四川牦牛坪稀土矿区萤石的宝石学和矿物学特征研究

本研究在总结前人有关于牦牛坪矿区萤石的研究文献，将野外采集到的萤石样品制作成标本进行宝石学和矿物学特征研究。论文主要研究内容如下：

（1）系统性的收集萤石的宝石学特征、矿物学特征以及致色机理等相关文献，并通过这些文献调研了解该矿区的地质背景。

（2）采集萤石矿物标本，进行室内观察和实验分析。对所釆集的萤石样品根据颜色不同进行分类整理并拍照记录，将部分萤石样品进行切片处理制成光薄片，用偏光显微镜和激光拉曼光谱仪观察和测定萤石中的包裹体。利用常规宝石学仪器对样品的宝石学特征进行测试。

（3）使用XRF和LA-ICP-MS，对样品进行主微量元素测试，并结合紫外—可见光吸收光谱仪，分析确定萤石的致色离子，进而探究萤石的致色机理。

20世纪80年代把萤石致色原因归纳为有机致色、胶体钙致色、色心和复合色心说等，现在对萤石的致色机理，主要提出了以下三种致色原因：一、萤石颜色的产生主要与杂质元素有关，比如一些微量元素与稀土元素，二、与晶体缺陷有关，比如色心和复合色心是萤石致色的主要因素，三、与沥青质有关

近几年，产于英国威尔溪谷的萤石因拥有显著的荧光特性和较好的结晶习性而受到矿物收藏者的广泛喜爱，但尚缺少系统性的致色及发光特性研究。本文以英国威尔溪谷浅绿色萤石为研究对象，通过X射线粉晶衍射、拉曼光谱、紫外—可见光光谱及荧光发射光谱测试技术，对其宝石学与光谱学特征进行分析，并探讨其致色

原因与发光机理。研究结果表明，英国威尔溪谷萤石晶体存在明显的晶格缺陷，含有较多杂质离子，稀土元素含量较高；紫外—可见光光谱与荧光发射光谱确定英国威尔溪谷萤石的致色和发光机理都与稀土离子的电子跃迁有关，浅绿色主要因 Sm2+ 的 4f6 → 4f5 5d1引起，荧光主要由 Ce3+ 的2D3/2 → 2F5/2所致。

2016年国务院批复通过的《全国矿产资源规划（2016-2020年）》首次将包括萤石（CaF2）在内的24种矿产列入战略性矿产目录。萤石作为重要的非金属战略矿产资源，除应用于冶金、水泥、玻璃等传统行业外，在新能源、国防、半导体、医疗等领域中也应用广泛，战略价值日益突出。其中氟化工行业因其产品具有高性能、高附加值而被誉为“黄金产业”，而萤石是氟化工最重要的工业原料，具有不可替代的战略地位。我国萤石储量居世界前列，主要分布在江西、浙江、河南和湖南等地区，但已查明的萤石资源中，难选矿占比高、综合回收率低。此外，我国是萤石生产和消费大国，产量与消费量居全球首位。随着下游产业的高速发展，资源缺口逐年增大。2018年，我国萤石进口量第一次超过出口量，未来萤石资源可能会出现过度依赖进口、资源供给与消费矛盾突出的问题。我国巨大的萤石需求量与难选萤石提纯工艺之间的矛盾威胁了国家安全、社会可持续发展、高端科学技术领域的高速发展。因此，开发利用我国难选萤石资源，改进萤石提纯技术具有十分重要的战略意

（1）技术方案：

运用放大镜和光学显微镜对标本进行观察，分析其外部及内部特征。

XRF分析：测试萤石样品的主量元素Na、Al、Fe和Si等元素分布含量。

LA-ICP-MS：对样品进行微量元素测试，进而对萤石的微量成分进行分析。

紫外—可见光吸收光谱：探究萤石的致色机理。根据文献调研，萤石分别在224nm~244nm、303nm附近、360nm~380nm、400nm附近、560nm~580nm内有强度不同的吸收谱带，根据谱峰归属，探究萤石致色成因。

激光激光拉曼光谱仪：测定萤石中的包裹体。

（2）实施方案所需的条件：

所需基本仪器：光学显微镜、折射仪、偏光镜、净水称重仪等宝石学常规实验仪器。

所需大型仪器：显微激光拉曼光谱仪、X射线荧光光谱仪、激光-电感耦合等离子质谱、傅里叶变换红外光谱仪、紫外可见光谱仪等。

（3）预期成果：初步确定纯净的氟化钙（萤石）是无色透明的，但在化学上它有两个特性，使得萤石尤其容易产生各种各样的色心。其一是这种材料特别容易吸纳一些阳离子混入，尤其是与钙离子半径相近的稀土元素的离子，其二是通过高温下发生的水解反应，氧元素也可以容易地进入晶体，这在萤石的生长过程中时有发生，而且随着在晶体中的扩散，氧可能会遇到萤石中的杂质离子，由此产生一些新的分子级的微观结构，产生新的色心。

（1）前期准备：收集并阅读关于萤石致色原因关系的相关文献，包括学术论文、专著、报告等，了解当前的研究现状、研究方法和存在的问题。

（2）实验测试与数据分析：收集具有代表性的萤石样品，对样品进行常规宝石学特征测试、化学成分分析和谱学分析等，对实验数据进行处理和分析。

（3）结果整理：将实验结果进行整理，制作图标、表格等辅助材料，便于分析和讨论。