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石材翻新:含铁物质对石材的影响

 

石材是岩石经加工后所产生的制品,岩石是由矿物组成的,其中含铁矿物是石材中铁质的来源。铁元素在自然界中分布甚广,但大多以化合物的方式出现,由于铁元素属中等活泼性的金属,在高温下易和氧、硫、氯等元素发生强烈反应,并易溶于无机稀酸和浓盐酸的溶液中,同时浓碱溶液也易侵蚀铁。

因此铁只有以化合物(含铁矿物)的形态出现,才得以在自然界中保存下来。铁的化合物有氧化物、硫化物、硅酸铁、碳酸铁、硼酸铁、钨酸铁、硫酸铁等数百种,但以下列四种化合物为主要类别:
   
一、氧化铁:含铁氧化物的矿物有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿等。
   
二、硫化铁:含铁硫化物的矿物有黄铁矿、白铁矿、黄铜砂、黄锡矿等。
   
三、含铁硅酸盐矿物:有橄榄石、黑榴石、十字石、黑柱石、普通辉石等。
   
四、含铁碳酸盐矿物:有菱铁矿及铁白云石等。
   
由于石材本身含有赤铁矿或硫铁矿等上述的含铁矿物,此类铁矿物本身极易氧化而锈蚀,造成石材表面变色、变黄以及锈斑等缺陷,严重者甚至因铁质锈蚀后膨胀而产生结晶颗粒爆裂与孔洞。就含铁矿物对各石材的影响逐项说明:
   
一、含铁矿物对花岗石石材的影响除了含铁硫酸盐矿物外,大部分的含铁矿物都有可能存在花岗石中,属硅酸铁矿物的数量及分布最广,其次是氧化铁或硫化铁矿物。一般含铁矿物的颜色深暗,对花岗石的装饰美观价值有关键性的影响。花岗石中暗色矿物集中者,石材常呈黑色、绿色系,如摩卡绿(含FeO+Fe2O36.43%)、印度黑(含FeO+Fe2O313.2%)、南非深黑(含FeO+Fe2O320.5%),辛巴威黑(含FeO+Fe2O311.5%)等。黄铁矿、白铁矿等含铁矿物嵌入辉长岩中,因而形成了闪烁金光的黑金石材,印度黑金砂即为最显著的例子。含铁矿物在石材中的排列组合,丰富并美化了石材的装饰美观效果,使天然石材色彩变化绚丽,如孔雀绿(含FeO+Fe2O36.21%)、森林绿(含FeO+Fe2O35.31%)、豹皮花(含FeO+Fe2O33.40%)等。
   
二、硫化铁是花岗石遭受锈黄污染的主要原因之一,它在常温常压下易风化水解,生成氧化铁,再进一步水化成褐铁矿。硫化铁分解后,有时会留下立方体黄铁矿假象,有的溶蚀成许多孔洞。若氧化铁溶液沿着裂隙渗透浸染,从而形成铁质薄膜,使石材遭受污染,形成色差,降低石材装饰效果。花岗石中遭受破坏的第二主要原因为黑云母,片状组织极容易沿此面剥离且易风化,风化层脱落后在石材表面形成小坑。另外,黑云母常遭水溶液作用而产生释放Fe3+作用,而锈染其他矿物,产生严重锈斑。含铁镏石即绿泥石类矿物是花岗石遭受破坏的第三主因,它们风化后易形成土状物,经风吹水冲后,造成石材表面产生孔洞和凹坑。 
    
三、含铁矿物对大理石石材的影响,大理石中含铁矿物有碳酸铁、硫化铁、氧化铁及含铁硅酸盐矿物等。存在于大理石中的含铁矿物,因成分不同,对大理石的作用差别很大。铁白云石能使大理石变成灰色、菱铁矿变成褐色、角闪石类矿物则呈现绿色墨绿色黑色,呈点状、线状分布时,形成一定的图案,产生自有的丰富色彩变化;另外,绿泥石、石镏石会使大理石呈绿色或黄绿色。大理石石材遭受表面锈黄的主要原因为黄铁矿,其次是磁黄铁矿、镍黄铁矿等硫化铁矿物,其污染原因与花岗石相同,硫化铁分解后,有时会留下立方体黄铁矿假象,有的溶蚀成许多孔洞(如新米黄大理石板材中常见13mm孔径空洞)。铁铝镏石、绿泥石类矿物及含铁泥质矿物的抗风化能力较差,时间久了也会形成凹坑及空洞。
   
四、含铁成分对石材安全的影响,石材化学成分内,含铁成分的高低虽不完全决定石材安全性的高低,但却是石材本身发生病变(锈斑)的主要原因,对石材安全性的影响相当大。它是所有含铁矿物及附著在石材表面氧化铁含铁量的总和,一般以FeOFe2O3百分比(%)含量表示,因此反应不出原矿物成分中各含多少,也难以确定它抗风化的能力。前面已叙述过,不论是花岗石或大理石石材中,若内含有铁矿物以比较稳定的含铁矽酸盐矿物为主,而不是硫化铁、黑云母及铁质薄膜,石材即具备较强之抗风化性;反之,若石材中含铁矿物大多为不稳定的硫化铁、黑云母等,尽管含铁量低,石材抗风化的能力也有可能变得较差。
   
总而言之,不管是大理石或花岗石石材,含铁矿物的稳定性决定着石材的抗风化性,众多含铁矿物中,硫化铁为最不稳定的成分,黑云母次之,再者为含铁镏石和绿泥石类矿物。因此,在选择石材或鉴定石材病变时,应注意这些有害矿物的分布、含量及含铁矿物的耐风化性,以确保石材的安全性。

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