锆石

锆石（Zircon）又称锆石，是一种具有岛状结构的硅酸盐矿物。锆石的化学式为ZrSiO4，含有微量放射性元素铀（U）和钍（Th）及MnO、CaO、Fe2O3等杂质多分布在侵入火成岩和二氧化硅含量高的变质岩中。锆石主要产于斯里兰卡、缅甸抹谷、越南、法国、挪威、英国、乌拉尔、澳大利亚、坦桑尼亚等。纯锆石是无色的，但是杂质会让它变黄、橙、绿、蓝、红、棕色等颜色，次钻石光泽或强烈的玻璃光泽，透明到半透明，后刻面边缘有明显的重影，会出现“纸蚀”现象。锆石因其接近钻石的高分散度，是钻石的常用替代品，被加工成各种首饰。锆石也可用于地质年代测定或工业、冶金等。

化学组成

锆石的化学式为ZrSiO4，其理论组成如下：67.1%ZrO2，32.9%二氧化硅实际上可以含有钙、Mg、Mn、Fe、Al、P、Hf、U、Th等元素，其中放射性微量元素u、辐射会破坏锆石的晶格。 

锆石

光学性质

1.颜色

纯锆石是无色的，微量杂质会使其变黄、橙、绿、蓝、红、棕等颜色。天然锆石以灰褐色和红褐色最为常见，无色锆石极为罕见。

2.光泽和透明度

亚钻石光泽或强玻璃光泽，断口呈油状光泽，透明至半透明。

3.特殊光学效应

可具猫眼效应、星光效应。

4.光学特性和多色性

中、高型锆石为非各向同性体，单轴正。低型锆石接近无定形。锆石的多色性一般较弱，多色性的强弱和颜色取决于其体色。蓝色锆石是多色和蓝色的/棕黄至无色；绿色锆石的多色性很弱，是绿色的/黄绿色；橙色至棕色锆石的多色性颜色为弱至中等，呈紫棕色/棕黄色；红色锆石是中度多色和红色/紫红至紫褐。低级锆石是多色的。

5.折射率、双折射和色散

6.吸收光谱

在许多锆石中看到的光谱主要是由铀引起的，但稀土元素也会引起看到的光谱。锆石中有时存在0~49条吸收线，常见的吸收线分别位于691、683、662.5、660、653.5、621、615、589.5、562.5、537.5、516、484、460、432.7nm，俗称“管风琴”形状吸收光谱，通常黄色或棕色锆石是最容易观察到的。红区中内653.5纳米和659纳米是诊断吸收光谱。无色，蓝色是唯一的特征吸收线，黄色、褐、绿色锆石有多达40条光谱线，红色、橙色无特征吸收线。一般低型锆石和绿色“蜕晶质”锆石可能有模糊的吸收线或吸收带。高型锆石含有大量清晰的具有特征的细线。只有653存在于热处理过的锆石中.5nm吸收线。

7.发光性

锆石在紫外灯下的荧光特性如下：蓝色锆石可能在长波长处具有中等至浅蓝色荧光，但在短波长处没有荧光；绿色锆石一般在长短波下都是荧光惰性的；黄、橙黄色锆石在长波和短波下显示无黄色到中度黄色、橙色荧光；红色、橙红色的锆石在长短波中都是黄色而没有强烈的、橙色荧光；而棕色、棕色锆石在长短波下一般没有极弱的红色荧光。

X射线荧光特征：不同颜色和种类的锆石，荧光颜色和强度都不一样。大多数锆石有白色或蓝紫色荧光，有些可以有绿色、黄色荧光。

力学性质

锆石无解理，可见贝壳状断口；易碎，常见的小边角破损。如果散装锆石在包装纸中相互摩擦，也会损坏，这就是所谓的“纸蚀”现象。

莫氏硬度为67.5。锆石的密度大多为3.90~4.73 g/Cm3，其中高型锆石4.60~4.80 g/cm3；中型锆石4.10~4.60 g/cm3；低型锆石3.90~4.10 g/cm3。

其他性质

锆石的熔点可以达到2750℃。锆石耐高温，一些中等大小的锆石在高达1450℃的温度下可以还原为高型锆石。高型锆石中有愈合裂纹，可形成指纹包裹体和各种矿物包裹体，如磁铁矿、磷灰石、黄铁矿、透辉石等，后刻面边缘的鬼影现象非常明显。中低锆石通常呈扁平状或角状，相交约57.5也可见絮状夹杂物、云雾状包裹体。在低级锆石中可以看到由放射性引起的环形裂纹。锆石中密集的平行管状包裹体可以形成猫眼效应。因为锆石比较脆，所以也可以看到角状磨损。

四方晶系。在该结构中，Zr和Si沿Z轴交替排列以形成四方体心晶胞。晶体结构可以认为是由[SiO4]四面体和[ZrO8]三角形十二面体相连。晶体结构沿（100）和（001）平面的投影如下分别是图A和图C。平行Z轴[SiO4]四面体与[ZrO8]三角形十二面体呈链状交替排列（图b），以及y轴方向[ZrO8]三角形十二面体以公共边的方式紧密连接。这种结构特征使得锆石晶体柱状平行于Z轴，结构中的上连接无论横向还是纵向都很紧密，使得锆石更加坚硬（H=7.5-8）卵裂非常不发达，虽然它平行于{110}乳沟，但不完全。

复合四方双锥晶体，晶型为四方双锥柱状和板状。主要单形：四方柱m{110}a{100}，四方双锥p{111}u{331}，复四方双锥x{311}见下图）可依{011}膝盖刺痛，但很少见。也有圆形或水蚀卵石。可以与xenotime形成常规连接。

锆石的晶体形态与结晶过程中的介质环境密切相关在碱性岩石或碱性花岗岩中，锆石的圆锥形表面{111}非常发达，圆柱体不发达，为短柱或方双锥；在酸性花岗岩中，锆石的圆柱体{110}100}及锥面{111}都发育良好，晶体呈柱状；在基性岩、锆石存在于除圆柱体以外的中间岩或基性花岗岩中{110}或{100}此外，还有复杂的四角双锥{311}，而锥面{111}发育不良或缺失。此外，锆石的晶体形态与结晶过程中的温度压力和介质中的杂质有关。

大多数锆石产于砂矿中，然而，它们最初产于岩浆岩和变质岩中，砂矿是风化富集后形成的。在内生条件下，锆和稀土元素具有许多地球化学共性。锆的富集与酸性-碱性花岗岩、霞石正长岩和碱性超基性岩。锆因富含NaKCl和OH而易在碱性岩中富集-岩浆的锆溶解度高。花岗岩结晶时，锆积累在残余岩浆中，以锆石的形式析出有时，锆也富集在岩浆期后的溶液中，沉淀在高温交代岩中。碱性岩结晶过程中，锆有很大一部分分散在岩石中，其余聚集在残余岩浆和岩浆后溶液中形成伟晶岩（含锆石）和脉状斜锆石矿床。在这些岩浆中，最终结晶产物的锆因分异而富集了5倍。大型富锆体多产于碳酸盐岩中，其主要锆矿物为斜锆石。在磷灰石-锆石产于铀热液矿床的细脉和矿脉中。在表生带，锆矿物稳定并聚集形成残余和冲积矿床。

锆石是一种广泛分布于酸性和碱性岩浆岩中的矿物。也可见于基性岩和中间岩。锆石一般结晶最早，所以常以包裹体形式出现在其他矿物中，但在玄武岩浆凝固过程中结晶较晚；闪长岩花岗岩浆中的锆石结晶较早；碱性岩浆中锆石结晶可早可晚。此外，在成因上与碱性超基性岩有关的碳酸盐中也发现了锆石；有时可见热液沸石脉碳酸盐脉和萤石脉；沉积岩、也产于变质岩中。锆石通常与伟晶岩中的铌钽铁矿等稀有元素矿物共生、褐钇铌矿、褐帘石、钍石、孤石紧密共生。锆石有时在碱性岩石中富集。锆石因其稳定的物理化学性质而广泛分布于砂矿中，有时可在矿石中富集。自然界中的原生宝石级锆石主要与金伯利岩有关、含蓝宝石的碱性玄武岩、Synenite或夏云正长岩伟晶岩有成因关系，但很少见。迄今为止，宝石级锆石矿床仍以砂矿型为主。此外，月岩中也有锆石、陨石、地幔捕虏体和其他岩石。

有两种主要类型的锆矿床：内生沉积物和砂质沉积物。其中砂矿储量占世界锆总储量的73%内生矿床占27%几乎所有内生锆矿床都与碱性岩有关。矿床形成于地槽造山期古地台和固结褶皱区-形成于岩浆活化阶段。台地型矿床占内生矿床的93.3%，地槽沉积占6.7%大部分的沉积都是在奇米里时期（新第三纪）其次是前寒武纪，但最好的含矿矿床是海西期。

世界上有很多宝石级的锆石产地，主要是斯里兰卡、缅甸抹谷、越南、法国、挪威、英国、乌拉尔、澳大利亚、坦桑尼亚等。不同产地的锆石特征也不同。斯里兰卡的许多宝石矿生产锆石。法国益百利出产的红色锆石。坦桑尼亚的Aimali出产几乎无色的卵石状锆石。越南和泰国的边境地区也是重要的锆石产地，经过处理可以产出蓝色、金黄色和无色锆石。

锆石在中国的分布也很广泛，宝石级的锆石主要在福建、海南、山东、新疆、辽宁、黑龙江、江苏等地。福建明溪、海南蓬莱、山东昌乐、产于黑龙江穆棱的宝石级锆石与蓝宝石共生，富集于洪积或洪积矿床的次生矿石中。

首饰

质量好的宝石级锆石通常用于镶嵌珠宝。

工业

锆石极其耐高温和耐酸腐蚀，可用作耐火材料、型砂材料也可以用作航天器的隔热材料比如锆石和白云石在高温下反应生成二氧化锆或氧化锆，氧化锆是一种优质的耐火材料。这种特性使它适合制造涡轮喷气发动机和火箭，如锆的硼化物，熔点为3300℃。锆英石制成的耐火材料能承受2500℃的高温，所以锆英石被用来制作炉衬和钢包内衬的耐火砖。由细锆英砂和细磨方石英砂制成的斜长石耐火砖广泛应用于电炉炼钢炉顶，其寿命是硅砖的4倍-5倍；用于平炉的锆石耐火材料比其他材料耐火三倍；锆英石砖钢包内衬的使用寿命是半硅砖的2~4倍。锆石还用于制造实验室用的高温器皿，以及特殊的包覆电极和涂层。锆石粉末用于耐火涂料和颜料。锆石也用作玻璃窑的砖。锆英石一般用作陶瓷珐琅和釉料中防晒剂的成分。如果锆英石加入少量氧化铝制成二氧化硅氧化锆微球，可用作研磨抛光介质。锆石也可以用于制革、医药、油漆等。

冶金

锆英石主要用作冶金行业的型砂，因为它比普通应时型砂具有更均匀的颗粒更高的耐火性和更低的膨胀系数、导热性强（大约是应时冷却速度的四倍）不与其他金属反应、在熔融金属的作用下不会液化、适用于各种粘合剂，节省粘合剂，并能消除浇注时的挥发物。冶金部门用于生产金属锆及合金，结构钢制造中含12~15%锆和39～40%Si的合金（其余为Fe）是最优先选用的。极少量的锆石用于冶炼锆、铁合金。锆石也是提取锆、铪是主要的矿物原料，在化学工业和核工业中有许多用途。

定年

锆石具有良好的稳定性，可以成为同位素年代学中的定年矿物，如锆石离子探针微区原位u-Pb测年法、锆石激光剥蚀法（LA-ICP-MS）和锆石TIMS稀释法。

高型锆石

高型锆石受辐照较少，其晶格无变化或变化不大晶型是方柱状和方双锥状的集合体，通常可以作为宝石使用。高型锆石晶体完整，硬度高，折射率为1.93~1.99，双折射为0.059单轴晶体，正光照，密度为4.60~4.80 g/Cm3，相对密度为4.68，摩擦硬度为7~7.5它的颜色是红色、褐色、黄色、绿色、紫色、蓝色和无色，有无色、蓝色和红色为佳。

中型锆石

中等粒度锆石的结晶程度介于高型和低型之间，其物理性质也介于两者之间。中等锆石的颜色为棕绿色、深浅不一的深红色，折射率为1.83~1.97，双折射为0.008~0.043，密度为4.10~4.60 g/Cm3，相对密度为4.08~4.60中间锆石加热到1450℃时，可以转化为高锆石，但往往是浑浊的、不透明状。

低型锆石

低型锆石主要指产自斯里兰卡和缅甸的圆形鹅卵石由于一些放射性元素，它的晶格被破坏了，它的晶体变成了无定形的（蜕晶质）由氧化锆和二氧化硅的无定形混合物组成。低级锆石的颜色是绿色的、折射率为1的棕色和橙色.78~1.815单折射，几乎各向同性体，双折射为0.001~0.密度为3的008.90~4.10 g/Cm3，相对密度为3.9~4.1，摩擦硬度为6。在低型锆石中，有时会出现多边形条带和条纹，除受氧化铁污染的拉伸裂纹和后生裂纹外，偶尔还会出现一些丝状包裹体，在退化锆石中可能会出现明亮的裂纹，称为角状包裹体。 

红锆石

黄色、黄—红色至棕—红色的锆石变体。主要呈红色、橙红、深浅不同的红色，如棕色和红色。其中，纯红色最好。红色锆石称为“风信子石”，具有高型锆石的特征。

无色锆石

浅黄色至几乎无色的锆石品种。锆石的一个常见品种是高型锆石，它可以有一些灰色调以圆钻切割为主，但一般在亭子里多八面，也就是常说的锆石型切割，能得到很好的火彩效果。所以一度被当做钻石的天然仿制品。

蓝色锆石

蓝色锆石是通过加热其他锆石制成的。可有纯蓝色、铁蓝色、天蓝色、浅蓝色、稍带绿的浅蓝色。铁蓝色是最好的颜色，其他宝石中没有，但也不常见。

金黄色锆石

和蓝色锆石一样，属于热处理产生的颜色。其他色调的黄色可以是浅黄色、绿黄等。常切成圆形、椭圆形或混合形。以高类型锆石为特征。

绿色锆石

通常是低结晶度的锆石。低型锆石一般是绿色的，中型锆石可以是绿色和黄色的、黄色、褐绿、不同深浅的绿色，如绿色和棕色。有些热处理后的锆石，由于工艺控制不当，会产生绿色色调的样品。

锆石一般从颜色来评价、净度、重量和切割四个方面。

颜色

锆石中流行的颜色有无色和蓝色，其中蓝色最有价值。优质蓝色锆石一般分散性高，呈亮蓝色。如果蓝色锆石有绿色调，颜色分布均匀，价格较高；如果蓝色锆石带有黄色调，其价值会受到影响。无色锆石应该没有任何杂色如果是灰色或棕色，需要重新处理去除杂色。除了无色和蓝色之外的纯净明亮的绿色、黄绿色、锆石如黄色具有高折射率、高色散、强烈的光泽也受到人们的喜爱。因为锆石的颜色往往是热处理产生的，所以在颜色评价中要特别注意颜色的稳定性。

净度及透明度

市场上的锆石纯度比较高一般来说，要求内部没有瑕疵，宝石连接处没有磨损、破边现象。当包裹体、裂纹和缺陷越多，雾浊越强，锆石值越低。

重量

市面上的锆石重量一般在几分钱到10ct之间同等质量下，锆石越重越稀有，价值越高。

切工

锆石的切割评价要考虑其切割比例和切割方向。切割时要严格定向，使光轴尽量垂直于台面，避免双折射产生重影模糊现象，尤其是蓝石，平行光轴观察最美。若切磨比例适当、抛光后，锆石的光泽和火彩才能充分展现出来。

鉴别

锆石的折射率很高、高双折射率、高密度、高色散和众多的吸收线可以与其他宝石区分开来。

类似于无色锆石的宝石

类似无色锆石的宝石一般都有钻石、合成立方氧化锆、钇铝石榴石（合成碳硅石YAG）人造钆镓榴石（GGG）人造钛酸锶等。无色锆石是一种双折射较大的高型锆石，通过观察后刻面边缘的鬼影可以与上述各向同性体宝石区分开来。合成碳硅石的密度仅为3.22（±0.02） g/根据合成碳硅石的特征吸收光谱，也可以从锆石中分离出比锆石低得多的Cm3。

类似红色锆石的宝石

红宝石是类似红色锆石的主要宝石、尖晶石、红色石榴石、碧玺、红色玻璃等。根据是否有重影现象，区分红色锆石和上述各向同性体宝石。同时，红宝石有色带，尖晶石有八面体负晶，红色玻璃有气泡或涡线，红色锆石没有。

一种类似黄褐色锆石的宝石

类似黄褐色锆石的宝石主要有榍石、硼铝镁石、合成金红石、金绿宝石、石榴石、YAG、GGG等。显示是否有重影现象，石榴石、YAG、GGG和其他类质同象宝石不同于低双折射的祖母绿。榍石的双折射比锆石高，分散性比锆石强，密度比锆石小，为3.52g/Cm3，没有锆石的特征吸收峰。勃姆石的密度为3.48（±0.02）g/Cm3，折射率为1.668~1.707（+0.005，-003），双折射率为0.036~0.，并有493、475、463、452纳米吸收线，可与锆石相区别。人造金红石的密度为4.26（+0.03，-03） g/Cm3，在蓝区430nm以下完全吸收，这与锆石的吸收光谱不同。

类似绿色锆石的宝石

类似绿色锆石的宝石主要有绿色碧玺、铬透辉石、橄榄石、绿色蓝宝石、翠榴石、YAG、GGG等。绿色锆石一般是低型锆石，没有后刻面边缘的重影。碧玺多色性强，重影明显，折射率高、密度都比锆石低。透辉石双折射高，重影明显，折射率、密度低于锆石，具有铬的吸收光谱和505nm的吸收线。橄榄石也有明显的双影，折射率比锆石低，可以用折射仪精确测量。

石榴石为各向同性体，绿色锆石近于无定形，在光线下可能无法与绿色锆石区分，石榴石的密度为3.84（+0.03）g/Cm3，接近低型锆石的密度，但石榴石中有特征性的马尾状包裹体。YAG、GGG为各向同性体，光看类似绿色锆石，难以分辨。有许多吸收光谱，但绿色锆石有一个典型的653.5纳米吸收线，在彩色滤光片下，YAG、CGG是鲜红色的，而绿色锆石在彩色滤光片下不会变红。