尖晶石

尖晶石的英文名稱為Spinel，意思是有尖角的結晶體，是一種鎂鋁的氧化物，化學分子式為(Mg，Fe，Zn，Mn)(Al，Cr，Fe)₂O₄，尖晶石化學成分中類質同象替代很普遍，常可含鐵、鋅、鉻、錳等。等軸晶系晶體，成分比較複雜，包括了鋁尖晶石（Aluminum spinel）和鉻尖晶石（Picotite）等亞族。含鐵的尖晶石亞族即為不透明的磁鐵礦、磁赤鐵礦等。大部分尖晶石為鋁尖晶石亞族，其中Mg²⁺和Fe²⁺可以任意比例混合。結晶習性：常呈八面體晶形，有時八面體與菱形十二面體、立方體成聚形，還常以八面體面為雙晶面和接合面構成雙晶 ^[1]  。尖晶石族礦物，在自然界中形成於熔融的岩漿侵入到不純的灰巖或白雲岩中經接觸變質作用形成的，或由岩漿結晶而產於基性、超基性火成岩中，有些出現在富鋁的基性岩漿岩中。

尖晶石的顏色多種多樣，有無色、粉紅色、紅色、紫紅色、淺紫色、藍紫色、藍色、黃色、褐色等。可以人工合成，其熔點為2135℃，耐火度約為1900℃。尖晶石的品種是依據顏色而劃分的，有紅、橘紅、藍紫、藍色尖晶石等。玻璃光澤，透明，貝殼狀斷口。淡紅色和紅色尖晶石在長、短波紫外光下發紅色熒光。寶石級尖晶石則主要是指鎂鋁尖晶石，是一種鎂鋁氧化物，透明而色澤豔麗的尖晶石是高檔寶石材料。

尖晶石是一種歷史悠久的寶石品種，它的名字來源有兩種：一是來自希臘單詞“火花”，形容其紅豔似火的色澤；另一種説法是來自拉丁語Spina、Spinells，即尖端、荊棘，因為它的結晶外形為立方結晶，有一個尖鋭的角，故以此命名 ^[2]  。尖晶石自古以來就是較珍貴的寶石。由於它的美麗和稀少，所以也是世界上最迷人的寶石之一。由於它具有美麗的顏色，自古以來一直把它誤認為是紅寶石。全球最大一顆尖晶石產自緬甸，重955.7克拉，黑紅色，半透明，雕刻雙獅鏽雙球，威武的雄獅搖頭擺尾，造型生動活潑，十分罕見。

目前世界上最具有傳奇色彩、最迷人的重361克拉的“鐵木爾紅寶石”(TimurRuby)和1660年被鑲在英帝國國王王冠上重約170克拉的“黑色王子紅寶石”(BlackPrince'sRuby)，直到近代才鑑定出它們都是紅色尖晶石。寶石重361克拉，產於阿富汗，顏色為深紅色，沒有切面，只有自然拋光面，幾乎沒有光澤，因而更加呈現出寶石的自然美。有人把這顆寶石稱之為東方的“世界貢品”。從銘刻在寶石上的擁有者的標記可以知道，這顆寶石曾落到過韃靼人征服者的手中。鐵木爾1398年征服了德里，得到了這塊寶石。1612年，寶石歸屬於英國王室。1851年，這顆寶石和其它幾粒較小的寶石一起在世界大展中展出，並被作為“極大的尖晶石紅寶石"記載在官方的清單中。後來它被送給了維多利亞女王，保存在英國倫敦白金漢宮的印度展覽室中。在我國清代皇族封爵和一品大官帽子上用的紅寶石頂子，幾乎全是用紅色尖晶石製成的，尚未見過真正的紅寶石製品。世界上最大、最漂亮的紅天鵝絨色尖晶石，重398.72克拉，是1676年俄國特使奉命在我國北京用2672枚金幣盧布買下的，現存於俄羅斯莫斯科金剛石庫中。

尖晶石晶體，屬於等軸晶系，為面心立方，Z=8。基本結構是氧按ABC順序在垂直於(111)方向堆積。四面體與八面體層相間，四面體與八面體數之比為2:1。尖晶石結構可看作氧離子形成立方最緊密堆積，再由X離子佔據64個四面體空隙的1/8，即8個A位，Y離子佔據32個八面體空隙的1/2，即16個B位。由此得出尖晶石單位晶胞的通式為X₈Y₁₆O₃₂，簡約後常寫作XY₂O₄〔1～5〕。

尖晶石的晶體包括正常尖晶石型結構、反尖晶石型結構。正常尖晶石型結構：結構通式XY₂O₄，X為二價陽離子，Y為三價陽離子，氧離子成立方緊密堆積，三價陽離子Y佔據六次配位的八面體空隙，二價陽離子X佔據四次配位的四面體空隙。反尖晶石型結構：結構通式Y[XY]O₄，二價陽離子和半數三價陽離子佔據八面體空隙，另半數三價陽離子佔據四面體空隙，又稱倒置尖晶石型結構，磁鐵礦(Fe²⁺FeO₄)的結構即屬此種類型。

大多數天然尖晶石都具有介於這兩種極端間的陽離子分佈，其A、B位離子化合價比為2：3。在現有百餘種尖晶石結構化合物中，除2：3外電價比最常見的是4：2，其結構多為反尖晶石結構，如TiMg₂O₄，TiZn₂O₄，TiMn₂O₄。反型結構可看作8個A位離子與16個B位離子中的8個進行相互換位，即8個Y²⁺離子進入四面體間隙（A位），而剩下8個Y²⁺離子與8個X⁴⁺離子複合佔據正常情況下B位的八面體間隙。除正反兩種極端情況外，還可能有混合型中間狀態分佈。這樣可用反分佈率α定量表示X離子佔八面體上的分數，從而將各種尖晶石結構通式擴充如下：

正型：（X）四面體〔Y₂〕八面體O₄，α=0；

反型：（Y）四面體〔X，Y〕八面體O₄，α=1；

混合型：（Y_α，X_1－α）四面體〔X_α，Y_2－α〕八面體O₄，0<α<1。

正與反型的屬性及反位的程度對於化合物材料的性能有較大影響。對於常見的2∶3和4∶2電價比的尖晶石結構，似乎前者趨正型，後者趨反型。但縱觀全部物種，不僅有相當數量趨於混合型，且範圍程度不能確定，而且還有若干品種完全不遵從這一規律。影響這種分佈的因素極其複雜，有離子鍵的靜電能、離子半徑、共價鍵的空間分佈、晶體場等諸多方面。根據經驗數據可將大部分二、三價離子的優先順序排出：Zn²⁺，Cd²⁺，Ga²⁺，In³⁺，Mn²⁺，Fe³⁺，Mn³⁺，Fe²⁺，Mg²⁺，Cu²⁺，Co²⁺，Ti³⁺，Ni²⁺，Cr³⁺，越往前傾向於四面體填隙，反之傾向於八面體填隙。陽離子的分佈對尖晶石型材料的性能也有重大影響。

(1)顏色：紅色、橙紅色、粉紅色、紫紅、無色、黃色、橙黃、褐色、藍色、綠色、紫色等多種顏色。

(2)光澤及透明度：玻璃至亞金剛光澤，透明至半透明。

(3)光性特徵：均質體。

(4)折射率：1.718（+0.017，-0.008），鋅尖晶石為1.805，鐵尖晶石為1.835，鉻尖晶石可高達2.00，無雙折射率。

(5)色散：0.02

(6)發光性：紅色、橙色尖晶石在長波紫外光下呈弱至強紅色、橙色熒光，短波下無至弱紅色、橙色熒光；黃色尖晶石在長波紫外光下弱至中等強度褐黃色，短波下無至褐黃色；綠色尖晶石長波紫外光下無至中的橙-橙紅色熒光；無色尖晶石無熒光 ^[1]  。

(7)吸收光譜：紅色和粉紅色尖晶石山鉻致色，在黃綠區以550nn，為中心有寬吸收帶，紫區吸收，紅區有多條熒光線，被描述為風琴管狀。藍色尖晶石由鐵或偶由鑽致色，主要吸收帶在藍區，以458 nm吸收帶為最強，還有478nm等幾條較弱的帶。鋅尖晶石的吸收光譜與藍色尖晶石的相似，只是弱些。合成藍色尖晶石：鈷致色，有綠、黃和橙黃區3條較強的吸收帶，綠區吸收帶最窄，而630nm、580nm、543nm中間的580nm吸收帶最寬。

(8)特殊光學效應：星光效應（四射星光、六射星光）稀少，變色效應。

(9)結晶特點：晶體常呈八面體晶形和磨蝕卵石，有時為八面體與菱形十二面體和立方體聚形，具特徵的尖晶石律雙晶，即以{111}為雙晶結合面構成的接觸雙晶。

(10)偏光鏡下：顏色隨成分而變，無色、淺玖瑰色(鎂尖晶石)、暗綠色(鐵尖晶石)、淺灰白色(鋅尖晶石)。尖晶石為均質體，但鋅尖晶石可有光性異常。

(1)解理：解理不發育，常見貝殼狀斷口。

(2)硬度：摩氏硬度8。

(3)密度：3.57-3.90，一般為3.60，含Zn高的品種（鋅尖晶石）可達4.60。

尖晶石可用熱處理改善顏色。藍色者在900℃加熱變成綠色，加熱到1200℃變成黃色，這種改色效果穩定，也有將紅色尖晶石加熱去掉棕色成分獲得純紅色的報道。

1、固態包體：常見八面體尖晶石包體，單獨、成行排列或呈指紋狀分佈。有時見八面體負晶，其內局部被方解石、白雲石充填，其次可見片狀石墨、柱狀磷灰石、石英等包體。在緬甸產的尖晶石中發現有細小霧狀包體，刀片狀榍石包體，密集時可形成星光效應。 ^[3] 

2、液態包體：開放裂隙中常見液態包體。八面體晶體包體周圍可有張力裂隙形成的指紋狀包體。

3、生長現象：可見沿八面體晶面發育的生長帶及雙晶紋，在正交偏光下油浸觀察最易觀察。 ^[2] 

尖晶石常以顏色及特殊光學效應來劃分寶石品種，常見的品種有：

紅色尖晶石(6張)

(1)紅色尖晶石：主要含微量致色元素Cr³⁺而呈各種色調的紅色其中純正紅色的是 尖晶石中最珍貴的寶石品種，這種品種過去常把它誤認為是紅寶石，如英國王冠上著名的紅寶石“黑王子紅寶石”“鐵木兒紅寶石”等，直到近代才鑑定出是尖晶石。其中中紅色至深紅色的尖晶石是普遍受歡迎的紅色寶石品種，淺粉色至暗紅色的尖晶石則與石榴石相像。

(2)藍色尖晶石：它含有Fe²⁺和Zn²⁺而呈藍色。多數藍色尖晶石都是從灰暗藍到紫 藍，或帶綠的藍色。

(3)橙色尖晶石：是橙紅色至橙色的尖晶石品種。

(4)無色尖晶石：純淨無色者很稀少。多數天然無色尖晶石或多或少帶有粉色色調。

(5)綠色尖晶石：一般是含Fe²⁺所致，顏色發暗，有的基本呈黑色，真正的黑色的尖晶石在蒙特桑瑪、泰國紅藍寶石礦等有發現。

(6)變色尖晶石：非常稀少。在日光下，呈藍色，在人工光源（白熾燈）下，呈紫色。

(7)星光尖晶石：這種尖晶石一般呈暗棕紅色、暗紫色到黑色，數量很少，尖晶石內部可具有多組針狀包體，使其具有四射或六射星光，主要發現於斯裏蘭卡 ^[3]  。

尖晶石是鎂鋁氧化物組成的礦物，因為含有鎂、鐵、鋅、錳等元素，根據這些也可以將它分類，如鋁尖晶石、鐵尖晶石、鋅尖晶石、錳尖晶石、鉻尖晶石等。由於含有不同的元素，不同的尖晶石可以有不同的顏色，如鎂尖晶石在紅、藍、綠、褐或無色之間；鋅尖晶石則為暗綠色；鐵尖晶石為黑色等等。尖晶石呈堅硬的玻璃狀八面體或顆粒和塊體，它們出現在火成岩、花崗偉晶岩和變質石灰岩中。有些透明且顏色漂亮的尖晶石可作為寶石，有些作為含鐵的磁性材料。

尖晶石常產於片岩、蛇紋岩及相關岩石中，大多寶石級尖晶石發現於沖積扇中。它可以產於大理岩中（矽卡巖型），與紅寶石、藍寶石等共生，也可以產於砂礦。尖晶石的主要產地有緬甸、斯里蘭卡、肯尼亞、尼日利亞、坦桑尼亞以及塔克吉斯坦、越南、美國和阿富汗等 ^[1]  。

尖晶石因顏色豐富，與許多寶石品種相似，特別是易與紅寶石、藍寶石、石榴石、綠柱石、銀石、玻璃、人造釔鋁榴石等相混。

尖晶石與相似寶石、人工合成尖晶石的區別。紅色尖晶石與紅寶石十分相似，區別在於：紅寶石有二色性，顏色不均勻，有絲絹狀包裹體。尖晶石是均質體，無二色性，顏色均勻，固態包體為八面體。

藍色、灰藍色、藍紫色、綠色尖晶石與藍寶石容易相混，區別在於：藍寶石二色性明顯，色帶平直，有絲絹狀包裹體和雙晶面。兩種寶石的密度、折光率、偏光性都不同。

人工合成尖晶石顏色濃豔，均一，包裹體少，偶爾有弧形生長紋，折光率高，一般為1.728±0.003左右，合成紅色尖晶石為1.722~1.725，仿青金石者為1.725，合成變色尖晶石為1.73。紅色人工合成尖晶石多仿造紅寶石的紅色，藍色尖晶石多呈豔藍色。天然尖晶石還可以根據內部包裹體的特徵與人工合成尖晶石區別。

利用偏光鏡、分光鏡和放大觀察以及測折射率和密度等常規方法不難把它們區分開。尖晶石的常見品種為紅色，要注意與紅寶石和紅色石榴子石特別是鎂鋁榴石相區分。

尖晶石為均質體，無雙折射，而紅寶石為一軸晶負光性。尖晶石的折射率低於紅寶石，其吸收光譜也沒有紅寶石在藍區常見的3條吸收線。

尖晶石與石榴子石均為均質體，偏光鏡下也都有異常消光，但尖晶石的折射率明顯低於石榴子石，吸收光譜也很不同。此外，尖晶石內部常見單個或成排排列的八面體包裹體，鎂鋁榴石中多見渾圓狀包裹體。

尖晶石的質量評價主要從顏色、透明度、淨度、切工和大小等方面進行，其中顏色最為重要。顏色以深紅色最佳，其次是紫紅、橙紅、淺紅色和藍色，要求顏色純正、鮮豔。透明度越高，瑕疵越少，則質量越好。尖晶石最好的顏色是深紅色，其次是紫紅、橙紅、淺紅和藍色。要求色澤純正、鮮豔。

尖晶石的透明度影響顏色和光澤，同時受淨度影響，尖晶石的淨度一般以包體少為佳。包體多或是晶體結構的強烈變形，都會影響尖晶石的透明度。透明度越高，則質量越好。大多數尖晶石都比較乾淨，倘若尖晶石出 現瑕疵，價格就比較低。

尖晶石切工也是影響其價格的一個因素。優質尖晶石常以刻面型切工出現，而且要求切磨比例正確，以祖母綠型切工為佳。尖晶石在切割時，不必過多考慮方向性，儘可能切磨得越大越好，並需要精細拋光。對於大小，超過10ct以上的尖晶石是較少的，因此，每克拉價格也比一般尖晶石高一些。

顏色、透明度、重量是尖晶石的評價與選購的主要依據，優質的尖晶石要求顏色好、透明度高、淨度好、切工比例及拋光修飾程度好。尖晶石有各種顏色，通常含有較多的包裹體，呈成層分佈，透明度較好。紅色尖晶石最受人歡迎，鮮紅色，透明度高，重量大的是其佳品。有星光效應的尖晶石也較貴重。深紅、大紅、豔藍、綠的尖晶石也較好 ^[3]  。