产自塔吉克斯坦的磷铝石检测结果分析

来源：广东省金银珠宝检测中心时间：2016-12-20

磷铝石是一种含水的铝磷酸盐矿物，化学式为Al(PO₄)•2H₂O，红磷铁矿是含水的铁磷酸盐矿物，化学式为Fe³⁺(PO₄)•2H₂O，二者都是斜方晶系，都属于磷铝石族中的磷酸盐矿物。砷铝石、臭葱石、砷铟石（yanomamite）是与前二者晶体结构相同的磷铝石族中的砷酸盐矿物。磷铝石族矿物的化学通式是A(XO₄)•2H₂O，其中A可以是Al、Fe³⁺和In，X可以是P、As。磷铝石与单斜晶系的变磷铝石（metavariscite）是同质多像，同样，红磷铁矿与单斜晶系的磷铁矿是同质多像。

市场上大多数的磷铝石产自美国犹他州，但该矿区的资源几乎耗尽(Larsen, 1942; Solodova et al., 1985; Willing et al., 2008)。此外，西澳大利亚的Woodlands矿区和秘鲁的Yauli矿区也曾经于2004年和2011年发现了磷铝石(Willing et al., 2008; Hyršl, 2011)。本文中介绍的磷铝石矿区位于塔吉克斯坦中部的Shing河上游。

图1 产自塔吉克斯坦中部的2件研究样品(1.8×0.7×0.3 cm，1.2×0.5×0.6cm)

宝石学家从该矿区不同地点选取了6个磷铝石样品进行研究，研究方法有显微观察、长短波测试、硬度测试、密度测量、反射光谱、化学元素分析、拉曼光谱等。研究结果如下：

样品颜色为浅蓝、浅绿色至绿色（与绿玉髓接近的绿），弧面切磨，长约2cm（如图1所示），其余6件为原石块（表1），隐晶质或微晶质结构，蜡状光泽，贝壳状断口。显微硬度测试结果为231.5-386.7 kg/mm²（相当于摩氏硬度在4到5之间）。相对密度2.32至2.36，长波和短波紫外灯下样品为惰性。

表1

拉曼峰最大值位于1020cm^-1，而990和1060cm^-1的峰相对较弱，这是由磷酸根的对称伸缩振动引起的，在磷铝石族矿物中都会有(Frost et al., 2004; Onac et al., 2004)，然而峰的准确位置和形状，同族的不同矿物并不完全相同的。位于580, 430 和220 cm–1的较弱的峰是磷酸根弯曲振动引起的 (Frost et al., 2004; Onac et al., 2004)。样品绿色区域的拉曼峰强度会较大。

图2 译文中磷铝石的拉曼光谱

用EDS对样品不同颜色区域进行化学元素分析，结果见表2。可知，样品中含有致色元素Cr、V、Fe，并含有CaO, Na₂O, K₂O, TiO₂,此外还发现了SO₃ 和 As₂O₅，可能是由于矿床与Chorroha锑矿距离较近，而Chorroha锑矿的主要产出矿物就是辉锑矿(Sb₂S₃) 和arsenopyrite (FeAsS)。早在1905年墨西哥的克雷塔罗州中部偏北地区就发现了磷铝石穿插生长在含锑的岩石中(White,1947)。将本文样品与其它产地（澳大利亚和美国）以及考古遗址（葡萄牙、法国、意大利）进行对比，本文样品Fe₂O₃含量较高 (约15.29 wt.%) ，V₂O₃和Cr₂O₃含量较低（表2）。高Fe可能是由于磷酸铁矿物引起，比如红磷铁矿(化学式FePO₄•2H₂O,斜方晶系) 、少量的磷铁矿(FePO₄•2H₂O, 单斜晶系)。样品中绿色区域颜色多是由二价铁引起的， Cr和V都在检出限以下。

表2

图3是样品5中绿色和蓝绿色区域的紫外可见光反射光谱，测试范围为380到1080nm。425nm处的下凹可能是与Fe³⁺有关，750nm处弱吸收带可能是由氧钒根引起而不是由Fe²⁺引起(Calas et al., 2005)。630、645、690nm以及几乎不可见的445nm的吸收都有可能是Cr³⁺自旋禁戒跃迁造成(Calas et al., 2005)。两个光谱都可看出从近红外到可见光区的反射强度递减趋势，但样品蓝绿区域趋势更为明显。蓝绿色区域的铁和铬引起的吸收带强度比绿色的相对较强。近红外区的975nm是由结构水OH引起(Calas et al., 2005)。