建筑材料知识：如何区分水晶、玻璃和石英石

【学员问题】如何区分水晶、玻璃和石英石?

【解答】水晶最60%成份是「二氧化矽」(sio2)，水晶的颜色是由于除了二氧化矽外，还含有各种不同微量的金属所造成的。在天然环境里头，水晶多数会与矿物方解石、黄铁矿、辉铁矿、各种颜色的云母片、碧茜、花岗岩、金红石等「共生」，而形成了一些疑幻似真的景像，即所谓「异像水晶」，增加了收藏水晶的乐趣和价值。

水晶多数是在地底生长，生长的过程需要大量含有饱和的二氧化矽的地下水源，温度在550-600℃之间，并需要比大气压力大二倍至三倍的压力，经过了漫长的岁月，便变成了六角柱形(hexagonalsystem)的水晶。

石英是一种受热或压力就容易变成液体状的矿物。也是相当常见的造岩矿物，在三大类岩石中皆有之。因为它在火成岩中结晶最晚，所以通常缺少完整晶面，多半填充在其他先结晶的造岩矿物中间。石英的成份是最简单的二氧化矽(sio2)，玻璃光泽，没有解理面，但具贝壳状断口。微晶质的石英称为玉髓(chalcedony)、玛瑙(agate)或碧玉(jasper)。纯粹的石英是无色，但因常含有过渡元素的杂质而呈现不同的颜色。石英很安定，不容易风化或变化为他种矿物。

硅位于元素周期表第四族，在地壳中分布很广，在所有元素丰度分布的顺序上占第二位，仅次于氧，硅也是典型的亲氧元素，主要与氧结合形成硅氧四面体SiO4攩4-搅，产由硅氧四面体以各种形式结合生成不同的硅酸盐矿物，在宝石矿物中硅酸盐类占80%以上，以游离硅氧——SiO2形式分布的硅也占重要地位，而且稳定性非常好，是自然界最常见、最主要的造岩矿物，也是珠宝界应用数量和范围很大的一类宝玉石，以SiO2为主要成分的宝玉石更是种类繁多，特征各异。按SiO2结晶程度可划分为显晶质的单晶石英，多晶石英岩玉，隐晶质的玉髓、玛瑙、澳玉、碧玉、木变石、硅化木和非晶质的欧泊、天然玻璃。下面根据国家标准分别加以叙述：

1.单晶SiO2质宝石透明、晶形完好的SiO2单晶体(含双晶)，矿物名称为单晶石英，即广义的水晶，狭义的水晶指无色透明的品种。

(1)水晶的基本性质水晶属三方晶系，常见晶形为柱状，主要单形为六方柱，菱面体，柱状晶体的柱面常发育横纹和多边形蚀象，水晶为一轴晶正光性，具独特的牛眼干涉图，折射率1.544-1.553，双折射率0.009，非常稳定，无解理，贝壳状断口，断口可具油脂光泽，摩氏硬度7，密度2.65g/cm攩3搅。水晶通常无色透明，但含杂质时可出现多种颜色，根据颜色可将水晶分为紫晶、黄晶、烟晶等品种。

(2)水晶的品种及鉴定水晶：无色透明的纯净二氧化硅晶体，其内可含丰富的包裹体，常见的有负晶、流体包裹体、固体包裹体。负晶是确定天然水晶的重要依据。固包体裹中常见金红石、电气石、阳起石呈细小的针状定向排列于石英晶体内，犹如发丝，习惯上把这类水晶称为发晶，另外一些固体包裹体在水晶内可形成一幅幅美丽的图画，成为人们爱不释手的观赏石。

紫晶：一种紫色的水晶，是SiO2中含微量铁所致，经辐照，三价铁离子的电子壳层中成对电子之一受到激发，产生空穴色心FeO攩4+搅4，空穴主要在可见光550nm处生产吸收，而使水晶产生紫色，但Fe攩4-搅不稳定，受热易变成三价铁，所以紫晶易褪色，紫晶颜色分布常不均匀，呈团块状，有时见平行色带。具有弱到中等二色性，可能出现水晶中所出现的所有包体，还可有特征的“斑马纹”和球状、小滴状不透明深色包体。

烟晶：一种烟色至棕褐色以至黑色的水晶，成分中含有微量的铝，Al攩3+搅离子代替Si攩4+搅离子，受辐照后产生AlO攩4-搅4空穴色心，而使水晶产生烟色。烟晶加热后可变成无色水晶。

黄晶：一种黄色的水晶，成分中含有微量铁而成。黄晶一般较透明，内部特征与紫晶相同，市场上的黄晶多数是紫晶加热处理而成。

绿水晶：一种绿色的水晶，天然产出的很少，主要是紫晶加热得到的;或水晶中含绿色矿物(如绿泥石)包体而呈色。

芙蓉石：也称蔷薇石英，浅至中粉红色水晶，色调较浅，因成分中有微量的Mn和Ti而致色，单晶体较少，通常为致密块状集合体，显浑浊乳状外观，有时可含定向排列的针状金红石包体，因而磨制成弧面宝石可显示星光。

双色水晶：一种紫色和黄色共存一体的水晶，紫色、黄色分别占据晶块的一部分，两种颜色的交接片有清晰的界限，双色是由于水晶内的双晶所致，紫色和黄色分别发育于双晶单体中的r面和z面。石英猫眼：当水晶中含有大量平行排列的纤维状包体时，其弧面形宝石表面可显示猫眼效应，一般石英猫眼弧面较高，纤维状包体清晰可见。

星光水晶：当水晶中含有两组以上定向排列的针状、纤维状包体时，其弧面形宝石表面可显示星光效应，一般为六射星光，也可有四射星光。

2.多晶SiO2质玉石组成矿物主要为细粒石英的玉石，可含少量云母类矿物及赤铁矿、针铁矿等。放大检查时石英为典型粒状结构，粒度一般为0.01-0.6mm.集合体呈块状，微透明至半透明，密度与单晶石英相近，为2.64-2.71g/cm攩3搅之间，点测法折射率为1.54左右，纯净者无色，常因含有细小的有色矿物包裹体而呈色。常见的品种有：

东陵石：为一种具有砂金石效应的石英岩，市场上常见的为含铬云母的绿色东陵石，显微镜下微透明，主要产于印度。石英颗粒相对较粗，0.1-0.6mm，其内所含的片状矿物相对较大，且大致定向排列。查尔斯滤色镜下略呈褐红色。

密玉：因产于河南密县而得名，是一种含3～5%细小鳞片状绢云母的致密石英岩，以绿色系列为主，有浅绿、翠绿、豆绿等。密玉与东陵石相比，较细腻、致密，其内石英颗粒大小以0.02～0.25mm为主，没有明显的砂金石效应。放大检查时在较高的倍数下可以看到细小的绿色云母较均匀地呈网状分布。贵翠：因产于贵州省而得名，是一种含绿色高岭石的细粒石英岩，呈不均匀带灰色色调的绿色，一般只用来作低档饰品。

京白玉：因最初产于北京郊区而得名，是一种质地细腻、光泽油润的白色石英岩，有时用来冒充羊脂白玉，以其较低的密度和折射率加以区别。

“马来西亚玉”：是一种结构较细的染绿色石英岩，常被用来冒充翡翠。放大条件下典型的粒状结构和相对低的折射率容易和翡翠区别，国标(GB/T16553-1996)已规定不用这一名称，而用石英岩(处理)。

3.隐晶质SiO2玉石隐晶质集合体，在正交偏光下表现为全亮，致密状构造，也可呈球粒状，放射状或微细纤维状集合体，密度较为石英低，点测折射率1.53，密度6.5～7.0g/cm攩3搅，主要有玉髓、玛瑙、碧玉、澳玉四个品种。

玉髓：超显微隐晶质石英集合体，单晶呈纤维状，粒间微孔内充填水分和气泡，密度低于石英，约2.60g/cm攩3搅。由于玉髓多孔，因此染色较容易，市场上常见颜色鲜艳的玉髓都是染色而成。值得一提的是，染色后的玉髓颜色较稳定，本身也是一种低档玉，国标规定为优化，无需加以说明。

玛瑙：具环带状结构的玉髓，环带中央有时是空洞，有时为水晶质所充填，玛瑙最为常见的自然色为白色和灰色，也可出现黄棕色、棕红色、蓝色、淡紫色等。玛瑙的基本性质同玉髓，根据包体特征，颜色分布有下列特殊品种。

苔藓玛瑙：是一种均匀的、半透明含有树枝状绿色绿泥石或黑色氧化锰、红色氧化铁的玉髓。被包裹的杂质往往呈苔藓状，一般用作观赏石，也叫风景玛瑙，是玛瑙中的贵重品种。

缟玛瑙：亦称条带玛瑙，是一种颜色相对简单，条带相对平直的玛瑙。通常用于石刻和浮雕，常见的玛瑙可有黑色相间条带，或红白相间条带，当缟玛瑙的条带细到像蚕丝一样时，被称为缠丝玛瑙。

水胆玛瑙：是内含肉眼可见的气液包裹体，并且转动玛瑙气液包裹体会移动的品种。

碧玉：为一种含杂质较多的玉髓，最主要的杂质为氧化铁，因而碧玉常为红色，但也有因含其它杂质而呈绿色、暗蓝色或黑色的。碧玉不透明，光泽暗淡，一种不同颜色的条带，色块交相辉映，犹如一幅美丽的自然风景的碧玉称为风景碧玉;一种暗绿色其上带红点的碧玉叫血滴石。

澳玉：是一种绿色的玉髓，因含微量镍而呈绿色，色较均匀，透明至半透明，主要产于澳大利亚。

4.SiO2交代的玉石这是一种由于SiO2交代作用，但保留了原物质的外形而成的石英质玉石，重要的品种有木变石和硅化木。

木变石：是SiO2部分或全部交代蓝闪石石棉，而保留纤维状石棉晶形的产物，因纹理和颜色象木纹而得名。木变石不透明，硬度6.5～7.0，密度2.64～2.71g/cm攩3搅，折射率1.54～1.55(点)。颜色有黄褐色、褐色、蓝灰色、蓝绿色，蓝色是残余的蓝闪石石棉的颜色，而黄褐色、褐色是所含铁的氧化物——褐铁矿所致，根据颜色可将木变石分为虎睛石，鹰眼石等品种。

虎睛石为黄色、黄褐色木变石，成品表面可具丝绢光泽，当组成虎睛石的纤维较细，排列较整齐时，弧面形宝石的表面可出现猫眼效应。

鹰眼石为蓝色、灰蓝色为主的木变石，SiO2交代不充分，残余的蓝闪石石棉较多。

硅化木：当SiO2交代数百万年前埋入地下的树干，并保留树干形状及其纤维状结构时的产物称为硅化木，化学成分以SiO2为主，常含Fe、Ca等杂质、颜色为土黄、淡黄、黄褐等，不透明。硬度6.5～7.0，密度2.65～2.91g/cm攩3搅，点测法折射率1.53.以颜色鲜艳、光泽强、木质结构清晰、质地致密者为好。

5.非晶质SiO2宝玉石非晶质SiO2宝玉石包括欧泊和天然玻璃。

(1)欧泊(Opal)原自拉丁文Opalus，意思是“集宝石美于一身”中间点，现今欧泊被宝石界列为十月生辰石。欧泊为具变彩效应的贵蛋白石，化学成分为SiO2·nH2O，虽然它不具晶体所特有的周期重复的结构，但其内部结构还是有序的，欧泊的变彩是由直径等大的SiO2小球在三维空间规则排列构成一个衍射光栅而成的。而且各小区因小球直径不同，会产生不同的颜色色斑，转动宝石，光线入射角发生改变，每块色斑的颜色也会发生变化，即变彩。由于透明度、体色和变彩形式的不同可分为三大类：

黑欧泊：是一种体色黑色、灰黑色、深蓝色、褐色的欧泊，以黑色最理想。由于体色较深，使各种颜色的反光格外瑰丽多姿，加上黑欧泊的产量稀少，故其价格在欧泊宝石中最高，是名贵的宝石之一。

白欧泊：在白色或浅灰色基底上出现变彩的欧泊，一般半透明，变彩较浅，是最常见的一种欧泊。火欧泊：透明至半透明，有时有变彩，有时没有变彩，体色为黄至橙黄色，由于色调热烈，有动感，所以被大多数美国人所喜爱。

由于欧泊含水，硬度较低5～6.5，一般作项链挂垂、耳环、胸针，不宜做戒面，并且佩戴时注意不能曝晒、火烤，否则易干裂而失去变彩。

(2)天然玻璃：天然玻璃是指在自然条件下形成的玻璃，成分以非晶质SiO2为主，另外还含少量Al2O3、FeO、Fe2O3、Na2O、K2O等。具玻璃光泽，不透明至半透明，正交偏光镜下全黑，表现为光性均质体，但常见波浪状异常消光，放大检查内部常见圆形气泡及流动构造，点测法折射率1.49，密度2.33～2.46g/cm攩3搅，较稳定，可作为宝石的天然玻璃有火山玻璃和陨石玻璃。

火山玻璃：是酸性火山熔岩快速冷凝的产物，矿物名称为黑曜岩，SiO2含量达60～75%，可呈黑色、褐色、灰色、蓝色、黄色、红色等，有时颜色不均匀，带有白色或其他杂色的斑块，，形如雪化，被称为“雪花状黑曜岩”。

陨石玻璃：是陨石成因的天然玻璃，是石英质陨石在坠入大气层燃烧后快速冷凝而形成的，常为较透明的绿色，绿棕色或者棕色。

下面在顺便介绍一下其他宝石的鉴别：

钻石的优化处理与鉴定

钻石的优化处理主要是指利用各种物理方法(放射性辐照和高温处理)，把那些不被人们喜爱的颜色(如浅黄、浅褐和褐色)改善，而得到受欢迎的白或其它彩色(黄、绿、蓝、红色)：其次，是利用激光技术对钻石中的包裹体进行净度处理。

1.钻石颜色优化处理的过去和现在

其实，人们对钻石颜色的优化有很长的历史了，过去用于改善钻石颜色的办法十分简单，比如1652年，人们就知道在镶嵌钻石时置薄箔于底部以提高其色调，或是用蔬菜染色剂、墨水等涂在钻石表面或腰棱以改善其颜色或提高色级。1905年英国化学家WilliamCrookes发现了埋在镭的溴化物中的钻石可变成绿色的现象。这是放射性辐照改色的开始，到1932年人们终于找到了一条即可以使钻石颜色改善，又能避免放射性对人体损伤的安全有效的改色途径。

目前，辐照改色的途径主要有：

(1)镭照射处理(α粒子)(在氡气中着色更快);

(2)人工产生的元素镅辐射处理(α粒子);辐射后的金刚石进行强有力的清洗，可以不带有任何放射性痕迹;

(3)回旋加速器处理(质子、氘核、α粒子);用回旋加速产生高速运动的上述粒子来轰击金刚石，使之着色;

(4)线性加速器(高能电子);

(5)核反应堆处理(高能中子);

其中后两种是较常采用的，尤其核反应堆处理得到的金刚石颜色分布比较均匀。值得注意的是采用加速器处理时，样品事先必须冷却，以防止辐射产生的热量使金刚石骤然升温造成热振荡，使样品破碎。处理的对象绝大部分Ia型，辐照的结果一般是绿色、蓝绿色，再加热处理就得到黄绿色、强黄色、橙色或橙褐色;对数量极少数的I型钻石处理的最终结果可能会得到粉红色或紫色;Ⅱ型钻石的最终处理结果是棕色。

热处理一般都是和辐照处理相伴进行的，单独热处理的情况不多，前人曾有过单独热处理将Ia型金刚石变成鲜明的黄色，在不同条件下处理使Ia型和Ib型金刚石相互转变的研究记录。单独热处理的关键是温度的控制和气氛的匹配。

我们对湖南砂矿金刚石采用吸收光谱、电子顺磁共振谱和红外光谱等手段进行的研究表明：其黄色、绿色和褐色等颜色金刚石的色心是杂质离子和放射性辐照产生的晶格空位。实验发现了孤氮中心(≥2.22ev);N3-N2中心(2.985ev，2.596ev);GR1中心(1.673ev);595中心(2.086ev);H3和H4中心(2.463ev和2.499ev);3H中心(2.462ev)。本区金刚石的颜色本质是由于存在联合色心。其黄色或褐色金刚石的颜色是由于多种色心的叠加，此结论与中科院地化所陈丰、郭九皋等人的研究结果基本一致。本区砂矿金刚石改色虽具多变性，但只要弄清呈色机制，控制温、压和气氛等条件，完全可以提高金刚石的档次。同时在实验中我们发现金刚石中存在氢键，其具体存在方式(C-H，H2O，或OH)尚不清楚，认为它是金刚石中除N和B之外的第三种致色杂质元素，有关研究工作正在进行中。

CVD镀膜是钻石颜色优化的一项新技术，一般在Ia型刻面钻石的冠部用化学气相沉积法镀上一层厚几个到几十个微米的天蓝色合成金刚石膜来仿造天然蓝钻石。