氧化鋁與剛玉，紅藍寶石之間的關聯

氧化鋁與剛玉，紅藍寶石之間的關聯

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    氧化鋁
    純凈的氧化鋁是白色無定形粉末，俗稱礬土，密度3.9-4.0g/cm3，熔點2050℃、沸點2980℃，不溶于水，氧化鋁主要有α型和γ型兩種變體，工業上可從鋁土礦中提取．
    鋁土礦（Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O）是鋁在自然界存在的主要礦物，將其粉碎后用高溫氫氧化鈉溶液浸漬，獲得鋁酸鈉溶液；過濾去掉殘渣，將濾液降溫并加入氫氧化鋁晶體，經長時間攪拌，鋁酸鈉溶液會分解析出氫氧化鋁沉淀；將沉淀分離出來洗凈，再在950-1200℃的溫度下煅燒，就得到α型氧化鋁粉末，母液可循環利用．此法由奧地利科學家拜耳（K．J．Bayer）在1888年發明，時至今日仍是工業生產氧化鋁的主要方法，人稱“拜耳法”．
    在α型氧化鋁的晶格中，氧離子為六方緊密堆積，Al3+對稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心，晶格能很大，故熔點、沸點很高．α型氧化鋁不溶于水和酸，工業上也稱鋁氧，是制金屬鋁的基本原料；也用于制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實驗儀器；還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等；高純的α型氧化鋁還是生產人造剛玉、人造紅寶石和藍寶石的原料；還用于生產現代大規模集成電路的板基．
    γ型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環境下脫水制得，工業上也叫活性氧化鋁、鋁膠．其結構中氧離子近似為立方面心緊密堆積，Al3+不規則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中．γ型氧化鋁不溶于水，能溶于強酸或強堿溶液，將它加熱至1200℃就全部轉化為α型氧化鋁．γ型氧化鋁是一種多孔性物質，每克的內表面積高達數百平方米，活性高吸附能力強．工業品常為無色或微帶粉紅的圓柱型顆粒，耐壓性好．在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體；在工業上是變壓器油、透平油的脫酸劑，還用于色層分析；在實驗室是中性強干燥劑，其干燥能力不亞于五氧化二磷，使用后在175℃以下加熱6-8h還能再生重復使用．
    目前世界上用拜耳法生產的氧化鋁要占到總產量的90％以上，氧化鋁大部分用于制金屬鋁，用作其它用途的不到10％． 
    剛玉
    自然界天然存在的α型氧化鋁晶體叫做剛玉，常因含有不同的雜質而呈現不同的顏色．剛玉一般呈帶藍或帶黃的灰色，有玻璃或金剛光澤，密度在3.9-4.1g/cm3，硬度8.8，僅次于金剛石和碳化硅，能耐高溫．含有鐵的氧化物的剛玉砂叫金剛砂，呈暗灰色、暗黑色，常作研磨材料，用于制各種研磨紙、砂輪、研磨石，也用于加工光學儀器和某些金屬制品．
    因天然剛玉產量供不應求，工業上常將純α型氧化鋁粉末在高溫電爐中燒結制成人造剛玉，也稱電熔剛玉．它能耐1800℃以上的高溫，是制造特殊耐火材料的原料，有高溫下機械強度大，抗熱震性好，抗侵蝕性強，熱膨脹系數小等特點，用于制火箭發動機燃燒室內襯、噴咀，雷達天線保護罩，原子能反應堆材料，高頻絕緣陶瓷，冶煉純金屬和合金的坩堝，高溫發熱原件，熱電偶保護管，各種高溫爐的爐襯等．人造剛玉還用于制精密儀表軸承和金屬絲的拉絲模具．我國自1958年起就能產生人造剛玉了．
紅寶石和藍寶石
    混有少量不同氧化物雜質的剛玉就是大名鼎鼎的紅寶石和藍寶石，是制作名貴首飾的材料，其微粒可制精密儀表和手表的軸承．
    紅寶石是天然產的透明紅色剛玉，顏色從淡玫瑰紅至深胭脂紅，有的還略帶紫色色調，有的有星光，以呈鴿子血紅色有商業價值．紅色是晶體中含少量氧化鉻之故．紅寶石是寶石中的珍品，七月生辰石．紅寶石英語為Ruby，源出拉丁語ruber意為紅色，硬度為9，密度常為4g/cm3，有金剛光澤．天然紅寶石重量達1克拉的不多，超過5克拉已屬罕見，世界上每年開采的紅寶石其中品質*者僅占千分之一．世界天然紅寶石迄今發現zui大的重3450克拉產自緬甸，世界的巨大星光紅寶石重138.7克拉，的鴿血紅寶石重55克拉．世界紅寶石zui有名的產地是緬甸曼德拉的東北部，還有泰國、斯里蘭卡、柬埔寨．1973年在非洲肯尼亞的恩干加，1978年在澳大利亞中部阿利斯波利，70年代末在巴基斯擔的罕薩先后發現大型紅寶石礦藏，以上發現被譽為70年代世界紅寶石礦三大發現．我國紅寶石主要產地為云南、青海，數量不多質量也不大理想．
    藍寶石因其在自然界存在比紅寶石數量要多，故早在公元前800年就被人類當作寶石．它也是天然的α型氧化鋁晶體．因含有少量鐵和鈦雜質，顏色從很淡的藍色至深靛藍，尤以中等程度的藍色zui為珍貴．天然剛玉晶體中若含少量鐵、鈷呈綠色，含釩呈翠綠，含鎳、鎂呈黃色，含錳、鐵呈褐色，這些有色剛玉一般也歸入藍寶石．藍寶石的硬度、密度、類似紅寶石，也有金剛光澤，少數有星光效果，它是九月生辰石．我國藍寶石主要產地為山東省昌樂縣和海南省文昌縣，此外江蘇、福建也有出產，雖然數量比紅寶石要大，但質量也不甚理想．世界藍寶石主要產自澳大利亞和斯里蘭卡，兩國約集中了世界藍寶石資源的80％，其中澳大利亞就占60％，此外印度、緬甸、泰國、柬埔寨、馬達加斯加、俄國、南非、美國也有出產．美國某博物館藏有一顆重563克拉的印度星光藍寶石，色澤稍暗淡，星光幾乎無瑕疵．1984年在澳大利亞發現昆土蘭星光藍寶石，為歷來發現的zui大星光剛玉，原石重1156克拉，琢磨后重733克拉，呈橢圓形如雞蛋，后為美國洛杉磯一家私人寶石公司所收藏．1996年下半年一批泰國寶石學家在非洲馬達加斯加發現了迄今世界上zui大的一串綠寶石．他們化了一周時間挖掘一塊巨大的云母，在云母下面發現了一串綠寶石，共有127塊，重達數十千克，價值5千萬美元．泰國的曼谷是日前世界上zui大的紅、藍寶石加工中心，寶石的改色、雕琢工藝技術水平居世界*，寶石加工業是該國的支柱產業． 
    人造紅寶石、藍寶石
    1877年法國化學家弗雷米將純氧化鋁粉末、碳酸鉀、氟化鋇和少量重鉻酸鉀作原料，在坩堝中經高溫熔融8天，獲得小顆粒紅寶石晶體，這是人造紅寶石的開端．
    1885年在瑞士日內瓦出現一些品質優良的人造紅寶石，據說是有天然紅寶石碎片，加上增強紅色的重鉻酸鉀等經高溫熔融制成，和天然品性質相同．然而真正實現人工制造寶石并能投入規模化生產的要歸功于法國化學家維爾納葉．
    維爾納葉在1891年發明火焰熔融法，并用該法試制人造寶石，成功后又用純凈的氧化鋁試驗．在高溫馬弗爐中用倒置的氫氧吹管進行試驗，含有少量氧化鉻的純凈氧化鋁細末慢慢落入火焰中熔化，滴在基座上冷凝結晶．經過十年的努力，1904年維爾納葉正式制造出了人造紅寶石，以后火焰熔融法逐漸完善，生產出的紅寶石和天然品幾乎無差別．該法一直沿用到現代，至今仍是世界生產人造寶石的主要方法，人稱“維爾納葉法”。現在只要數小時就能制造出100克拉以上的紅寶石原石，外觀呈倒梨形或胡蘿卜形的人造剛玉晶體，質地純凈，顏色透明度甚至超過天然品，經濟效益巨大．現代維爾納葉法不僅能生產從淺粉紅色至深紅色的紅寶石，還能生產各種顏色的藍寶石，甚至還能生產帶有星光的紅寶石和藍寶石，真是巧奪天工．