锆石

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简介
锆石 
又称锆英石，日本称之为“风信子石”，它是十二月生辰石，象征成功。（十二月生辰石还有绿松石、青金石）它的英文名字是Zircon ，是地球上形成最古老的矿物之一。锆石为矿物名称，旧称锆英石，风信子石，透明者作为宝石，称锆石宝石。其来源一说可能是在阿拉伯文“Zarkun”的基础上演变而来的，原意是“辰砂及银朱”；另 一说认为是来源于古波斯语“Zargun”，意即“金黄色”。第一次正式使用“Zircon”是在1783年，用来形容来自斯里兰卡的绿色锆石晶体。
大家知道，许多东西经过热处理就可以变性，锆石也是如此。如果对低型的锆石加热到一定程度时，其就会变成无色透明晶体。比如：斯里兰卡的锆石多为绿色低型的，经过热处理后，颜色明显变淡，成为高型的锆石宝石。我国海南省产的红色、棕色锆石，经过热处理，可以变成无色的。
化学成分
理论化学组成
理论化学组成 
(%)：ZrO267.22%，SiO2 32.78%。有时含有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等杂质含量较高，而ZrO、SiO2含量相应较低时，其物理性质也发生变化，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，因放射性较强而产生非晶质化现象，这种锆石硬度可降至6，比重可降至3.8。因而形成多种变种：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较高；曲晶石，含较高TR2O3、U3O8，因晶面弯曲而故名；水锆石，含H2O 3~10%；铍锆石，BeO 14.37%，HfO2 6.0%；富铪锆石，HfO2 可达24.0%。有些锆石因含U、Th等，由于放射性较强而产生非晶质化，变为非晶态。
主要化学成分
主要化学成分为硅酸锆 
；化学组成为Zr[SiO₄]，晶体属四方晶系的岛状结构硅酸盐矿物。晶体呈短柱状，通常为四方柱、四方双锥或复四方双锥的聚形。锆石颜色多样，有无色、紫红、金黄色、淡黄色、石榴红、橄榄绿，香槟，粉红，紫蓝，苹果绿等，一般有无色、蓝色和红色品种。色散为0.039（高）。光泽为强玻璃光泽至金刚光泽。无解理。摩氏硬度6～7.5，比重大，密度：多数在3.90～4.73 g/cm³。高型：4.60～4.80 g/cm³。中型：4.10～4.60 g/cm³。低型：3.90～4.10 g/cm³。
结构形态
锆石 
在各种火成岩中作为副矿物产出；锆石的化学性质稳定，因而经常保存与漂砂中，并作为碎屑物出现与沉积岩和沉积变质岩中，并且真正有开采价值的锆石是沙型锆石矿床。在碱性岩和碱性伟晶岩中可富集成矿，著名的产地有挪威南部和俄罗斯乌拉尔。锆石也常富集于砂矿中。世界上重要的宝石级的锆石产于老挝、柬埔寨、缅甸、泰国等地。中国东部的碱性玄武岩中也有宝石级的锆石。锆石是提取锆和铪的最重要的矿物原料，也用于国防和航天工业。
锆石是硅酸盐类矿物，按其物理性质和化学成份可分为高型和低型两个变种。结晶完整的晶体多为“高型”；晶体极差或无晶者为“低型”。由于放射性元素，使得锆石的内部结构遭到破坏，根据内部结构特点，分为高型锆石、中型锆石和低型锆石三种。但就宝石价值来说，高型锆石价值较高。
锆石是天然宝石中折射率仅次于钻石、色散值很高的宝石，无色透明的锆石酷似钻石，是钻石很好的代用品。常用的锆石多呈无色、红褐色、褐红色、绿色等。但最流行的颜色是蓝色和无色两种，其中以蓝色价值较高，且一般都经过优化热处理改色。市场上的许多锆石，都是经过热处理之后再拿出来销售。锆石经常用热处理以提高其质量，或改变颜色或改变锆石的类型，因其在优化过程中未添加任何其他物质，故在珠宝鉴定上，仍旧将其认定为天然宝石。经过优化处理，锆石会变得更漂亮、易于销售。
锆石的晶体属四方晶系，a0=0.662nm，c0=0.602nm；Z=4。结构中Zr与Si沿c轴相间排列成四方体心晶胞。晶体结构可视为由[SiO4]四面体和[ZrO8]三角十二面体联结而成。[ZrO8]三角十二面体在b轴方向以共棱方式紧密连接。
复四方双锥晶类，D4h-4/mmm（L44L25PC）。晶体呈四方双锥状、柱状、板状，且形态与成分密切有关。主要单形：四方柱m、a，四方双锥p、u，复四方双锥x。可依成膝状双晶。可与磷钇矿成规则连生。
锆石的成分中含有放射性元素铀（U）和钍（Th）。但含量很低，远低于安全系数。所以大家可以放心地佩戴锆石装饰品。
锆石是一种性质特殊的宝石。它有较高的折光率和较强的色散，无色或淡蓝色的品种加工后，象钻石一样有较强的出火现象。由于它在外观上与钻石很相似，因而被誉为可与钻石媲美的宝石。
大家知道，许多东西经过热处理就可以变性，锆石也是如此。如果对低型的锆石加热到一定程度时，其就会变成无色透明晶体。比如：斯里兰卡的锆石多为绿色低型的，经过热处理后，颜色明显变淡，成为高型的锆石宝石。我国海南省产的红色、棕色锆石，经过热处理，可以变成无色的。
宝石界把锆石、绿松石、青金石同列为十二月生辰石，象征胜利，好运，是成功的保证。
我国有部分红色或棕红色的锆石，不经改色处理，也可直接研磨成美丽的宝石。但应该注意，我国红低型锆石也是二色性较强的宝石。如果从红锆石某一方向上看是红色，而从另一方向看，又是淡色或接近无色。所以，加工时，必须按一定方向研磨，让红色出现在磨型正面。
锆石的著名产地有斯里兰卡、泰国、老挝、柬埔寨。我国云南出产的锆石一般需经加热改色处理。
我们在商场里看到的一些钻石的替代品——营业员声称的锆石，并不是前文所说的天然锆石，而且一种人工合成的立方氧化锆（Cubic Zirconia），简称CZ，价格远低于天然锆石，是钻石的一种最常见的替代品，请勿将它与天然锆石混淆。
锆石在酸性和碱性岩浆岩中广泛分布，基性岩和中性岩中亦常产出。
四方短柱状，四方双锥状。硬度大，金刚光泽。与金红石的区分是硬度大，金红石有完全解理。与锡石区别是锆石的密度较小。与独居石区别是锆石具四方柱状晶形，且硬度较大。
锆石主要鉴定特征有：高折射率、强光泽、高双折射率、高密度、高色散和典型的光谱特征等。
由于锆石色彩丰富，而且颜色深浅程度变化较大，因此，锆石可与任何颜色、透明度的宝石相混。最易于相混的宝石有钻石、尖晶石、金绿宝石、蓝宝石、红宝石、石榴子石、锆石宝石、托拍石等
理化性能
无色、淡黄、紫红、淡红、蓝、绿、烟灰色等。玻璃至金刚光泽，有时呈油脂光泽。 
不完全解理。透明到半透明。硬度7.5~8。相对密度4.4~4.8。因常具有放射性而引起自身的非晶化，透明度、光泽、密度、硬度均下降。
X射线照射下发黄色，阴极射线下发弱的黄色光，紫外线下发明亮的橙黄色光。
偏光镜下：无色至淡黄色，色散强，折射率大。No = 1.91~1.96，Ne = 1.957~2.04。均质体折射率会降低，N = 1.60~1.83。
熔点2340~2550℃。氧化条件下，在1300~1500℃稳定；1550~1750℃分解，生成ZrO2 SiO2。线性热膨胀系数5.0 10-6/℃（200~1000℃），且耐热震动，稳定性良好。高温下不与CaO、SiO2、C、Al2O3等反应，抗渣蚀能力强，不粘钢水。
锆石按它的结晶程度分为高型（四方晶系，受辐射少或无，晶格没有或很少发生变化的锆石），低型（有多种非晶质混合物组成，结晶程度低，晶格变化大），中型（介于高和低之间），硬度由低型到高型发生变化，低型可低至6，高型可高至7.5，密度也一样从低型到高型逐渐变大，范围为3.90~4.73，锆石无解理，断口呈贝壳状，锆石较脆，常见边角有破损，称为纸蚀效应。有的锆石也可具猫眼或星光效应，只是比较罕见。
锆石稳定性好，晶体结构可以轻易锁住铀原子，但对铅原子不然。因此在熔融的岩浆中形成的这种晶体已设定好放射性时钟的指针，而铀衰变产生的铅可提供精确的时间，而且锆石晶体一旦形成就无比坚硬，因而而成为同位素地质年代学最重要的定年矿物，已测定出的最老的锆石形成于43亿年以前。
类型
在贸易中完全用锆石结构类型划分品种并不利于顾客选购，而且进入市场的基本上是高型锆石，尤其是处理石，无需强调其类型，因而，如今商业上，品种仍是以颜色划分的 
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(1)无色锆石:应和钻石一样无色透明，不带任何灰或褐色调。
(2)蓝色锆石:最受欢迎的品种，包括天然石和热处理优化石。优化石因在优化过程中未添加任何其他物质，故在珠宝鉴定上，仍然认定其为天然宝石，宝石色度有深有浅。不带任何褐色色调的蓝锆石有强二色性;带褐色调的在极端高温高压作用下有可能转变为金黄色（非常罕见，基本不会发生）。蓝锆石常带很淡的绿色调。
(3)蓝绿色或带黄、带褐色的蓝色锆石。
(4)绿色和微绿黄色锆石。
(5)橙色、褐色和黄色锆石。
(6)红色锆石:包括红色到橙红色者。
有人还将罕见的锆石猫眼单列为一个品种。
工业用途
提取Zr、Hf的主要矿物原料。锆石的主要工业用途如下：耐火材料;型砂材料;陶瓷原料；宝石原料。
锆石极耐高温，其熔点达2750。并耐酸腐蚀。世界上有80%的锆石直接用于铸造工业、陶瓷、玻璃工业以及制造耐火材料。少量的锆石用于铁合金、医药、油漆、制革、磨料、化工及核工业。极少量的锆石用于冶炼金属锆。
含ZrO265～66%的锆英石砂因其耐熔性(熔点2500℃以上)而直接用作铸造厂铁金属的铸型材料。锆英石砂具有较低的热膨胀性、较高的导热性，而且较其他普通耐熔材料有较强的化学稳定性，因此优质锆英石和其他各种粘合剂一起有良好的粘结性而用于铸造业。锆英石砂也用作玻璃窑的砖块。而锆英石砂和锆英石粉与其他耐熔材料混合还有其他用途。
锆英石和白云石一起在高温下反应生成二氧化锆或锆氧(ZrO2)。锆氧也是一种优质耐熔材料，虽然其晶形随温度而变。稳定的锆氧还含有少量的镁、钙、钪或钇的氧化物，稳定的锆氧熔点接近2700,它抗热震，在一些冶金应用中比锆英石反应差。稳定的锆氧导热性低，在工业锆氧中，二氧化铪作耐熔物使用是无害的。
金属形式存在的锆，主要用于化学工业和核反应堆工业，以及用于要求耐蚀、耐高温、特殊熔合性能或吸收特殊中子的其他工业，在美国，锆总消耗量中约有8%用于这些工业，而铪金属的唯一有意义的应用是用在军舰的核反应堆。
锆金属用多段提炼法获得 
。最初锆英石在电炉中和焦炭反应产生碳氢化锆，然后氯化生成四氯化锆。镁还原四氯化锆法（Thekrollprocess）包括四氯化物的还原，它把镁金属放在一种惰性的气体中，用来获得海绵状锆金属。可以用碘化物热离解法精炼高纯度锆金属，在这一过程中，依靠金属和碘蒸气在200℃的温度下发生反应，并将易挥发的碘送往连接器中，使锆成为易挥发碘的形态，从而与大多数杂质分离。大约在1300℃的温度下，碘化物在加热的灯丝上被分离。灯丝上附着高纯度的锆。释放出来的碘从灯丝中转移，这种产物称为锆晶棒。
用途 ：海绵锆的90%以上是作为核反应堆中结构和包壳材料的锆基合金的原料。金属锆在化工、农药、印染等行业中可用来制造耐腐蚀的反应塔、泵、热交换器、阀门、搅拌器、喷嘴、导管和容器衬里等，它还可作为炼钢过程中的脱氧、脱氮剂，铝合金的晶粒细化剂。锆丝可作为栅板支架、阴极支架和栅板材料，以及作为空气等离子切割机的电极头。锆粉主要在军火工业上用作爆燃剂，在电子器件内可作为消气剂，它也可制作引火物、烟花和闪光粉
佩戴
注意事项
锆石是常见的宝石用矿物 
，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，最好不要作为首饰佩戴，这样的锆石很可能有放射性。所以如果是首饰用的锆石，低型锆石是不能接受的，低型锆石是由于放射性而晶体变为非晶体的锆石，很可能是带有放射性的，所以首饰珠宝用锆石只会选用高型锆石。
相关文化
在西方人看来，佩带红锆石可以起到催眠作用，可以驱走瘟疫，战胜邪恶。现今有些国家把锆石和绿松石一起作为“十二月诞生石”，象征成功和必胜。高型锆石是岩浆早期结晶的矿物，不含放射性元素，对人体无害。世界上最著名的蓝色锆石，重208克拉，现珍藏于美国纽约自然历史博物馆。
优化处理
热处理
热处理可以改变锆石的颜色，也可以改变锆石的类型 
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1.改变颜色
不同产地的锆石经热处理会出现不同的颜色。
1）在还原的条件下进行热处理可产生蓝色或无色的锆石。其中最重要的是越南红褐色的锆石原料，经热处理后产生无色、蓝色、金黄色，这是宝石首饰中最常见的品种。热处理步骤如下：
首先样品放在封闭的坩埚里（一般放1kg），放进炉子中，在减压还原的条件下进行加热900~1000°C，约可使30%的样品达到宝石级。剩下70%颜色差但净度好的蓝色锆石，再经进一步加热可产生无色的锆石。这一步热处的目的是去除锆石中的褐色色调，以产生无色的锆石，同时产生白雾状效果。
2）在氧化条件下进行热处理，温度达到900°C时可产生金黄色和无色的锆石，有些样品可呈红色。上述热处理两个步骤下来仍未达到宝石级颜色的样品也可以在这种氧化条件下热处理成无色或金黄色的锆石。
经热处理可得到无色、蓝色、黄色及橙红色锆石。锆石热处理优化过程因未添加其他任何物质，故在珠宝鉴定上仍将其认定为天然宝石。另有一种把锆石和硝酸，钴钾铁盐放在一起放入坩埚中烧6-8小时的处理方法（此种方法一般比较少见），在这种处理方法下产生的锆石在极端高温高压条件下可以再度转变颜色。如蓝色锆石在极端高温高压下可以转变为金黄色或亮红色，这种部分转变颜色的锆石有时放在有木炭的坩埚里，再度加热至800~900°C，又可完全转为蓝色。此现象与因产地不同而导致的锆石中杂质成分的差异有密切关系。
2.改变类型
加热至1450°C，持续长时间的热处理可引起硅和锆石重结晶，将低型的锆石转向高型的锆石。经这种处理，低、中、高型的锆石都能提高密度（可达4.7g/cm3），具有较高的折射率和清楚的吸收线，同时还可以提高透明度和明亮程度。热处理引起的重结晶还可产生纤维状微晶，形成猫眼。
经热处理的锆石表面或棱角处更加饱满，光泽度也有一定程度的提升。
辐照处理
锆石的辐照处理与热处理结果是相反的逆变化过程。几乎所有经热处理得到的高型锆石改变品经辐照处理（X射线、γ射线、高能电子等）都可以恢复热处理前的颜色，甚至变深。天然产出的锆石在辐照下也会发生变色，如无色锆石在X射线照射下可变成深红色、褐红色或紫色、橘黄色；蓝色锆石在X射线辐照下可变成褐色—红褐色。但这类辐照改色锆石改色过程均可逆，在极端高温高压下可以恢复原状。
鉴定
怎样快速分辨锆石和钻石 
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透明度测试：如果在纸上画一条线，将“钻石”放置在纸上，如果透过“钻石”可以看到那条线的话，它就不是钻石，因为钻石会将100%的光反射，应该看不清任何东西。
湿度测试：向矿石哈气，哈气扩散得非常快。钻石的表面非常光滑，它留不住水和冷凝液体。
瑕疵测试：仔细地用放大镜观察矿石，如果可以观察到矿石内部有一些小的瑕疵，那么这就是一颗真的钻石。除非这是一块非常极尽完美的钻石（几乎不可能）。假的钻石总是非常纯非常清澈的。
紫外线测试：如果有一台比较高端的器材，可以通过紫外线来观察，如果它可以变色，它就是真的钻石，因为真正的钻石是对紫外线有反应的。 
用偏光仪
可将均质体宝石的钻石、尖晶石、石榴石等区分开来，因为，锆石是非均质宝石，在偏光镜下呈四明四暗的消光现象，而均体宝石为全消光或斑状消光。
观测比较
测折射率、密度、光谱、观察刻面边棱重影以及包裹体等，易将锆石与其余相似宝石区分来。
科学发现
经过科学家的检测，在西澳大利亚一个牧羊场的石头中提取的微型锆石晶体已经经历了44亿年的岁月，是地壳最古老的部分之一。
地质学家通过检验这块石头，确定了地壳至少于44亿年前就已经形成，仅仅在太阳系形成的1.6亿年之后。
另外，科学家们还认为，这块石头的存在表明，早期的地球并不像许多科学家所认为的，是一个环境严酷的地方。它证明了地球曾经冷却至适宜生命居住的温度过。