近年來寶石顏色改善的熱處理工藝綜述

剡曉旭，羅 潔

(華南理工大學廣州學院，廣州 510800)

近年來寶石顏色改善的熱處理工藝綜述

剡曉旭，羅 潔

(華南理工大學廣州學院，廣州 510800)

熱處理，通常是在氧化或還原的氣氛中，對寶石進行一定溫度和一定時間的加熱，再緩慢降至室溫，從而達到對寶石預期的改善目的，可以穩(wěn)定提升寶石的顏色和凈度。產(chǎn)自于斯里蘭卡的藍寶石會沿次生愈合裂隙充填大量的浸染狀黃褐色褐鐵礦，經(jīng)過熱處理后這種褐鐵礦會發(fā)生脫水反應而轉變?yōu)榧t褐色的赤鐵礦；加熱海藍寶石晶體內(nèi)部的生長空管中會產(chǎn)生黑色蜘蛛狀或煙霧狀色斑；經(jīng)過熱處理的低品質碧璽，在晶體內(nèi)部會出現(xiàn)礦物包裹體的熔蝕，從而愈合裂隙中氣液包裹體的缺失，部分指紋狀包裹體呈鏡面狀；熱處理后琥珀的顏色和凈度都明顯得到改善，但也會形成大量的盤狀裂隙稱之為“太陽光芒”；經(jīng)過熱處理的南洋金珠體色均勻，但在表面的凹坑或瘤刺處會有顏色富集，借助紫外-可見光分光光度計可以清晰地與天然南洋金珠區(qū)分開來。

熱處理；鑒定特征；彩色寶石

1 背景

珠寶玉石兼具美麗、耐久和稀少三大屬性，是人們生活中的貴重飾品，而人類對珠寶玉石挖掘和使用的歷史可以上溯至7000多年以前。隨著社會的不斷發(fā)展和進步，人們對珠寶玉石的喜愛有增無減，珠寶市場也日趨繁榮。改革開放以來，我國珠寶行業(yè)開始起步，到上世紀90年代，我國珠寶玉石行業(yè)進入到了一個高速發(fā)展的時期，而進入21世紀，我們珠寶行業(yè)更是以每年接近20%的速度增長。隨著珠寶行業(yè)的繁榮，消費者對于鉆石、紅藍寶石、祖母綠、金綠寶石、碧璽、水晶、翡翠和和田玉等傳統(tǒng)寶玉石的需求與日俱增，也極大地帶動了尖晶石、托帕石、沙弗萊石、海藍寶石、翠榴石和坦桑石等新興寶石的需求，它們的銷量也有明顯的上升[1]。目前，優(yōu)質的天然寶玉石主要產(chǎn)于緬甸、泰國、斯里蘭卡、巴西、馬達加斯加、坦桑尼亞和澳大利亞等國，但這些地區(qū)寶玉石礦床產(chǎn)量稀少，且地區(qū)偏遠，開采難度巨大。另外，礦區(qū)環(huán)境污染加劇，采礦成本也日趨提高，寶玉石的需求量的迅猛增長與高質量天然寶玉石的產(chǎn)出日趨稀少這種供需之間的矛盾，加劇了珠寶市場的不穩(wěn)定，也導致了大量的資本炒作。天然珠寶玉石(除部分有機寶石)不可再生和稀少的特性，正明顯的制約著珠寶玉石市場的繁榮和穩(wěn)定，因此對低品質的寶石進行合理的優(yōu)化處理已經(jīng)成為當今珠寶行業(yè)的大趨勢。

2 熱處理原理

熱處理(Heat treatment)，是一種常見的優(yōu)化處理手段，可以穩(wěn)定提升寶石的品質或者改變寶石的原始顏色，這種方法通常是在氧化或還原的氣氛中，對寶石進行一定溫度和一定時間的加熱，再緩慢降至室溫，從而達到預期的改善目的[2]。人類使用熱處理的方法來改善寶石顏色已有兩千多年的歷史，但具有商業(yè)目的的實驗只有幾十年[3]。目前國際市場上的剛玉紅、藍寶石、坦桑石約有90%～95%是經(jīng)過不同方法進行過熱處理加工的。同時經(jīng)過熱處理的改色寶石顏色相對較穩(wěn)定，寶石的物理、化學性質亦無太大變化，故類似于天然過程，可以把它看成是天然過程的延續(xù)和重復[4]。泰國的熱處理工藝十分發(fā)達，經(jīng)常被用來去除藍寶石中的褐色調或是減少藍色調[5]。低品質的馬達加斯加藍寶石多為暗藍色并帶有黃綠色調，經(jīng)過1300℃以上的加熱可以消除其黃綠色調轉變?yōu)槠焚|較高的深藍色藍寶石[6]。我國山東昌樂產(chǎn)的藍寶石也大都經(jīng)過長時間的熱處理來減少藍色調、去除乳白色以及提高透明度[7]。不僅紅藍寶石可以進行商業(yè)化熱處理，而且?guī)缀跛械闹閷氂袷伎梢酝ㄟ^熱處理技術提升品質和美觀度，例如黃綠色和淡藍色的低品質海藍寶石可以通過500℃左右的加熱處理獲得理想的藍色[8, 9]；粉-紫色尖晶石經(jīng)1600℃的加熱處理可以去除其紫色調，使晶體的粉紅色調更加濃艷[10]。

對于大多數(shù)的寶石來說，熱處理工藝仍然是最常見以及最基礎的優(yōu)化處理方式，紅寶石、藍寶石、琥珀和水晶甚至有著規(guī)范的熱處理工藝流程[11]。熱處理中影響寶石改善效果的條件主要有：P-T-t變化、氧化-還原氣氛控制和化學活動性物質[5]。這三種重要的條件相互作用，共同在寶石的顏色熱處理工藝中影響寶石的改善效果。P-T-t的變化，主要針對不同結晶環(huán)境的寶石，來自幔源礦床的寶石如鉆石、石榴子石和部分紅藍寶石通常需要較高的溫度和壓力；而那些形成于熱液礦床的則需要在相對較低的溫度和壓力條件下進行熱處理，過高的溫度和壓力會使這些寶石破裂或熔蝕。氧化-還原氣氛的選擇極大地影響著寶石顏色的形成，在氧化氣氛中Fe2+部分或全部轉變?yōu)镕e3+，原本淺黃色-淺紅色的藍寶石會變?yōu)轷r艷的橙黃色和深紅色；而在還原氣氛中Fe3+部分或全部轉變?yōu)镕e2+，原本黃綠色的藍寶石會有很大機率變?yōu)闈馄G的藍色藍寶石[12]。化學活動性物質的參與(如結晶硼砂、石英顆粒和碳酸鈉顆粒等)會極大地加快熱處理改色的效率，降低寶石表面熔點，確保寶石在升降溫時均勻受熱而不會導致裂隙的擴張[6, 13]。

如果在寶石加熱的過程中加入輔助致色的其他物質(Be和Co)或者將加熱溫度和壓力提高到極高的程度，則會衍生為全新的優(yōu)化處理方式，如表面擴散處理(Surface diffusion treatment)、體擴散處理(Body diffusion treatment)以及高溫高壓處理(HTHP treatment)。一定溫度的加熱處理還常常被用來去除輻照處理寶石后的不穩(wěn)定色心，提升輻照寶石顏色的濃艷度，甚至是還原輻照處理寶石的顏色。

3 常見熱處理寶石鑒定

(1)藍寶石

藍寶石，礦物名稱為剛玉，顏色多種多樣，主要有淺紅色、藍色、黃色、紫色、綠色和無色等。優(yōu)質藍寶石的產(chǎn)地主要有克什米爾、斯里蘭卡、緬甸、泰國、越南、加拿大和馬達加斯加等，在我國山東昌樂和海南部分地區(qū)也有大量產(chǎn)出，但品質通常較低。產(chǎn)自于斯里蘭卡的藍寶石會沿次生愈合裂隙充填大量的浸染狀黃褐色褐鐵礦，經(jīng)過熱處理后這種褐鐵礦會發(fā)生脫水反應轉變?yōu)榧t褐色的赤鐵礦[14]；產(chǎn)自于克什米爾的藍寶石經(jīng)過加熱處理可以消除不穩(wěn)定的色心和絲狀物，但也會使愈合裂隙中的氣液包裹體發(fā)生炸裂，鋯石被熔蝕并形成鋯石暈，這些特征都是判斷該地區(qū)藍寶石經(jīng)過熱處理優(yōu)化的重要鑒定特征[15]。

(2)綠柱石

淡藍綠色的低品質綠柱石經(jīng)過300℃～500℃的熱處理可以轉變?yōu)闇\藍色海藍寶石，但也會在晶體內(nèi)部的生長空管中產(chǎn)生黑色蜘蛛狀或煙霧狀色斑，部分氣液包裹體因加熱、氣液蒸發(fā)而形成空洞、盤狀裂隙、煎蛋狀包裹體[8]。

(3)碧璽

加熱處理可以提高暗粉色碧璽的飽和度，使淡色的碧璽顏色得到加深，如巴西巴拉伊巴州產(chǎn)的藍色碧璽深受人們的喜愛也具有極高的價值，大部分的帕拉伊巴碧璽都會經(jīng)過熱處理的優(yōu)化提高其顏色的明亮和鮮艷度[16, 17]。經(jīng)過熱處理的碧璽，在晶體內(nèi)部會出現(xiàn)礦物包裹體的熔蝕，愈合裂隙中氣液包裹體的缺失，部分指紋狀包裹體呈鏡面狀；但對于那些凈度高無裂隙的高品質碧璽，則需要借助大型的無損鑒定儀器加以甄別[18]。

(4)琥珀

原本黃色的透明度較低的琥珀經(jīng)過200℃左右的氧化氣氛加熱處理后，可以轉變?yōu)橥该鞫容^好的金黃色或血紅色琥珀，并形成大量的盤狀裂隙稱之為“太陽光芒”，這也是鑒定熱處理琥珀的重要特征[19]。

(5)南洋金珠

南洋金珠，指的是產(chǎn)自于菲律賓和印度尼西亞的金黃色天然或養(yǎng)殖海水珍珠。在過去的二十年中，南洋金珠被越來越多的人所熟知，尤其是深受我國消費者們的熱捧[20]。隨著需求的不斷擴大，一種經(jīng)過熱處理的南洋金珠也開始大量涌入珠寶市場。經(jīng)過熱處理的南洋金珠體色均勻，但在表面的凹坑或瘤刺處會有顏色富集，對其進行紫外-可見光分光光度計和紫外熒光的測試會發(fā)現(xiàn)熱處理的南洋金珠在330～385 nm范圍內(nèi)的吸收峰要遠遠弱于天然南洋金珠，且紫外熒光分布不均勻(見表1)，這些特征都能作為鑒定熱處理南洋金珠的有力特征之一[21]。

表1 南洋金珠譜學測試結果對比(根據(jù)Elen，2001)

4 結 語

寶石的熱處理，是一項極富有藝術感和挑戰(zhàn)性的優(yōu)化處理工藝。改善后的寶石價值得到大幅度的穩(wěn)定提升，且對佩戴者沒有任何不良影響。在熱處理的過程中，隨著加熱溫度、壓力、時間和化學活動性物質的變化，寶石的顏色也千變?nèi)f化，正是這樣，世界各地的商人們才瘋狂地迷戀著寶石的熱處理改善，并不斷完善其工藝流程。盡管對寶石熱處理工藝的研究已經(jīng)非常深入，但在商業(yè)熱處理改色中還是會有不少的失敗案例，因此如何增加熱處理改色的成功率使寶石的顏色按照預期目的進行改善是今后珠寶業(yè)界的重要研究方向。

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An Overview of Technology for Heating Processing for Gemstone Color Improvement in Recent Years

YAN Xiao-xu, LUO Jie

(GuangzhouCollegeofSouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,China510800)

Heating processing is a technology to heat the gemstone at certain temperature for a set period of time under oxidation or reductive environment and then cool it down slowly into indoor temperature in order to improve the quality of the gemstone, for example, to stabilize and improve the color and clarity of the gemstone. Large amount of disseminated yellowish-brown limonite fills the secondary healed fractures of the Sri Lanka sapphire. The limonite will be transformed into rufous hematite by dehydration reaction after heating processing; when heated, black spider shape or smoky stain will be produced in the growth blank pipe of the sapphire crystal; after heating processing, mineral inclusion inside the crystal of low quality tourmaline will be corroded and sequentially the deficiency of gas liquid inclusion in the fractures has been healed. Some of the inclusions are mirror like; the color and clarity of the amber have been significantly improved after heating processing, however, a mass of discoid fractures called "sun radiance"will be produced; the color of the South Sea pearls is uniform after heating processing, but color enrichment can be found in the pit or tumor on the surface. The natural South Sea pearls and the treated pearls can be easily distinguished with the help of ultraviolet-visible spectrophotometer.

heating processing; identification characteristic; colored gemstones

2017-02-20

剡曉旭(1988-)，男，碩士學位，2014年畢業(yè)于中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，地質工程專業(yè)變質巖方向，現(xiàn)就職于華南理工大學廣州學院珠寶學院，助教職稱，主要從事于寶石學的教學與研究工作，E-mail：yan2009xiaoxu@163.com。

剡曉旭，羅 潔.近年來寶石顏色改善的熱處理工藝綜述[J].超硬材料工程，2017，29(2)：61-64.

TS933

A

1673-1433(2017)02-0061-04