天然石材含鐵量的多少對石材的影響

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：

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FeO+Fe2O3：6.21%）、森林綠（含FeO+Fe2O3：5.31%）、豹皮花（含FeO+Fe2O3：3.40%）等。

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。

■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。

■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，硫化鐵為最不穩定的成分，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。