刚玉_全球百科

刚玉（Corundum）又称“刚石”，一种主要成分为氧化铝的矿物，硬度仅次于金刚石。纯净的刚玉是无色或灰、黄灰色。因含有不同的微量元素而呈现不同颜色，具有玻璃光泽到准金刚光泽，摩氏硬度9，密度较大，为3.95～4.10g/cm，无解理，化学性质相当稳定。刚玉属于三方晶系，晶体呈三方桶状、柱状、板状晶形。

定义

刚玉是一种主要成分为氧化铝的矿物，硬度仅次于金刚石。因含有多种微量元素，它的颜色也十分丰富，红、黄、蓝、绿、青、紫、橙，几乎包含可见光谱中的所有颜色。

主要特性

矿物组成

刚玉的化学成分主要为Al₂O₃，其中Al占53.2%，O占46.8%，天然刚玉一般含有微量杂质，主要有铬（Cr）、钛（Ti）、铁（Fe）、锰（Mn）、钴（Co）、镍[niè]（Ni）、钒（V）、硅（Si）、镓（Ga）等，纯净的刚玉无色，因含杂质而致色。

物理特性

颜色：纯净的刚玉是无色或灰、黄灰色。因含有不同的微量元素而呈现不同颜色。含Fe者呈黑色，含Cr者呈红色者，含Ti呈蓝色，详见下图。晶体颜色不均匀，多边形色带较发育。

微量元素在刚玉中显示的颜色

硬度：摩氏硬度9，仅次于钻石，也是自然界中相当硬的物质；和钻石一样，它的硬度同样有异向性。密度：密度较大，为3.95～4.10g/cm，平均4.00g/cm，所以刚玉也常形成砂矿。解理与裂理：无解理，但是有四个不同方向的裂理。由于常有裂理，所以红、蓝宝石也怕撞击。光泽：玻璃光泽到准金刚光泽，比钻石弱。折射率和双折射率：刚玉是双折射矿物，也叫光性非均质体：最大折射率1.770，最小1.762，双折射率不大，仅0.008。二色性：刚玉是非均质矿物，具有“二色性”（也称多色性）。刚玉的多色性中等，其中红宝石表现为紫红/橙红，蓝宝石表现为紫蓝/绿蓝。用偏光显微镜或者简单的“二色镜”的小型仪器可以看出颜色的差异。荧光性：红宝石在紫外灯下可以发红色荧光，借此可以区分开红色石榴子石（无荧光）。蓝宝石通常不发光。热导性：钻石是热导性最高的物质。红、蓝宝石也是非金属矿物中热导率较高的，其热导率是尖晶石的2.6倍，是玻璃的25倍左右。因而也可以用鉴定钻石的热导仪辅助鉴定红、蓝宝石。化学性质：刚玉的化学性质也相当稳定，在空气中经久不变，常温下不溶于酸、碱，在800～1000℃的研酸液中可溶，溶于沸的300℃的硝酸液。

结构特征

晶体结构

刚玉属于三方晶系。a₀=0.477nm，c₀=1.304nm，Z=6。O沿垂直三次轴方向呈六方最紧密堆积，Al在两O层之间，充填八面体空隙（2/3）。八面体在平行{0001}方向上共棱成层。在平行c轴方向上，共面联结构成两个实心的[AlO₆]八面体和一空心由O围成的八面体相间排列的柱体。[AlO₆]八面体成对沿c轴呈三次螺旋对称。AI为6次配位，O为4次配位。原子间距：Al-O6=0.186～0.197nm；最近的Al-AI=0.265nm, O-O=0.252~0.287nm。由于AI——O键具离子键向共价键过渡的性质，从而使刚玉具共价键化合物的特征。

晶体形态

复三方偏三角面体晶类，晶体呈三方桶状、柱状、板状晶形。主要单形有：六方柱、六方双锥、菱面体、平行双面。在{0001}晶面上具有平行{0001}和{1011}交棱的花纹及三角形或六边形蚀像。在{1011}晶面上具有平行{1011}、{2243}交棱的晶面花纹。底面发育的板状晶体多产于富硅、贫碱的岩石中。沿c轴延长的六方双锥、六方柱、菱面体等柱状、桶状晶体多产于贫硅、富碱的岩石中，且多具深色溶蚀壳。

形成原因

岩浆或原岩中含有充分的AI₂O₃，由于岩浆脱硅或岩石中的活动组分被热液带走而导致AI₂O₃更加富集，并在高温、富铝、贫硅的特定条件下结晶为刚玉。因此刚玉矿床主要与岩浆作用、接触交代作用和区域变质作用有关。

岩浆岩中刚玉的形成

一般认为，玄武岩中的刚玉是碱性玄武岩浆在一定温度和压力下的地壳深部形成的，这些形成于上地幔的刚玉，后被玄武岩浆捕获而带到地表。

去硅伟晶岩中刚玉的形成

花岗伟晶岩熔浆侵人到碳酸盐或超基性岩等围岩中，由于围岩贫硅而导致伟晶岩脱硅，于是伟晶岩中的斜长石增加钙长石分子，而游离的AI₂O₃则结晶形成刚玉。

基性、碱性岩体中刚玉的形成

贫硅的岩浆侵入到页岩等富含铝的岩石后，可因脱硅而形成刚玉。斜长岩、正长岩、辉长岩及其伟晶岩中刚玉的形成，都与岩浆脱硅有关。

气化-热液交代岩中刚玉的形成

对于蛇纹石化橄榄岩中的刚玉斜长石-金云母(蛭石)岩，斜长岩脉及其边部的金云母岩，是花岗岩侵入超基性岩，发生双交代作用形成的（橄榄石等铁镁矿物易发生金云母化）。次生石英岩是在火山气液对中酸性火山岩作用的产物。火山岩中的性组分A1O结晶为刚玉，形成刚玉矿床。

变质岩中刚玉的形成

缅甸抹谷地区的红宝石矿床，P.C.凯勒认为其成矿母岩是与片麻岩互层的大理岩，但是并不存在导致大理岩变质的侵入体，所以大理岩及其中的红宝石是低压区域变质作用的产物。

分布区域

刚玉常产于穿插于超基性岩内的伟晶岩中以及高铝低硅的变质岩中，并常见于冲积砂矿中。世界著名产地有俄国的乌拉尔山脉、南非的德兰士瓦、加拿大的安大略、土耳其的士麦那、希腊的纳克索斯。而宝石级的砂矿刚玉主要产于缅甸、斯里兰卡、泰国、坦桑尼亚、美国蒙大拿州。

应用领域

由于刚玉具有硬度大、熔点高、耐侵蚀等特性，以复相材料的形式广泛应用于工业各个领域，如耐火材料、磨料、玻璃、陶瓷（含精密陶瓷）、石化、石油开采、精密铸造、蓄电池、电子等行业上。

工业用途

由于有耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，故可制作浇钢滑动水口，各种高温炉窑，用于冶炼稀贵金属、特种合金、高纯金属、玻璃拉丝、陶瓷等。

机械用途

在化工系统中，用作各种反应器血和管道、化工泵的部件，机械零部件、各种模具，手表和精密机械的轴承材料。由于具有硬度大、耐磨性好、强度高的特点，可用于制作刀具、磨具磨料、防弹材料、人体关节、拔丝模、密封磨环等。

军工用途

用于导弹雷达天线保护罩等。

首饰用途

色彩绚丽而透明或半透明的晶体可作为宝石。红宝石和蓝宝石都属于刚玉矿物，除星光效应外，只有半透明-透明且色彩鲜艳的刚玉才能做宝石。红色的称为红宝石，而其他色调的刚玉在商业上统称蓝宝石。

矿物开采

采选工艺与技术

外生沉积刚玉矿床多为露天开采，采矿手段有机械、半机械化。原生刚玉矿床则据矿体形态和产状采取露天开采或硐采的方式，开采手段有手工、半机械、机械化。河北灵寿刚玉矿床为手工、半机械化硐采方式，采硐形态多为囊状、扁豆体状等与矿体形态一致。对宝石级刚玉矿床开采时主要采用静态爆破工艺。刚玉选矿一般采用筛分、跳汰以及磁选等联合处理方法，也有采用摇床浮选方法，然后对其产品进行烘干，分级包装。对宝石级主要采用手选或其他技术手段进行分选处理。当制取高级耐火节能材料等专用产品时，还要对刚玉精矿进行静电分离、风选或水沉降分级、热处理、包装等工序。

世界选矿工艺

(1) 加拿大刚玉选矿加拿大刚玉选矿流程是将含刚玉10.5%的原矿用跳汰和摇床处理，得到含刚玉55%的精矿，再将其干燥后磁选，进而通过威尔费来摇床或空气跳汰机进行精选，回收含刚玉90%～95%的最终精矿。此外，还将此种选矿厂的废石进行再处理，回收刚玉精矿。(2) 南非刚玉选矿南非对沉积型刚玉选矿流程是先将矿石通过筛孔为18mm的固定筛进行筛分，筛上物料在摇动手筛上采用手选，选出聚集于中央部分的矿物晶体；筛下物料进入装有3mm孔眼筛的摇动槽；摇动槽筛下产品丢弃，而筛上产品送手动旋转园盘进行洗矿后，即为精矿。对于块矿是将矿石放入木桶中，使其脱去矿石上附着的脉石矿物，然后进行筛分、浮选从而获得刚玉精矿。

历史

文化传说

刚玉矿据古文献记载，出产于拜城，古已开采。世界著名的旅行探险家马可波罗（1245—1323）于元帝忽必烈时期(1284年)来到中国旅行探险，根据他写的“星巴德航海”故事的记述，当时中国（元代）已获得了蓝宝石，这一记述早于缅甸的史料记载，但是，该蓝宝石产自何地已无从查证，留下了 700多年前中国蓝宝石之谜。

发现与开采历史

大约在15世纪初，缅甸抹谷当地的居民偶然发现了宝石级刚玉矿物 (红宝石、蓝宝石)，15世纪中期，缅甸掸族人便开始开采河谷中的红宝石、蓝宝石。1972年左右，中国地质队员在高坝附近发现了含刚玉的矿石，并开始了开采。上世纪80年代，安徽省三一三地质队发现了大别山红宝石矿，并开始了开采。

名称来源

刚玉一词源于印度泰米尔语Kurundam和梵文词Kurivinda、Kurivida，1798年刚玉名称列入矿物学，以前叫宝石。

品质鉴定

刚玉按颜色、透明度和星光效应等因素分为红、蓝宝石，星光红、蓝宝石四类，根据其不同的分类来介绍各类刚玉的质量评价。

红蓝宝石分类分级

红、蓝宝石的质量评价主要依据颜色、重量、透明度、净度。在国际市场上应用较多的是缅甸分类。缅甸根据红、蓝宝石的颜色、透明度、包裹体含量、裂隙发育程度将其各自分成4类12级（详见下表），其中D类红宝石已接近属于粉红色蓝宝石的颜色。

红蓝宝石分类分级表

红、蓝宝石的评价

一般来说，颜色纯正、颗粒大、透明、无或极少瑕疵[cī]、加工精细、各部分比例匀称的红、蓝宝石应属上品。以缅甸分类为依据：（1）红宝石以A类（鸽血红色）最佳，其次是B类（鸽血玫瑰红色），再次是C类（玫瑰红色），最后是D类（浅玫瑰红色）。除了A到D类的一般性比较，还应根据各主要产地的特点仔细比较。如缅甸的“鸽血红”红宝石在日光下显荧光效应，因此各刻面均呈鲜艳红色，增熠[yì]生辉：泰国产红宝石在日光下无荧光效应，因而只是光线直射的刻面呈鲜红色，其他刻面则发黑：斯里兰卡红宝石色虽浅，但颗粒一般较大，颜色也很鲜艳，不像泰国红宝石那样出现黑色。红宝石的最佳颜色在垂直于晶体c轴的方向，习惯上将此方向作为宝石的冠面（桌面、台面），若加工时出现偏差，使冠面不与c轴垂直，那么就显不出红宝石特有的色彩，从而影响其价值。星光也出现在此方向，若切割偏离，则星线不正或者不显星光。（2）蓝宝石A类的代表是“克什米尔”蓝宝石（矢车菊蓝色）；其次是以缅甸抹谷产的深蓝色优质蓝宝石为代表B类：然后是柬埔寨、斯里兰卡产的相当于C+的优质蓝宝石以及与C和C-相当的一般品种。泰国产深蓝色优质蓝宝石可达B或C类，少数为A类；美国蒙大拿州、澳大利亚以及中国山东昌乐产的蓝宝石，多数品级较低，大致是C和D类。（蓝色蓝宝石品质按产地划分顺序大致是：克什米尔、缅甸抹谷、柬埔寨拜林、斯里兰卡、泰国、美国蒙大拿、中国山东昌乐、澳大利亚新南威尔士）。

星光红、蓝宝石的评价

星光宝石的评价：一是星光越亮越好；二是星光光线交点应位于弧面宝石的顶点，一旦磨歪了，交点偏于弧面的一侧，宝石的价值就大大降低；三是星光的光线不要有缺、断、弯曲等情况。星光的明显与否，与宝石的透明度和颜色有关。当宝石透明度较差，颜色又较深暗时，星光会更明显。红、蓝宝石当包裹体少或包裹体定向性差时，虽磨成弧面琢型，也不显星光。所有的刚玉质宝石都可能出现六射星光。

刚玉鉴定

刻划鉴定：用黄玉（莫氏8级）、水晶（莫氏7级）等标准硬度片刻划以确定其硬度，鉴定试样是否是红、蓝宝石。但天然同人造鉴定不用此法。观察形态特征：未经加工的天然红、蓝宝石，常呈现六边形桶状或柱状，有与六边形晶形平行的“六边形生长线”，又称“六边形生产环带”。凡有六边形生长线的，就是天然红、蓝宝石。人造红、蓝宝石具有圆弧形生长线或圆环形色带。发光性鉴定：缅甸红宝石发强的荧光，在短、长紫外光、x光中均发红色荧光；泰国红宝石在长波紫外光中发弱的红色荧光，在短波紫外光中不发或发弱的红色荧光；泰国蓝宝石在短波紫外光中发绿白色弱荧光。

人工优化

优化处理

天然红、蓝宝石或多或少常有一些不尽如人意的地方。为使天然宝石透明度更高、色彩更迷人，人们用各种方法对其处理，提高其品质，满足消费者对稀缺的高品级宝石的需求。常用的红、蓝宝石改善方法是加热、扩散。加热即热处理或焙烧处理，属优化方法。在远低于刚玉熔点的温度下对其加热，以改变红、蓝宝石的颜色（去除杂色、邪色，提高、固化优质颜色），增加其净度（去除瑕疵，提高透明度）。扩散即表面渗透处理，属化学处理方法，是通过在宝石表层加上TiO₂等不同的着色剂，在坩[gān]埚内加热以改善宝石表层颜色的方法，扩散处理的红、蓝宝石价格是天然品的1/10～1/5。经过扩散处理的宝石刻面成品可以通过校（深）面（浅）的颜色差异与天然品区别。

人造刚玉

人造刚玉有电熔刚玉和烧结刚玉两种。

电熔刚玉

电熔刚玉有棕刚玉、白刚玉、单晶刚玉、铬刚玉、微晶刚玉、锆刚玉等。其理化性质是Al₂O₃94%以上，密度为3.65～4.05g/cm，显微硬度（HV）为17640～24010MPa。棕刚玉：棕刚玉俗名又称金刚砂，是用矾土、碳素材料、铁屑三种原料在电炉中经过熔化还原而制得的棕褐色人造刚玉，故为此名。棕刚玉主要化学成分是Al₂O₃，其含量在94.5%～97%之间，另含有少量的Fe、Si、Ti等。白刚玉：白刚玉以工业氧化铝粉为原料，于电弧中经2000℃以上高温熔炼制成，经粉碎、筛分、磁选去铁，筛分成多种粒度，其质地致密，硬度高，粒形成球状。白刚玉密度分为两种，一是白刚玉堆积密度，二是白刚玉真密度。堆积密度为1.53～1.99g/cm，磨料的堆积密度与磨料的粒度、粒度组成、品种、颗粒形状等因素都有关。

烧结刚玉

Al₂O₃86%以上，密度为3.75g/cm，显微硬度（HV）16660MPa。板状刚玉是一种纯净的、不添加如MgO、B₂O₃等任何添加剂而烧成收缩彻底的烧结刚玉，具有结晶粗大、发育良好的α-Al₂O₃，晶体结构。板片状晶体结构，气孔小且闭气孔较多而气孔率与电熔刚玉大体相当，纯度高，体积稳定性好，极小的重烧收缩。体积密度≥3.70g/cm，Al₂O₃≥99%，Na₂O<0.3%。

环境影响

刚玉磨料产品使用后的产物由于混杂了较多的杂质，粒度等物理指标不再满足刚玉磨料质量的要求，因而失去了原有刚玉磨料的利用价值和功能。这种物品可以用于分级再成为刚玉磨料，但这一过程必然要产生一些没有利用价值的部分，如果不进行妥善处可能造成环境污染；依据《固体废物污染环境防治法》关于固体废物的定义以及《固体废物鉴别导则行）》的原则，判断样品属于固体废物。

参考资料

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该页面最新编辑时间为 2024年6月16日

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