造成飾面銹蝕、銹斑的原因
鐵元素在自然界中,按質(zhì)量百分比,其克拉克值為₄.₂%,即在地殼的平均化學(xué)成分中占第4位[分別為氧(0)49.13%;硅(Si)25%;鋁(Al)7.5%;鐵(Fe)4.2%]。鐵的含量概率較高,但以純金屬自然鐵的形態(tài)出現(xiàn)卻很罕見(jiàn),因?yàn)殍F易氧化,故純自然鐵極少存在。
鐵元素在自然界中雖然分布較廣,但大多呈化合物出現(xiàn)。由于鐵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(wú)機(jī)稀酸和濃鹽酸的溶液中,同時(shí)濃堿溶液也易侵蝕鐵,因此鐵只有以化合物即含鐵礦物的形態(tài)出現(xiàn),才得以在自然界中保存下來(lái)。
鐵的化合物有氧化物、硫化物、硅酸鐵、碳酸鐵、磷酸鐵、硼酸鐵、硫酸鐵、鎢酸鐵、鉬酸鐵、砷酸鐵、砷化鐵和粗鉑礦等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),上述含鐵礦物達(dá)100多個(gè),主要有如下一些種類。
A.氧化鐵即含鐵的氧化礦物
磁鐵礦:Fe304
鏡鐵礦:Fe203
赤鐵礦:Fe203
云母赤鐵礦:Fe203
烏鋼石:Fe203
針鐵礦:α_Fe0(0H)
纖鐵礦:β_Fe0(0H)
褐鐵礦:Fe203·nH20
鎳磁鐵礦:NiFe204,或(Fe,Ni)304
鉻鐵礦:(Mg,Fe)Cr204
鋅尖晶石:(Zn,Mn)Fe204
鋁鉻鐵礦:Fe(Cr,AI)204
硬鉻尖晶石:(Mg,Fe)(Cr.AI)204
富鉻尖晶石:Fe(Cr,AI)204
鈦鐵礦:Fe0、Ti02或FeTi03
鈦磁鐵礦:(Fe,Ti)304
斜方多鎂鐵錳礦:(Mn2+,Mg)(Mn3+Fe)204
釩磁鐵礦:Fe2+(Fe3+,V)204
柯鐵礦(又名鈮鐵礦):(Fe,Mn)(Nb,Ta)206
鉭鐵礦:(Fe,Mn)(Ta,Nb)206
重鉭鐵礦:FeTa206
四方鈮鉭礦:Fe(Nb·Ta)206
鈦鈾礦:(U4·Ca,Th,Y)[(Ti,Fe)206]·nH20)
鈮鐵金紅石:(Ti,Nb,Fe)02
B.硅華鐵即含鐵硫華物礦物
黃鐵礦:FeS2
白鐵礦:FeS2
磁黃鐵礦:FenSn+1(Fe5S6到Fe15S17)
鎳黃鐵礦:(Fe,Ni)9S8
紫硫鎳鐵礦:Ni2FeS4或FeS,Ni2S3
黃錫礦:Cu2FeS11S4
毒砂(又名砷黃鐵礦):FeAsS
黃銅砂:CuFeS2
斑銅礦:Cu5FeS4
方黃銅礦:CuFe2S3
脆硫銻鉛礦:Pb4FeSb6S4
含鈷黃鐵礦:(Fe,C0)S2
硫鍺鐵銅礦:(Cu,Fe)(Fe,Ge,Ga.Zn)(S,As)
C.含鐵硅酸鹽礦物
橄欖石:(Mg,Fe)2[Si04]
鐵橄欖石:Fe2[Si04]
鐵鋁榴石:Fe2AI2[Si04](透明體稱紫牙烏寶石)
鈣鐵榴石:Ca3Fe2[Si04]3
黑榴石:Ca3Fe2[Si04]3
十字石:FeAI4[Si04]202(0H)2
黑柱石:CaFe2+Fe3+[Si207]0(0H)
鋇鐵鈦石:BaFeTi[Si207]0(0H)
斧石:(Ca,Mn,Fe)3AI2[Si4012](B03)(0H)
普通輝石:Ca(Mg,Fe,AI)[(Si,AI)206]
鈣鐵輝石:CaFe[Si206]
純鈉輝石:NaFe3+[Si206]
紫蘇輝石:(Mg,F(xiàn)e)2[Si206]
霓石:NaFe[Si206]
霓輝石:(Na,Ca)(Fe3+,Fe2+,Mg,AI)[Si206]
普通角閃石:NaCa2(Mg,Fe,AI)5[(Si,AI)4011]2(0H)2
直閃石:(Mg,Fe)7[Si4011]2(0H)2
鎂鐵閃石:(Fe,Mg)7[Si4011]2(0H)2
陽(yáng)起石:Ca2(Mg,Fc)5[Si4011]2(0H)2
藍(lán)石棉(又名青石棉):Na2Fe5[(0H)Si4011]2
鐵石棉:(Mg,Fe2+)3+[Si7020]·10H20
鈉閃石:Na2++[Si4011]2(0H)
鈉鐵閃石:Na3+Fe3+[Si4011](0H)2
鈉鈣角閃石:Na3(Fe,Mg)4(Fe,AI)[Si4011]2(0H,F)2
藍(lán)閃石:Na2(Mg,Fe)3AI2[Si4011]2(0H,F)2
綠高嶺石:Na0.33Fe3+[(AI,Si)4010](0H)2·nH20
黑云母:K(Mg,Fe)3[AISi3010](0H)2
鐵鋰云母:KIiFeAI[AISi3010](0H,F)
硬綠泥石:(Fe,Mn)2AI2[Ai2Si2010](0H)4
葉綠泥石:(Mg,Fe)5AI[AISi3010](0H)8
斜綠泥石:(MgFe)4.75AI1.25[AI1.25S2.75010](0H)8
鱗綠泥石:(Mg,Fe)3(Fe3+,Fe2+);[AI2Si2010](0H)8
鮞綠泥石:(Mg,F(xiàn)e)3(Fe2-,Fe3+)3[AISi3010](0H)8
蛭石:(Mg,Fe,AI)3[(Si,AI)4010](0H)2·4H20
海綠石:K<1(Fe3+,F(xiàn)e2+,AI,Mg)2~3[(Si,AI)Si3010](0H)2·nH20
皂石:(1/2Ca,Na)0.33(Mg,Fe)3[(Si,AI)4010](0H)2·4H20
堇青石:AI3(Mg,F(xiàn)e)2[Si5AI018]
綠簾石:Ca2(AI,F(xiàn)e)3[Si207][Si04]0(0H)
褐簾石:(Ce,Ca)2(Fe,AI)3[Si207][Si04]0(0H)
符山石:Ca10(Mg,Fe)2AI2[Si207]
包頭礦:Ba4(Ti,Nb,Fe)8016[Si4012]CI
軟玉:Ca2(Mg,F(xiàn)e)5[Si4011]2(0H)2
硅鈹釔礦:Y2FeBe2[Si04]202
黑電氣石:NaFe3A16[Si6018](B03)3(0H)4
蒙脫石:(1/2Ca,Na)0.7(AI,Mg,Fe)4[(Si,AI)8020](0H)4·nH20
翠榴石:Ca3Fe2[Si04]3
凹凸棒石:(0H)2(Mg,AI,Fe)5(0H2)2[Si8020]·H20
D.含鐵碳酸鹽礦物
菱礦鐵:FeC03
鐵白云石:(Fe,Mg)[C03]2
含鐵礦物對(duì)大理石的影響:
大理石中含鐵礦物有碳酸鐵(菱鐵礦、鐵白云石)、硫化鐵(如黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦等)、氧化鐵(如磁鐵礦、鏡鐵礦等)及含鐵硅酸鹽礦物等(如含鐵石榴石、直閃石類、角閃石類、陽(yáng)起石、軟玉、綠泥石類、符山石、綠簾石、褐簾石、十字石、黑柱石、斧石、橄欖石等)。
大理石中的含鐵礦物,對(duì)大理石起好的作用多,起壞的作用少,具體情況千差萬(wàn)別。鐵白云石能使大理石變成灰色、菱鐵礦使其變成褐色、角閃石類礦物使其呈綠色-墨綠色-黑色,當(dāng)呈點(diǎn)狀、線狀分布時(shí),形成一定的圖案,產(chǎn)生特有的自然韻律,如北京房山艾葉青大理石。
一些橄欖石(有的蛇紋石化)、綠泥石、石榴石能使大理石呈綠色-黃綠色,如丹東綠、萊陽(yáng)綠、棲霞綠、大花綠、香蕉黃。在一些大理石中鐵銹表現(xiàn)最為明顯的是白色系列大理石,它們?cè)诓上轮?,并不表現(xiàn)銹跡,但其成分中的鐵礦微粒會(huì)很快氧化,生成鐵銹,最有代表性的是意大利卡拉拉白,開(kāi)采后會(huì)變成淺灰、淡黃色,出現(xiàn)條紋、片狀花紋等,這是成分中的硫鐵礦所致,等等。
前蘇聯(lián)學(xué)者雅諾夫曾研究過(guò)
石材http://www.stonebuy.com/中三價(jià)鐵(Fe³⁺)和二價(jià)鐵(Fe2?)的比值關(guān)系,其價(jià)值的不同對(duì)沉積巖的顏色產(chǎn)生不同的影響,見(jiàn)表2-2。
表2-2 三價(jià)鐵和二價(jià)鐵比例不同產(chǎn)生的顏色變化
若按雅諾夫的研究結(jié)果推導(dǎo),沉積巖型大理石中含鐵成分間比值不同( Fe3+,Fe2+ )而產(chǎn)生不同顏色,由此可解釋奶油紅大理石(江蘇宜興奶油紅、廣德紅等),是因巖石海鐵比值〉3.0所致;紅色大理石(遼寧鐵嶺紅)比值在1.6~3.0之間;灰色大理石(杭灰、云灰)比值在1.6左右等。當(dāng)然應(yīng)該承認(rèn)自然界主導(dǎo)
石材http://www.stonebuy.com/顏色的成因是多種多樣的,含鐵量多少及其比例是因素之一,不是絕對(duì)的。如紫色還可能有錳元素的摻入,黑色大理石還可能因?yàn)楹嘉镔|(zhì)或?yàn)r青物質(zhì)所致等。
大理石中起破壞作用的第一因素是黃鐵礦,其次是磁黃鐵礦,鎳黃鐵礦等硫化鐵礦物。他們?cè)诔?、常壓下,易風(fēng)化水解,生成99氧化鐵,再進(jìn)一步水化而生成褐鐵礦。硫化鐵分解后,有時(shí)留下立方體黃鐵礦假象,有的溶蝕成許多孔洞(如舊米黃大理石板材中常見(jiàn)1~3mm孔徑的空洞)。若氧化鐵溶液沿節(jié)理裂隙滲透浸染,從而形成鐵質(zhì)薄膜,使巖石遭受更大的污染,嚴(yán)重時(shí)形成色差,降低了裝飾效果。鐵鋁榴石,綠泥石類礦物風(fēng)化后留下環(huán)形空洞。這類礦物多了還會(huì)降低板材表面光澤度。
大理石中含鐵礦物的多少不一定和鐵銹多少成正比,主要是看含鐵礦物是否穩(wěn)定。比如即使含鐵量比較大,但如果是比較穩(wěn)定的硅酸鹽類礦物,如石榴石等,其污染的變化不一定很明顯。相反,如果是氧化鐵、硫化鐵,即使量少,但因其易被分解,而產(chǎn)生的污染也會(huì)較大的。
含鐵礦物對(duì)花崗石的影響
除含鐵硫酸鹽礦物外,大多含鐵礦物都有可能存在于花崗石中,但分布廣、數(shù)量多的是硅酸鐵礦物,其次是氧化鐵和硫化鐵礦物。含鐵礦物一般顏色深暗,對(duì)花崗石的裝飾性能起關(guān)鍵作用。暗色礦物集中者,常形成黑色、綠色
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如阜平黑(含 Fe0+Fe203,為14.43%--16.7% ),黑金剛石(含 Fe0+Fe203, 為10.02%),磐石黑(Fe203 為8.61%),偃師黑(Fe203 為 10.84%),清原黑( Fe203 ;8.61%),泰山綠( Fe203 ;2.64%);有的暗色含鐵礦物組成美麗的圖案,如菊花青,冰花黑( Fe203 ;8.64%)。
美化
石材http://www.stonebuy.com/的含鐵礦物還有很多,如綠豹斑、黑豹斑、龜板綠、中華綠、郵政綠、三峽綠( Fe203 ;3.0%),燕山綠(Fe0+Fe203 ;為11.24%),昌平黑白花(Fe0+Fe203 ;為14.45%),
泉州http://www.zongyi.com.cn/白(Fe0+Fe203 ;為 4.84%),湖南水芙蓉( Fe203 ; 3.54%),摩卡綠(Fe0+Fe203 ;大于6.30%),印度黑(Fe0+Fe203 ;大于13.2%),南非深黑花崗石(Fe0+Fe203 ;大于20.5%),辛巴威黑( Fe0+Fe203 ;大于11.5%),山西黑( Fe0+Fe203 ;15%)等。
人們對(duì)這種短時(shí)間(大約需要3~6個(gè)月)變色感到很奇怪,其實(shí)這是很正常的現(xiàn)象。對(duì)這種品種的使用應(yīng)存放一定時(shí)間或利用人工加速老化的方式,如日曬、加熱使之顏色穩(wěn)定后再加工或加工后放置一些時(shí)間再使用。
含鐵硫化物是花崗巖遭受破壞的第1原因,這是因?yàn)樗诔?、常壓下就容易風(fēng)化水解,生成氧化鐵,進(jìn)一步水化生成褐鐵礦,如果發(fā)生在
石材http://www.stonebuy.com/表面,就會(huì)出現(xiàn)被溶蝕的許多孔洞,其破壞機(jī)理與大理石相同,但溶蝕強(qiáng)度方面較之大理石為弱;
花崗石中第2破壞原因是黑云母,其節(jié)理面特別發(fā)育,沿其節(jié)理面易產(chǎn)生風(fēng)化,風(fēng)化后層層脫落,因而,在
石材http://www.stonebuy.com/表面形成小坑,花崗石中黑云母[K(Mg,F(xiàn)e)3][ALSi010(0H)2;]遭水及酸溶液作用,使其中的Fe3+釋放出來(lái),而浸染其他礦物,形成銹黃;
含鐵榴石及綠泥石類礦物是破壞花崗巖的第3個(gè)原因,它們風(fēng)化后易形成土狀物,經(jīng)風(fēng)吹水沖后,表面形成孔洞和凹坑,未風(fēng)化的綠泥石類礦物,因其晶體反射性差,磨出的光澤度不高,影響板材的美觀,如吉祥綠,(泰山綠)和孔雀綠等,一般光澤度低于70光澤單位。
(a)花崗石因風(fēng)化產(chǎn)生的銹。
接近地面的花崗石因常年受到自然風(fēng)化作用而脆化,而這種自然風(fēng)化侵蝕使得花崗石中的長(zhǎng)石類受到水及二氧化碳作用而呈黏土化,導(dǎo)致花崗石中含金屬的礦物內(nèi)金屬游離,如云母中的鎂、鈉、鐵也會(huì)黏土化,這種變質(zhì)作用使得鐵化成為褐鐵礦與赤鐵礦,為今后逐漸演變成鐵蝕埋下隱患。
還有花崗石中的云母化學(xué)成分并不相同,含鐵成分多的云母比較容易分解而生銹,判斷花崗石成銹原因的多少,可觀察長(zhǎng)年放置在采石場(chǎng)的荒料,以及礦體上切出的面在自風(fēng)化下的銹跡變化。
(b)因花崗石裂隙中充斥鐵礦石引起的銹。
(c)因地下水源、過(guò)境水、加工水中帶鐵離子而生成的銹。
除地下水、過(guò)境水中的鐵離子外,開(kāi)采加工過(guò)程中,如開(kāi)采時(shí)使用繩鋸冷卻水,加工板材使用冷卻水,砂漿中的鐵離子以及磨加工時(shí)的乳化液等都有可能是出現(xiàn)銹跡的原因。
?。╠)板材加工用酸造成的銹黃。
該方法在一定度上可以清洗掉絕大多數(shù)鋼砂,但也給花崗石本身含有的鐵礦(硫鐵礦居多)產(chǎn)生氧化或氯化的化學(xué)反應(yīng)提供了條件,其反應(yīng)物會(huì)出現(xiàn)黃褐色的氧化鐵、氯化鐵,被稱為一次性吐黃。
通常,鹽酸中的氯離子在一定條件下極易與花崗石中的鐵元素發(fā)生反應(yīng),建議切割完板材后應(yīng)用高壓水清洗
石材http://www.stonebuy.com/,避免用酸性溶液。如果用高壓水槍仍不能清洗掉殘留物,也不要使用鹽酸,可使用磷酸類清洗液。為防止二次(污染)吐黃,應(yīng)對(duì)色彩較淺的花崗石立即進(jìn)行防護(hù)處理。
a.砂巖的銹 砂巖中的成分除二氧化硅、三氧化二鋁、黏土外,有些砂巖,如澳洲海砂巖,還含有約9%左右的菱鐵礦,粒徑在0.1~0.3mm。因此,在開(kāi)采時(shí)砂巖呈現(xiàn)淡茶色外觀,經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)月的氧化可變成黃褐色,形成穩(wěn)定的花紋。我國(guó)云南武定、碌勸縣一帶出產(chǎn)的砂巖也有類似現(xiàn)象,因含鐵及其他元素的差別,云南砂巖表現(xiàn)出了多個(gè)花色品種,見(jiàn)表 2-3。
表2-3 云南砂巖因含鐵成分差別而分出的不同品種及性能對(duì)比
這種鐵質(zhì)花紋與茶水中的丹寧酸接觸,反應(yīng)后會(huì)生成黑褐色的花紋。雖然砂巖中的黑褐色花紋不會(huì)轉(zhuǎn)移和沖掉,只有變成黑褐色花紋才是穩(wěn)定的色彩,但卻使砂巖近似自然木紋的顏色、裝飾效果大為下降,有些品種就已不宜再稱為木紋石了。
如果原巖中含鐵礦物均為較穩(wěn)定的含鐵硅酸鹽礦物、不含硫化鐵、黑云母和鐵質(zhì)薄膜,哪怕它含鐵在10%以上,其巖石也是不易風(fēng)化的,如昌平黑白花(含鐵14.45%)、阜平黑(含鐵14.43%~16.7%)。