含鐵物質(zhì)對石材的影響

日期:2010-10-03 11:21:04

石材是巖石經(jīng)加工后所產(chǎn)生的制品,巖石是由礦物組成的,其中含鐵礦物是石材中鐵質(zhì)的來源.鐵元素在自然界中分布甚廣,但大多以化合物之方式出現(xiàn),由于鐵元素屬中等活潑性的金屬,在高溫下易和氧、硫、氯等元素發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng),并易溶于無機(jī)稀酸和濃鹽酸的溶液中,同時濃堿溶液也易侵蝕鐵。因此鐵只有以化合物(含鐵礦物)的形態(tài)出現(xiàn),才得以在自然界中保存下來。鐵的化合物有氧化物、硫化物、硅酸鐵、碳酸鐵、硼酸鐵、鎢酸鐵、硫酸鐵等數(shù)百種,但以下列四種化合物為主要類別:
一、氧化鐵:含鐵氧化物的礦物有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、鈦鐵礦等。
二、硫化鐵:含鐵硫化物的礦物有黃鐵礦、白鐵礦、黃銅砂、黃錫礦等。
三、含鐵硅酸鹽礦物:有橄欖石、黑榴石、十字石、黑柱石、普通輝石等。四、含鐵碳酸鹽礦物:有菱鐵礦及鐵白云石等。
  由于石材本身含有赤鐵礦或硫鐵礦等上述的含鐵礦物,此類鐵礦物本身極易氧化而銹蝕,造成石材表面變色、變黃以及銹斑等缺陷,嚴(yán)重者甚至因鐵質(zhì)銹蝕后膨脹而產(chǎn)生結(jié)晶顆粒爆裂與孔洞。茲就含鐵礦物對各石材的影響逐項說明:
   1、含鐵礦物對花崗石石材的影響除了含鐵硫酸鹽礦物外,大部份的含鐵礦物都有可能存在花崗石中,屬硅酸鐵礦物的數(shù)量及分布最廣,其次是氧化鐵或硫化鐵礦物。一般含鐵礦物的顏色深暗,對花崗石的裝飾美觀價值有關(guān)鍵性的影響?;◢徥邪瞪V物集中者,石材常呈黑色、綠色系,如摩卡綠(含F(xiàn)eO+Fe2O3:6.43%)、印度黑(含F(xiàn)eO+Fe2O3:13.2%)、南非深黑(含F(xiàn)eO+Fe2O3:20.5%),辛巴威黑(含F(xiàn)eO+Fe2O3:11.5%)等。黃鐵礦、白鐵礦等含鐵礦物嵌入輝長巖中,因而形成了閃爍金光的黑金石材,印度黑金即為最顯著的例子。含鐵礦物在石材中的排列組合,豐富并美化了石材的裝飾美觀效果,使天然石材色彩變化絢麗,如孔雀綠(含F(xiàn)eO+Fe2O3:6.21%)、森林綠(含F(xiàn)eO+Fe2O3:5.31%)、豹皮花(含F(xiàn)eO+Fe2O3:3.40%)等。
  2、 硫化鐵是花崗石遭受銹黃污染的主要原因之一,它在常溫常壓下易風(fēng)化水解,生成氧化鐵,再進(jìn)一步水化成褐鐵礦。硫化鐵分解后,有時會留下立方體黃鐵礦假象,有的溶蝕成許多孔洞。若氧化鐵溶液沿著節(jié)理裂隙面滲透侵染,從而形成鐵質(zhì)薄膜,使石材遭受污染,形成色差,降低石材裝飾效果。花崗石中遭受破壞的第二主因為黑云母,片狀組織極容易沿此面剝離且易風(fēng)化,風(fēng)化層脫落后在石材表面形成小坑。另外,黑云母(K(Mg,Fe3(Alsi3O10)(OH)2)常遭水溶液作用而產(chǎn)生釋放Fe3+作用,而銹染其他礦物,產(chǎn)生嚴(yán)重銹斑。含鐵榴石即綠泥石類礦物是花崗石遭受破壞的第三主因,它們風(fēng)化后易形成土狀物,經(jīng)風(fēng)吹水沖后,造成石材表面產(chǎn)生孔洞和凹坑。
  3、含鐵礦物對大理石石材的影響 ,大理石中含鐵礦物有碳酸鐵、硫化鐵、氧化鐵及含鐵硅酸鹽礦物等。存在于大理石中的含鐵礦物,因成分不同,對大理石的作用差別很大。鐵白云石能使大理石變成灰色、菱鐵礦變成褐色、角閃石類礦物則呈現(xiàn)綠色—墨綠色—黑色,呈點狀、線狀分布時,形成一定的圖案,產(chǎn)生自有的豐富色彩變化;另外,綠泥石、石榴石會使大理石呈綠色或黃綠色。大理石石材遭受表面銹黃的主因為黃鐵礦,其次是磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦等硫化鐵礦物,其污染原因與花崗石相同,硫化鐵分解后,有時會留下立方體黃鐵礦假象,有的溶蝕成許多孔洞(如新米黃大理石板材中常見1~3mm孔徑空洞)。鐵鋁榴石、綠泥石類礦物及含鐵泥質(zhì)礦物的抗風(fēng)化能力較差,時間久了也會形成凹坑及空洞。
  4、含鐵成分對石材安全的影響 ,石材化學(xué)成分內(nèi),含鐵成分的高低雖不完全決定石材安全性的高低,但卻是石材本身發(fā)生病變(銹斑)的主要原因,對石材安全性的影響相當(dāng)大。它是所有含鐵礦物及附著在石材表面氧化鐵含鐵量的總和,一般以FeO和Fe2O3百分比(%)含量表示,因此反應(yīng)不出原礦物成分中各含多少,也難以確定它抗風(fēng)化的能力。前面已敘述過,不論是花崗石或大理石石材中,若內(nèi)含之鐵礦物以比較穩(wěn)定的含鐵矽酸鹽礦物為主,而不是硫化鐵、黑云母及鐵質(zhì)薄膜,石材即具備較強(qiáng)之抗風(fēng)化性;反之,若石材中含鐵礦物大多為不穩(wěn)定的硫化鐵、黑云母等,盡管含鐵量低,石材抗風(fēng)化的能力也有可能變得較差。
  總而言之,不管是大理石或花崗石石材,含鐵礦物的穩(wěn)定性決定著石材的抗風(fēng)化性,眾多含鐵礦物中,硫化鐵為最不穩(wěn)定的成分,黑云母次之,再者為含鐵石榴石和綠泥石類礦物。因此,在選擇石材或鑒定石材病變時,應(yīng)注意這些有害礦物的分布、含量及含鐵礦物的耐風(fēng)化性,以確保石材的安全性
 

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