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夜明珠-萤石的前世今生
小义哥    来源社团:中国地质学会地质资料...
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【摘要】神秘的夜明珠和萤石有什么关系呢?夜明珠主要成分是萤石,但只有能发磷光的萤石才能做真正的夜明珠。 什么是萤石?萤石是自然界最常见的氟化物矿物,化学成分为氟化钙,其中的钙常被铈、钇等稀土元素代替。 萤石是怎么形成的?来自富氟火山岩浆的残余物或地下气水热液的氟,与周围岩石中的钙离子结合形成氟化钙,经过冷却结晶后就形成了萤石。 萤石有哪些用途呢?制作饰品、工艺品;制作高级光学镜片;最主要是工业用途。

夜明珠是在黑暗环境中能自然发光的球体,古代一些文学作品和民间传说,给夜明珠蒙上了一层神秘色彩,历来被视为神秘、稀有之物。

夜明珠和萤石有什么关系呢?

2002年以来,多家报刊陆续刊登了有关夜明珠的报导,大多冠以“惊现”、“全球最大”等字眼来引起读者注目。如2002年1月,《南方都市报》载文称:“全球最大的夜明珠抵深圳,重达14.5公斤,价超5亿港元……灯光全部熄灭,这颗深绿色的巨大夜明珠,便在黑暗中发出夺目的绿色光,犹如黑夜中的 一轮明月。”这些报道,迅速在全国掀起了一股夜明珠热潮,形成了“2002年的夜明珠现象”,当年的夜明珠市场可谓热闹非凡。一颗颗能够发光的萤石球被媒体在国内各地“发现”,“全球最大夜明珠”的记录过不了多久就会被刷新一回,同时被刷新的还有专家们评估出的上亿元的天价。时至今日,夜明珠仍然不时出现在人们的视野当中,但当年的疯狂已被冷漠取代。现在珠宝批发市场中,号称“夜光璧”、“夜明珠”的工艺品比比皆是,每枚高至一两万元,低至几百元。这些工艺品均为萤石打磨而成(图1)。神秘的夜明珠不再神秘!

萤石夜明珠工艺品

图1萤石夜明珠工艺品

夜明珠成分为具有磷光特征的萤石,但不是所有的的萤石都有“夜明”现象。那什么样的萤石才具有“夜明”现象呢?

自然界有很多物质,受到外界能量(如热能、光能、电子束等)的激发而发出肉眼可见的光,称为“荧光”。如激发能量停止后还能继续发光的称为“磷光”,发光能持续较长时间的称为长余辉物质。自然界的矿物种类数以千计,能自然发光的物质有萤石、珍珠、钻石等中的极少数品种。这些发光的矿物,发光时间有长有短,有强有弱之别。最有代表性的是一种具有磷光现象的萤石。它含有各种稀有元素而呈紫红、粉绿、翠绿、墨绿和 斑斓状的云雾白色。部分萤石矿物在结晶过程中,特有的稀土元素进入晶格时形成自身光源的“发光中心”。萤石貌绚丽多姿、五彩斑斓。经过工艺加工成小则珠形,大则球状。在浓浓的夜幕下,珠形如星光闪烁,球状似皓月吐银。而且有的优质萤石磷光珠,强光熠熠,恒光不衰,“只有能发磷光的萤石才能做真正的夜明珠”。当前出现在各地古玩市场的夜明珠主要是萤石夜明珠。将萤石夜明珠置于暗室中,人在暗室中待上2到5分钟,眼睛瞳孔逐渐放大,便可清楚看到夜明珠发出的光辉。如果事先用强光照射,或放在50°以上的热水中加热,则发光更明亮。 

什么是萤石?

萤石是自然界最常见的氟化物矿物,又名氟石,化学成分为氟化钙,化学式CaF2。含杂质较多,其中的钙常被铈、钇等稀土元素代替。常见混入物为氯,有时有三氧化二铁、氧化铝,二氧化硅和沥青等混入。摩氏硬度(4度)比小刀低,密度3.18g/cm3,熔点为1271~1360℃。

萤石透明度好,玻璃光泽,色彩丰富——萤石几乎可以呈现任何颜色:从比较常见的绿色、紫色,到淡蓝色、黄色、粉红色、橙黄色、褐色、黑色,乃至稀少的无色透明状。这些颜色甚至可以在同一块晶体里分层出现,使得其观感更加炫丽魔幻。加热时褪色,受射线照射可恢复原色。

萤石属等轴晶系,其晶体形态也多种多样,常见单形为立方体、八面体、菱形十二面体,也会有立方体和八面体的聚形以及平行连生晶体出现(图2)。在碱性溶液中结晶时呈立方体,在中性溶液中结晶为菱形十二面体、八面体。在酸性溶液中形成八面体,大多为粒状、块状集合体。

八面体萤石标本

图2 八面体萤石标本

简而言之,这是一种形状规整,色泽明艳通透的晶体矿物,它们就像彩色的结晶冰糖,但是比冰糖块更加棱角分明,极具审美价值(图3)。

五彩斑斓的萤石标本

图3五彩斑斓的萤石矿石

萤石是怎么形成的?

天然萤石的物质成分氟可能来自富氟火山岩浆的残余物或地下气水热液。在岩浆冷却过程中,被岩浆分离出来的气水溶液中含有许多物质,以氟为主,在溶液沿裂隙上升过程中,温度降低,压力减小,气水溶液中的氟离子与周围岩石中的钙离子结合,形成氟化钙,经过冷却结晶后就形成了萤石。

到哪里去可以找到萤石呢?

萤石资源在世界40多个国家均有分布。世界萤石储量2.44亿吨,南非、墨西哥、中国及蒙古四国储量合计1.19亿吨,占世界总储量的49%。

中国具有丰富的萤石资源,是世界主要的萤石生产、消费和出口国,各个省区几乎都找到了萤石资源。我国萤石资源分布集中,83%的萤石资源分布在湖南、浙江、江西、内蒙古、福建和云南六省(图4)。我国比较著名的萤石产地有:浙江省义乌县、福建省光泽县、江西省德安县、河北省平泉县、内蒙古自治区化德县,辽宁省义县、安徽省广德县、山东省蓬莱县,河南省信阳县等。

中国萤石矿资源空间分布图图4 中国萤石矿资源空间分布图 

萤石有哪些用途呢?

人类利用萤石已有悠久的历史。萤石其用途广泛,如观赏石、玉石、光学仪器、工业用途等。主要用于冶金、化工和建材三大行业,其次用于轻工、光学、雕刻和国防工业;此外萤石也广泛应用于玻璃、陶瓷、水泥等建材工业中。既是重要的工业“催化剂”,又是高新技术的“助推器”,而且在生活中无处不在——如含氟牙膏、冰箱和空调中的制冷剂(氟里昂)、烹饪锅不粘面所用的特氟龙涂层,更是美化生活的良好载体——包括精美绝伦的萤石矿晶、精雕细刻的萤石摆件、神秘魔幻的萤石夜明珠,最重要的是还出现了异彩纷呈的萤石首饰。

1.    制作饰品、工艺品

萤石被誉为“世界上最多姿多彩的矿物”,天生丽质,在数千种矿物中以色彩缤纷、形态各异、散发光辉的特点独树一帜,给人以梦幻般华美之感。萤石因其产品较大,色彩丰富,又因其硬度低易加工,自古以来就被人们制作成各种饰品加以利用。

早在新石器时代,我国长江流域下游以南的河姆渡人就曾选用萤石作装饰品了,距今已有近7000年的悠久历史。北京故宫博物院珍藏有清代乾隆皇帝萤石质地的宝石印玺,足见国人对萤石的喜爱。

在国外,萤石同样广受各国人民的喜爱。苏美尔人在苏美尔文明(公元前4000年~前2000年),也已使用切磨好的萤石作为印章了。萤石的开采及挖掘起源于古埃及时期,当时的人们广泛的用萤石制作塑像及圣甲虫形状的雕刻。古罗马时期,萤石作为名贵石料广泛地用于酒杯和花瓶的制作。早在公元前62年,萤石花瓶首次被带到了罗马皇庭。老普林尼曾率先记录了萤石的磷光性以及来自今伊朗的卡曼尼亚地区的萤石雕刻品,并且极其昂贵。古罗马人尤其珍视萤石酒杯,相信用它盛酒使人千杯不醉。公元1世纪时用一整块条带状萤石雕刻而成的“萤石罗马杯”,其上浅浮雕有十分精致的葡萄藤,色彩丰富,包括紫、绿、黄和白色,现珍藏于大英博物馆中。18世纪中期制作的“蓝色约翰”萤石花瓶则被英国自然历史博物馆所收藏。

珠宝界常按萤石的工艺用途和颜色特征来划分:宝石级的萤石,单晶颗粒大,透明、颜色鲜,因硬度低,很少用于首饰,而多用于观赏和收藏。玉石级的萤石,为粒状或纤维状集合体,半透明,单一颜色或不同颜色相间呈条带状分布,多用于雕刻或制成工艺摆件。

2. 制作高级光学镜片

利用萤石在光学上具有的低色散、低折射率和对紫外线、红外线滤光性高等特性,可用来制作棱镜和高质量的光学元件。

对于低色散/超低色散镜片而言,佳能的萤石镜片最负盛名。最早的萤石镜片,由日本佳能公司在1960年研发成功,用于摄影镜头的制造。普通的光学镜片难以补偿画面弯曲象差,而通过采用低折射性的萤石镜片,即可在保持高画质的情况下,大幅度地缩短远摄镜头的长度。

但天然萤石晶体往往不纯,混有杂质,而且体积不足以制造大型光学元件,所以人工结晶萤石成为了制造镜头所用低色散光学元件的材料之一。自从萤石人工结晶工艺实现以后,高级超长焦镜头中萤石几乎是不可或缺的的材料,萤石镜片成为高档镜头的代名词。

3. 工业用途

萤石是工业氟的最主要矿物来源。在20世纪30年代以前,仅少数无机氟化合物得到应用,如萤石应用于炼钢,萤石为原料制成的氢氟酸应用于玻璃加工。20世纪30年代以后,由于炼铝工业发展和氟制冷剂的应用,特别是二次世界大战以后由于富集同位素的需要,促进了无机氟化合物的开发与生产。

近年随着氟化工行业及其引领的战略新兴产业的快速发展,用于氟化工的萤石占比逐步提高。以萤石为原料的氟化工产品以其耐化学品、耐高低温、耐老化、低摩擦、绝缘等优异的性能,广泛应用于军工、航天航空、机械等领域。在日常生活中的应用也已经渗透到百姓的衣、食、住、行及医药卫生各个方面,是国计民生中不可或缺的重要资源。近年来,随着技术进步和需求的增长,氟产品的应用领域从传统行业向电子、能源、环保、信息、生物医药等新领域扩展,氟树脂、氟橡胶、氟涂料、含氟精细化学品、无机氟化物等产品的需求增长迅速。氟化工是具有先导性和战略地位的基础产业,有无强大的氟化工产业,常被看作一个国家是否拥有现代科技、现代国防、现代产业的重要标志之一。

 “旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家。”萤石珠宝饰品不再是少数富贵人士的特权,而是能够为普通民众所享受,也不再仅仅是漂亮奢侈品,开始走入工业领域,发挥其优良特性,造福人类。

-完-
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夜明珠-萤石的前世今生
小义哥

学校:中化地质矿山总局化工地质调查总院

学历:博士研究生

专业:矿产资源与环境地质

社团:中国地质学会地质资料研究分会委员、九三学社朝阳区委员会

职业:地质工程师

评委点评 评语汇总

比较规范的科普文,结构合理,各部分条理清晰。相对来说少了一些特色和亮眼之处,但整体不错。

2019-08-07 09:23 匿名 ——

本文清晰的介绍了萤石相关知识,从古今人们对萤石的认识,到其形成原理、分布地点,以及用途,结构明确,并配有必要的图片说明。文章很好地融入将古代传说,增强古今呼应。但是,关于萤石用途一段感觉略显赘述,希望可以进行可能的精简。

2019-08-06 11:06 匿名 ——

该文将萤石的前世今生娓娓道来,分别从专业角度和生活应用对萤石进行了详细的介绍。文章充满知识性和趣味性,行文流畅,是一篇通俗易懂的科普文章。

2019-08-05 19:22 匿名 ——

文章逻辑严密,结构安排有条不紊,语言准确,科学性强,值得一读。

2019-07-29 16:18 匿名 ——

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