紫晶致色机理和优化处理研究

发布时间：2020-05-28 12:14

【摘要】：紫晶及紫黄晶是重要的宝石品种,致色元素含量低、价态及占位复杂,使其致色机理研究尚需讨论,优化处理研究也受其影响。通过热处理和辐照处理实验和前后光谱学测试,对一批东非产紫晶、玻利维亚和合成紫黄晶进行致色机理研究。通过显微观察和显微光谱技术可知,紫晶中赤铁矿包体、紫色色带、布儒斯特纹等不同类型的内含物均沿着正菱面体方向分布,说明Fe元素作为紫晶致色元素会富集在特定区域,在布儒斯特纹上可见紫晶颜色浓集色带,揭示了紫晶和缺陷的依存关系。利用显微中红外光谱的线、面扫描技术,将布儒斯特纹和结构缺陷联系在一起观察研说明了这一点。随后的XAFS实验表明,合成水晶中,紫晶中Fe元素以Fe~(3+)离子为主赋存于类质同象位(S位)和间隙位(I位),说明间隙位Fe元素的重要性。热处理和辐照处理实验表明,紫外可见光范围内,540 nm吸收峰是紫晶致色原因,热处理会使该峰减弱或消失,辐照处理会使该峰随辐照剂量增加而凸显;而中红外光范围内,羟基会在受热或受辐照过程中发生变化,热处理造成羟基在紫晶中的减弱和黄晶中的聚集,产生了H~+等阳离子的迁移,辐照则使紫晶中的部分结构水峰不断减弱,并产生新的吸收峰。以上实验通过加热褪色、辐照增色以及恢复颜色,表明红外光谱中探测到的羟基变化和紫晶的颜色之间缺乏相关性。本文肯定了布儒斯特纹对研究紫晶致色具有意义,间隙位的存在对紫色的产生影响很大。同时发现受热过程中结构水的变化具有规律性,但不会破坏紫晶、黄晶的基本谱形,和颜色没有直接联系。可以通过中红外光谱谱形来确定紫晶是否经过加热。电子辐照可以加强紫色,在东非紫晶、南美洲紫黄晶中产生了特征的吸收峰变化。随辐照剂量的增加,改色的效率下降。
【图文】：

晶体结构,图片,α石英,轨道

第二章概述2.1 α石英概述2.1.1 α石英结晶学简介宝石学中提及的水晶，矿物学名称石英（低温石英，，α-Quartz），三方晶系点群 32，空间群 D43-P3121(或者 D63-P3221)；晶胞参数：a0=0.491 nm，c0=0.541 nmZ=3[35]。其结构基元是[SiO4]四面体，是 Si 原子外层 3s 轨道和次外层 2p 轨道所成的指向角顶的四个 sp3杂化轨道，与周围 4 个 O 原子 2p 轨道形成 Si-O 键所构的配位体[35, 36]。[SiO4]4-四面体以角顶相互连接，形成三维空间内交叉联合（crolinked）的 Si-O-Si 链条，呈现双螺旋状，并在单位晶胞中留下沿 c 轴、a 轴分布宽阔管道[22]。

水晶,晶胞,四面体配位,缺陷

+产生类质同象替代，进入四面体配位体中，如 Al3+、Ti3+、Fe3+、 2.2 可见，水晶晶体中存在的空隙主要位于双螺旋结构中，当 5/6 晶胞高度 c0之间时会产生 I4 缺陷；位于 1/6 到 5/6 晶胞高度 I6 缺陷。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P619.281

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