16.13: Шпінель

Шпінель
хімічний склад	Mg (Al 2 O 4) Оксид магнію алюмінію
Кришталева система	Кубічний
звичка	Октаедричні, контактні близнюки
Розщеплення	недосконалий
Перелом	Конхоїдальні, нерівні
Твердість	8
Оптична природа	Ізотропний
Показник заломлення	1,712 - 1,736
Дволуменезаломлення	Жоден
Дисперсія	0.026
Питома вага	3,58 - 3,61
блиск	Склоподібне
плеохроизм	Жоден

Ілюстрація\(\PageIndex{1}\): Шпінель з Кух-і-Лал, Таджикистан

Шпінель ГАЛЕРЕЯ ФОТОГРАФІЙ

Шпінель - мінеральна група. Протягом багатьох століть більшість дорогоцінних шпінелей були помилково ідентифіковані як сапфірові або рубінові, оскільки вони мають схожі властивості і зустрічаються в одних і тих же геологічних родовищах. Історично значущий 5,08 сантиметр «Чорний принц Рубін» в центрі Британської імператорської корони був лише нещодавно ідентифікований як шпінель. Цей камінь неправильної форми і має кілька квадратні обриси. Крім того, він не був гранований, а просто відполірований. Шпінелі також зустрічаються у величезному масиві кольорів. Вони трохи м'якше сапфірів, але все ж дуже міцні.
Найбільш раннє відоме використання шпінелі було як прикраси, знайдені в буддійських гробницях в Афганістані. Блакитні шпінелі були знайдені в Англії, починаючи з римської окупації (51 до н.е. 400 р. н.е.).

хімічний склад

Шпінель звичайна відноситься до серії шпінелі в групі шпінелі.
Загальна формула для групи шпінелі - A ²⁺ B ³⁺ ₂ O ₄. Три серії групи шпінелі визначаються катіоном B ³⁺.
Група шпінелі складається з 3 ізоморфних рядів.

Ізоморфний ряд:

• Шпінель серія (алюміній)
  • Шпінель - МгаЛ ₂ О ₄ (п = 1,719, сг ~ 3,60)
  • Герциніт - Тепло ₂ О ₄
  • Граніт - Знал ₂ О ₄ (п = 1,805, сг = 4,62)
  • Галаксит - _{MnAl 2} O ₄

• Серія магнетит (залізо)
  • Магнетит - FeFe ₂ О ₄
  • Магніоферрит - MgFe ₂ O ₄
  • Ульвеспінель - FeFeTio ₄
  • Франклінит - ZnFe ₂ О ₄
  • Якобсайт - МНФе ₂ O ₄
  • Треворит - Ніж ₂ O ₄

• Хромітова серія (хром)
  • Хроміт - FeCrR ₂ О ₄
  • Магніохроміт - MgCr ₂ O ₄

Більшість з перерахованих вище членів серії рідкісні в природі за винятком членів шпінельного ряду, магнетиту і хроміту. Для геммологів найбільший інтерес представляють звичайна шпінель і ганіт.

Коли геммолог посилається на «шпінель», ми зазвичай маємо на увазі загальну шпінель, тобто шпінель, яка належить до серії шпінелі групи.

Діагностика

Шпінель можна сплутати з багатьма каменями лише за зовнішнім виглядом, але оптичні властивості зазвичай виключають більшість з них.
Оскільки шпінель належить до ізоморфного ряду, оптичні та фізичні властивості можуть відрізнятися.

Колір

Шпінель: безбарвна, зелена, синя, червона, чорна.
Ганіт: синьо-зелений, жовтий, коричневий.

різновиди:

• Плеонаста (його також називають цейлонітом) - (Mg, Fe) Al ₂ 0 ₄ - темно-зелений до синьо-зеленого; чорний
• Ганошпінель - (Mg, Zn) Al ₂ 0 ₄ - від блідо-синього до темно-синього, чорного кольору.

Шпінель алохроматична, а різноманітні кольори виробляються перехідними металами:

• Cr ³⁺ - червоний, рожевий
• Fe ²⁺ - синій, фіолетовий
• Fe ²⁺ Co ²⁺ - темно-синій
• Fe ³⁺ - зелений

Діафанність

Від прозорого до непрозорого.

Рефрактометр

Шпінель є ізотропною, а показник заломлення звичайної шпінелі, як правило, становить близько 1,712 до 1,720. Червона шпінель може мати показник заломлення до 1,74.
Єдиний інший ізотропний дорогоцінний камінь, який потрапляє в цей діапазон, - це гросулярний гранат, але він, як правило, буде вище, а колір також різний.
Інші члени шпінельного ряду, такі як ганіт, матимуть більш високі показники заломлення.

Всі інші дорогоцінні камені можна легко відокремити від шпінелі за їх оптичною природою.

Синтетична шпінель має звичайний показник заломлення 1,727.
Ганошпінелі мають показник заломлення від 1,725 до 1,753, тоді як плеонаста (цейлоніт) має діапазон RI від 1,77 до 1,80.
Чорні шпінель-герцинітові (плеонасти) камені з Таїланду можуть мати RI до 1.789 із середнім SG 3,86 (Seriwat, 2008)

Питома вага

Як і при показниках заломлення, питома вага шпінелі може змінюватися через ізоморфного заміщення.
Значення для більшості матеріалів класу дорогоцінних каменів лежать між 3,58 і 3,61. Плеонасте має S.G. між 3.63 і 3.90.
Ганошпінелі можуть мати питому вагу до 4,06.

Полярископ

Звичайна шпінель є ізотропною і залишиться темною під схрещеними полюсами.
Синтетична шпінель типу Verneuil буде, за винятком червоного сорту, показувати сильне аномальне дволучезаломлення через надлишок Al ₂ O ₃ (див. Синтетика). Це аномальне вимирання (як його зараз називають) відоме як «таббі» вимирання, що нагадує кольоровий розподіл малюнка шерсті таббі, або/і як хрест Андреаса, спричинений псевдо-двійпреломленням. Причиною цього таббі вимирання є надлишок глинозему в порівнянні з природним.

Природна і флюсо-розплавна синтетична шпінель може проявляти слабке аномальне вимирання. При дослідженні під збільшенням це часто можна побачити, щоб бути кристалографічно пов'язаним, де світлі ділянки утворюють паралельні зони.

Спектри

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Спектр натуральної синьої шпінелі, забарвленої залізом і незначними слідами кобальту.

лікування

Як і будь-який дорогоцінний камінь, шпінелі, які містять тріщини, що досягають поверхні, можуть мати ці тріщини, заповнені безбарвним або кольоровим олією/смолою/склом, щоб зменшити їх видимість. Заповнені шпінелі стають все більш поширеними, оскільки ціна цього дорогоцінного каменю збільшується.

Різні звіти вказували на те, що обробники дорогоцінних каменів експериментують з нагріванням шпінелі, щоб поліпшити її зовнішній вигляд. Станом на 2012 рік повідомлялося лише про незначні зміни. Більшість змін після лікування, як видається, пов'язано з невеликим поліпшенням чіткості певних зразків. Підігріті шпінелі можуть бути ідентифіковані за посиланням на розширення ширини лінії Рамана на 405 см ^-1 і по ширині R-лінії в флуоресценції.

явища

• Астеризм (4 і 6-кутні зірки)
• Зміна кольору (рідко)
• Котяче око (рідко)

Виникнення

Основними джерелами для дорогоцінного шпінелі є М'янма, Шрі-Ланка, Танзанія, Мадагаскар, В'єтнам та Таджикистан. Він також був знайдений в Таїланді (тільки чорний), Пакистані, Кенії, Південній Африці та Бразилії.

Синтетика

Шпінель синтезується методами Вернея (полум'я-фьюжн), флюсом-розплавом і Чохральським (витягування) методами.

Полум'я злиття

Синтетичні шпінелі для синтезу полум'я випускалися з 1908 року (випадково при створенні синтетичного корунду), але не були комерційно доступні до 1930 року.

У натуральної шпінелі співвідношення MgO до Al ₂ O ₃ становить 1:1. За допомогою синтетичного Verneuil було встановлено, що якщо булі вирощували у співвідношенні 1:1, вони легко руйнуватимуться і не можна було б вирізати дорогоцінні камені розумних розмірів. Змінюючи це співвідношення до 2:1 (тобто шляхом подвоєння кількості глинозему), великі, чисті булі можуть бути вирощені.

Оскільки хімічна формула синтетичного Вернея більше не відповідає природному каменю, він не є справжнім синтетичним, але загальноприйнятий як такий. Іноді ці синтетики називають «бета-корундом» через надлишок глинозему.

Результатом цього додаткового оксиду алюмінію в синтетиці Вернея є підвищений показник заломлення (1,727), питома вага (3,64) і «таббі» згасання між схрещеними полюсами.

Коли червона шпінель вирощувалася в співвідношенні 2:1, булі тріснули, і тому комерційно не вироблялися. Невелика кількість червоної шпінелі вирощено процесом Вернея в співвідношенні 1:1. Грановані камені, як правило, менше двох карат, так як були були сильно переломи. Кілька червоних синтетики, які створюються за допомогою процесу Вернея, як правило, показують вигнуті лінії росту, навіть більш очевидні, ніж їх синтетичні корундові двоюрідні брати.

Більші синтетичні червоні шпінелі були вирощені методом флюс-розплаву.

Також колись виготовлялася синтетична шпінель імітація місячного каменю. Він був зроблений у співвідношенні 1:3, з надлишком оксиду алюмінію, що не змішується, щоб створити ефект, подібний до шиллера. Ці камені іноді мають дзеркальне покриття на плоскій основі кабошона для посилення ефекту. RI становить 1.728 з SG 3.64.

Недовгий час імітація лазуриту виготовлялася шляхом спікання синтетичного порошку шпінелі разом з кобальтом. У дивному повороті іноді додавали крихітні шматочки справжнього золота, щоб імітувати «золото дурня» (пірит) натурального лазуриту. RI становить 1.725, SG - 3,52, з сильним спектром поглинання кобальту.

Зоряна шпінель також була синтезована, показуючи 4-променеву зірку.

Властивості полум'я синтетичні шпінелі
Колір	Фарбувальний засіб (и)	РІ	СГ	Інші діагностичні тести
Безбарвний	жоден	1,728 — 1,740	3,65—3,80	LW UV: зелений; SW UV: білий/синій
Червоний	^Автомобіль 3+	1,722—1,725*	3.58—3,60	вигнуті стрії; спектр; флуоресценція
Рожевий	Cu	1,727—1,740	3,65—3,80
Жовтий	Мн	робити.	робити.	LW/SW УФ: зелений
Смарагдово-зелений	Мн + Ко ^3+	робити.	робити.
Турмалін зелений	^Автомобіль 3+	робити.	робити.	спектр
Берил зелений	Автомобіль ^3+ + Мн	робити.	робити.	спектр
Циркон синій	Ко ^3+ Кр ^3+ Ті	робити.	робити.	спектр
Сапфір синій	Ко ^3+	робити.	робити.	спектр; флуоресценція; CCF
Аметист фіолетовий	Ко ^3+ Мн	робити.	робити.
Зміна кольору олександриту	Кр ^3+ В	робити.	робити.	спектр
Імітація ляпіс-лазуриту	Ко ^3+	1,725	3.52	спектр; CCF
* Хенн, 1995 згадує низьке значення 1.720.

Флюс-розплав

Перше комерційне виробництво флюс-розплаву синтетичної шпінелі почалося приблизно в 1980 році, хоча успішні експерименти датуються 1848 роком (французьким хіміком Ебельменом). Станом на 1989 рік на ринку з'явилися більші обсяги цієї синтетики, виробленої в Новосибірську, Росія.

Крім червоного, синя синтетика також була виготовлена методом флюс-розплаву. Це справжня синтетика, виготовлена з співвідношенням магнезії до глинозему 1:1, як і натуральна шпінель. В результаті вони покажуть ідентичні реакції RI, SG і полярископа.

Властивості флюсо-розплаву синтетичної шпінелі
Колір	Фарбувальний засіб (и)	РІ	СГ	Інші діагностичні тести
Червоний	^Автомобіль 3+	1.716-1.719	3,58-3,62	LW/SWUV: чіткі червоно-оранжевий/червоний залишковий потік включення
Синій	Ко ^2+ Фе ^2+	1.719	3.58	Спектр; SWUV: інертний; LWUV: слабкі червоні залишкові включення потоку

Таббі вимирання також спостерігається в цих синтетиках. Уважне спостереження за включеннями є основним засобом відділення для червоних каменів. Синій флюс-розплав синтетики також можна розрізнити за спектром.

Чохральський (тягне)

Недавня розробка (2007) - виробництво червоних до рожевих синтетичних шпінелей методом витягування Чохральського.

Включення зображення: Натисніть на зображення для повного розміру

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Включення апатиту та їх зіркоподібні вирости вздовж 60-градусної гексагональної площини - схожі на зірчасті дислокаційні системи, в кобальтово-синьої шпінелі.
Фото люб'язно надано Джоном Хаффом, gemcollections.com

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Октаедричні включення шпінелі зі стресовими переломами «Сатурн-кільце» в червоній шпінелі Бірми.
Фото люб'язно надано Джоном Хаффом, gemcollections.com

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Восьмигранні включення в червоній шпінелі Бірми.
Фото люб'язно надано Джоном Хаффом, gemcollections.com

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Єведричні включення в шпінелі.
Фото люб'язно надано Конні Форсберг

Шпінель включення галерея

Джерела

• Арем, Дж. Е. (1987) Колірна енциклопедія дорогоцінних каменів. Нью-Йорк, Ван Ностранд Рейнхольд, 2-е видання, 248 стор.
• Gem-A (1987) Примітки до дипломного курсу.
• Henn, U., Банк, H. (1992) Його власні сили фон ім Flussmittelverfahren синтетичні ротен und blauen Шпінеллен з Росії. Геммологія Яхрганг, 41 /Лютий 1/Квітень, с. 1-7.
• Хенн, У. (1995) Практика. Геммологія Jahrgang, 4/Het 4/Грудень, Шпінель, с. 54-62
• Хьюз, Р.В., Пардьє, В., Субіраа, Г., Шорр, Д. (2007) Місяць над Паміром: Погоня за рубіном і шпінеллю в Таджикистані. Рубін Сапфіре.com.
• Нессе, В.Д. (2003) Вступ до оптичної мінералогії. 3-е видання.
• Пардьє, В., Хьюз, Р.В., Бем, Е. (2008) Шпінель: Воскресіння класика. www.ruby-sapphire.com.
• Читайте, П. (2005) Геммологія. 3-е видання.
• Saeseaw, S., Wang, W., Scarratt, K., Emmett, J.L., Douthit, T.R. (2009) Відрізняючи нагріті шпінелі від ненагрітих природних шпінелів і від синтетичних шпінелів: короткий огляд поточних досліджень. . ДПА: Новини з досліджень.
• Saminpanya, S. (2008) Чорні непрозорі мінерали дорогоцінних каменів, пов'язані з корундом в алювіальних родовищах Таїланду. Австралійський геммолог, Том 23, № 6, с. 242—253.
• Sickafus, K.E., Hughes, R. (1999) Шпінельні сполуки: Передумови та історична перспектива. Рубін Сапфіре.com.
• Вебстер, Р. (1990) Дорогоцінні камені, їх джерела, описи та ідентифікація. 4-е видання, (6-е изд., 2006).
• Яворський В.Ю., Хьюз Р.В. Терра Шпінель. 200 стор.