锆石是什么材质

锆石是一种岛状结构的硅酸盐矿物,含有微量的放射性元素铀(U)和钍(Th)及MnO、CaO、Fe2O3等杂质,多分布在含有较高氧化硅的侵入火成岩和变质岩中。锆石因具有接近钻石的高色散而作为钻石的常见替代品,被加工成各种首饰,也可用于地质定年或工业、冶金等。

锆石是什么材质

锆石又称锆英石(Zircon),主要产地为斯里兰卡、缅甸抹谷、越南、法国、挪威、英国、乌拉尔、澳大利亚、坦桑尼亚等。纯净的锆石为无色,但因杂质会使它具有黄、橙、绿、蓝、红、棕等颜色,亚金刚光泽或强玻璃光泽,透明至半透明,后刻面棱有明显重影,会出现“纸蚀”现象。

锆石的名称来源

锆石的英文名称或来自波斯语的“金色(Zargoon,在阿拉伯语中意指朱红色)”,之后演变成黄锆石(Jargon),最后变成英语的锆石(Zircon)。

在此过程中,橙黄色的锆石被称为风信子石,以比拟风信子的花色。”风信子”和”风信子石”这两个在欧洲被使用的术语,指的是红棕色和橘红色的石头。

锆石的中文名称则源于自身的化学成分(ZrSiO4)。

锆石的应用领域

首饰

质量好的宝石级的锆石通常用于镶嵌首饰。

工业

锆石极耐高温,耐酸腐蚀,可作耐火材料、型砂材料,亦可用作航天器的绝热材料,如锆石和白云石一起在高温下反应生成二氧化锆或锆氧,而锆氧是一种优质耐熔材料。这一性质使其适合于制造涡轮喷气发动机和火箭,如锆的硼化物,熔点3300℃。用锆石制作的耐火材料可经受2500℃的高温,因此锆石用来制造耐火砖,用于炉衬和钢水包内衬。

用细粒锆石砂和细磨方英石砂制成的斜方英石耐火砖广泛用于电炼钢炉炉顶,其寿命比硅砖长4-5倍;

平炉使用的锆石耐火材料,耐火性超过其它材料的3倍;

锆石砖制作的钢水包衬里寿命比半硅砖长2~4倍。

锆石还用来制造实验室用高温器皿,以及特种焊条和涂层,锆石粉用于耐火涂料和颜料,锆石也用作玻璃窑的砖块。锆石在陶瓷珐琅和釉料中一般作为遮光剂的组成部分。

锆石若加少量氧化铝制成硅锆球微珠,可用作研磨和抛光介质。

锆石还可用于制革、医药、油漆等。

冶金

锆石主要在冶金工业中用作铸模砂,因为它和一般的石英铸模砂比起来颗粒更为均匀,并且有较高的耐火性和较低的膨胀系数、导热性强(约为石英冷却速度的四倍)、与其它金属不发生反应、在熔融金属作用下不液化、适合于各种粘合剂且节省粘合剂,以及在铸造过程中可排除挥发分等特点。

在冶金部门用以生产金属锆和合金,在构造钢制造中,含有12~15%Zr和39~40%Si的合金(其余为Fe)是最优先选用的。

极少量的锆石用于冶炼金属锆、铁合金。锆石也是提取锆、铪的主要矿物原料,化学工业和核工业中有很多用途。

定年

锆石因稳定性好可成为同位素地质年代学的定年矿物,如锆石离子探针微区原位U-Pb测年法、锆石激光剥蚀法(LA-ICP-MS)和锆石 TIMS 稀释法。

锆石形成原因

大部分锆石赋存在砂矿中,然而,它们最初却产在岩浆岩及变质岩中,经风化富集后才形成砂矿。在内生条件下,锆与稀士元素有许多地球化学共性。锆的富集与酸性-碱性花岗岩、霞石正长岩,以及碱性超基性杂岩有关。锆易于在碱性岩中富集是因为富含Na,K,Cl和OH-岩浆的锆溶解度较高。

花岗岩结晶时,锆聚集在残余熔浆中,并以锆石的形式分离出来,有时锆也富集在岩浆期后溶液中,在高温交代岩中沉淀。在碱性岩结晶时,很大一部分锆分散在岩石中,残余部分则聚集在残余熔浆和岩浆期后溶液中,形成有关的伟晶岩(含锆石)和脉状斜锆石矿床。在这些岩浆中,分异作用使最后结晶产物的锆富集5倍。大型锆富集体多产于碳酸岩岩体中,其主要锆矿物是斜锆石。在磷灰石-铀热液矿床中,锆石呈细脉浸染状和脉状产出。在表生带中,锆矿物稳定,聚集形成残积和冲积矿床。

锆石是在酸性和碱性岩浆岩中广泛分布的矿物。在基性岩和中性岩中亦可见到。

锆石一般结晶最早,所以常呈包裹体产于其它矿物中,但在玄武岩浆凝固中锆石结晶晚;闪长岩浆花岗岩浆中锆石结晶早;在碱性岩浆中锆石结晶可早可晚。

此外锆石还见于在成因上与碱性超基性岩有联系的碳酸盐中;热液的沸石脉,碳酸盐脉和萤石脉中有时亦可见到;沉积岩、变质岩中亦有产出。

在伟晶岩中锆石常与稀有元素矿物如铌钽铁矿、褐钇铌矿、褐帘石、钍石、独居石等密切共生。

在碱性岩中有时锆石富集成矿床。由于锆石物理化学性质稳定,故在砂矿中广泛分布,有时可富集成矿。

自然界的原生宝石级锆石矿藏主要与金伯利岩、含蓝宝石碱性玄武岩、正长岩或云霞正长岩质伟晶岩有成因联系,但不多见迄今宝石级锆石矿藏仍主要为砂矿型。此外,锆石还见于月岩、陨石、地幔捕虏岩等岩石中。

锆石的分类

按照结晶程度分类

高型锆石

锆石是什么材质

高型锆石受辐射少,晶格没有或很少发生变化,结晶形态为四方柱和四方双锥的聚形,通常可用作宝石。

高型锆石结晶完整,硬度高,折射率为1.93~1.99,双折射率为0.059,一轴晶,正光性,密度为4.60~4.80 g/cm3,相对密度为 4.68,摩式硬度为 7~7.5,其颜色有红色、褐色、黄色、绿色、紫色、蓝色和无色,以无色、蓝色和红色为佳。

中型锆石

锆石是什么材质

中型锆石的结晶程度介于高型和低型之间,其物理性质也介于两者之间。中型锆石的颜色为带褐的绿色、深红色,深浅不一,折射率为1.83~1.97,双折射率为0.008~0.043,密度为4.10~4.60 g/cm3,相对密度为4.08~4.60,当中型锆石加热到1450°C时,可向高型锆石转化,但常呈混浊、不透明状。

低型锆石

锆石是什么材质

低型锆石主要指来自斯里兰卡和缅甸的滚圆卵石,因一些放射性元素,其晶格已被破坏,晶体转为非晶质体(蜕晶质),由氧化锆和二氧化硅的非晶质混合物组成。低型锆石颜色为绿色、褐色和橙色,折射率为1.78~1.815,单折射,几乎为均质体,双折射率为0.001~0.008,密度为3.90~4.10 g/cm3,相对密度为3.9~4.1,摩式硬度为6。在低型锆石中,有时存在多边形环带及条纹,除了受氧化铁污染的张裂纹及后生裂纹外,偶尔还有一些丝绢状包裹体,蜕晶质锆石中可以有明亮的裂缝,称为角形包裹体。

按照颜色分类

红锆石

锆石是什么材质

黄色、黄—红色至棕—红色的锆石变体,主要呈红色、橙红、褐红等不同色调的红色。其中以纯正的红色为最佳。红色锆石称为“风信子石”,具高型锆石的特征。

无色锆石

锆石是什么材质

淡黄色至几乎无色的锆石变体,锆石中常见品种,为高型锆石,可带一些灰色色调,主要采用圆钻型切磨,但一般在亭部多出八个面,常称为锆石型切工,可得到很好的火彩效果。因而曾一度被作为钻石的天然仿制品

蓝色锆石

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蓝色的锆石变体,是其他锆石经加热处理后制得的,可有纯蓝色、铁蓝色、天蓝色、浅蓝色、稍带绿的浅蓝色。以铁蓝色为最好,这是其他宝石中所没有的颜色,但不常见。

金黄色锆石

锆石是什么材质

与蓝色锆石一样,同属于热处理产生的颜色,其他色调的黄色可有浅黄、绿黄等。常切成圆形、椭圆形或混合形,具高型锆石的特征。

绿色锆石

锆石是什么材质

常为结晶程度较低的锆石,低型锆石常见有绿色,中型锆石可具绿黄、黄色、褐绿、绿褐等不同色调的绿色,有些热处理锆石,由于技术上控制不当,可以产生带绿色色调的样品。

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