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含鐵物質對石材的影響,值得關注

發布日期:[1569]    共閱[22]次

石材是巖石經加工后所產生的制品,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,由于鐵元素屬中等活潑性的金屬,在高溫下易和氧、硫、氯等元素發生強烈反應,并易溶于無機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)的形態出現,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,嚴重者甚至因鐵質銹蝕后膨脹而產生結晶顆粒爆裂與孔洞。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,屬硅酸鐵礦物的數量及分布廣,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鍵性的影響。花崗石中暗色礦物集中者,石材常呈黑色、綠色系,如摩卡綠(含FeO+Fe2O3:6.43%)、印度黑(含FeO+Fe2O3:13.2%)、南非深黑(含FeO+Fe2O3:20.5%),辛巴威黑(含FeO+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FeO+Fe2O3:6.21%)、森林綠(含FeO+Fe2O3:5.31%)、豹皮花(含FeO+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化水解,生成氧化鐵,再進一步水化成褐鐵礦。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理裂隙面滲透侵染,從而形成鐵質薄膜,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化,風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生釋放Fe3+作用,而銹染其他礦物,產生嚴重銹斑。含鐵榴石即綠泥石類礦物是花崗石遭受破壞的第三主因,它們風化后易形成土狀物,經風吹水沖后,造成石材表面產生孔洞和凹坑。 
  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綠色?墨綠色?黑色,呈點狀、線狀分布時,形成一定的圖案,產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礦物的抗風化能力較差,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 ,石材化學成分內,含鐵成分的高低雖不完全決定石材安全性的高低,但卻是石材本身發生病變(銹斑)的主要原因,對石材安全性的影響相當大。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,因此反應不出原礦物成分中各含多少,也難以確定它抗風化的能力。前面已敘述過,不論是花崗石或大理石石材中,若內含之鐵礦物以比較穩定的含鐵矽酸鹽礦物為主,而不是硫化鐵、黑云母及鐵質薄膜,石材即具備較強之抗風化性;反之,若石材中含鐵礦物大多為不穩定的硫化鐵、黑云母等,盡管含鐵量低,石材抗風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,含鐵礦物的穩定性決定著石材的抗風化性,眾多含鐵礦物中,硫化鐵為不穩定的成分,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,應注意這些有害礦物的分布、含量及含鐵礦物的耐風化性,以確保石材的安全性

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