cr2+對Mg2+或Fe2+的替代及AI3+、Fe3+、Mn3+等對Si4+的替代,,當(dāng)受到輻照時(shí)，便容易形成電子色心。另一些粒子，如Li、O及OH、F等,在高能粒子作用下,有可能會(huì)離開原位,而形成空穴色心。色心對光譜中特定能量段的選擇性吸收便造成了輻照后的顏色。例如，新疆產(chǎn)的碧璽經(jīng)過輻照處理后，淺粉紅色碧璽變成了紅、深紅色；淺綠色碧璽變成了粉紅、紅、深紅色；雙色碧璽變成了紅綠、紅紫色；無色碧璽變成了粉紅、紅、深紅色。參考資料."黑色電氣石紅外輻射與晶格缺陷及晶粒的關(guān)系"楊如增、徐禮新，2002年12月， 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)."輻照處理對碧璽物理性質(zhì)的影響"吳瑞華、林善園，1998年12月，巖石礦物學(xué)雜志."新疆綠色電氣石顏色成因硏究" 王進(jìn)軍、陶曉風(fēng)，2005年7月，巖石礦物學(xué)雜志."新疆阿爾泰彩色電氣石的顏色成因" 王元龍，1996年6月，礦產(chǎn)與地質(zhì)⑸."天然礦物功能晶體材料電氣石" 展杰、郝霄鵬，2006年4月，功能材料I.R.Plimer.Theassociationoftourmalinitewithstratiformscheelitedeposits[J].MineraliumDeposita,1987,22(4).R.H.Hellingwerf,K.Gatedal,V.Gallagher,J.H.Baker.TourmalineinthecentralSwedishoredistrict[J].MineraliumDeposita,1994,29(2).M.Deb,A.Tiwary,M.R.Palmer.TourmalineinProterozoicMassiveSulfideDepositsfromRajasthan,India[J].MineraliumDeposita,1997,32(1).CristianeCastaeda,SigridG.Eeckhout,GeraldoMageladaCosta,NilsonF.Botelho,EddyGrave.EffectofheattreatmentontourmalinefromBrazil[J].PhysicsandChemistryofMinerals,2006,33(3).StephanieM.Mattson,GeorgeR.Rossman.Ferricironintourmaline[J].PhysicsandChemistryofMinerals,1984,11(5).MartinR.Palmer,JohnF.Slack.Boro