剛玉

剛玉的主要化學組成為Al₂O₃（氧化鋁）。其中鋁元素的質量分數53.2%，氧元素的質量分數46.8%。含有Cr³⁺、Ti⁴⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、V³⁺等，它們以等價或異價類質同象代替Al³⁺。同時，Al₂O₃有多種變體，自然界中α-Al₂O₃最穩定。 ^[3] 

剛玉的晶體結構(3張)

三方晶系，

。a₀=0.477nm，c₀=1.304nm。Z=6。主要粉晶譜線：2.085（100）、2.555（92）、1.60（81）、3.479（74）、1.374（48）、2.379（42）。剛玉型結構。O^2-沿垂直三次軸方向呈六方最緊密堆積，Al³⁺在兩O^2-層之間，充填八面體空隙（

）。八面體在平行{0001}方向上共稜成層。在平行c軸方向上，共面聯結構成兩個實心的[AlO₆]八面體和一空心由O^2-圍成的八面體廂間排列的柱體。[AlO₆]八面體成對沿c軸呈三次螺旋對稱。Al為6次配位，O為4次配位。原子間距：Al-O₆=0.186-0.197nm；最近的Al-AI=0.265nm，O-O=0.252-0.287nm。由於Al-O鍵具離子鍵向共價鍵過渡的性質，從而使剛玉具共價鍵化合物的特徵。 ^[3] 

晶體形態：復三方偏三角面體晶類，D_2d-3m（L_i³3L₂3P）。晶體呈三方桶狀、柱狀、板狀晶形。主要單形有：六方柱a{1120}、六方雙錐m{1121}、菱面體r{1011}、平行雙面c{0001}。在{0001}晶面上具有平行{0001}和{1011}交稜的花紋及三角形或六邊形蝕像。在{1011}晶面上具有平行{1011}、{2243}交稜的晶面花紋。底面發育的板狀晶體多產於富硅、貧鹼的岩石中。沿c軸延長的六方雙錐、六方柱、菱面體等柱狀、桶狀晶體多產於貧硅、富鹼的岩石中，且多具深色溶蝕殼。 ^[3] 

剛玉呈桶狀、柱狀、錐狀和板狀，質地堅硬，面上常有斜條紋。純淨的剛玉是無色或灰色、黃灰色，因含有不同的微量元素而呈現不同顏色，如含鐵元素者呈黑色，含鉻元素者呈紅色，含鈦元素呈藍色，含釩元素和鉻元素者呈紫色，含鐵元素和鉻元素者呈綠色。玻璃光澤。無解理；常因聚片雙晶或細微包體產生{0001}或{1011}的裂開。在長短波紫外線下發紅色熒光，含Fe高者熒光較弱。含Cr呈粉色熒光或橙黃色熒光。在室温下還是在高温下的空氣裏都較為穩定的。 ^[3] 

剛玉正交偏光間干涉色類似石英的干涉色，但由於硬度大，其厚度常較同一薄片其他礦物的厚度略大一些，故干涉色常不止於一級白色，有時可達二級。柱狀切面具平行消光和負延長符號。但必須注意，對於板狀習性的剛玉，當薄片垂直板面切制時，這種切面的延長符號剛好相反，而是延長方向與慢光平行。往往能見到平行{1011}的聚片雙晶。一軸晶負光性，但有時表現為二軸晶，光軸角一般不大（最大值可達58°）。即使人造紅寶石晶體中也有這種情況，且晶體中央與邊部的光軸角不等。 ^[4] 

剛玉的一些物理性質常數如下表所示：

剛玉耐酸耐鹼，但在高壓條件、濃鹼溶液可能發生：Al₂O₃+2NaOH+3H₂O=2NaAl(OH)₄，且反應受温度的影響，以60%氫氧化鈉溶液、反應時間為6小時為例，當温度升高從180℃升高至200℃，剛玉溶解速率增加12.5%，而隨着反應温度從200℃增加到220℃，溶解速率增加46%。 ^[10-11] 

剛玉在常温下一般不會與金屬發生化學反應，如在低於65GPa的壓力和低於2000K的温度下，剛玉和鐵不會發生反應。但在高於此壓力和温度下，其與鐵能發生一種反應：(2+3x)Fe+xAl₂O₃

2FeAl_x+3xFeO，其中x從0.02-0.03到0.25變化。 ^[12]  此外，鈦在磨削高温下與剛玉起反應，主要反應方程式Ti+Al₂O₃+O₂

Al₂TiO₅。 ^{[3]  [9]} 

岩漿作用形成的剛玉產於正長巖、斜長巖、偉晶岩中。接觸交代作用形成的剛玉產於岩漿岩與灰巖的接觸帶。區域變質作用形成的剛玉產於片岩、片麻岩中。剛玉在表生環境穩定，含有剛玉的原巖風化後，剛玉可以富集形成砂礦牀。剛玉在一些變質岩中作為一種副礦物出現。剛玉也見於次生石英岩化的酸性火山岩和某些缺少二氧化硅的火成岩如霞石正長巖內。剛玉在橄欖岩的邊緣帶和去硅偉晶岩內常常出現。此外，剛玉也見於某些變質石灰岩和變質鋁土礦中。 ^{[3]  [4]} 

剛玉礦牀多賦存於中生代酸性火山岩建造以及各個地縫合帶附近區域變質或混合巖化作用發育區，只有在高温、富鋁與貧硅的特殊地質條件下才能形成剛玉礦物，當其含量達到一定的要求時才形成剛玉礦牀，因此在自然界中剛玉資源分佈較少，中國達到一定規模和品質的剛玉礦牀分佈也較少。2013年全國礦產資源儲量表上只記載了1個礦牀，即西藏曲水縣娘規剛玉礦牀，查明資源儲量16898×10⁴噸。 ^[8] 

岩漿型剛玉礦牀主要分佈於中國東部環太平洋構造帶中，自北向南有：黑龍江穆稜、遼寧寬甸、山東昌樂、安徽嘉山-來安、江蘇六合、浙江崇仁、福建明溪、海南蓬菜等剛玉礦牀。它們都與區域性深大斷裂相關，如黑龍江穆稜和遼寧寬甸的礦牀分佈於樺甸-穆稜深斷裂帶的附近；山東昌樂、江蘇六合及安徽嘉山-來安的礦牀分佈於郯廬深斷裂帶的兩側；浙江東部和福建明溪的礦牀分佈於麗水-海豐深斷裂的旁側。變質型剛玉礦牀分佈較廣，產地較多：產於華北地台基底區域變質岩系中的剛玉礦牀分佈在河北阜平、盧龍、內蒙古阿拉善左旗以及河南靈寶和登封；產於揚子地台基底區域變質岩系中的剛雖礦牀分佈在江西省南康、新幹和四川九龍；產於崑崙山-阿爾金山-秦嶺-大別山造山構造帶區域變質系中的剛玉礦牀分佈在新疆阿克陶、青海阿爾金、陝西佛坪、河南西峽、湖北英山、安徽霍山和金寨；產於特提斯造山構造帶即阿爾卑斯-喜馬拉雅構造帶南段的區域變質岩系中的剛玉礦牀分佈在雲南哀牢山；接觸變質岩型剛玉礦牀分佈在吉林雙陽、西藏曲水、四川南江及巴塘等地。除中國以外，印度、緬甸、巴西、美國等國也有剛玉產出。 ^{[5]  [6]} 

剛玉廣泛應用於冶金、機械、化工、電子、航空和國防等工業領域。 ^[8] 

剛玉可作為觀賞用途，可製成擺件、掛飾等。各種不同顏色的剛玉是因為含有不同的微量元素而致色，因此剛玉類的寶石特性皆相同，卻能展現不同的色澤，不同顏色的剛玉價格也因此有極大的差異。剛玉類寶石可分為紅寶石、藍寶石兩類，紅寶石因含有鉻元素而致色，而藍寶石是除紅寶石之外的，包括其他所有顏色的剛玉寶石的統稱。粉紅色的剛玉因為其顏色飽和度達不到中等深度的紅色，則被稱為粉紅藍寶石。在有些紅寶石和藍寶石的{0001}面上具有星彩光學效應，稱為星光寶石，為呈定向分佈的六射針狀金紅石包體，故呈星彩狀。 ^{[3]  [7]} 

1951年，中國科學院西藏工作隊地質組首先發現了曲水娘規工業級剛玉礦牀。寶石級剛玉最先發現的是山東昌樂方山一帶，當地農民用其作為火鐮稱之為藍火石。20世紀80年代，剛玉開採較盛。截至2015年，中國具有開採價值的剛玉資源儲量較少，又因礦石的礦物含量較低，加工選礦成本較高等原因，所以開採的礦產地較少，開發利用程度也較低，僅知西藏曲水娘規剛玉礦牀、湖北英山剛玉砂礦牀等為數不多的剛玉礦牀已經開採，且已有用鋁土礦加工成人造剛玉的技術，大量替代一般工業需要的天然剛玉，故市場上人造剛玉銷售量遠大於天然剛玉 ^[8]  。

國際市場上剛玉規格是按氧化鋁含量及顆粒大小劃分的。各國或各地區劃分時基本上按南非對剛玉的分級標準為參照，下表為南非對剛玉的分級標準。 ^[6] 

剛玉在歷史上有過有很多名稱，如adamant、sapphire、ruby、hyacinthos、asteria等，1725年由約翰·伍德沃德命名為“corinvindum”，源自梵語kuruvinda（“Ruby”）。理查德·柯萬（RichardKirwan）在1794年使用了拼寫“Corundum”。