刚玉

氧化物矿物

刚玉（Corundum）是一种氧化物矿物，主要成分为氧化铝（Al2O3），颜色有无色或灰色、黄灰色、蓝色等，莫氏硬度九级，透明或半透明，具有玻璃光泽。

组分结构

矿物组分

刚玉的主要化学组成为Al2O3（氧化铝）。其中铝元素的质量分数53.2%，氧元素的质量分数46.8%。含有Cr3+、Ti4+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、V3+等，它们以等价或异价类质同象代替Al3+。同时，Al2O3有多种变体，自然界中α-Al2O3最稳定。

晶体结构

三方晶系，。a0=0.477nm，c0=1.304nm。Z=6。主要粉晶谱线：2.085（100）、2.555（92）、1.60（81）、3.479（74）、1.374（48）、2.379（42）。刚玉型结构。O2-沿垂直三次轴方向呈六方最紧密堆积，Al3+在两O2-层之间，充填八面体空隙（）。八面体在平行{0001}方向上共棱成层。在平行c轴方向上，共面联结构成两个实心的[AlO6]八面体和一空心由O2-围成的八面体厢间排列的柱体。[AlO6]八面体成对沿c轴呈三次螺旋对称。Al为6次配位，O为4次配位。原子间距：Al-O6=0.186-0.197nm；最近的Al-AI=0.265nm，O-O=0.252-0.287nm。由于Al-O键具离子键向共价键过渡的性质，从而使刚玉具共价键化合物的特征。

晶体形态

复三方偏三角面体晶类，D2d-3m（Li33L23P）。晶体呈三方桶状、柱状、板状晶形。主要单形有：六方柱a{1120}、六方双锥m{1121}、菱面体r{1011}、平行双面c{0001}。在{0001}晶面上具有平行{0001}和{1011}交棱的花纹及三角形或六边形蚀像。在{1011}晶面上具有平行{1011}、{2243}交棱的晶面花纹。底面发育的板状晶体多产于富硅、贫碱的岩石中。沿c轴延长的六方双锥、六方柱、菱面体等柱状、桶状晶体多产于贫硅、富碱的岩石中，且多具深色溶蚀壳。

理化性质

物理性质

刚玉呈桶状、柱状、锥状和板状，质地坚硬，面上常有斜条纹。纯净的刚玉是无色或灰色、黄灰色，因含有不同的微量元素而呈现不同颜色，如含铁元素者呈黑色，含铬元素者呈红色，含钛元素呈蓝色，含钒元素和铬元素者呈紫色，含铁元素和铬元素者呈绿色。玻璃光泽。无解理；常因聚片双晶或细微包体产生{0001}或{1011}的裂开。在长短波紫外线下发红色荧光，含Fe高者荧光较弱。含Cr呈粉色荧光或橙黄色荧光。在室温下还是在高温下的空气里都较为稳定的。

刚玉正交偏光间干涉色类似石英的干涉色，但由于硬度大，其厚度常较同一薄片其他矿物的厚度略大一些，故干涉色常不止于一级白色，有时可达二级。柱状切面具平行消光和负延长符号。但必须注意，对于板状习性的刚玉，当薄片垂直板面切制时，这种切面的延长符号刚好相反，而是延长方向与慢光平行。往往能见到平行{1011}的聚片双晶。一轴晶负光性，但有时表现为二轴晶，光轴角一般不大（最大值可达58°）。即使人造红宝石晶体中也有这种情况，且晶体中央与边部的光轴角不等。

刚玉的一些物理性质常数如下表所示：

化学性质

刚玉耐酸耐碱，但在高压条件、浓碱溶液可能发生：Al2O3+2NaOH+3H2O=2NaAl(OH)4，且反应受温度的影响，以60%氢氧化钠溶液、反应时间为6小时为例，当温度升高从180℃升高至200℃，刚玉溶解速率增加12.5%，而随着反应温度从200℃增加到220℃，溶解速率增加46%。

刚玉在常温下一般不会与金属发生化学反应，如在低于65GPa的压力和低于2000K的温度下，刚玉和铁不会发生反应。但在高于此压力和温度下，其与铁能发生一种反应：(2+3x)Fe+xAl2O32FeAlx+3xFeO，其中x从0.02-0.03到0.25变化。此外，钛在磨削高温下与刚玉起反应，主要反应方程式Ti+Al2O3+O2Al2TiO5。

生长形成

岩浆作用形成的刚玉产于正长岩、斜长岩、伟晶岩中。接触交代作用形成的刚玉产于岩浆岩与灰岩的接触带。区域变质作用形成的刚玉产于片岩、片麻岩中。刚玉在表生环境稳定，含有刚玉的原岩风化后，刚玉可以富集形成砂矿床。刚玉在一些变质岩中作为一种副矿物出现。刚玉也见于次生石英岩化的酸性火山岩和某些缺少二氧化硅的火成岩如霞石正长岩内。刚玉在橄榄岩的边缘带和去硅伟晶岩内常常出现。此外，刚玉也见于某些变质石灰岩和变质铝土矿中。

分布范围

刚玉矿床多赋存于中生代酸性火山岩建造以及各个地缝合带附近区域变质或混合岩化作用发育区，只有在高温、富铝与贫硅的特殊地质条件下才能形成刚玉矿物，当其含量达到一定的要求时才形成刚玉矿床，因此在自然界中刚玉资源分布较少，中国达到一定规模和品质的刚玉矿床分布也较少。2013年全国矿产资源储量表上只记载了1个矿床，即西藏曲水县娘规刚玉矿床，查明资源储量16898×104吨。

岩浆型刚玉矿床主要分布于中国东部环太平洋构造带中，自北向南有：黑龙江穆棱、辽宁宽甸、山东昌乐、安徽嘉山-来安、江苏六合、浙江崇仁、福建明溪、海南蓬菜等刚玉矿床。它们都与区域性深大断裂相关，如黑龙江穆棱和辽宁宽甸的矿床分布于桦甸-穆棱深断裂带的附近；山东昌乐、江苏六合及安徽嘉山-来安的矿床分布于郯庐深断裂带的两侧；浙江东部和福建明溪的矿床分布于丽水-海丰深断裂的旁侧。变质型刚玉矿床分布较广，产地较多：产于华北地台基底区域变质岩系中的刚玉矿床分布在河北阜平、卢龙、内蒙古阿拉善左旗以及河南灵宝和登封；产于扬子地台基底区域变质岩系中的刚虽矿床分布在江西省南康、新干和四川九龙；产于昆仑山-阿尔金山-秦岭-大别山造山构造带区域变质系中的刚玉矿床分布在新疆阿克陶、青海阿尔金、陕西佛坪、河南西峡、湖北英山、安徽霍山和金寨；产于特提斯造山构造带即阿尔卑斯-喜马拉雅构造带南段的区域变质岩系中的刚玉矿床分布在云南哀牢山；接触变质岩型刚玉矿床分布在吉林双阳、西藏曲水、四川南江及巴塘等地。除中国以外，印度、缅甸、巴西、美国等国也有刚玉产出。

主要价值

工业用途

刚玉广泛应用于冶金、机械、化工、电子、航空和国防等工业领域。

观赏用途

刚玉可作为观赏用途，可制成摆件、挂饰等。各种不同颜色的刚玉是因为含有不同的微量元素而致色，因此刚玉宝石的特性基本相同，却能展现不同的色泽。

刚玉宝石分为红宝石和蓝宝石，因含有铬元素而致色者称红宝石，其他统称蓝宝石，包括粉红色蓝宝石。

有些刚玉宝石的{0001}面上具有星彩光学效应，称为星光宝石，为呈定向分布的六射针状金红石包体，故呈星彩状。

开采利用

开发情况

1951年，中国科学院西藏工作队地质组首先发现了曲水娘规工业级刚玉矿床。宝石级刚玉最先发现的是山东昌乐方山一带，当地农民用其作为火镰称之为蓝火石。20世纪80年代，刚玉开采较盛。截至2015年，中国具有开采价值的刚玉资源储量较少，又因矿石的矿物含量较低，加工选矿成本较高等原因，所以开采的矿产地较少，开发利用程度也较低，仅知西藏曲水娘规刚玉矿床、湖北英山刚玉砂矿床等为数不多的刚玉矿床已经开采，且已有用铝土矿加工成人造刚玉的技术，大量替代一般工业需要的天然刚玉，故市场上人造刚玉销售量远大于天然刚玉。

选矿开采

质量分级

国际市场上刚玉规格是按氧化铝含量及颗粒大小划分的。各国或各地区划分时基本上按南非对刚玉的分级标准为参照，下表为南非对刚玉的分级标准。

名称演变

刚玉在历史上有过有很多名称，如adamant、sapphire、ruby、hyacinthos、asteria等。

1725年，约翰·伍德沃德将其命名为“corinvindum”，源自梵语kuruvinda。

1794年，理查德·柯万（RichardKirwan）使用了“Corundum”的拼写。

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