热处理棕褐色电气石光谱学特征与颜色成因初探

摘要

电气石属三方晶系的硼铝硅酸盐,主要有铁电气石、锂电气石、镁电气石、钠-锰电气石等品种,因含不同的过渡元素或色心而呈绿、蓝、黄、红、粉、棕和黑色.选取棕褐色电气石样品在还原和中性气氛加热3 h,结果显示,600°C晶体出现大量裂隙;500和450°C棕褐色调减弱,透明度大大提升,500°C裂隙稍多;350°C加热,样品变绿黄棕色;250°C加热样品略微变浅,仍为棕褐色调;加热后∥c轴切面见明显绿色与棕色二色性,垂直c轴切面,即{0001}面,为棕色;综合显示,最佳变色温度在450～500°C.利用X射线荧光光谱(XRF)、红外吸收光谱(IR)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)对热处理前后样品进行分析,样品属于富M n和Fe的锂电气石.样品中红外特征吸收峰在3800～3400,1350～1250,1200～800与800 cm-1,近红外光谱有4720,4597,4537,4441,4343,4203和4170 cm-1特征峰.热处理后,由M—O H(M为Al,Mg,Fe和Mn等)伸缩和弯曲振动所致的3800～3400 cm-1吸收峰减弱,600°C消失,与加热失水行为导致的结构水弯曲/伸缩振动减弱有关;近红外光谱4170和4720 cm-1吸收消失.棕褐色电气石在∥c轴切面的可见光范围内具有715,540和417 nm吸收带,依次为Fe2+d—d(5 T2g→5 Eg)跃迁、Fe2+→Fe3+(IVCT)、Fe2+→Ti4+(IVCT)所致.样品具有高的Mn含量,417 nm附近的吸收可能存在Mn2+d—d(6 A1g→4 A1g,4 TEg)自旋禁阻跃迁产生的413/414 nm叠加.热处理使M n3+还原成M n2+,M n2+增加导致414 nm吸收峰增强,因此417 nm附近吸收带变化不大.同时,热处理后与M n3+有关的520 nm吸收也同时消失,520 nm吸收带的存在也可能是540 nm吸收带呈非对称吸收峰的原因.450°C以上热处理后,715和417 nm吸收带变化不大,位于绿光区的540 nm吸收带消失,分析认为加热使得部分Fe3+还原为Fe2+,导致Fe2+→Fe3+(IVC T)减少,在∥c轴切面上540 nm吸收显著减弱.540 nm吸收带在绿色光区域,其消失导致绿色光透过,样品呈绿色.