越南安沛红宝石的宝石学特征及热处理工艺定量化研究

【摘要】：越南北部安沛(Yen Bai)省的陆安地区,作为宝石开采和交易的中心,赋存了东南亚一个具有重要经济价值的红、蓝宝石矿床。越南红宝石自上世纪八十年代发现,其勘探、开发都相对较晚,虽有高品质的越南红宝石存在,但目前市场供应不持续,并缺少对其宝石学和宝石工艺学的系统研究。本文采用常规宝石学测试、激光剥蚀等离子质谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、激光拉曼光谱仪、紫外-可见光分光光度计、显微紫外-可见-近红外光谱仪等分析手段对越南红宝石的各项宝石学性质和化学成分进行了详细的论述。研究结果表明,越南安沛红宝石属于典型的高Cr贫Fe型,颜色多带蓝紫色调,裂隙裂理发育。Cr元素作为红宝石中最重要的致色元素,其含量在浅紫红色、紫红色、深红色红宝石样品中分别从1000 ppm以下、1000~2000 ppm依次递增到4000~8000ppm,跨度分区较大。大部分R-3组深红色红宝石中的∑Fe含量低于仪器的检出下限,而R-4组橙红色红宝石由于主要因铁质浸染物致橙黄色导致∑Fe含量高于其他样品一个数量级。同时,不同颜色组别的越南红宝石在Fe-Cr配比投点图中显示出一定的分区性。红外光谱测试结果表明,样品在指纹区均显示五个红宝石的本征峰,部分样品可见明显的2931、2110、1980cm~(-1)由O-H基团伸缩振动引起的硬水铝石吸收峰。拉曼光谱显示与[AlO_6]基团的伸缩、弯曲振动有关的吸收峰。紫外-可见光吸收光谱中,吸收Y带和吸收U带的相对强度由入射光振动方向及晶体光轴方向的位置关系决定,当两者互相垂直时,蓝紫区的吸收峰要高于黄绿区,同时两处吸收中心的相对距离与宝石内部Cr~(3+)离子的质量分数密切相关。此外,越南安沛红宝石的包裹体在种类和数量上都极为丰富,常见的物质型包裹体有:方解石、磷灰石、锆石、硬水铝石、金红石等矿物包裹体,定向排列的流体包裹体,以及铁的氧化物或氢氧化物等次生包裹体,其中结晶矿物包裹体均具有典型的拉曼光谱标型特征。结构型包裹体主要显示为红宝石中的裂理和裂隙。颜色型包裹体主要表现为两种类型:一是具有产地意义的沿双晶生长面成层分布的蓝色色区,二是具有渐变结构的颜色分带。在离子氧化还原、离子扩散析出等原理的支撑下,对上述已分类的样品进行了不同温度、恒温时间、助熔剂条件的热处理实验。在高温组改色实验中,样品的颜色及局部透明度均得到明显提高。浅紫红色、紫红色和深红色越南红宝石对应的最佳恒温时间随其颜色饱和度的增加从6小时、9小时到12小时依次增长。低温条件下则对于实验样品的选择具有一定的要求,且恒温高于12小时才能对越南红宝石的颜色起到较明显的改善作用。综合对比不同阶段的改色效果可得出以下结论:从样品透明度的角度考虑,具有开放裂隙和发育裂理的样品不适宜进行低温热处理;对于内部包裹体较多的样品,高温热处理能够通过使更多的包裹体熔化进而提高宝石透明度;内部黄褐色色带明显的样品,可选择在高温条件下添加四硼酸钠和具强吸附性的γ-Al_2O_3的混合助熔剂辅助吸附色带处的杂质离子进而解决样品颜均一性的问题;而对于内部干净、仅颜色较差的样品,低温长时间加热与高温短时间加热的效果相近,但目前从市场接受度来看,低温热处理由于其鉴定特征模糊而更易被消费者所接受。实验最后以重现性好、客观性强的色度学理论为基础,定量化描述红宝石在不同热处理条件下的改善效果和改色效率。研究证实以分光光度计和颜色计算软件组合而成的颜色测量体系能够弥补比色石、Gem Dialogue比色卡在红宝石颜色评定中的缺陷。通过这种形式采用定量化数据分析红宝石的颜色参数及评价其优化处理的效果,在保证红宝石颜色描述的客观性的同时,可辅助对红宝石进行颜色分类以及判断最佳的热处理条件。