辰砂,又称朱砂、丹砂、赤丹、汞沙,是一种硫化汞(HgS)矿物,以其高含汞量(Hg质量分数86.2%)著称,是提炼汞的主要矿物原料。辰砂之名源于其古代主要产地辰州(今湖南沅陵等地),因其在该产地品质上乘而得名,并逐渐成为全国通用的矿物名称。同时,它也因其鲜艳的红色被形象地称为朱砂、丹砂等。中国是辰砂的主要产出国,其中湖南新晃、贵州铜仁、陕西安康、浙江昌化等地是著名的产地。此外,世界范围内还有西班牙阿尔马登、意大利尤得里奥、美国加利福尼亚沿岸山脉等地也出产辰砂。
基本介绍
辰砂(Cinnabar)系矿物名称,以古辰州产地命名,且为全国科学技术名词审定委员会公布的定名。在中国历史中还出现了不少以地方命名的这种矿物,如锦砂,是锦郡出产的,这是中国历史上的一个物品称谓的习惯。只有辰砂这一名称被矿界接受,并被正式命名,全国通用。辰砂又因其颜色特征,特别是其鲜艳的大红色,在民间又被称为“朱砂”或“丹砂”,这些名称在国画界尤为流行,并一直沿用至今。
辰砂的主要化学成分是硫化汞(分子式α—HgS或HgS),辰砂属三方晶系,色泽鲜艳,在中国的湖南、贵州、四川等地都有出产。辰砂的晶体呈板状或菱面体状,它的集合体成粒状或块状。纯净的辰砂具有金属光泽。有时表面会因覆盖氧化薄膜而呈铅灰色。辰砂的密度比较大,和银相仿,只出产在低温热液的矿床中,常与辉锑矿共生。辰砂是提炼汞的最主要的矿物原料。中医利用辰砂作为安神、定惊的药物;辰砂的单晶可以作为激光调制晶体,是现代激光技术的关键材料之一。
自然界中还有另一种黑色硫化汞矿物,称之为黑辰砂(Metacinnabar,分子式β—HgS),与辰砂互为同质异象,因时常混生,影响辰砂外观颜色。用升华的方法提纯混生矿物,升华后黑辰砂重结晶时变为辰砂,这样黑辰砂就不存在了,升华所得辰砂色泽纯正、鲜艳。
辰砂历史
辰砂研究历史
辰砂的研究历史悠久且丰富多彩,其作为颜料的使用可追溯到新石器时代,展现了人类早期文明对色彩和美的追求。
新石器时代的初步应用:辰砂最早出现在新石器时代彩陶中,如距今7000年左右的甘肃秦安大地湾就有多处发现。马清林等人分析研究之后指出,该遗址四期二段红色彩绘灰陶瓮口部红色颜料(样号:Q.D.F902④:20)和红色彩绘陶盆口沿部残片红色颜料(Q.D.T810③:37)均为辰砂。大地湾九掘区发现红、黑两色彩陶残片,经分析,红色颜料为辰砂,黑色颜料为碳黑,胶质为蜡质。
河姆渡文化的辰砂使用:在距今6600±300年的河姆渡村遗址第三文化层中发现漆碗,器壁外均有薄薄一层红色涂料,色泽鲜艳,微有光泽。专家推断用了辰砂,后经陈元生先生鉴定确实是辰砂。这些都是中国至今发现最早用辰砂的例证。上述秦安大地湾和河姆渡南北两地的辰砂使用事例,已充分证明中国先民在距今7000年左右的新石器时代,已在彩绘陶、木器使用了辰砂。
辰砂的广泛传播与多样应用可以从以下几个方面介绍:
1.仰韶文化及其他地区的发现:随着历史的推进,辰砂的使用逐渐扩散至全国各地。河南灵宝西坡遗址M27墓属仰韶文化中期晚段。墓中两件大口缸上腹部均有红色彩带,带上有加黑点的图案。其中一缸口唇部有朱砂痕迹。缸内填土中有涂抹朱砂的细麻布碎块。考古者推断“缸口原来用涂朱的麻布覆盖” 。湖北枝城市城背溪遗址(系公元前4400~3300年)出土一件盘形陶器,系涂了辰砂的彩绘陶;李士、秦广雍在《现代实验技术在考古学中的应用》例举了X-射线衍射分析,并指出该古陶彩绘红色颜料为辰砂,粉红色是辰砂和方解石混合物。
2.辰砂的宗教与丧葬用途:在新石器时代中晚期,辰砂在宗教和丧葬仪式中的地位逐渐凸显。青海乐都柳湾原始社会(新石器时代中晚期,约公元前3000—公元前2000年)墓地发现某尸骨之下撒有辰砂;广西花山岩画距今三千余年,工作者在画面中取了四个样品,均有辰砂;良渚遗址出土木器红色涂料中的颜料是辰砂;玉门火烧沟出土夏末商初红色颜料(甘肃省博物馆给出样品编号:红YH M 84)用X-射线衍射谱分析,结果是辰砂(HgS)和石英(α-SiO2)混合物。
夏商周时期的繁荣:进入夏商周时期,辰砂的使用达到了一个新的高峰。距今4000余年的河南偃师二里头宫殿遗址中有用辰砂绘制花纹的彩绘陶片,玉器、铜器都裹在辰砂里,还发现贮藏大量辰砂于三个坑中,同时出土的龙纹陶器内壁涂了辰砂,其量之大证明公元前2000年时那里使用辰砂之盛况。殷墟五号墓出土研磨辰砂工具及用辰砂涂了的甲骨文刻字 。山东长清仙人台遗址中,有六座周朝邿国贵族墓均在棺底铺撒约2cm厚的辰砂 。河北藁城县台西村商代中晚期遗址出土朱红地漆器,颜料是辰砂。山东临沂凤凰岭东周墓出土陶片,彩绘颜料红色均为辰砂。这些都进一步印证了辰砂在商周时期的高贵地位和广泛应用。
辰砂开采历史及开采政策变迁
开采历史
古代开采:辰砂的开采历史可以追溯到中国夏商时期,具有几千年的悠久历史。在古代,辰砂不仅被用作颜料,还广泛用于炼丹、防腐、随葬等多个领域。例如,秦始皇在炼制长生不老丹药时就使用了辰砂,这种做法一直延续到东汉时期。辰砂在古代文化中具有重要地位,常被用于书写、绘画及制作文物。历代皇帝批阅奏折时使用的朱砂墨,以及敦煌莫高窟和北京故宫城墙上的壁画,都体现了辰砂在古代社会的广泛应用。
近代开采:近代以来,随着工业化和城市化的发展,辰砂的开采逐渐规模化、产业化。中国成为世界上辰砂的主要产出国之一,产地主要集中在贵州、湖南等地。贵州万山曾是中国最大的汞工业生产基地,以出产优质辰砂而闻名。然而,长期的开采也给当地环境带来了破坏,迫使矿区在2002年关闭。此后,万山通过转型发展,从“中国汞都”变成了“朱砂古镇”,发展旅游和文化产业。
现代开采:在现代,辰砂的开采更加注重环保和可持续发展。中国政府加强了对矿产资源开采的监管力度,推动矿产资源开采向绿色、低碳、循环方向发展。同时,随着科技的进步和勘探技术的提高,中国辰砂的开采效率和产量也得到了显著提升。
政策变迁
管理萌芽阶段(1990年-2004年):在这一阶段,中国政府对矿产资源的管理开始萌芽,逐渐建立起一套相对完善的矿产资源管理制度。然而,针对辰砂等特定矿种的具体政策还不够完善。
规范化管理探索阶段(2005年-2014年):随着经济社会的快速发展和矿产资源需求的不断增加,中国政府开始加强对矿产资源的规范化管理。针对辰砂等矿产资源的开采、加工、销售等环节制定了一系列政策措施,以规范市场秩序、保护生态环境。
战略转型管理阶段(2015年-2017年):在这一阶段,中国政府将矿产资源管理纳入国家发展战略之中,推动矿产资源开采向高端化、智能化、绿色化方向发展。针对辰砂等矿产资源的开采提出了更高的环保要求和更严格的监管措施。
高质量发展阶段(2018年至今):进入新时代以来,中国政府更加注重矿产资源的高质量发展。针对辰砂等矿产资源的开采提出了更加科学、合理、可持续的发展规划。同时,加强了对矿产资源开采企业的监管力度,推动其转型升级、创新发展。
物化性质
辰砂化学成分为硫化汞,含Hg质量分数86.2%,常含有粘土、氧化铁、地沥青、白云石、石英、红铊矿等杂质。溶于盐酸,并产生带臭鸡蛋味的硫化氢。三方晶系,晶体呈板状或菱面体状,集合体呈不规则粒状、致密块状或土状,晶簇常呈菱形双晶体、大颗粒单晶体。半透明或不透明,鲜红、朱红、浅红、暗红色或条痕红色,有时表面带铅灰色的锖色。对光敏感,有很高的折射率,金属光泽、金刚光泽或玻璃光泽,摩氏硬度约2-2.5,比重约8-8.2,性脆。仅产于火山岩、热泉沉积物、低温热液矿床、断层角砾白云岩晶洞中,常与石英、雄黄、雌黄、方解石、辉锑矿、黄铁矿、红铊矿、黏土矿物等共生。外生成因的辰砂产于氧化带的下部,由黑黝铜矿分解而成。[20]辰砂是分布最广的汞矿物,产于中国的湖南、贵州、云南以及美国西部、西班牙、墨西哥产等地。含有辰砂条带的地开石,是中外驰名的鸡血石,为中国的著名印章石之一。
成因
辰砂的成因是一个复杂的地质过程,涉及火山活动、表生风化、氧化还原反应以及地质构造等多种因素的相互作用。这些因素共同作用使得辰砂在特定的地质环境中得以形成并富集。
形成环境与条件
辰砂是典型的低温热液矿物,其形成与近代火山作用密切相关。在火山活动过程中,火山岩浆喷发出来的含硫气体和热水与周围的地表水和氧气发生化学反应,形成了一种叫做黑黝铜矿的矿物,富集了汞和硫元素。黑黝铜矿在自然风化过程中,逐渐受到氧化作用而分解,其在先富集的铜、银等其它元素被再次溶解,汞和硫元素进一步富集,最终结晶形成了辰砂。
具体形成过程
火山活动与硫化物生成:在火山岩浆的喷发过程中,大量的含硫气体和热水被释放到地表。这些含硫物质与周围的水和氧气发生反应,形成了包括黑黝铜矿在内的多种硫化物。
自然风化与氧化作用:随着时间的推移,黑黝铜矿等硫化物在自然环境中逐渐受到风化作用。在这个过程中,黑黝铜矿与氧气和水发生反应,逐渐分解并释放出硫化氢等气体。
硫化氢与铅矿物质的反应:在温暖湿润的气候条件下,硫化氢气体与周围的铅矿物质(尽管辰砂本身不含铅,但此处可能指的是与辰砂共生的其他含铅矿物)发生反应,形成了辰砂。这一反应过程需要特定的化学环境,包括适宜的pH值、温度、压力以及足够的反应时间。
沉积与富集:随着地下水的流动和地壳运动的影响,汞逐渐在特定的地质构造中富集并形成辰砂结晶。这些地质构造通常包括火山岩、潜火山岩泥化蚀变带、热泉沉积物、低温热液矿床浅部带以及断层角砾白云岩晶洞等。
其他影响因素
辰砂的形成不仅受到火山活动和自然风化的影响,还受到地质构造、气候环境以及地下水流等多种因素的共同作用。例如,在特定的地质构造中,地下水中的汞物质更容易与硫发生反应形成辰砂;而在温暖湿润的气候条件下,有利于地表热液与周围环境的化学反应和辰砂的富集。
中国辰砂储量及分布
辰砂作为一种重要的矿物资源,在全球范围内具有广泛的分布和丰富的储量。在中国,辰砂主要分布在贵州、湖南等地,并形成了多个重要的产区和矿床类型。
这些地区的地质条件优越,有利于辰砂的形成和富集。具体来说,辰砂的分布特点如下:
贵州铜仁:贵州省是中国朱砂资源最丰富的地区之一,特别是黔东南地区的朱砂矿藏品质上乘,产量占全国总产量的很大比重。这里的朱砂色泽鲜红,质地细腻,被誉为“朱砂之都”。世界上曾经已知最大的辰砂晶体“辰砂王”便是在贵州东部万山汞矿区发现的。
湖南新晃:湖南省的辰砂资源丰富,主要分布在湘西地区。湘西地区的辰砂矿藏历史悠久,开采技术成熟,产出的辰砂质量上乘,深受市场欢迎。
其他地区:除了贵州和湖南外,陕西、浙江、四川、广西、湖北等地也有辰砂的分布。这些地区的辰砂资源虽然不如贵州和湖南丰富,但在当地经济中仍占有一定地位。
真伪鉴别
天然朱砂为粒状或块状集合体,呈大小不一的块或细小颖粒。块较大者表面暗红色,细小的片状或粒状者表面鲜红色,不规则薄片色红鲜艳,光亮如镜,触之不染手,具金刚光泽,半透明。质脆,硬度2-2.5,比重8.09-8.20,条痕朱红色至褐红色。
合成朱砂呈紫红色不规则块状或朱红色粒状及粉末。不溶于强酸,能溶于硫化钠和王水。
正品朱砂的理化鉴别:①于闭口试管中加热,变为黑色硫化汞;加碳酸钠共热,则变为金属汞球。②在开口管中烧之产生二氧化硫气体及金属汞球。③细末用盐酸浸湿后,里光洁的铜片上擦之,铜片表面显银白色。
以下列举一些伪品:
伪品一:赭石为氧化物类矿石赤铁矿。多粉碎成不规则小块或粉末,呈暗红棕色至棕红色,金属光泽不明显,质硬,硬度5.5-6,比重较正品小,为5-5.3,条痕樱红色。赭石主要含三氧化二铁(Fe2O3),能溶于强酸,其粉末加盐酸溶解后的溶液加硫氰酸钱试液显血红色,再加亚铁氰化钾试液生成蓝色沉淀,再加2500氢氧化钠试液沉淀变成棕色。
伪品二:矿渣、砂粒经染色而成。其与正品朱砂的主要区别为呈暗红色,质轻,水洗可使水染色,而矿渣、砂粒的红色变浅或褪去,无金属光泽。理化鉴别呈阴性。
伪品三:一种暗红色矿石(品种待定)呈不规则块状,暗红色,略有光泽,比重较正品小,断面略呈纤维状,较正品易碎,不溶于水,部分能溶于强酸。
掺伪品:朱砂的掺伪品主要有两类。一类是掺有赭石、红土或染色矿渣,一般色泽不均匀,水洗去色,颗粒间比重差异大。另一类中掺有铁等金属异物粉粒,可用磁铁吸附;茜素红染色碳酸盐模仿品密度低,加稀酸有气体产生。
应用价值
辰砂,又称朱砂、丹砂、赤丹或汞沙,是一种硫化汞(HgS)矿物,具有广泛的应用价值。
药用价值
辰砂在中医药领域具有重要地位,被用作安神、定惊的药物。其药性甘、微寒,有毒,归心经,具有清心镇惊、安神、明目、解毒、利尿的功效。
传统中医认为:
镇惊安神:辰砂可清心火,又可镇惊止痉,对于治疗癫痫发狂、高热烦躁、神昏谵语、惊厥抽搐等症状有显著疗效。
清热解毒:辰砂性微寒,无论外用还是内服,都具有清热解毒的作用,可用于治疗热毒疮疡、中毒、咽喉肿痛、口舌生疮等病症。
明目:辰砂还具有明目的功效,可用于治疗心肾不交所致的视物昏花、耳鸣耳聋、心悸失眠等病症。
此外,辰砂还常与其他药物配伍使用,如柏子养心丸、天王补心丸、朱砂安神丸等中成药中均含有辰砂成分,用于治疗心悸易惊、失眠多梦等症状。
应当注意,辰砂毕竟是含汞矿物,虽然其溶解度和Ksp极低,但是仍可以通过在消化道中形成配合物、螯合物的机制被人体吸收,从而导致汞中毒。中毒症状包括尿频尿急、尿汞升高、神情恍惚呆滞、乳糜泻,严重者可导致不孕不育、昏厥等。已知含朱砂的“仁丹”“安宫牛黄丸”都有过量服用导致汞中毒的实例。
工业价值
提炼汞金属:辰砂是炼汞最主要的矿物原料,其含汞量高达86.2%。在化学工业中,辰砂被用于提炼汞金属,进而用于制造各种汞化合物和汞制品。这些汞制品广泛应用于多个工业领域,如温度计、气压计、血压计等测量仪器中的汞柱,以及电池、荧光灯等电子产品中的汞元素。辰砂的开采和提炼历史悠久,对于推动人类工业文明的发展起到了重要作用。
颜料和染料:辰砂因其鲜艳的红色和稳定的化学性质,在古代常被用作颜料和染料。其粉末可用于绘画、书法、印章等领域,为艺术作品增添一抹亮丽的色彩。此外,辰砂的红色也被用于制作红色油漆和涂料,为建筑、家具等提供持久的红色装饰效果。在现代,虽然合成颜料逐渐取代了天然颜料,但辰砂的红色仍然受到一些艺术家和收藏家的青睐。
其他工业应用:除了上述应用外,辰砂还在其他工业领域中发挥着重要作用。例如,在陶瓷和玻璃制造业中,辰砂可以作为着色剂使用,为陶瓷和玻璃产品增添色彩。此外,辰砂还可以用于制作某些特殊功能的材料,如激光调制晶体等。这些材料在科技领域具有广泛的应用前景。
文化价值
辰砂在中国古代文化中占有重要地位,常被用作颜料和印章石。其鲜艳的红色和稳定的化学性质使得辰砂成为古代绘画和书法中不可或缺的材料之一。同时,辰砂也是制作印章的优质石材之一,因其质地坚硬、色泽鲜艳而备受青睐。
科研价值
辰砂作为一种典型的低温热液矿物,其成因和分布规律对于研究地球科学、地质学等领域具有重要意义。同时,辰砂的化学成分和物理性质也为材料科学、化学工程等领域的研究提供了重要参考。
收藏
辰砂收藏价值主要来源于高纯度辰砂的稀有性、独特的晶体形态、所具有的文化意义等特性。
稀有性:辰砂的蕴藏量虽然较大,但高纯度的辰砂极为罕见。开采难度大,伴生矿多,提纯过程复杂,使得高纯度的辰砂在市场上的供应量非常有限。因此,质好、稀有的辰砂具有极高的收藏价值。
独特的晶体形态:辰砂的晶体形态多样,有的呈块状、粒状,有的则形成双晶、连晶等复杂形态。这些独特的晶体形态不仅美观,还具有一定的科研价值,因此受到矿物爱好者和收藏家的青睐。
鲜艳的红色:辰砂的颜色红得耀眼,就像可以灼伤眼眸,其色泽鲜艳且稳定,不易褪色。这种独特的红色使得辰砂在珠宝和艺术品制作中具有广泛的应用前景,也为其增添了收藏价值。
文化意义:辰砂在中国传统文化中具有深厚的意义,被视为吉祥、避邪的象征。在古代,辰砂常被用于制作印章、绘画颜料等,具有很高的文化价值。因此,具有历史文化背景的辰砂更是收藏家们争相追逐的对象。
制作工艺品及饰品:除了整块的辰砂晶体外,一些以辰砂为原料制作的工艺品和饰品也具有较高的收藏价值。这些工艺品和饰品往往融合了传统工艺和现代设计元素,既具有美观性又具有实用性。例如,用辰砂粉压制的饰品不仅色泽鲜艳且耐久性好,深受消费者喜爱。
著名标本
“辰砂王”
特点:这是目前已知世界上最大的辰砂晶体,于1980年在贵州东部万山汞矿区发现。该晶体长6.54厘米,宽3.5厘米,高3.7厘米,净重237克。其质纯无暇,晶体巨大,颜色鲜艳,具有极高的观赏和科研价值。
收藏地:中国北京地质博物馆。
深红色辰砂
产地:贵州铜仁
特点:该标本长10cm厘米,宽9 cm厘米,高4 cm,为深红色辰砂原石,与石英矿物共生,微透明,颜色鲜艳且稳定,极具观赏价值。
收藏地:中国地质大学(武汉)逸夫博物馆。