钻石

第九章宝石各论本章要求1、熟悉、掌握各种主要类型宝玉石的化学成分、结构属性、物理性质。2、掌握常见宝玉石的基本特征。3、初步掌握常见宝玉石的主要鉴定依据。4、逐步熟悉、鉴别宝玉石种。•课程讲授宝玉石基本特征鉴定和鉴别评价讲授内容常见宝石常见玉石钻石、红宝石、蓝宝石、绿柱石族、金绿宝石、欧泊、石榴石、尖晶石、碧玺、橄榄石、锆石、托帕石、长石族、石英、坦桑石、方柱石、绿帘石、透辉石、蓝晶石、硅线石等合成和人工宝石合成立方氧化锆、合成碳硅石、人造钇铝榴石、人造钆镓榴石、人造钛酸锶、合成刚玉类宝石、合成祖母绿等翡翠、软玉、绿松石、青金石、蛇纹石玉独玉、孔雀石、寿山石、鸡血石、青田石、石英岩玉、天然玻璃、大理石、蔷薇辉石、菱锰矿、钠长石玉、查罗石有机宝石珍珠、珊瑚、琥珀、煤精、象牙、龟甲钻石“Diamond”来源于古希腊语“Adamas”，意为“不可征服”。第一节钻石-宝石之王各种颜色的钻石本节内容一、钻石的基本性质——掌握钻石的要点二、钻石的鉴定三、钻石及其仿制品的鉴别四、钻石的评价（4C分级简介）—实践五、名钻欣赏六、钻石的形成古代对钻石充满了神秘、传奇与浪漫的色彩，有人说钻石是星星坠落的碎片，也有人说是天神的眼泪在地上的结晶。•其实，钻石不是由天而降，相反是破地而出。它纯净、璀灿，独一无二的特性，使钻石成为永恒爱情的象征。•“钻石恒久远，一颗永留传”已被世人广泛接受，将坚不可催的钻石与今生永不变的爱情联系起来，使钻石成为表达爱意的最佳礼物。•有人相信爱神丘比特的箭尖是钻石做的，因此才具有了征服爱的神奇力量。钻石恒久远，一颗永留传按基督教的习俗，钻戒应戴在无名指上。据说，按牧师用戒指顺序轻触新人左手的手指，并说“奉圣父、圣子、圣灵之名”，最后正好落在无名指上。而埃及人认为，无名指的血脉是直接引进心房的爱情之脉，象征爱情永恒不变，极具浪漫色彩。南非金伯利金刚石矿•钻石是四月份的生辰石，象征“纯洁无瑕”，结婚60周年称为钻石婚。•提到钻石，人们会很自然地联想到南非。但是，最早发现钻石的国家并不是南非，而在印度。大约在公元前四世纪时，钻石就已成为非常有价值的商品，同时也是权势、地位的象征。•历史上，钻石真正繁荣时期是1604-1689年，法国人塔沃尼曾6次往返于印度与欧洲各王室之间，大量从事钻石生意，为全球认识、开采和传播钻石知识起了先导作用，也打开了欧洲与印度的钻石贸易通道。后人称其为“钻石之父”。•1730年以前，印度是全球唯一出产钻石的国家。•18世纪30年代，巴西发现了钻石，经过一个半世纪的开采，巴西钻石矿已濒穷尽。•1867年，一个南非的牧羊童捡到了一粒重21.5ct的钻石，被一个白人商人买走。从此，大批欧洲采宝人蜂涌而至。•1880年一个叫郎德的英国人在南非创办了戴比尔斯（DeBeers）公司。到1899年，戴比尔斯公司就完全控制了世界大部分钻石市场，开创了现代钻石业的新纪元，钻石贸易占全球珠宝贸易额的80%以上。•据古罗马哲学家普林尼的《钻石之谷》记载：公元前350年印度战争时，亚历山大大帝带领十万大军东征印度时，听说当地有一钻石谷，内充满了钻石，只可惜该山谷人烟稀少、悬崖峭壁，有成千上万的毒蛇盘据于谷底，有无数的秃鹰盘旋在天空，似乎它们在守护这些钻石，使人们无法获取。这时一个聪明之士想出一条妙计：将大块的鲜肉抛向山谷中，钻石会粘在肉上，饥饿的秃鹰为了获得鲜美食物，会奋不顾身的飞向谷底，猎取食物，等这些秃鹰飞出山谷，等待在外面的士兵用箭射下可怜的秃鹰，最终获取钻石。一、钻石的基本性质在矿物学上属于金刚石族。钻石的矿物名称是金刚石（Diamond），钻石主要成分是C，质量分数达99.95％。1、化学成分微量元素有N、B、H、Si、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr，S，惰性气体及稀土稀有元素，达50多种。这些微量元素决定了钻石的类型、颜色及物理性质。塞拉里昂之星•N是钻石最常见的微量元素，以类质同象形式替代C进入晶格，N原子的含量和存在形式对钻石的性质有重要影响。同时也是钻石进行分类的依据。2．分类•根据钻石内N原子在晶格中存在的不同形式及特征，可将钻石进行划分。I型钻石含N，最多时w（N）可达0.25％。根据N在晶格中的存在方式，I型钻石又可分为Ia型和Ib型。Ia型N的聚合有规律IaA型——2个NIaAB型—3个NIaB型——4-9个N甚至更多，占自然界钻石的98％。Ib型钻石内N呈孤立状态。天然Ib型钻石极少，主要见于合成钻石。在一定的T、P、t作用下，N原子相互聚集，Ib型→Ia型。因此，天然钻石以Ia型为主。Ⅱ型钻石不含N原子或w（N）小于0.001％。Ⅱa型钻石不含N，内部近纯净，具极高的导热性。（1）因碳原子位错而造成缺陷而呈色，（2）若无空穴或晶格错位则是无色的，如著名的塞拉里昂之星钻石就石其中的典型代表。Ⅱb型钻石可含有少量B，B以孤立的原子状态取代晶格中的碳原子。Ⅱb型钻石为半导体，是天然钻石中唯一能导电的。据此区别：天然蓝色钻石和辐照致色的蓝色钻石。大部分Ⅱb型钻石呈蓝色，少数为灰色，霍普钻石是最著名的IIb型钻石。类型氮原子存在形式颜色特征IaC原子被N取代，氮在晶格无色-深黄色（一般天然中呈聚合状不纯物存在黄色钻石均属此类型）IbC原子被N取代，氮在金刚无色-黄色、棕色（所有石内呈单独不纯物存在合成钻石及少量天然钻石）Ⅱa不含N，C原子因位置错移无色-棕色、粉红色（极造成缺陷稀少）Ⅱb含少量B元素蓝色（极稀少）3、晶体结构和常见晶形•钻石的同质多象变体是石墨，属六方晶系，典型的层状结构，每层碳原子呈六方环状排列，层内碳原子以共价键—金属键相结合；层与层之间以分子键结合。由于钻石和石墨的结构不同，导致二者在晶体形态、物理化学性质等方面有很大的差异。•钻石属于等轴晶系，具立方面心格子，在金刚石的晶体结构中，C原子分布在立方体角顶和面的中心。•钻石理想的单晶形态常为八面体，菱形十二面体、立方体，有时也呈聚形。•有些黑色金刚石为多晶集合体。•因熔蚀、磨蚀作用，常表现为歪晶、形成弧面磨棱浑圆状。不同单形晶面上的蚀象不同：八面体晶面——倒三角形凹坑，立方体晶面——四边形凹坑，菱形十二面体晶面——线理或显微圆盘状花纹。钻石的光学性质1．颜色根据颜色，钻石可分为两大类：无色—浅黄色系列：包括近无色到浅黄、浅褐、浅灰色。彩色系列：包括黄色、褐色、红色、粉红色、蓝色、绿色、紫罗兰色、黑色等。大多数彩钻颜色发暗，强一中等饱和度颜色的彩钻极罕见。彩钻的形成：1、微量元素N、B和H原子进入晶体结构而产生的颜色；2、晶体塑性变形而产生位错，缺陷，对某些光能的吸收而使钻石呈现颜色。（1）无色钻石无色钻石可以用能带理论解释其呈色机理。在无任何杂质的纯碳钻石晶体中，每个C原子以共价键与另外4个碳原子连接，带隙能Eg＝5.4eV，而可见光能量Eg＜3.5eV，没有足够的能量来激发价带中的电子，因而没有光波被吸收，钻石是无色透明的。（2）彩色钻石根据色心理论：Ia型钻石中不同聚合态形式的N可形成不同的结构缺陷，从而形成不同的色心，对可见光产生不同的吸收，钻石的颜色是由多个色心共同作用的结果。IaA型引起晶格畸变形成N2心，造成蓝区478nm、452nm、439nm的吸收；IaAB型形成N3心，造成蓝紫区415nm以及423nm、435nm、465nm、475nm的吸收。由于N3心、N2心吸收了可见光中的紫光和蓝光，从而使钻石呈现黄色。I型钻石多是无—浅黄—黄色系列：Ia型钻石——色心理论解释颜色成因Ib型钻石——能带理论解释Ib型钻石中N原子比C原子结构多一个电子，这个多余电子在带隙内形成一个杂质能级，它的存在使带隙能降低2.2eV。所以只要大于2.2eV的任何光量子都能把多余电子激发到导带中，并由此引起紫光一蓝光范围内的光被吸收，其他光透过，钻石呈现黄色。合成钻石多属此类。•根据能带理论：（3）蓝色钻石•Ⅱb型钻石含有B，B原子比C原子结构少一个电子，因此当B替代C进入钻石晶格时，就形成一个空穴色心。每100万个C原子中有一个或几个B原子时，它能把从红外至500nm（绿光边缘）的光吸收，钻石可产生诱人的蓝色。•最近发现不含B，不导电的灰蓝色钻石，它们的晶体中含有H，因此普遍认为H的存在是导致灰色、灰蓝色钻石呈色的主要原因。（4）粉色、褐色钻石此类钻石的颜色与其形成环境及运移过程中发生的塑性变形（导致晶体结构缺陷）有关，改变钻石中N的聚集速率和形式，使钻石形成不同颜色，且钻石颜色的均匀程度也与塑性变形的均匀性有关。（5）绿色钻石绿色、蓝绿色钻石与长期天然辐射作用有关。当辐射线的能量高于晶体的瓶颈时，C原子被打入间隙位置，形成一系列空位—间隙原子对，使钻石的电子结构发生变化，从而产生一系列新的吸收，若辐照时间足够长或辐照剂量足够大，可变成蓝绿色甚至黑色。辐射造成的晶格损伤有时还可以形成蓝色钻石和黄褐色钻石。可使钻石呈绿色。（6）黑色钻石黑色钻石的颜色可能为多晶集合体，大量黑色内含物（石墨等）和裂隙造成的。2．光泽、透明度钻石具有特征的金刚光泽，金刚光泽是天然无色透明矿物中最强的光泽。观察钻石光泽：1、选择强度适中的光源，2、表面尽可能平滑，当表面有熔蚀及风化特征时，光泽将受影响而暗淡。纯净的钻石应该是透明的，但矿物包体、裂隙的存在，钻石可呈现半透明，甚至不透明。3．光性、折射率及色散、多色性光性：钻石为均质体，偶见异常消光。折射率：2.417，是天然无色透明矿物中折射率最大的，抛光良好的钻石具有很强的光泽和亮度。色散值：0.044，是所有天然无色透明宝石中色散值最大的。强的“火彩”为钻石增添无穷的魅力，也是肉眼鉴定钻石的重要依据之一。多色性：无4．发光性（1）紫外荧光：无～强，可呈蓝、黄、橙黄、粉、黄绿色等，一般长波下的荧光强度强于短波。有时可见磷光。钻石的荧光与晶格中的元素N有关：N的存在，在晶体的导带和满带之间出现局部能级。当晶体受到紫外线照射时，较高的能级使晶体结构中原子或离子的外层电子跃迁到较高能级导带上，在原先所能级上留下空位。然后较高能级上的电子回落到这些空位上，并释放出能量，使钻石发光。N原子的聚合状态不同，所产生的发光效应也有很大差别。钻石发光的颜色90％以上为蓝白色，主要与N3心有关；单个N原子置换了钻石中的C原子会产生橙黄色萤光。一般，I型钻石以蓝色一浅蓝色荧光为主，Ⅱ型钻石以黄色、黄绿色荧光为主。蓝白色荧光能提高钻石的色级。但荧光过强，会有一种雾蒙蒙感觉，影响透明度，降低净度。钻石荧光的颜色或强度与钻石硬度的关系：无荧光的钻石相对最硬，黄色荧光次之，蓝白色荧光的钻石相对较软。钻石荧光色或强度的应用：1、磨制钻石；2、选矿既敏感又精确。（3）阴极发光：发蓝色．绿色或黄色的荧光。（2）X射荧光：大多数发蓝白色荧光，极少数无荧光。（4）吸收光谱钻石可见415nm、453nm、478nm，594nm吸收线。无一浅黄色的钻石，在紫区415nm处有一吸收谱带褐一绿色钻石，在绿区504mn处有一条吸收窄带有的钻石能同时有415nm和504nm处两条吸收带钻石的力学性质1．解理钻石具有平行{111}方向的四组完全解理，所以抛光钻石在腰部常见“V”字形缺（破）口，该性质是鉴别钻石与其仿制品的重要特征之一。加工钻石（劈开）也是利用这—特性。2．硬度钻石的硬度具有各向异性的特征，不同方向硬度有别，一般：钻石是自然界最硬的矿物，它的摩氏硬度为10。在摩氏硬度表中，9级与10级的级差是最大的，10级钻石的硬度是刚玉硬度的150倍，是石英硬度的1000倍。尽管钻石是世界上最硬的物质，但其解理发育、性脆，所以在成品钻石的鉴定中，禁止进行硬度测试。（1）八面体方向＞菱形十二面体方向＞立方体方向（2）无色透明＞彩色钻石3．密度钻石的密度为3.52（±0.01）g/cm3。钻石成分单一，很纯，所以钻石的密度很稳定，只有部分含杂质和包体较多的钻石，才有微小的变化。这一特征在鉴定工作中非常重要。自然界唯有钻石将最大硬度、高折射率、强色散三大指标集为一体。内外部显微特征•钻石内主要除金刚石本身外，还有石墨、石榴石、单斜辉石、斜方辉石、硫化物、橄榄石