磷灰石的寶石與工業價值

文/楊麗莎

插圖/葛若雯

引言

磷灰石圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石，作為一種色彩絢爛的常見礦物，常以親民的價格出現在寶石市場上，深受人們喜愛。同時，因其具有能發光的典型特征，使其在樸實之中又增添了一絲神秘的色彩，甚至有古人相信，帶上磷灰石飾品可擁有與神明溝通的神力。另一方面，磷灰石作為磷礦的主要礦物，因其富含人類所需的重要生命元素——磷，承載著生命之重，使得開采磷礦具有重要的工業價值。

磷灰石的簡介

綠色磷灰石產地：葡萄牙帕納什凱拉（Panasqueira，Portugal）圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石常作為副礦物廣泛地發育在各類巖石中，它是一組含鈣磷酸鹽礦物，化學結構式為Ca（PO）（F,Cl,OH），屬于六方晶系，晶體形態一般呈六方柱狀、六方粒狀，或以粒狀、塊狀集合體出現；在沉積巖中，磷灰石還可能以隱晶質膠狀的形態出現，稱為“膠磷礦”。磷灰石的脆性較脆，比重3.18～3.21，摩爾硬度為5，是用來做劃分礦物硬度的摩氏硬度計的標準礦物。磷灰石的解理不發育，具有玻璃光澤，斷口具有油脂光澤，礦物晶體通常呈透明狀，但有些具“貓眼效應”的磷灰石會呈現半透明。貓眼效應正如其名，是指弧面磷灰石在光照下會出現一條光帶，轉動時光帶會隨之轉動，如同貓眼一般。

磷灰石的色彩多樣，常見的顏色有黃—綠色、肉紅—褐紅等色，極純凈的磷灰石表現為無色，但無色磷灰石很稀有，導致其顏色多樣性的主要原因是化學成分的含量和組成不同。根據附帶的陰離子（F-、Cl-、OH-）的不同，磷灰石又分為氟磷灰石、氯磷灰石、羥磷灰石三大類。其中，最常見的是氟磷灰石，綠色、紫色、藍色、褐色、肉紅色的氟磷灰石均可見，常以副礦物的形式出現在巖漿巖中，偉晶巖中常出現寶石級磷灰石，因為高溫巖漿緩慢冷卻結晶，且未經歷變質過程，形成的磷灰石顆粒較大、較為純凈，且晶體形態良好。但若巖石經歷了熱液作用或變質作用，磷灰石會被蝕變成其他磷酸鹽礦物，如獨居石、磷釔礦、磷鋰鐵礦等。羥磷灰石可以構成人體骨骼、牙齒，在自然界中也很常見。氯磷灰石相比前兩者，在自然界中較少見，一般具有很淡的顏色。

紫色磷灰石產地：捷克共和國卡羅維發利地區，索科洛夫區，霍爾尼斯拉夫科夫（Horni Slavkov，Sokolov District，Karlovy Vary Region，Czech Republic）圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

淺玫瑰紅色磷灰石產地：美國加利福尼亞州圣迭戈市梅薩格蘭德喜瑪拉雅礦山（Himalaya Mine，Mesa Grande，San Diego Co，California，USA）圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石產地：葡萄牙卡斯特羅布蘭科市科維良圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

磷灰石刻面圖片來源/ 鐘宇清

磷灰石的替位機制也會影響其顏色變化。磷灰石在形成的過程中，經常會發生離子替位來維持電荷平衡，不同元素不同程度地進入磷灰石晶體，取代鈣離子或磷酸根離子，如鐵、錳、稀土元素等陽離子會與二價鈣離子發生替位，硫酸根、硅酸鈣根等陰離子會與磷酸根發生替位，這些微量元素都可以導致磷灰石的顏色發生改變，當某一元素大量進入磷灰石時，就會產生衍生的變種磷灰石。例如，一種常發育在堿性正長巖中的含釷的鈰磷灰石，又稱“鳳凰石”，其顏色為黃褐色，風化后呈淺黃色；廣泛發育在沉積巖中的膠磷礦一般為淺棕—灰色，膠磷礦中一般含有較多有機質，如生物化石；產于接觸變質大理巖中的富二氧化硅的氧硅磷灰石呈淺玫瑰色；另一種產于變質矽卡巖中的羥硅磷灰石呈淡紫色。

由于磷灰石中能儲存多種微量元素，所以能記錄形成時的環境，在地質研究上，學者們將磷灰石稱為敏感的“示蹤劑”，可以用來反演巖漿的變化、形成時經歷的物理化學條件以及形成后經歷的地質作用。

寶石界的磷灰石

由于磷灰石的相對硬度較小，所以在寶石市場上，磷灰石可作為中低檔寶石，主要被用來制成項鏈、耳墜等不易碎的首飾，或作為寶石標本，所以它的知名度遠不如其他寶石，但磷灰石的收藏價值在于它多變的顏色，令人眼花繚亂。磷灰石的英文名是“apatie”，源于希臘語，有“欺騙”的意思，是因為磷灰石常被錯認為碧璽、海藍寶石等其他寶石，磷灰石與它們在外觀上極為相似，但價格卻只要千分之一，可作為價

格高昂的礦物的“平替”，因此在寶石市場上深受人們喜愛。

氟磷灰石產地：葡萄牙 潘納斯科地區

與碧璽相似的磷灰石具有美妙的藍綠色，這種顏色的形成是因為二價錳離子以替位的形式進入磷灰石晶格，取代二價鈣離子。這種寶石級藍綠色磷灰石主要產自馬達加斯加、斯里蘭卡、巴西等國家。除此之外，具有收藏價值的還有主要產自西班牙莫爾西亞的黃綠色磷灰石、產自美國和德國的紫色磷灰石以及產自加拿大的褐色磷灰石。

雖然磷灰石易與其他礦物混淆，但它獨特的物化性質、光學特性，可作為鑒別依據，其典型特征包括熒光、磷光及變色效應。

關于磷灰石，有一個古老浪漫的傳說：佩帶著散發光芒的磷灰石，精神與思想便可與神明相通。這里所說的“光芒”即熒光。熒光是指礦物在受外界能量作用時，會激發內部電子吸收能量，再通過發光將這部分能量釋放出來，但是外界能量一旦停止作用，熒光也會立即停止。

磷光與熒光不同，它是一種持續性的發光，是指磷灰石受熱可以緩慢釋放能量，產生弱小的光芒，如同點點星芒，光芒時長可持續數小時之久。傳說中墓地里的“鬼火”就是這種磷光，因為磷灰石是組成人體骨骼的主要礦物，當尸體腐爛后，微生物作用使磷灰石分解，形成的磷化氫能夠自燃。

磷灰石圖片來源/ Rob Lavinsky &irocks.com

氟磷灰石產地： 美國緬因州 牛津縣 格林伍德鎮 湯姆叔叔山 艾蒙斯采石場

磷灰石光性方位圖

變色效應是一種特殊的光學效應，指在不同光（一般使用日光和白熾燈光）下觀察礦物，礦物會呈現不同的顏色。雖然磷灰石本身就五顏六色，但具有變色效應的磷灰石卻不常見，因此此類磷灰石價格比較昂貴。有學者研究得出，這種變色效應與磷灰石所含的稀土元素有關。通過對磷灰石光譜學的研究，學者們根據光譜上吸收峰的峰位進一步得出了影響磷灰石變色的稀土元素是釹（Nd）。同時，前人通過對比實驗還發現，若想觀察到效果更明顯的變色效應，在加工時，應沿著磷灰石平行c 軸的方向切割。

無論是熒光、磷光還是變色，光影斑駁，都讓本就絢麗的磷灰石在寶石界更有一席之地。

生命之磷

磷灰石雖然也被人們當做高貴的寶石，但它的本職工作卻是為生命提供源源不斷的能量，因為其中儲存著重要的生命元素“磷”。

對于生命而言，磷是必不可少的營養元素，它以各種形式參與生命活動，為我們提供源源不斷的能量。具體而言，在生命體中，磷可以形成三磷酸腺苷（ATP），ATP 在轉化的過程中可以實現能量的儲存和釋放，為生命的活動提供能量；磷在生物體中的另一存在形式則是堅硬的骨骼和牙齒，構成了身體結實的框架；在農業上，植物的生長也離不開磷肥，而磷灰石是制造磷肥的主要礦物原料。作為“磷”的載體礦物，磷灰石就像大自然的饋贈。

那么大自然中的磷是怎么進入生物體的呢？是由于磷的循環。磷的循環發生在全球很大的時空范圍內。磷一直在地球各圈層進行著不同尺度的循環，如陸地上的磷元素可通過河流的搬運，一部分進入海洋沉積，待大陸板塊俯沖作用時再參與大陸的磷循環；一部分吸附在土壤里再被生物利用，在生命活動中又釋放到體外，在地表堆積，等待再次進入循環。由于人們對磷的大量需求，開采磷礦逐漸成為人們關注的熱點。

全球磷礦資源極為豐富，最為廣泛的是新元古代末期的磷塊巖礦床。具有工業開采價值的優質磷礦床主要分布在摩洛哥、中國、美國、南非4 個國家，約旦、巴西、俄羅斯、以色列、突尼斯和敘利亞等國亦有少量分布。我國是磷資源大國，磷資源分布廣泛，但地理分布不均衡，PO品位大于30%的富礦主要分布于滇、黔、鄂、川、湘五省，占全國累計探明資源儲量的74%，北方地區分布較少，造成中國南磷北運的局面。

在剛才提到的磷循環過程中，伴隨著各種類型的磷礦形成，地質學家們將磷礦按照成礦地質作用為主要依據，劃分為了四個類型：（1）與巖漿活動有關的巖漿—熱液型磷礦。巖漿巖型磷礦主要產自華北地塊北緣與太古宙陸核區，其含礦母巖一般為幔源巖漿巖體，表明其與幔源巖漿活動聯系緊密。（2）海相沉積型磷礦，這類磷礦是可開采的具有工業價值的礦床主要類型。約占全國磷礦總資源儲量的75.5%，尤其是集中分布于揚子地區的云、貴、川、湘、鄂、陜等地區。（3）經歷了變質作用的變質型磷礦。這類礦床是中國北方缺磷省份較為重要的磷礦床類型之一，主要產于華北地塊東南緣。（4）次生型磷礦。這類礦床的形成是由于磷質就地殘積、異地遷移或再沉積等富集形成，例如鳥糞堆積型磷礦。不過此類礦床規模小、數量少，在已探明儲量中僅占0.5%，主要分布于川、桂、湘、云、黔、吉、陜、蘇、閩等省。

總結

磷灰石是一組含鈣的磷酸鹽礦物，常見的顏色有淺綠、黃綠、褐紅等色，在寶石市場上，因為磷灰石的硬度較低，所以只能作為中低檔寶石，但磷灰石的色澤光彩與碧璽、海藍寶石等高檔寶石十分相似，可作為它們的代替品。而散發熒光、磷光，以及具有變色效應可以作為鑒別磷灰石的特殊依據。

磷灰石不僅具有收藏意義，更主要的是還具有極大的工業價值，可謂“生命之光”。磷灰石作為磷礦中的主要礦物，是重要生命元素“磷”的載體，人們通過開采磷礦，加大了對自然界中的磷的利用，磷也通過全球尺度的磷循環源源不斷地為生命供給能量。

無色綠柱石產地：巴西巴伊亞 瓜拉蒂加

自然金 產地：美國