锆石:自然礦物-中文百科頻道

簡介

锆石又稱锆英石，日本稱之為“風信子石”，它是十二月生辰石，象征成功。（十二月生辰石還有綠松石、青金石）它的英文名字是Zircon，是地球上形成最古老的礦物之一。锆石為礦物名稱，舊稱锆英石，風信子石，透明者作為寶石，稱锆石寶石。其來源一說可能是在阿拉伯文“Zarkun”的基礎上演變而來的，原意是“辰砂及銀朱”；另一說認為是來源于古波斯語“Zargun”，意即“金黃色”。第一次正式使用“Zircon”是在1783年，用來形容來自斯裡蘭卡的綠色锆石晶體。

大家知道，許多東西經過熱處理就可以變性，锆石也是如此。如果對低型的锆石加熱到一定程度時，其就會變成無色透明晶體。比如：斯裡蘭卡的锆石多為綠色低型的，經過熱處理後，顔色明顯變淡，成為高型的锆石寶石。我國海南省産的紅色、棕色锆石，經過熱處理，可以變成無色的。

化學成分

理論化學組成

理論化學組成(%)：ZrO2 67.22%，SiO2 32.78%。有時含有MnO、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、TR2O3、ThO2、U3O8、TiO2、P2O5、Nb2O5、Ta2O5、H2O等混入物。H2O、TR2O3、U3O8、(Nb,Ta)2O5、P2O5、HfO2等雜質含量較高，而ZrO、SiO2含量相應較低時，其物理性質也發生變化，硬度和比重降低。锆石一般具弱放射性，有些锆石英因含U、Th等，因放射性較強而産生非晶質化現象，這種锆石硬度可降至6，比重可降至3.8。因而形成多種變種：山口石，TR2O3 10.93%，P2O5 17.7%；大山石，TR2O3 5.3%，P2O5 7.6%；苗木石，TR2O3 9.12%，(Nb,Ta)2O5 7.69%，含U、Th較高；曲晶石，含較高TR2O3、U3O8，因晶面彎曲而故名；水锆石，含H2O 3~10%；铍锆石，BeO 14.37%，HfO2 6.0%；富铪锆石，HfO2 可達24.0%。有些锆石因含U、Th等，由于放射性較強而産生非晶質化，變為非晶态。

主要化學成分

主要化學成分為矽酸锆；化學組成為Zr[SiO₄]，晶體屬四方晶系的島狀結構矽酸鹽礦物。晶體呈短柱狀，通常為四方柱、四方雙錐或複四方雙錐的聚形。锆石顔色多樣，有無色、紫紅、金黃色、淡黃色、石榴紅、橄榄綠，香槟，粉紅，紫藍，蘋果綠等，一般有無色、藍色和紅色品種。色散為0.039（高）。光澤為強玻璃光澤至金剛光澤。無解理。摩氏硬度6～7.5，比重大，密度：多數在3.90～4.73g/cm³。高型：4.60～4.80g/cm³。中型：4.10～4.60g/cm³。低型：3.90～4.10g/cm³。

結構形态

锆石在各種火成岩中作為副礦物産出；锆石的化學性質穩定，因而經常保存與漂砂中，并作為碎屑物出現與沉積岩和沉積變質岩中，并且真正有開采價值的锆石是沙型锆石礦床。在堿性岩和堿性偉晶岩中可富集成礦，著名的産地有挪威南部和俄羅斯烏拉爾。锆石也常富集于砂礦中。世界上重要的寶石級的锆石産于老撾、柬埔寨、緬甸、泰國等地。中國東部的堿性玄武岩中也有寶石級的锆石。锆石是提取锆和铪的最重要的礦物原料，也用于國防和航天工業。

锆石是矽酸鹽類礦物，按其物理性質和化學成份可分為高型和低型兩個變種。結晶完整的晶體多為“高型”；晶體極差或無晶者為“低型”。由于放射性元素，使得锆石的内部結構遭到破壞，根據内部結構特點，分為高型锆石、中型锆石和低型锆石三種。但就寶石價值來說，高型锆石價值較高。

锆石是天然寶石中折射率僅次于鑽石、色散值很高的寶石，無色透明的锆石酷似鑽石，是鑽石很好的代用品。常用的锆石多呈無色、紅褐色、褐紅色、綠色等。但最流行的顔色是藍色和無色兩種，其中以藍色價值較高，且一般都經過優化熱處理改色。市場上的許多锆石，都是經過熱處理之後再拿出來銷售。锆石經常用熱處理以提高其質量，或改變顔色或改變锆石的類型，因其在優化過程中未添加任何其他物質，故在珠寶鑒定上，仍舊将其認定為天然寶石。經過優化處理，锆石會變得更漂亮、易于銷售。

锆石的晶體屬四方晶系，a0=0.662nm，c0=0.602nm；Z=4。結構中Zr與Si沿c軸相間排列成四方體心晶胞。晶體結構可視為由[SiO4]四面體和[ZrO8]三角十二面體聯結而成。[ZrO8]三角十二面體在b軸方向以共棱方式緊密連接。

複四方雙錐晶類，D4h-4/mmm（L44L25PC）。晶體呈四方雙錐狀、柱狀、闆狀，且形态與成分密切有關。主要單形：四方柱m、a，四方雙錐p、u，複四方雙錐x。可依成膝狀雙晶。可與磷钇礦成規則連生。

锆石的成分中含有放射性元素鈾（U）和钍（Th）。但含量很低，遠低于安全系數。所以大家可以放心地佩戴锆石裝飾品。

锆石是一種性質特殊的寶石。它有較高的折光率和較強的色散，無色或淡藍色的品種加工後，象鑽石一樣有較強的出火現象。由于它在外觀上與鑽石很相似，因而被譽為可與鑽石媲美的寶石。

寶石界把锆石、綠松石、青金石同列為十二月生辰石，象征勝利，好運，是成功的保證。

我國有部分紅色或棕紅色的锆石，不經改色處理，也可直接研磨成美麗的寶石。但應該注意，我國紅低型锆石也是二色性較強的寶石。如果從紅锆石某一方向上看是紅色，而從另一方向看，又是淡色或接近無色。所以，加工時，必須按一定方向研磨，讓紅色出現在磨型正面。

锆石的著名産地有斯裡蘭卡、泰國、老撾、柬埔寨。我國雲南出産的锆石一般需經加熱改色處理。

我們在商場裡看到的一些鑽石的替代品——營業員聲稱的锆石，并不是前文所說的天然锆石，而且一種人工合成的立方氧化锆（Cubic Zirconia），簡稱CZ，價格遠低于天然锆石，是鑽石的一種最常見的替代品，請勿将它與天然锆石混淆。

锆石在酸性和堿性岩漿岩中廣泛分布，基性岩和中性岩中亦常産出。

四方短柱狀，四方雙錐狀。硬度大，金剛光澤。與金紅石的區分是硬度大，金紅石有完全解理。與錫石區别是锆石的密度較小。與獨居石區别是锆石具四方柱狀晶形，且硬度較大。

锆石主要鑒定特征有：高折射率、強光澤、高雙折射率、高密度、高色散和典型的光譜特征等。

由于锆石色彩豐富，而且顔色深淺程度變化較大，因此，锆石可與任何顔色、透明度的寶石相混。最易于相混的寶石有鑽石、尖晶石、金綠寶石、藍寶石、紅寶石、石榴子石、锆石寶石、托拍石等。

理化性能

無色、淡黃、紫紅、淡紅、藍、綠、煙灰色等。玻璃至金剛光澤，有時呈油脂光澤不完全解理。透明到半透明。硬度7.5~8。相對密度4.4~4.8。因常具有放射性而引起自身的非晶化，透明度、光澤、密度、硬度均下降。

X射線照射下發黃色，陰極射線下發弱的黃色光，紫外線下發明亮的橙黃色光。

偏光鏡下：無色至淡黃色，色散強，折射率大。No=1.91~1.96，Ne=1.957~2.04。均質體折射率會降低，N=1.60~1.83。

熔點2340~2550℃。氧化條件下，在1300~1500℃穩定；1550~1750℃分解，生成ZrO2、SiO2。線性熱膨脹系數5.0 10-6/℃（200~1000℃），且耐熱震動，穩定性良好。高溫下不與CaO、SiO2、C、Al2O3等反應，抗渣蝕能力強，不粘鋼水。

锆石按它的結晶程度分為高型（四方晶系，受輻射少或無，晶格沒有或很少發生變化的锆石），低型（有多種非晶質混合物組成，結晶程度低，晶格變化大），中型（介于高和低之間），硬度由低型到高型發生變化，低型可低至6，高型可高至7.5，密度也一樣從低型到高型逐漸變大，範圍為3.90~4.73，锆石無解理，斷口呈貝殼狀，锆石較脆，常見邊角有破損，稱為紙蝕效應。有的锆石也可具貓眼或星光效應，隻是比較罕見。

锆石穩定性好，晶體結構可以輕易鎖住鈾原子，但對鉛原子不然。因此在熔融的岩漿中形成的這種晶體已設定好放射性時鐘的指針，而鈾衰變産生的鉛可提供精确的時間，而且锆石晶體一旦形成就無比堅硬，因而而成為同位素地質年代學最重要的定年礦物，已測定出的最老的锆石形成于43億年以前。

類型

在貿易中完全用锆石結構類型劃分品種并不利于顧客選購，而且進入市場的基本上是高型锆石，尤其是處理石，無需強調其類型，因而，如今商業上，品種仍是以顔色劃分的。

(1)無色锆石:應和鑽石一樣無色透明，不帶任何灰或褐色調。

(2)藍色锆石:最受歡迎的品種，包括天然石和熱處理優化石。優化石因在優化過程中未添加任何其他物質，故在珠寶鑒定上，仍然認定其為天然寶石，寶石色度有深有淺。不帶任何褐色色調的藍锆石有強二色性;帶褐色調的在極端高溫高壓作用下有可能轉變為金黃色（非常罕見，基本不會發生）。藍锆石常帶很淡的綠色調。

(3)藍綠色或帶黃、帶褐色的藍色锆石。

(4)綠色和微綠黃色锆石。

(5)橙色、褐色和黃色锆石。

(6)紅色锆石:包括紅色到橙紅色者。

有人還将罕見的锆石貓眼單列為一個品種。

工業用途

提取Zr、Hf的主要礦物原料。锆石的主要工業用途如下：耐火材料;型砂材料;陶瓷原料；寶石原料。

锆石極耐高溫，其熔點達2750。并耐酸腐蝕。世界上有80%的锆石直接用于鑄造工業、陶瓷、玻璃工業以及制造耐火材料。少量的锆石用于鐵合金、醫藥、油漆、制革、磨料、化工及核工業。極少量的锆石用于冶煉金屬锆。

含ZrO265～66%的锆英石砂因其耐熔性(熔點2500℃以上)而直接用作鑄造廠鐵金屬的鑄型材料。锆英石砂具有較低的熱膨脹性、較高的導熱性，而且較其他普通耐熔材料有較強的化學穩定性，因此優質锆英石和其他各種粘合劑一起有良好的粘結性而用于鑄造業。锆英石砂也用作玻璃窯的磚塊。而锆英石砂和锆英石粉與其他耐熔材料混合還有其他用途。

锆英石和白雲石一起在高溫下反應生成二氧化锆或锆氧(ZrO2)。锆氧也是一種優質耐熔材料，雖然其晶形随溫度而變。穩定的锆氧還含有少量的鎂、鈣、钪或钇的氧化物，穩定的锆氧熔點接近2700,它抗熱震，在一些冶金應用中比锆英石反應差。穩定的锆氧導熱性低，在工業锆氧中，二氧化铪作耐熔物使用是無害的。

金屬形式存在的锆，主要用于化學工業和核反應堆工業，以及用于要求耐蝕、耐高溫、特殊熔合性能或吸收特殊中子的其他工業，在美國，锆總消耗量中約有8%用于這些工業，而铪金屬的唯一有意義的應用是用在軍艦的核反應堆。

锆金屬用多段提煉法獲得。最初锆英石在電爐中和焦炭反應産生碳氫化锆，然後氯化生成四氯化锆。鎂還原四氯化锆法（Thekrollprocess）包括四氯化物的還原，它把鎂金屬放在一種惰性的氣體中，用來獲得海綿狀锆金屬。可以用碘化物熱離解法精煉高純度锆金屬，在這一過程中，依靠金屬和碘蒸氣在200℃的溫度下發生反應，并将易揮發的碘送往連接器中，使锆成為易揮發碘的形态，從而與大多數雜質分離。大約在1300℃的溫度下，碘化物在加熱的燈絲上被分離。燈絲上附着高純度的锆。釋放出來的碘從燈絲中轉移，這種産物稱為锆晶棒。

用途：海綿锆的90%以上是作為核反應堆中結構和包殼材料的锆基合金的原料。金屬锆在化工、農藥、印染等行業中可用來制造耐腐蝕的反應塔、泵、熱交換器、閥門、攪拌器、噴嘴、導管和容器襯裡等，它還可作為煉鋼過程中的脫氧、脫氮劑，鋁合金的晶粒細化劑。锆絲可作為栅闆支架、陰極支架和栅闆材料，以及作為空氣等離子切割機的電極頭。锆粉主要在軍火工業上用作爆燃劑，在電子器件内可作為消氣劑，它也可制作引火物、煙花和閃光粉。

佩戴

注意事項

锆石是常見的寶石用礦物，但是低型锆石有些含有放射性元素，故而有些低型锆石有放射性，特别是亮橙色的低型锆石，最好不要作為首飾佩戴，這樣的锆石很可能有放射性。所以如果是首飾用的锆石，低型锆石是不能接受的，低型锆石是由于放射性而晶體變為非晶體的锆石，很可能是帶有放射性的，所以首飾珠寶用锆石隻會選用高型锆石。

優化處理

熱處理

熱處理可以改變锆石的顔色，也可以改變锆石的類型。

1.改變顔色

不同産地的锆石經熱處理會出現不同的顔色。

1）在還原的條件下進行熱處理可産生藍色或無色的锆石。其中最重要的是越南紅褐色的锆石原料，經熱處理後産生無色、藍色、金黃色，這是寶石首飾中最常見的品種。熱處理步驟如下：

首先樣品放在封閉的坩埚裡（一般放1kg），放進爐子中，在減壓還原的條件下進行加熱900~1000°C，約可使30%的樣品達到寶石級。剩下70%顔色差但淨度好的藍色锆石，再經進一步加熱可産生無色的锆石。這一步熱處的目的是去除锆石中的褐色色調，以産生無色的锆石，同時産生白霧狀效果。

2）在氧化條件下進行熱處理，溫度達到900°C時可産生金黃色和無色的锆石，有些樣品可呈紅色。上述熱處理兩個步驟下來仍未達到寶石級顔色的樣品也可以在這種氧化條件下熱處理成無色或金黃色的锆石。

經熱處理可得到無色、藍色、黃色及橙紅色锆石。锆石熱處理優化過程因未添加其他任何物質，故在珠寶鑒定上仍将其認定為天然寶石。另有一種把锆石和硝酸，钴鉀鐵鹽放在一起放入坩埚中燒6-8小時的處理方法（此種方法一般比較少見），在這種處理方法下産生的锆石在極端高溫高壓條件下可以再度轉變顔色。如藍色锆石在極端高溫高壓下可以轉變為金黃色或亮紅色，這種部分轉變顔色的锆石有時放在有木炭的坩埚裡，再度加熱至800~900°C，又可完全轉為藍色。此現象與因産地不同而導緻的锆石中雜質成分的差異有密切關系。

2.改變類型

加熱至1450°C，持續長時間的熱處理可引起矽和锆石重結晶，将低型的锆石轉向高型的锆石。經這種處理，低、中、高型的锆石都能提高密度（可達4.7g/cm3），具有較高的折射率和清楚的吸收線，同時還可以提高透明度和明亮程度。熱處理引起的重結晶還可産生纖維狀微晶，形成貓眼。

經熱處理的锆石表面或棱角處更加飽滿，光澤度也有一定程度的提升。

輻照處理

锆石的輻照處理與熱處理結果是相反的逆變化過程。幾乎所有經熱處理得到的高型锆石改變品經輻照處理（X射線、γ射線、高能電子等）都可以恢複熱處理前的顔色，甚至變深。天然産出的锆石在輻照下也會發生變色，如無色锆石在X射線照射下可變成深紅色、褐紅色或紫色、橘黃色；藍色锆石在X射線輻照下可變成褐色—紅褐色。但這類輻照改色锆石改色過程均可逆，在極端高溫高壓下可以恢複原狀。