Tri thức Khoa học Địa chất

Khoáng vật Đá quý

Subscribe to RSS feed

Inclusions in Quy Chau ruby of Vietnam and their origin

By: Pham Van Long1*, Hoang Quang Vinh2, Nguyen Xuan Nghia3[/ALIGN]

1.Centre for Gem and Gold Research and Identification, 91 Dinh Tien Hoang, Hanoi, Vietnam *Author coresspondence: Pham Van Long, Centre for Gem and Gold Research and Identification, 91 Dinh Tien Hoang, Hanoi, Vietnam. E-mail: lngphamvan@fyahoo.com
2.Institute of Geological Sciences, NCNST, Nghia Do, Cau Giay, Hanoi, Vietnam
3.Institute of Materials Science, NCNST, Nghia Do, Cau Giay, Hanoi, Vietnam

Abstract: In this paper we present the study of the inclusions in ruby from Quy Chau. The gemological characters of the inclusions were examinated by optical microscopy technique. Its compositions were analysed by Raman scattering and SEM (Scanning Electron Microprobe) methods. An assemblage of anatase, andalusite, anorthite, apatite, biotite, boemite, brookit, calcite, corundum, diaspore, dolomite, graphite, margarite, muscovite, phlogopite, pyrite, rutile, zircon and zoizite inclusion were found. Especially, the compositions of gas - liquid phase in multi-phase inclusions and negative crystals were discribed. The forming conditions and origin of the host ruby have been discussed.

Materials and methods
The samples were collected by the authors during diffirent field works. The samples used for this study consisted of faceted rubies, rough and polished samples.
The inclusion features were examined under gemmological microscope with Gemolite instrument. The inclusions first are discriminated and discribed in shape and color characteristics, in their optical and distribution features and are photographed before being introduced into SEM methods or Raman spectroscope for futher study.
All Raman spectra of inclusions in ruby are registered in LABRAM-1B Raman micro spectrum device of Jobin - Yvon firm. LABRAM-1B measuring system is an integral system joined with Olimpus BX40 optical microscope.
Raman spectrum measurements are realized via crystal surface or via specimen section. The searching for inclusions and the choosing of measurement point are realized by means of object lens with a 50 times magnifying power, with a working distance of 8mm length and the diameter of converged laser trace is about 3 m. Spectroscopy light is reconcentrated by inverse spectroscopy and transmitted to the spectrometer entrance. To avoid the very strong fluorescence of ruby in the zone of 640-745mm wave - length, we have used stimulating light with 488,0nm wave - length of argon laser. The collecting source is Charge coupled device (CCP) refrigerated by peltier battery working in visible zone. Raman spectrum measurements are realized by a device making 1800 streaks/mm.

Study results
- Mineral inclusions already found consist of: anatase, andalusite, anorthite, apatite, biotite, boemite, brookit, calcite, corundum, diaspore, dolomite, graphite, margarite, muscovite, phlogopite, pyrite, rutile, zircon and zoizite. Others study found sphene and nepheline inclusions (Dao et al, 2001)[3].
- Gas-liquid inclusions consist of diphasic and multiphasic inclusions distributed as negative crystals. They are primary or secondary inclusions which develop accordingly to their growing structure or to the cracks healed with gaseous phase components (generally CO2, H2S). Especially, for the first time, liquid inclusions containing the combination of CO2-H2S-COS-S8-AlO(OH) were found.
Characteristics of some inclusions are as follow:

Apatite: In ruby from Quy Chau, apatite can be at the same time protogenetic and syngenetic inclusions. Being protogenetic inclusions they are generally corroded shape. Whereas for syngenetic inclusions, their complete original hexagonal prismatic shape is still maintained (Figure 1). Apatite inclusions are generally in yellowish color or colorless. They are transparent and in low relief. Regarding repartition characteristics, apatite inclusions are generally distributed together with phlogopite, calcite, rutile and zircon in which the most popular composition is apatite - calcite - phlogopite.

Bao thể apatit

Calcite: is one of the most popular inclusions found in almost studied specimens of Quy Chau mines. They are generally in many different shapes (Figure 2). They can be relatively complete crystals with their cleavage system or can be uncompleted corroded crystals. At Quy Chau calcite inclusions are generally distributed together with zircon, corundum, apatite, rutile and the compositions of calcite - anatase - apatite (Figure 5); calcite - rutile - zircon - corundum; calcite - corundum - apatite were generally found.

Bao thể calcit

Rutile: Is a rather popular inclusion. In ruby, rutile exists generally with many different shapes, including complete prismatic crystals (Figure 3), spindle-shaped, or fiber shaped crystals which are results of the exsolution process. In the shape of complete crystals, rutile inclusions are generally in redish-brown color with metallic or semi-metallic lustre and in many of them, their knee-twin phenomenon can be observed. These rutile inclusions can be round or angular crystals; this proved that they could be formed at different stages in comparison with corundum crystals.
The second types of rutile inclusions are needles and very thin fiber inclusions. These inclusions are formed by the exsolution processes at later stage. The appearance and concentration of these inclusions make cloud, milky effects which are very popular.

Bao thể rutin

Zircon: Most of zircon inclusions are protogenetic. They are generally corroded and have no more complete crystal shape. Characteristics of zircon at Quy Chau are of colorless and transparent inclusions with high relief and strong diamond lustre (Figure 4). Besides, a characterizing mark of zircon is the apparition of "haloes" radioactive rims around inclusions. These rims are the result of radioactive element disintegration in the components of inclusions themselves: Generated stresses increased the volume of inclusions and beget destructions around them. In Quy Chau ruby, zircon inclusions are generally distributed together with rutile and calcite.

Bao thể zircon

Beside principal inclusions which are mentioned above, in study processes we found the compositions of anorthite and andalusite (Figure 6) and the mica inclusions that was a transitional mineral between muscovite and phlogopite (Figure 7). The presence of these inclusions in Quy Chau ruby provided helpful informations to debate the origin of host ruby (see the discussion below). Morever a number of inclusions such as dolomite, pyrite (Figure 8), graphite (Figure 9), phlogopite, muscovite, and zoisite are found with a less degree of popularity. Pyrite and zoisite inclusions are for the first time discovered and described in Quy Chau ruby. Pyrite is generally of a faded copper yellow color with uncompleted cubic crystal shape since its edges have been slightly corroded. Zoisite is the typical inclusion for ruby from Quy Chau and it also indicated for the metamorphism origin of ruby here.

Gas - liquid inclusions: Gas - liquid inclusions in Quy Chau ruby are existing in two shapes: primary (Figure10) and secondary inclusions. Gas - liquid primary inclusions are formed at the same time with the growing up processes of ruby crystals and are covered by host crystals. Inclusions of this type are generally monophasic or diphasic and some time triphasic, their characteristic shape is spherical or flat and many times they are negative crystals. Secondary inclusions are formed after ruby and sapphire crystals have been completely grown up; their apparition is generally relative to the cracks, which are filled up by liquid and then healed up. These inclusions are generally in fingerprint and feather type. Components of liquid inclusions with determined gaseous phase are generally CO2 and H2S. CO2 is registered by Raman peak at 3580-3700cm-1 while H2S is determined by Raman peak at 2603cm-1. Diaspore is found either as very rare solid inclusions, as prismatic crystals or as a non visible film coating the wall of the whole inclusion cavity. Diaspore was identified by its Raman lines at 331 and 448 cm-1, respectively. Native sulphur is present at room temperature, as very rare solid globules in the inclusions but it is commonly nucleated from a non visible thin layer during laser irradiation. S8 was identified by its characteristics peaks at 220 and 462 cm-1. It is worth noting that COS molecules were identified by their Raman line at 857 cm-1.

Discussions
- Inclusions composition which have been discovered in Quy Chau ruby is very diversified and abundant that proved the multi-origins of the ruby formation in Quy Chau. If inclusions were individually separated, each of them could be formed in different kind of origin, but the association of them in the same specimen determined a certainly condition of their formation or in other words, a determined kind of origin. The composition of inclusions in ruby from Quy Chau can be classified in two origins, including metamorphism and metasomatism. The typical inclusions of metamorphism are anatase, diaspore, muscovite, andalusite, anorthite, zoisite, and CO2-H2S-COS-S8-AlO(OH)-bearing fluid inclusions. The co-existence of anorthite and andalusite inclusions in ruby from Quy Chau proved the host ruby were formed from mica minerals, that related to the metamorphic reaction:
CaAl4Si2O10(OH)2 -> CaAl2Si2O8 + Al2SiO5 + Al2O3 + H2O
margarite -> anorthite + andalusite + ruby

Besides, analyzed result of mica inclusion in Quy Chau ruby (figure 6) gave SiO2=44.44%; Al2O3=33.26%; MgO=8.20%; K2O=10.00%; TiO2=1.56%; F=2.54%. This compositions were typical in high content of Al2O3 (nearly the same with the content of Al2O3 in muscovite) and low content of MgO (closed to the content of MgO in phlogopite). For this reason, we can conclude that this mica inclusion were the transitional mineral between muscovite and phlogopite and it is indicated the existence of metamorphic reaction to form ruby from dolomite and muscovite:

3CaMg(CO3)2 + KAl3Si3O10(OH)2 -> KMg3(AlSi3O10)(OH)2 + 3CaCO3 + Al2O3 + 3CO2
dolomite + muscovite -> phlogopite + calcite + ruby

The typical inclusions of metosomatism origin are calcite, dolomite, apatite, phlogopite and pyrite that related to the dolomite-marble formation in Quy Chau area.
- The popularity of corundum inclusions in ruby and moreover the development of gas - liquid inclusions in both primary and secondary type have proved the multi - stage character in the formation of ruby at Quy Chau area. Corresponding to each stage is a determined formation phase of ruby which results in the distribution of ruby on a large area and related to different geological formation.
Acknowlegement

The authors wish to thank Dr. Nguy Tuyet Nhung for scientific discussion. Thank to Mrs. Nguyen Thu Hoa from V-ICT Corp. for correcting this manuscript.

References
1. Deer W. A. et al.,(1992), The rock-forming minerals, 2nd Edition. Longman Group UK Ltd.
2. Giuliani G., Hoang Quang Vinh, Lhomme T., Dubessy J., Banks D., Fallick T.,Virginie G., Ohnenstetter D., Trinh Phan Trong, Long Pham Van (2003) CO2-H2S-COS-S8-AlO(OH)-bearing fluid inclusions in ruby from marble-hosted deposits in Luc Yen and Quy Chau, North Vietnam. Abstract GAC-MAC-SEG Joint Annual Meeting, Vancouver, Canada, May 25-28, pp. 317.
3. N. Q. Dao; Delaigue L, (2001) Etudes des inclusions dans les rubys Vietnamiens par spectrometries optiques. International Workshop on Material Characterization by Solid state spectroscopy: Gem and Mineral of Vietnam. Hanoi, April, 4-10th , 2001.
4. Pham Van Long 1996 Preliminary results of the study on the genesis and the forming conditions of curundum at Luc Yen mine. Journal of Geology, A/237. Ha Noi.
5. Pham Van Long (1999). Journal of Geology A/252, 21-28, Ha Noi.
6. Spear F. S. (1993) Metamorphism. Mineralogical Society of America, Michigan, USA.


Figure caption

Figure 1. Sharply defined hexagonal crystal of apatite inclusion provides an unmistakable of its presence in Quy Chau ruby, magnification 35x.
Figure 2. Calcite inclusions in Quy Chau ruby are recognized by their cleavage feature, magnification 28x.
Figure 3. Assemblage of inclusions of rutile (pear shape) and apatite (corroded forms) in Quy Chau ruby, magnification 30x.
Figure 4. Zircon inclusion occurs together with the swirl features, magnification 40x
Figure 5. Raman spectrum of calcite, apatite and anatase inclusions in the samse sample of ruby from Quy Chau.
Figure 6. SEM image of anorthite and andalusite inclusions
Figure 7. Spectrum and SEM image of a transitional mica inclusions
Figure 8. SEM image of well-formed and little corroded of pyrite inclusion, magnification 300x.
Figure 9. SEM image of plates of graphite inclusions, magnification 300x.
Figure 10. Primary liquid inclusions that contained CO2-H2O-COS and sulfur (S).

Nghiên cứu quy trình xử lý nhiệt làm tăng chất lượng của ruby, saphia tận thu triệt để nguồn tài nguyên khoáng sản của Việt Nam

, , ,

Nghiên cứu mô hình hoá quá trình thành tạo ruby trong đá hoa mỏ Lục Yên, Yên Bái

, ,

Nghiên cứu các đặc điểm tiêu hình của ruby, saphia Việt Nam

, ,

Nghiên cứu quy trình xử lý làm tăng chất lượng một số loại đá quý nhóm II (thạch anh, peridot, zircon)

, ,

Tóm tắt Báo cáo Đề tài khoa học cấp Bộ, Bộ Công Thương 2006
Chủ nhiệm: TS. Phạm Văn Long


1. Công nghệ xử lý nhiệt zircon Việt Nam
1.1. Chuẩn bị mẫu

Ở Việt Nam zircon thường được khai thác kèm với saphir trong các sa khoáng (chủ yếu là sa khoáng aluvi) tạo thành với các mỏ liên quan với basalt. Đó là các mỏ ở Tây Nguyên (Đak Tôn, Di Linh, Đak Long), ở miền Đông Nam bộ (Ma Lâm, Đá Bàn) và miền Nam Trung bộ (Ngọc Yêu). Zircon miền Nam Việt Nam có mầu từ nâu đỏ, nâu cánh rán, vàng hoặc không mầu. Để thử nghiệm công nghệ xử lý nhiệt chúng tôi chủ yếu tập trung vào loại zircon mầu nâu đỏ, mầu nâu, nâu vàng và không mầu, có độ trong suốt từ đục đến bán trong và trong suốt. Mẫu thử nghiệm được chọn gồm 2 lô: lô mẫu thô và lô mẫu được chế tác. Ngoài ra để so sánh kết quả chúng tôi đã chọn thêm một lô mẫu thô từ Cambodia.
Lô mẫu zircon thô của Việt Nam được chọn có mầu nâu đỏ, nâu, nâu vàng, kích thước từ 2-3 mm đến 6-7mm và có độ trong suốt khác nhau. Đây là lô mẫu được chúng tôi thử nghiệm đầu tiên trước khi xử lý các lô mẫu đã chế tác. Tùy thuộc vào độ trong suốt chúng tôi lại chia chúng thành 3 lô: A, B và C với độ trong giảm dần. Độ trong suốt ở đây phản ánh mức độ phá hủy cấu trúc tinh thể của zircon do hiện tượng phân rã phóng xạ tự nhiên. Với mỗi lô mẫu chúng tôi đã thử nghiệm các quy trình xử lý khác nhau, với các thông số xử lý khác nhau, trên cơ sở kết quả thu được sẽ lựa chọn quy trình xử lý tối ưu. Các thông số xử lý được lựa chọn trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã được các nhà chuyên môn công bố.

1.2. Kết quả xử lý
Zircon mầu tự nhiên có thể chế tác làm đá quý không nhiều, trong đó loại mầu lơ đặc biệt hiếm và thuộc loại zircon cao. Các loại mầu khác (đỏ nâu, da cam, vàng, lục...) có thể chế tác ngay nhưng chất lượng và giá trị lại không cao. Các loại zircon này đều thuộc loại đã bị biến đổi do quá trình phân rã phóng xạ trong cấu trúc tinh thể của chúng.
Cho đến nay zircon tự nhiên đã được thử nghiệm xử lý bằng các công nghệ và kỹ thuật khác nhau, trong đó chủ yếu là công nghệ xử lý nhiệt hoặc xử lý nhiệt kết hợp với chiếu xạ. Đa số zircon có mặt trên thị trường đá quý thế giới cho đến nay đều là loại đã được xử lý nhiệt. Kết quả nghiên cứu thử nghiệm cho thấy loại zircon có thể xử lý nhiệt để nâng cấp chất lượng đại đa số đều thuộc loại zircon trung bình (mức độ phá hủy cấu trúc còn chưa cao). Loại zircon trung bình này gặp nhiều nhất trong các mỏ và thường có mầu nâu phớt đỏ hoặc da cam, đôi khi có tên gọi là hyacinth. Chúng có thể xử lý bằng nhiệt trong khoảng nhiệt độ từ 1.000 đến 1.400oC để khôi phục trạng thái “cao” ban đầu. Trong khi đó loại zircon thấp (loại chứa lượng tạp chất phóng xạ cao nhất) thì không thể xử lý nhiệt được, kể cả ở nhiệt độ 1.450oC và trong khoảng thời gian thích hợp.
Kết quả thử nghiệm các quy trình và chế độ xử lý khác nhau đối với loại zircon mầu nâu đỏ cho thấy:
- Ngay ở nhiệt độ xử lý tương đối thấp (150 - 300oC) mầu sắc và độ trong suốt cũng đã thay đổi, tuy nhiên sự thay đổi này không làm chất lượng zircon tăng lên đáng kể. Các kết quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu trước đó (hình 2.9).



Hình 1.1. Sơ đồ xử lý zircon theo Wild, 1938

- Nếu nung zircon trong môi trường khử (thiếu oxy) trong khoảng nhiệt độ cực đại 800 - 1.000oC với thời gian từ 2 đến 4 giờ thì đa số các viên zircon mầu nâu đỏ sẽ chuyển sang mầu lơ (hình 2.11). Nung ở nhiệt độ cao hơn (hình 2.12) hoặc thấp hơn, hoặc kéo dài thời gian nung đều cho kết quả kém hơn (mầu lơ nhạt hoặc mất mầu). Mầu lơ đậm hay nhạt vừa phụ thuộc vào độ trong suốt của mẫu ban đầu, cũng như vào cường độ của môi trường khử. Nếu nung tiếp các viên mầu lơ nhạt trong các điều kiện như trên thì một số viên có thể thành lơ đậm hơn.
- Nếu nung zircon trong môi trường ôxy hóa hoặc trong không khí trong khoảng nhiệt độ cực đại 800 - 1.000oC với thời gian trung bình 3 giờ thì phần lớn các viên zircon mầu nâu đỏ sẽ chuyển sang mầu vàng, da cam, một số viên thành không mầu. Độ trong suốt của chúng cũng được tăng lên đáng kể. Một số viên mầu vàng, da cam hoặc đỏ nếu nung tiếp trong môi trường khử với các thông số xử lý như trên có thể thành mầu lơ.
- Mầu lơ là mầu được ưa chuộng nhất đối với zircon vì vậy quy trình xử lý nhiệt tối ưu đối với zircon mầu nâu đỏ Việt Nam là: nhiệt độ xử lý cực đại 800 - 1.000oC, thời gian nung ở nhiệt độ tối đa: 2 - 4 giờ, môi trường khử (hình 2.13).
Toàn bộ các kết quả thử nghiệm xử lý nhiệt zircon Việt Nam của Đề tài được thể hiện trên hình 2.10 .



Hình 2.10. Sơ đồ thử nghiệm các quy trình khác nhau xử lý zircon Việt Nam
Kết quả xử lý nhiệt các lô mẫu trên được thể hiện trên các hình từ 2.11 và 2.12 .


Môi trường khử


Môi trường ôxy hóa
Hình 2.11. Kết quả xử lý nhiệt zircon Việt Nam (lô C)
Nhiệt độ tối đa: 1000oC. Thời gian nung ở nhiệt độ tối đa: 3 giờ.



Hình 2.12. Quy trình xử lý tối ưu đối với zircon mầu nâu đỏ
Nhiệt độ xử lý tối đa: 800 - 1.000oC, thời gian xử lý ở nhiệt độ tối đa: 2 - 4h,
môi trường xử lý: môi trường khử.


Như vậy, dưới tác dụng của nhiệt độ và môi trường xử lý, các hiệu ứng giảm chất lượng do sự phân rã phóng xạ có thể được khắc phục, cấu trúc tinh thể của zircon có thể trở nên đồng nhất hơn, do đó ánh, độ trong suốt và mầu sắc của zircon sẽ được cải thiện đáng kể. Viên đá sẽ trở nên bền vững và đẹp hơn nhiều, lúc này nó lại được coi là zircon cao.

1.3. Kết luận
- Xử lý nhiệt có thể làm ổn định cấu trúc tinh thể của zircon trung bình mầu nâu đỏ, nâu xẫm và nâu vàng.
- Dưới tác dụng của nhiệt độ và điều kiện môi trường các loại zircon trên sẽ chuyển thành mầu lơ, mầu vàng da cam, không mầu hoặc có dải mầu.
- Trong một số trường hợp các mầu sau xử lý có thể chuyển đổi cho nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường (khử hoặc ôxy hóa).
- Công nghệ xử lý nhiệt có thể làm tăng đáng kể chất lượng và giá trị của zircon Việt Nam. Loại zircon mầu lơ có mặt trên thị trường hầu hết đều là loại đã xử lý nhiệt từ zircon mầu nâu phớt đỏ tự nhiên. Loại zircon này không chỉ phổ biến ở miền Nam Việt Nam mà còn có nhiều ở Campuchia và Thái Lan. Hầu hết zircon mầu đỏ, đỏ da cam, đỏ tím đều là loại chưa qua xử lý nhiệt.
- Mẫu sau xử lý nhìn chung đều ổn định theo thời gian và dưới tác dụng của nhiệt độ.

2. Công nghệ xử lý nhiệt thạch anh việt nam
2.1. Chuẩn bị mẫu

Trong khuôn khổ của đề tài chúng tôi lựa chọn đối tượng nghiên cứu chủ yếu là biến loại thạch anh màu tím (ametit) và màu vàng (citrin), bởi các lý do sau:
- Đây là hai biến loại được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực sản xuất hàng trang sức hiện nay, và giá trị của chúng tương đối cao.
- So với các biến loại khác thì biến loại này khá phong phú.
- Màu sắc của chúng thường không đồng nhất, việc sử dụng ngay làm hàng trang sức là hầu như không thể, do vậy cần thiết phải có các quy trình xử lý để cải tạo chất lượng màu sắc của chúng.
Các mẫu được nghiên cứu thực nghiệm trong đề tài được thu thập từ các vùng mỏ khác nhau của Việt Nam (Bac Kạn, Gia Lai, Nha Trang, Gia Nghĩa,...), mẫu được phân loại theo độ trong suốt và tính đồng nhất của màu sắc, được chụp ảnh để tiện cho việc đối sánh kết quả (hình 3.2 và 3.3).

Hình 3.2. Các lô mẫu ametit thô trước khi xử lý

Hình 3.3. Đặc điểm đới màu của ametit trước khi xử lý
2.2. Kết quả xử lý nhiệt
Kết quả nghiên cứu của một số tác giả cho thấy, dưới tác dụng của nhiệt độ cao ametit, citrin, thạch anh ám khói và thạch anh hồng đều có khuynh hướng chuyển sang không màu. Bằng phương pháp xử lý nhiệt có thể chuyển các loại thạch anh có chất lượng thấp màu tím và ám khói sang loại có màu vàng nhạt hoặc cam đỏ nhạt với chất lượng cao hơn và được thị trường ưa chuộng hơn.
Đối với amestit dưới tác dụng của nhiệt độ chúng sẽ chuyển sang màu vàng phớt nâu.
Thạch anh ám khói khi nung ở nhiệt độ 572 - 752oC màu sẽ bị nhạt đi.
Ametit khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ 878 - 1382oC sẽ cho màu vàng sáng, nâu đỏ hoặc màu lục hoặc không màu. Một số loại ametit bị mất màu ở ánh sáng bình thường và màu sẽ khôi phục khi chiếu xạ tia X.
Citrin tự nhiên khá hiếm trên thương trường và lượng chủ yếu citrin là do ametit hoặc thạch anh ám khói bị xử lý nhiệt. Ametit chuyển sang vàng nhạt ở nhiệt độ 470oC và màu vàng tối tới màu nâu nhạt ở nhiệt độ 550-560oC. Thạch anh ám khói chuyển sang màu vàng sớm hơn ở nhiệt độ khoảng 300-400oC. Đa số citrin tự nhiên có maù vàng rất nhạt và khi bị xử lý sẽ không còn tính đa sắc, trong khi đó citrin tự nhiên có tính đa sắc yếu.


Hình 3.4. Sơ đồ xử lý nhiệt các biến loại nhóm thạch anh theo Nasau [3].

Kết quả xử lý thực nghiệm của chúng tôi trên các lô ametit cũng cho các kết quả khá giống với các nghiên cứu khác (hình 3.5). Đầu tiên ametit được đốt ở nhiệt độ 150oC, khi đó chưa có biến đổi gì xảy ra. Nhiệt độ tiếp tục được tăng lên từ từ và sau mỗi 50oC mẫu được lấy ra và quan sát sự biến đổi màu sắc. Khi nhiệt độ tăng lên đến 350-400oC màu tím bắt đầu biến mất dần và mẫu chuyển sang màu vàng (citrin) (hình 3.5). ở khoảng nhiệt độ 500oC thì màu vàng đậm nhất. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ thì màu vàng sẽ lại nhạt đi, và đến đây chúng tôi dừng quá trình xử lý lại. Một số các nghiên cứu khác cho thấy nếu tiếp tục giữ nhiệt độ ở khoảng 550-600oC trong thời gian hoảng 15-20h thì sẽ tạo ra thạch anh sữa và có hiệu ứng giống như đá mặt trăng. Tuy nhiên chúng tôi không đề cập đến quy trình này trong nghiên cứu của đề tài. Các nghiên cứu khác cũng cho thấy ở nhiệt độ thấp hơn 500oC (trong khoảng 400-450oC) thì ametit sẽ chuyển sang màu lục nhạt. Quá trình này không được chúng tôi quan sát và ghi nhận trong quá trình thực nghiệm của mình.
Nguyên nhân của sự thay đổi màu như trên có thể được giải thích như sau:
ở trạng thái bình thường thì màu tím của ametit được tạo nên bởi sự có mặt đồng thời của cặp cation Fe2+ và Fe3+, trong khi đó nguyên nhân tạo màu vàng của citrin là Fe3+. Khi ta xử lý ametit ở nhiệt độ cao trong môi trường có oxi (môi trường oxi hoá) thì sẽ dẫn đến quá trình oxi hoá Fe2+ thành Fe3+ và do vậy mẫu sẽ chuyển sang màu vàng. Khi ta tiếp tục nâng nhiệt độ qua 550oC đến nhiệt độ chuyển hoá ? thạch anh sang ? thạch anh và khi đó cũng dẫn đến hiện tượng mất màu vàng của citrin.
Khi ta xử lý ametit ở khoảng nhiệt độ 200-250oC, và giữ thời gian trong khoảng 2h, màu tím của ametit có xu hướng phân bố đều hơn trong viên đá (hình 3.7).


Hình 3.5: Quy trình xử lý nhiệt ametit Việt Nam



Hình 3.6. Kết quả xử lý nhiệt ametit Việt Nam sang citrin


Hình 3.7. Kết quả xử lý làm đều màu ametit (bên trái)
và citrin sau xử lý đã chế tác (bên phải)



2.3 Kết luận

- Dùng phương pháp xử lý nhiệt có thể chuyển thạch anh màu tím (ametit) sang thạch anh màu vàng (citrin) ở nhiệt độ 500oC, môi trường oxi hoá.
- Để cho màu tím của ametit phân bố đồng nhất hơn có thể xử lý chúng ở nhiệt độ 250oC, môi trường oxi hoá trong thời gian khoảng 2h.

3. Công nghệ xử lý nhiệt peridot Việt Nam
3.1. Chuẩn bị mẫu

Các mẫu được nghiên cứu trong đề tài được chúng tôi thu thập từ các mỏ thuộc các tỉnh Lâm Đồng và Gia Lai (đây cũng là nguồn cung cấp chính peridot cho thị trường Việt Nam hiện nay). Mẫu đầu tiên được làm sạch và phân loại theo các cấp chất lượng khác nhau tuỳ thuộc vào màu sắc và độ tinh khiết của chúng.
Để dễ dàng đánh giá được hiệu quả của các quy trình xử lý, chúng tôi đ• chuẩn bị 2 loại mẫu là đá thô và đ• chế tác. Các lô mẫu trước khi đưa vào xử lý được mô tả và chụp ảnh, khi cần thiết được phân tích để xác định thành phần của chúng. Mỗi lô được phân ra làm hai phần để tiện cho việc đối chứng kết quả sau khi xử lý.

3.2. Kết quả xử lý
So với peridot của các mỏ khác nhau trên thế giới thì peridot Việt Nam thường có chất lượng màu sắc thấp hơn do chúng thường có sắc màu nâu (nguyên nhân là do hàm lượng Fe cao), trung bình 8.7% ở Đức Trọng và từ 6-15% đối với mỏ Hàm Rồng (bảng 4.1).
Một số các nghiên cứu của các tác giả khác nhau chỉ ra rằng nguyên nhân tạo màu lục của peridot là do sự có mặt của nguyên tố Fe, ngoài ra ở một số mỏ thì các nguyên tố Cr hoặc Ni cũng đóng vai trò đáng kể trong việc tạo màu. Tuy nhiên với peridot của Việt Nam thì thường không phát hiện được sự có mặt của Ni va Cr, do vậy Fe là nguyên tố gây màu chủ đạo. Khi so sánh peridot từ các vùng mỏ khác nhau của Việt Nam (Hàm Rồng, Đức Trọng, Biển Hồ,...) ta nhận thấy các mẫu peridot vùng Biển Hồ và Đức Trọng thường ngả sang màu nâu vàng nhiều hơn (có lẽ do hàm lượng Fe2O3 của chúng thường cao hơn so với các mỏ khác) (bảng 4.1).
Để tiến hành nghiên cứu chúng tôi đã lấy một lô mẫu vùng Hàm Rồng và tiến hàn xử lý trong khoảng nhiệt dộ từ 700-1000oC, thời gian từ 2-5h, môi trường khử (lý do chúng tôi chọn môi trường khử là để muốn chuyển Fe2O3 thành FeO). Kết quả sau xử lý cho thấy chất lượng của chúng được tăng lên đáng kể, các sắc màu nâu đã giảm hẳn, hoặc hầu như không còn (hình 4.5). Nếu nhiệt độ nung được tăng cao hơn 1000oC, khi đó màu lục của peridot có xu hướng chuyển nhiều sang màu lục vàng, và như vậy chất lượng màu sắc lại giảm đi.


Hình 4.4. Peridot thô trước xử lý


Hình 4.5. Kết quả xử lý nhiệt peridot Việt Nam
Bên trái: trước xử lý; bên phải: sau xử lý


Các kết quả xử lý của chúng tôi cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả khác và đã được lý giải kết quả bằng cách tiến hành đo phổ truyền qua của các mẫu trước và sau xử lý (hình 4.6).


Hình 4.6. Phổ truyền qua của peridot trước xử lý (đường 1)
và sau khi xử lý (đường 2).


Đối sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy peridot Việt Nam cũng có các đỉnh hấp thụ do Fe2+ tại vùng (ii) của phổ. Tại vùng (iii) liên quan đến các đỉnh hấp thụ của Fe3+ so sánh hai đường phổ ta thấy các đỉnh hấp thụ của Fe3+ trong mẫu sau xử lý được giảm đi rất nhiều. Điều này cũng lý giải hiện tượng sắc màu nâu của mẫu đã được giảm đi.


3.3. Kết luận
- Peridot một số vùng của Việt Nam (Hàm Rồng, Đức Trọng,...) có hàm lượng Fe2O3 khá cao do vậy chúng thường có sắc màu nâu và làm giảm giá trị của chúng.
- Để làm giảm sắc màu nâu của peridot Việt Nam có thể dùng phương pháp xử lý nhiệt để xử lý. Nhiệt độ của quá trình xử lý từ 750-900oC, thời gian từ 2-5h, trong môi trường khử. Peridot sau khi xử lý có chất lượng tăng lên đáng kể, sắc màu nâu giảm hẳng hoặc hầu như không còn ở một số mẫu.

Nghiên cứu xử lý làm tăng chất lượng màu sắc và độ tinh khiết saphia miền nam Việt Nam

,

Báo cáo Đề tài KHCN cấp Bộ, Bộ Công Thương, 2006
Chủ nhiệm: TS. Phạm Văn Long


Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của đề tài chúng tôi đi đến một số kết luận sau:

1. Khu vực các tỉnh Tây Nguyên miền Nam Việt Nam rất có triển vọng về saphir, saphir ở đây rất phong phú về chủng loại chất lượng và màu sắc, tuy nhiên chất lượng của chúng thường không cao do có tông màu quá đậm, chứa các đới màu khác nhau hoặc có độ tinh khiết thấp do chứa nhiều các bao thể và rạn nứt. Việc ứng dụng các quy trình xử lý nhiệt để làm tăng chất lượng của chúng và tận dụng triệt để nguồn tài nguyên này là một việc làn rất cần thiết và có ý nghĩa to lớn.

2. Các quy trình xử lý tương ứng với các đặc trưng chất lượng khác nhau của saphir miền Nam Việt Nam như sau:
a. Với loại saphir có màu lam đậm:
- Nhiệt độ xử lý tối đa: 1800oC.
- Thời gian ủ nhiệt: từ 6h đến 48h (tùy thuộc vào độ đậm nhạt của màu, nhiệt độ max, kích thước và khối lượng mẫu nung.
- Môi trường nung: ôxi hóa.

b. Với loại saphia có các màu hỗn hợp (saphir BGY):
- Nhiệt độ xử lý từ 1100oC – 1800oC.
- Thời gian ủ nhiệt: 3h-24h (tùy thuộc vào độ đậm nhạt của các đới màu, nhiệt độ max, kích thước và khối lượng mẫu nung).
- Môi trường xử lý: ôxi hóa.

c. Saphir có các sọc, dải, đốm, vết màu lam
- Nhiệt độ xử lý: 800oC – 1800oC
- Thời gian ủ nhiệt: 3h – 48h (tùy thuộc vào các đốm, vết, sọc, dải màu lam lớn hay nhỏ, đậm hay nhạt, nhiệt độ max, kích thước và khối lượng mẫu).
- Môi trường xử lý: môi trường trung hòa hoặc ôxi hóa (tùy thuộc vào nguyên liệu thô ban đầu).

d. Loại saphir có màng mây, màng sữa:
- Nhiệt độ xử lý: tối đa 1650oC.
- Thời gian ủ nhiệt: 3h-10h.
- Tốc độ hạ nhiệt từ 1650oC xuống 1100oC là 400-800oC/h.
- Môi trường xử lý: bất kỳ.


Sơ đồ quy trình xử lý




Kết quả trước và sau xử lý nhóm 1


Kết quả trước và sau xử lý nhóm 2


Nghiên cứu quy trình xử lý ngọc trai nuôi sau thu hoạch

, ,

Tóm tắt Báo cáo Đề tài KHCN cấp Bộ, Bộ Công Thương
Chủ nhiệm: TS. Phạm Văn Long


1. Phân loại ngọc
1.1. Những tiêu chí chung
Trước khi tiến hành các quy trình kỹ thuật xử lý khác nhau, lô ngọc trai phải được phân loại theo các tiêu chí chất lượng khác nhau. Các tiêu chí chung để phân loại và đánh giá chất lượng của viên ngọc trai thường dựa theo tiêu chuẩn 2C, 4S. Trong các tiêu chí trên thì 2 tiêu chí có thể xử lý để làm tăng chất lượng của chúng là màu sắc và mức độ khuyết tật trên bề mặt.
Các tiêu chí chung để phân loại và đánh giá chất lượng của viên ngọc trai là:
- Độ tròn,
- Mức độ khuyết tật (hoặc nốt chấm trên bề mặt),
- Màu sắc ngọc.
Căn cứ vào các tiêu chí phân loại nêu trên, các lô ngọc trai nuôi sau thu hoạch sẽ được phân loại theo các đặc điểm chất lượng khác nhau. Những viên ngọc có độ tròn đều, màu sắc đẹp và đồng nhất, độ bóng cao và có ít nốt chấm trên bề mặt sẽ được sử dụng trực tiếp để làm hàng trang sức (số này chiếm tỷ lệ từ 5-10%). Số ngọc trai còn lại sẽ được xử lý bằng các hình thức khác nhau và được phân loại theo các đặc điểm chất lượng tương ứng.

1.2. Cách thức phân loại
1.2.1. Độ tròn
- Ngọc tròn: sai số < 5%.
- Ngọc hơi tròn: sai số từ 5% - 10%.
- Ngọc hơi dị hình, còn gọi là ngọc 1/2 baroque, có những sọc không quá 1/3 bề mặt viên ngọc, có thể quay trên một trục.
- Ngọc dị hình: còn gọi là ngọc baroque, không thể quay trên một trục.

1.2.2. Nốt chấm:
- Ngọc không có nốt chấm, hoặc nhỏ: là những viên ngọc trai có một vài nốt chấm rất nhỏ, khi tiến hành khoan lỗ thì có thể giấu đi được.
- Ngọc có vài nốt chấm, khuyết tật nhẹ: các nốt chấm này tập trung vào 1/3 bề mặt viên ngọc.
- Ngọc có nhiều nốt chấm, khuyết tật vừa phải: các nốt chấm tập trung khoảng 2/3 bề mặt viên ngọc.
- Ngọc có rất nhiều nốt chấm, khuyết tật nặng: các nốt chấm tập trung trên 2/3 bề mặt viên ngọc.

1.2.3. Màu sắc:
- Ngọc màu trắng.
- Ngọc màu vàng chanh.
- Ngọc màu vàng đậm.
- Ngọc màu đen.
- Ngọc có những màu còn lại mà rất khó phân vào 4 màu chiếm đa số ở trên.

2. Các quy trình kỹ thuật xử lý ngọc trai nuôi sau thu hoạch
Ngọc trai nuôi sau thu hoạch thường có các đặc điểm chất lượng khác nhau, tính đồng đều không cao, chúng thường khác nhau về các đặc điểm màu sắc, độ bóng, hình dạng và kích thước. Do vậy, để có được 1 lô ngọc trai có các đặc điểm đồng nhất dùng làm hàng trang sức thì hầu hết chúng phải qua các hình thức xử lý khác nhau. Các hình thức xử lý ngọc trai nuôi sau thu hoạch bao gồm:
- Khoan, đánh bóng ngọc.
- Tẩy.
- Kỹ thuật tạo màu (nhuộm màu, chiếu xạ).
- Kỹ thuật bọc, phủ

2.1. Khoan và đánh bóng ngọc.
2.1.1. Khoan ngọc.
Khoan ngọc là một trong những phương pháp đơn giản nhất trong việc xử lý ngọc trai nhằm làm mất hẳn hoặc giấu đi các nốt chấm trên bề mặt viên ngọc. Các viên ngọc trai thích hợp cho việc này là những viên có ít nốt chấm trên bề mặt và bằng việc tíên hành khoan có thể làm mất chúng.
- Máy khoan:
Thiết bị để khoan ngọc trai là 1 máy khoan xuyên (ảnh số ) và được khoan từ 2 đầu với độ chính xác rất cao. Các mũi khoan có kích cỡ khác nhau và được làm sắc trước khi khoan. Tốc độ quay của máy khoảng 4500 vòng/phút đảm bảo cho lỗ khoan gọn và chính xác.

- Xác định vị trí khoan:
Phải chọn vị trí khoan ở điểm nào có lợi làm tăng giá trị viên ngọc và hạn chế tối thiểu khuyết tật trên bề mặt viên ngọc.
Xác định khoan xuyên, hay khoan bán nửa: Những viên để làm vòng, xâu chuỗi làm dây đeo cổ thì khoan xuyên, còn những viên làm hoa tai, nhẫn, mặt,…thì khoan bán nửa. Khi tiến hành khoan bán nửa thì chỉ cần lắp 1 mũi khoan.
- Cách khoan:
Đặt viên ngọc cần khoan vào giá kẹp, cố định viên ngọc chắc chắn, hướng của mũi khoan đúng vào vị trí điểm cần khoan. Các thao tác cần phải nhanh và chính xác, thời gian khoan mỗi viên ngọc khoảng 5-10 giây.

2.1.1. Đánh bóng ngọc:
- Rửa sạch bề mặt bằng H2SO4 loãng, sau đó rửa sạch ngọc bằng nước sạch. Dùng bột oxit silic hoặc bột oxit ceri, hoà tan trong nước, đánh bóng ngọc bằng máy đánh bóng chuyên dùng, cho đến khi ngọc nhẵn bóng, sau đó rửa sạch ngọc bằng nước sạch.

- Thiết bị đánh bóng:
Hệ thống máy gồm 01 mô tơ và 1 thùng gỗ tự tạo (ảnh ), bề mặt bên trong thùng gỗ thường được bọc bởi 1 lớp vải mềm và áp chặt vào bề mặt thùng.
Để tiến hành đánh bóng ngọc trai người ta cho ngọc vào thùng cùng với dung dịch đánh bóng sau đó cho mô tơ quay. Tốc độ quay của mô tơ khoảng từ 70-80 vòng/phút và quay cho đến khi lô ngọc trai có độ bóng mong muốn. Thông thường thời gian để đánh bóng 01 lô trong khoảng từ 15-20 phút và cũng phải tuỳ thuộc vào độ bóng của các viên ngọc trai ban đầu.
Dùng HCl loãng đánh bóng lại lần cuối cùng, sau đó rửa sạch ngọc bằng xà phòng thơm.



Hình : Một số lô ngọc trai trước (bên trái) và sau khi đánh bóng (bên phải)

2.2. Kỹ thuật làm sạch ngọc (tẩy)
Quy trình chung của kỹ thuật làm sạch ngọc (tẩy) bao gồm các bước sau:
- Chọn dung dịch tẩy.
- Xác định nhiệt độ và thời gian tẩy.
Các lô ngọc trai nuôi vùng biển Quảng Ninh thường có các đốm vết trên bề mặt nhạt và thường là các tạp chất và không có thành phần cố định. Để loại bỏ các nốt, chấm này ta dùng dung dịch H2O2, nồng độ 3-7%, chất ngậm (chất hoạt động bề mặt) từ 10-15% còn lại là nước. Dung dịch này được kiềm hoá bằng amoniac, hoặc natri silicat hoặc natri photphat, có độ pH từ 9-9.5.
- Nhiệt độ duy trì trong quá trình xử lý từ 35-50oC.
- Ngọc được xử lý nhiều lần trong dung dịch trên, cho đến khi ngọc trắng sạch hẳn các vết bẩn và sau đó rửa sạch ngọc bằng xà phòng thơm.
- Trong quá trình tẩy nhiệt độ được nâng từ từ khoảng 1-2 phút/1oC và thời gian hạ nhiệt độ cũng như vậy.
- Thiết bị tẩy được sử dụng là máy nhuộm bobin cao áp.

Thời gian tẩy tuỳ thuộc vào đặc điểm của lô ngọc trai nguyên liệu ban đầu, thông thường từ vài ngày đến 2 tuần. Trong quá trình tẩy kỹ thuật viên có thể quan sát được đặc điểm biến đổi của viên ngọc trai và sẽ quyết định dừng lại khi chất lượng đạt yêu cầu mong muốn. Để cho quá trình tẩy diễn ra nhanh hơn có thể cho tia mặt trời tác động vào chúng.
Những lô ngọc trai thích hợp nhất cho công đoạn tẩy thường là những lô ngọc có các đốm, vết màu trên bề mặt do các tạp chất của môi trường sống cũng như kết quả của hoạt động sống của loài trai gây nên. Trong trường hợp các vết đen hoặc vết màu nằm bên dưới lớp xà cừ (hoặc giữa lớp xà cừ và nhân con trai) có thể dùng kỹ thuật khoan lỗ và cho dung dịch tẩy tác động và hoà tan chúng thông qua lỗ khoan.
Kết quả xử lý bằng phương pháp tẩy các lô ngọc trai vùng biển Quảng Ninh được đưa ra trong các ảnh số và . Trong đó các đốm vết mờ trên bề mặt đã bị biến mất sau khi tẩy.

Hình : Một số lô ngọc trai trước (bên trái) và sau khi tẩy (bên phải)

2.2. Kỹ thuật tạo màu
2.3.1. Nhuộm màu
Về nguyên lý có thể nhuộm ngọc trai nuôi để tạo thành các màu khác nhau, nhưng trong số các loại màu thì ngọc trai có màu hồng và màu đen thường được ưa chuộng hơn và có giá trị cao hơn trên thị trường, do vậy trong khuôn khổ đề tài chúng tôi đã tiến hành các thí nghiệm nhuộm màu hồng và màu đen cho một số lô ngọc trai có các chất lượng khác nhau.

- Chuẩn bị mẫu:
+ Để nhuộm màu hồng thì có thể dùng các lô ngọc trai có màu trắng nhờ có ít hoặc hầu như không có đốm, vết màu đen.
+ Để nhuộm màu đen ta có thể dùng các lô ngọc trai có các đốm, vết màu đen với các mức độ khác nhau mà không thích hợp cho kỹ thuật tẩy màu và nhuộm màu hồng.

- Xác định màu ngọc:
Màu ngọc do màu thuốc nhuộm quyết định, muốn nhuộm màu nào thì dùng dung dịch nhuộm màu đó.
- Nhuộm ngọc màu hồng: thuốc nhuộm phân tán (tổ hợp muối kiềm và muối cobal).
- Nhuộm ngọc màu đen: thuốc nhuộm là nitrat bạc (AgNO3).

- Quy trình nhuộm:
+ Chuẩn bị thuốc nhuộm: Dung dịch nhuộm thường được tạo thành từ hỗn hợp 60% là thuốc nhuộm (nồng độ 2g/lit), chất ngậm 40% (là những chất hoạt động bền mặt) và một ít chất xúc tác (chất dẫn đường).
+ Thời gian nhuộm: tuỳ thuộc vào độ đậm nhạt của màu mà ta muốn, có thể từ vài giờ đến vài ngày (thông thường 6-8 tiếng).
+ Nhiệt độ: 70-90oC, trong quá trình nhuộm yêu cầu nhiệt độ được nâng lên và hạ xuống một cách từ từ khoảng 1-2 phút/1oC.

- Thiết bị: Thiết bị được sử dụng để nhuộm ngọc trai là máy nhuộm bobin cao áp.

- Kỹ thuật hoàn tất.
- Rửa sạch ngọc bằng nước và xà phòng thơm, lau khô bằng khăn vải bông hoặc sấy khô bằng tủ sấy.

- Kết quả quy trình: Kết quả nhuộm màu hồng và màu đen các lô ngọc trai vùng Quảng Ninh được đưa ra trong các hình và hình.
Kết quả nhuộm cho thấy để tạo ra màu hồng nhạt chỉ cần trong khoảng thời gian 6h, nếu thời gian kéo dài hơn thì màu sẽ đậm hơn. Nhưng với ngọc trai thì màu hồng nhạt thường có giá trị cao hơn và được ưa chuộng hơn màu hồng đậm do vậy thời gian nhuộm trong dung dịch 6h là thích hợp.
Kết quả nhuộm màu đen cho ngọc trai Quảng Ninh thường với thời gian dài hơn so với nhuộm màu hồng, bởi với màu đen nếu nhạt quá thì chúng sẽ có độ bóng không cao và thường không ẩn hết các đốm, vết màu đen ban đầu. Với thời gian nhuộm 8h thì lô ngọc trai đã có màu xám thép (ảnh ), ở thời gian lâu hơn viên ngọc sẽ có màu đậm hơn và có độ bóng cao hơn (ảnh số ), và thích hợp hơn để làm hàng trang sức.


2.3.2. Chiếu xạ
Nguyên lý của kỹ thuật này là dùng tia gamma hoặc các tia năng lượng khác làm cho viên ngọc trai trở nên sẫm màu, thường là màu đen và thực chất màu đen của phương pháp chiếu xạ là màu xám hoặc xám phớt lam. Các lô ngọc trai nuôi có màu không rõ ràng hoặc màu phớt lục thường không được ưa chuộng và thích hợp cho công nghệ xử lý này.
Bản chất của phương pháp chiếu xạ là do trong thành phần của ngọc trai thường chứa một lượng nhất định carbonat mangan (MnCO3), dưới tác động của tia phóng xạ thì carbonat mangan sẽ bị phân huỷ cho MnO (có màu đen) và do vậy làm cho viên ngọc trở nên có màu xám.
Do điều kiện kỹ thuật ở Việt Nam chưa phù hợp cho công nghệ xử lý này, hơn nữa ngọc trai được xử lý bằng phương pháp chiếu xạ thường không được ưa chuông trên thị trường (có hại cho sức khoẻ của người sử dụng) do vậy trong khuôn khổ của đề tài chúng tôi đã không tiến hành thí nghiệm bằng phương pháp này.


KẾT LUẬN
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của đề tài có thể rút ra một số kết luận sau:

1. Ngọc trai nuôi ở các vùng biển Việt Nam thường phong phú về đặc điểm chất lượng, chúng không đồng nhất về đặc điểm màu sắc, độ bóng, hình dạng và kích thước. Trong đó để làm tăng giá trị của chúng và để đạt yêu cầu làm hàng trang sức chất lượng cao thì hầu hết (100%) đều phải qua công đoạn xử lý sau thu hoạch với các hình thức khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm chất lượng ban đầu của chúng.

2. Các quy trình xử lý đã được áp dụng có hiệu quả đối với các lô ngọc trai vùng biển Quảng Ninh là: làm tăng độ bóng, tẩy và tạo màu cho ngọc.
- Kỹ thuật đánh bóng ngọc được áp dụng đối với hầu hết các lô ngọc trai sau thu hoạch, kể cả các lô ngọc trai sẽ được xử lý bằng các phương pháp khác. Kỹ thuật này bao gồm các bước:
+ Rửa sạch ngọc bằng axit H2SO4 loãng.
+ Cho ngọc vào máy đánh bóng cùng với dung dịch hoà tan của oxit silic, hoặc oxit seri, tốc độ quay của máy 70-80 vòng/phút; thời gian đánh bóng 10-15phút/lô.
+ Dùng HCl loãng đánh bóng lại trong thời gian 3-5 phút.
+ Làm sạch ngọc bằng dung dịch nước xà phòng.

- Kỹ thuật tẩy ngọc được áp dụng cho các lô ngọc trai có một vài các nốt, chấm có màu mờ trên bề mặt và bao gồm các bước sau:
+ Ngâm ngọc trong dung dịch H2O2, nồng độ 3-7%, độ pH 9-9,5.
+ Nhiệt độ duy trì trong thời gian tẩy trong khoảng 35-50oC.
+ Thời gian tẩy từ vài ngày đến 2 tuần, trong thời gian đó ngọc có thể được xử lý nhiều lần cho đến khi đạt yêu cầu.
+ Rửa sạch ngọc bằng nước xà phòng.

- Kỹ thuật tạo màu được áp dụng cho các lô ngọc trai có nhiều các nốt, chấm với màu đậm không thể làm mất bằng phương pháp đánh bóng và tẩy, hoặc các lô không có nốt chấm nhưng muốn chuyển sang màu khác được ưa chuộng hơn. Hai tông màu thường được ưa chuộng hơn cả và có giá trị cao hơn là màu đen và màu hồng.
+ Nhuộm màu đen dùng dung dịch AgNO3; nhuộm màu hồng dùng thuốc nhuộm phân tán.
+ Nhiệt độ duy trì trong quá trình nhuộm từ 70-90oC.
+ Thời gian nhuộm: từ 6-8h.

Nghiên cứu ứng dụng quy trình xử lý nhiệt làm tăng chất lượng và hiệu ứng sao của ruby Quỳ Châu, Nghệ An

,

Đề tài cấp Bộ, Bộ Công nghiệp năm 2004
Chủ nhiệm: TS. Phạm Văn Long


Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của Đề tài chúng tôi đi đến các kết luận sau:

1. Các đặc trưng chất lượng chủ yếu của rubi Quỳ Châu có thể cải thiện được bằng phương pháp xứ lý nhiệt là màu sắc và độ tinh khiết.
- Màu sắc của rubi Quỳ Châu được quyết định bởi sự có mặt của các nguyên tố gây màu gồm Cr, Fe, Ti và V. Từ các tương quan giữa các nguyên tố ta thấy các tương quan giữa Cr với Fe, Ti và V thường là tương quan trên là nghịch, chỉ trừ tương quan giữa Cr và V là thuận. Sự tập trung cục bộ của Fe và Ti trong rubi đã tạo nên hiện tượng các đốm, vết và dải màu lam. Dưới tác động của nhiệt độ cao và môi trường xử lý thích hợp đã dẫn đến sự khuyếch tán của hai nguyên tố này trong mẫu và làm cho mẫu sau xử lý có màu đồng đều hơn.
- Độ tinh khiết của rubi Quỳ Châu được thể hiện ở sự có mặt của các bao thể khác nhau (rắn, lỏng và hỗn hợp) với các khuyết tật bên ngoài và bên trong. Hầu hết các bao thể đều có các biến đổi khác nhau trong quá trình xử lý nhiệt, trong đó sự hoà tan một phần của các bao thể rutil dạng sợi, các đám màng mây, màng sữa trong điều kiện xử lý thích hợp đã làm cho độ tinh khiết của rubi Quỳ Châu tăng lên đáng kể.

2. Kết quả nghiên cứu đã cho phép xác lập được các thông số của hai quy trình để xử lý hai loại rubi với các đặc trưng chất lượng khác nhau trên vùng mỏ gồm:
- Các thông số của quy trình xử lý nhiệt rubi màng mây, màng sữa là:
+ Nhiệt độ xử lý tối đa: >1650oC (thường ở 1700oC);
+ Thời gian xử lý vài giờ đến vài ngày;
+ Tốc độ hạ nhiệt 80-120oC/phút,
+ Môi trường xử lý: ôxi hoá.

- Những thông số của quy trình xử lý rubi có các đốm, vết màu lam là:
+ Nhiệt độ xử lý tối đa: >1750oC (thường ở 1800oC) ;
+ Thời gian xử lý vài giờ đến vài ngày;
+ Tốc độ tăng và hạ nhiệt: không quan trọng (tuỳ theo độ rạn nứt);
+ Môi trường xử lý: ôxi hoá.

3. Bên cạnh hai loại rubi có màng mây, màng sữa và rubi có các dải, đốm, vết màu lam thì ở vùng Quỳ Châu còn khá phổ biến một số loại rubi, saphir với các đặc điểm khác như saphir lam có màu tối (vùng Quỳ Hợp), do khuôn khổ hạn hẹp về thời gian, về kinh phí mà đề tài chưa thể bao quát hết được. Việc xây dựng quy trình cho các loại rubi, saphir nêu trên cũng cần phải có việc đầu tư thời gian và kinh phí để có các nghiên cứu riêng và xây dựng các quy trình tương ứng.


Trước xử lý



Sau xử lý



Đốm, vết trước xử lý



Đốm, vết sau xử lý

CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN TRONG TỔNG HỢP ĐÁ QUÝ

, , ,


Do tính chất quý và hiếm do vậy từ rất xa xưa loài người đã tìm đủ mọi cách để tạo ra các loại đá quý giả và các loại đá quý tổng hợp khác nhau. Với đá quý giả, việc phân biệt chúng tương đối dễ dàng (dựa vào sự khác biệt về các tính chất vật lý và hoá học); trong khi đó việc phân biệt đá quý tổng hợp với đá quý tự nhiên là một việc vô cùng phức tạp và nếu không có kinh nghiệm thì đó là việc không thể. Trong bài viết này chúng tôi đề cập tới các phương pháp tổng hợp đá quý khác nhau đang được áp dụng hiện nay và đang có sản phẩm trên thị trường. Việc phân biệt chúng, chúng tôi sẽ đề cập ở bài viết khác.

Để tổng hợp đá quý người ta có thể sử dụng các phương thức khác nhau:
- Thiết lập một môi trường có điều kiện nhiệt độ và áp suất cao tương tự như trong tự nhiên, phương pháp này chủ yếu để sản xuất kim cương tổng hợp.
- Nuôi tinh thể từ dung thể nóng chảy có thể theo 3 phương pháp sau: phương pháp Vecneuil, phương pháp Czochralski, và phương pháp Bridgenzan - stockbarger. Dùng chủ yếu để sản xuất ruby và saphia.
- Bằng việc kết tinh từ dung thể (phương pháp nhiệt dịch) chủ yếu để sản xuất thạch anh, berin, corindon tổng hợp.
- Bằng việc cho kết tủa do sự tương tác của hai hay nhiều chất trong các phản ứng hoá học. Phương pháp này chủ yếu để sản xuất agat màu.
- Một phương pháp nữa nhưng ít áp dụng là sự kết tinh trực tiếp từ trạng thái hơi, dựa trên nguyên tắc có một số chất chuyển thẳng từ trạng thái hơi sang trạng thái kết tinh không qua trạng thái lỏng.
Ngày nay, nhiều hãng trên thế giới đã được thành lập để sản xuất đá quý tổng hợp, hàng năm sản xuất tới hàng triệu carats ruby, saphia. Gần đây cũng đã sản xuất được emơrot, kim cương; riêng đối với kim cương giá thành vẫn quá cao xấp xỉ hoặc hơn kim cương thiên nhiên vì vậy việc sản xuất với số lượng lớn rất hạn chế. Các đá trang sức khác như alexardit, bituza, opal, thạch anh... tổng hợp cũng rất phổ biến trên thị trường.
Để hiểu được đặc điểm của đá quý được tổng hợp bằng các phương pháp khác nhau, làm cơ sở cho việc nhận biết và giám định chúng. Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua những nét cơ bản của từng phương pháp.

1. Nhóm phương pháp tổng hợp đá quý từ dung thể
Trong nhóm phương pháp này, các tinh thể được kết tinh trực tiếp từ dung thể trong điều kiện khống chế nghiêm ngặt về nhiệt độ, áp suất, thành phần. Trong nh óm ph ư ơng

Phương pháp nóng chảy trong ngọn lửa (phương pháp Verneuil)
- Nguyên lý phương pháp: Cho kết tinh các tinh thể đá quý trực tiếp từ dung thể. Phương pháp này sử dụng nguyên liệu ban đầu alf bột Al2O3 tinh khiết với các oxit tương ứng (tuỳ thuộc vào sản phẩm cần tổng hợp), làm sạch, lọc và rung khô ở nhiệt độ 12000C. Các chất tạo màu được thêm vào có thể là các oxit Cr, Fe, Ti ...
Quá trình hình thành tinh thể được diễn ra trong một lò đặc biệt. Bột Al2O3 được rơi xuống từ buồng cấp liệu ở phía trên theo nhịp đập của hệ thống búa đi qua rây và rơi vào buồng đốt. Ở đây oxit nhôm bị nóng chảy trong ngọn lửa của hỗn hợp oxy và hyro với điểm nóng chảy của oxit nhôm khoảng 20500C. Và rơi lên đầu một đé có dạng cây nến với đường kính khoảng 2 - 2,5 cm và được đặt ở phần mát của lò. Khi “củ” corindon đã đạt tới kích thước 6 - 7 cm chiều dài và trọng lượng khoảng 150 - 200 cts người ta ngừng đốt, đợi lò nguội và lấy “củ” corindon ra.
- Sản phẩm : Bằng việc thêm các oxit tạo màu thích hợp mà ta thu được ruby hay saphia có màu khác nhau thêm Cr sẽ cho ruby, thêm đồng thời Cr, Fe cho ruby đỏ sẫm - tím đỏ, thêm Fe, Ti cho saphia lam. Ni cho saphia vàng, Co-V cho saphia lục... Phương pháp này cũng được dùng để tổng hợp một số loại đá quý khác như spinen, rutin, titanat stronxi ...
- Đặc điểm: bọt khí (dạng hình cầu) hay kéo dài thường tập trung ở đầu thỏi ruby và chúng sắp xếp vuông góc với đường sinh trưởng, các đường sinh trưởng cong dễ dàng quan sát được trong thỏi conrindon.


Sơ đồ phương pháp Verneuil


Ruby tổng hợp bằng phương pháp Verneuil


Ruby, saphia sao của phương pháp Verneuil


Phương pháp kéo (phương pháp Czockralski)
Phương pháp này do Czokralski đề xuất năm 1918.
- Nguyên lý phương pháp: Bột Al2O3 và chất tạo màu được làm nóng chảy trong nồi Iridium bằng các cuộn cao tần quấn quanh nồi. Tinh thể mầm được gắn vào thanh kéo và nhúng vào thể nóng chảy rồi nâng lên cao hơn mặt lỏng, tinh thể sẽ kéo theo thể lỏng dính liền với mình.
Thanh kéo mang tinh thể được làm lạnh nhờ dòng nước, có thể xoay tròn quanh trục của mình và nâng cao hay hạ thấp nhờ một bộ phận cơ học. Nồi đựng pha lỏng cũng xoay (ngược chiều với tinh thể) trong quá trình nuôi. Trong phương pháp này quá trình sinh trưởng diễn ra đồng thời với việc kéo (bằng cách quay) thanh ra khỏi nồi sản phẩm là thỏi ruby hình trụ dài khoảng vài chục cm đường kính tới 10 cm, quá trình nuôi diễn ra khoảng 25 giờ, tốc độ kéo 6 - 25 mm/h.
- Sản phẩm: Ngoài ruby, saphia ứng dụng phương pháp trên có thể sản xuất ra sielit, YAG, GGG (nhóm granat), alexandrit, fluorit ...
- Đặc điểm: Bọt khí kéo dài đôi khi như dạng mưa sa, đường sinh trưởng cong.



Sơ đồ nguyên lý phương pháp kéo


Phương pháp nóng chảy vùng
Dùng để tinh chế các tinh thể đã có hoặc nuôi tinh thể mới
- Nguyên lý của phương pháp: Tại cuối một cái thuyền chứa đầy nguyên liệu dưới dạng đa tinh thể người ta đặt một tinh thể giống (đơn tính). Nhờ một bộ phận đốt nóng đặc biệt, nguyên liệu bị chảy lỏng một vùng hẹp canh tinh thể giống. Bằng cách cho thuyền chuyển động trong lò (hoặc cho lò chuyển động đối với thuyền) vùng nóng chảy sẽ di chuyển bắt đầu từ tinh thể giống hướng dọc theo vùng nguyên liệu đa tinh thể và tinh thể sẽ lớn đuổi theo vùng nóng chảy.
Muốn dùng phương pháp nóng chảy vùng để làm sạch vật chất A loại trừ được tạp chất B người ta cho vùng nóng chảy chạy suốt thuyền chứa vật chất theo một chiều cố định và lặp lại nhiều lần. Sau vài lần lại loại bỏ phần tập trung tạp chất hoặc ở đầu thuyền hoặc ở cuối thuyền tuỳ theo tỷ số giữa nồng độ của tạp chất B có lẫn trong tinh thể A với nồng độ của tạp chất này có trong vùng nóng chảy.
- Sản phẩm : Dùng phương pháp này có thể sản xuất được ruby, saphia, sielit, alexandrit...
- Đặc điểm: Bên trong của tinh thể nuôi bằng phương pháp này là bọt khí và đường sinh trưởng cong.

2. Nhóm phương pháp dùng chất trợ dung (flux-fusion)
- Nguyên lý phương pháp : Đá được kết tinh từ dung dịch có chất trợ dung, nhiệt độ nóng chảy nguyên liệu thấp hơn so với phương pháp từ dung thể, không cần lò chịu nhiệt độ cao.
Chất trợ dung “flux” là chất có khả năng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của chất khác khi chúng được trộn lẫn vào nhau. Nhiệt độ nóng chảy của nguyên liệu dùng trong phương pháp này để nuôi tinh thể giảm đi khi ta trộn với chất trợ dung thích hợp. Ở nhiệt độ bình thường chất trợ dung là chất rắn, nhưng khi nóng chảy chất trợ dung trở thành dung môi rất mạnh có thể hoà tan các nguyên liệu nuôi.
Nguyên liệu ban đầu (Al2O3 và chất tạo màu) được hoà tan với chất trợ dung ở nhiệt độ hơi cao điểm bão hoà. Trong giai đoạn này lò được quay để các hợp phần được hoà tan đều vào nhau. Khi dung dịch đã tạo thành, nhiệt độ được hạ dần trong khoảng nhiệt độ kết tinh của corindon và việc kết tinh xảy ra từ từ, bắt đầu từ phần lạnh của lò bằng kích thích hạt nhân hoặc lớn lên bao quanh mầm tinh thể được đặt vào. Khi tinh thể đạt tới kích thước mong muốn người ta lấy ra bằng cách gạn bỏ dung thể nóng chảy thừa qua một lỗ ở đáy lò.
Các chất trợ dung chủ yếu là: Li2O-MoO3-PbF2-(PbO2) (phương pháp Chatham); Na3AlF6 (phương pháp Kashan); Li2O-WO3-PbF2(PbO2) (phương pháp Knischka); Bi2O3-La2O3-PbF2 và PbO2 (phương pháp Ramaura).
- Sản phẩm: Phương pháp này phổ biến nhất hiện nay để sản xuất ruby, saphia, emơrot với các hãng sản xuất nổi tiếng như Chatham, Ramaura, Kashan (Mỹ); Knischka, Lechleitner (Áo).
- Đặc điểm: Ưu điểm của phương pháp này là loại trừ được bọt khí và đường sinh trưởng cong, hơn nữa cũng tạo được bao thể như đá thiên nhiên. Đặc điểm bên trong của các sản phẩm này gồm bao thể chất trợ dung platin dạng que, sợi, tấm, lục giác, tam giác. Các bao thể dạng vân tay hoặc tinh thể âm được chất trợ dung lấp đầy (không có bao thể lỏng).



Sơ đồ phương pháp chất trợ dung


Tinh thể emơrot được tổng hợp bằng phương pháp chất trợ dung



Ruby, saphia được tổng hợp bằng phương pháp chất trợ dung


3. Nhóm phương pháp nhiệt dịch (hydrothermal method)
- Nguyên lý phương pháp: Phương pháp này mô phỏng chính xác nhất quá trình thành tạo đá quý tự nhiên về các điều kiện nhiệt độ, áp suất, môi trường.
Corindon hoàn toàn không hoà tan trong nước ở nhiệt độ phòng và chỉ hoà tan tí chút ở nhiệt độ sôi của nước (1000C). Tuy nhiên, ở trong nồi áp suất khi ta tăng nhiệt độ thì độ hoà tan sẽ tăng lên nhanh chóng, đây chính là nguyên tắc của phương pháp nhiệt dịch.
Nguyên liệu ban đầu dùng cho phương pháp này có thể là corindon (Al2O3) hoặc gipxit AlO (OH) được đặt ở đáy ở nồi áp suất cao như nồi chưng cất với áp suất có thể đạt tới 3000 atm. Mầm tinh thể có thể là corindon tự nhiên hay tổng hợp (Verneuil) được treo bằng khung Ag ở phía trên của nồi. Và nồi được đốt nóng từ phía dưới, chất nóng chảy được dòng đối lưu vận chuyển về phía trên và kết tủa trên các tinh thể mầm đã được định hướng trước. Tốc độ lớn của tinh thể trong phương pháp này là rất chậm so với các phương pháp khác chỉ khoảng 0,05 tới 0,25 mm/ngày và có giá thành cao hơn các phương pháp khác.
- Sản phẩm: Phương pháp này được dùng để sản xuất emơrot, thạch anh, ruby. Các nhà sản xuất chủ yếu trên thế giới là Chatham (Mỹ), Gilson (Pháp) ...


Sơ đồ phương pháp nhiệt dịch


Một số sản phẩm của phương pháp nhiệt dịch


Xem thêm chi tiết mời bạn click

TS. Phạm Văn Long

RUBY VÀ SAPHIA

, , , ...

1. Khái quát
Từ “corundum” phát sinh từ tiếng Hy lạp “Kerand” hoặc “Kuruvinda”, sau này tên gọi corindon được người Ấn Độ miêu tả thành 2 thể loại, tuỳ theo màu sắc của nó: Ruby (rubinus) có nghĩa là màu đỏ và saphia (saphiarus) có nghĩa là màu lam.
Mãi đến năm 1800 người ta mới biết rằng ruby và saphia cùng thuộc về một nhóm. Tên saphia cũng theo tiếng Hy lạp, saphiarus có nghĩa là màu xanh lam.
Ngày nay chúng ta cũng quan niệm rằng loại có màu đỏ được gọi là ruby và màu lam gọi là saphia, còn những loại màu pha trộn khác gọi chung là corindon, hoặc saphia kèm theo tính từ chỉ màu sắc. Ví dụ: saphia lục, saphia vàng.

Corindon màu đỏ được gọi là ruby, corindon màu lam được gọi là saphia các màu khác được gọi là saphia màu

Corindon có rất nhiều màu khác nhau


2. Thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể
2.1. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học của corindon là alumin Al2O3. Khi nó tinh khiết là saphia không màu, kết quả màu sắc của ruby là do lượng rất nhỏ (vết) của oxit crôm, và màu xanh của saphia là do một lượng nhỏ của nguyên tố sắt và titan. Năm 1986 Heilmann và Henn đã phân tích thành phần hóa học của corindon bằng phương pháp hiện đại cho kết quả thay đổi như sau: Phần lớn các mẫu có hàm lượng Al2O3> 99,4%, SiO2 từ 0,03 - 0,06%; Na2O từ vết - 0,01; K2O từ vết - 0,02; MgO: từ vết - 0,05%; CaO: từ vết - 0,02; Fe từ 0,12 - 0,22; MnO từ vết - 0,03; TiO2 0,01 - 0,02.
Thành phần hóa học của corindon ở các vùng khác nhau thì hàm lượng các nguyên tố tạo màu có khác nhau một chút.

2.2. Cấu trúc tinh thể:
Corindon nằm trong nhóm hematit (X2O3), cấu trúc của nhóm khoáng vật này dựa trên hình 6 phương khép kín của nguyên tử oxy với các cation trong khối tám mặt giữa chúng. Trên cơ sở hình chiếu của cấu trúc corindon chỉ ra rằng có 2/3 khoảng trống của tám mặt là được lấp bởi cation Al3+. Liên kết hóa trị tĩnh điện (ev) hoặc lực lượng liên kết của mối liên kết Al3+. Bởi vì ion Al3+ được bao quanh bởi 6 ion oxy, hóa trị tĩnh điệncủa mỗi sáu liên kết nguyên tử Al-O trong phân tử bằgn 1/2. Mỗi ion oxy được chia sẻ giữa 4 khối tám mặt, nghĩa là 4 liên kết nguyên tử trong phân tử điện hóa trị bằng 1/2 lượng tỏa ra từ một vị trí oxy. Trong mặt cơ sở (0001) điều này cho phép chỉ 2 cặp Al-O liên kết từ mỗi oxy, mà chỉ ra bởi hai khối tám mặt chung nhau một oxy ở góc.
Mỗi khối tám mặt chung 1 mặt giữa 2 lớp kề cận theo chiều thẳng đứng của các chồng khối tám mặt (sắp xếp chồng lên nhau). Crôm tham gia vào mạng của corindon dưới dạng 1 ion hoá trị 3 (Cr+3) thay thế đồng hình ion Al3+.


Mô hình cấu trúc tinh thể của ruby, saphia


Đặc tính tinh thể học của corindon: Corindon kết tinh trong biến thể ba phương của tinh hệ 6 phương, thuộc lớp 32/m với các yếu tố đối xứng sau:
- Một trục đối xứng bậc ba, mà cũng tượng trưng cho 1 trục bậc 3 đảo.
- Ba trục đối xứng bậc 2 vuông góc với trục bậc 3.
- Ba mặt phẳng đối xứng vuông góc với trục bậc 2 và cắt nhau dọc theo trục có thứ tự cao.
- Một tâm đối xứng.
Corindon là một khoáng vật của nhôm: Al2O3, kết tinh ở hệ lục phương, có hình dạng thường gặp là lăng trụ, hình tấm 6 mặt, hai tháp 6 phương... (hình 10.1).


Một số dạng tinh thể thường gặp của corindon



Tinh thể dạng lưỡng tháp sáu phương trong đá hoa Lục Yên

Corindon có các biến thể sau:
- Al2O3 tam phương là một biến thể vững chắc nhất trong tự nhiên, thành tạo trong khoảng nhiệt độ 500 - 15000C.
- Al2O3 lục phương vững bền ở nhiệt độ cao, sự chuyển  Al2O3 thành  Al2O3 thực hiện ở nhiệt độ 1500 - 18000C.
- lập phương có kiến trúc tinh thể của spinen.

3. Các tính chất vật lý và quang học
3.1. Tính chất vật lý
- Cát khai: Ruby, saphia không có cát khai, nhưng có thể tách theo một số hướng nhất định.
- Vết vỡ: vỏ sò.
- Độ cứng: Ruby, saphia có độ cứng tương đối là 9 (theo thang Mohs), chỉ đứng sau kim cương. Độ cứng của ruby, saphia cũng biến đổi theo các hướng khác nhau.
- Màu vết vạch: trắng
- Tỷ trọng: Ruby: 3,95 - 4,05, thường là 4,00
Saphia: 3,95 - 4,03 , thường là 3,99.
3.2. Tính chất quang học
- Độ trong suốt: Từ trong suốt đến đục
- Ánh: Mặt vỡ thường có ánh thuỷ tinh; mặt mài bóng thường có ánh từ thuỷ tinh đến gần ánh lửa.
- Tính đa sắc: ruby: mạnh; đỏ phớt tía/ đỏ da cam
Saphia: mạnh; lam phớt tím/ lam phớt lục
Saphia vàng: yếu đến rõ; vàng/ vàng nhạt.
Saphia lục: mạnh; lục/ vàng lục
Saphia tím: mạnh; tím/ da cam
- Chiết suất: 1,766 - 1,774
- Lưỡng chiết suất: 0,008
- Độ tán sắc: 0,018
- Phổ hấp thụ: Ruby: 6942, 6928, 6680, 6592, 6100, 5000,
4765, 4750, 4685.
Saphia lam: màulam của Sri Lanka: 4701, 4600, 4550, 4500, 3790.
Saphia vàng: 4710, 4600, 4500, nhưng yếu hơn.
Saphia lục: 4710, 4600, 4500, nhưng hơi mạnh hơn.
Saphia tím: có thể có cả phổ của ruby (Cr) và saphia (Fe).
- Lọc chelsea: Ruby: đỏ mạnh
Saphia lục: màu lục
Saphia lam : hơi đen
Saphia tím và lam tím: có thể hơi đỏ.
- Tính phát quang: Ruby : mạnh, đỏ phớt tím (huỳnh quang khác nhau theo những vùng mỏ). Saphia: Không có sự phát huỳnh quang đặc trưng cho mọi loại saphia, nó phụ thuộc vào màu sắc và xuất xứ của viên đá.
- Các hiệu ứng quang học: Hiện tượng ánh sao là đặc trưng nhất, hiện tượng mắt mèo thì ít gặp hơn. Ngoài ra còn gặp hiệu ứng đổi màu (hiệu ứng Alexandrit), màu viên đá thay đổi từ lam đến tía hoặc hiếm hơn từ lục đến nâu phớt đỏ.


Ruby mỏ Lục Yên


4. Đặc điểm bao thể
Trong ruby sự có mặt phổ biến các bao thể ở các dạng khác nhau. Điều đó giúp phân biệt giữa ruby tự nhiên và ruby nhân tạo.
Nếu viên đá chứa bao thể rutin hình kim que với số lượng khá lớn thì viên đá có ánh bên trong mềm mại (gọi là ánh lụa), nếu ta cắt theo kiểu cabochon thì có thể được viên ruby có hiện tượng mắt mèo hoặc hình sao.
Giống như các loại đá khác ruby cũng có nhiều loại bao thể như: lỏng, khí, bao thể “rắn” và “hỗn hợp”: rutin, granat, biotit, apatit, fenspat, canxit,…


Các bao thể apatit, zircon, canxit, dolomit, rutin,...trong ruby Việt Nam
(ảnh Luận án Tiến sĩ của Phạm Văn Long)


Các bao thể dạng lụa của rutin là nguyên nhân gây nên hiệu ứng "sao" trong ruby và saphia


5. Các phương pháp xử lý
5.1. Tác dụng của các tác nhân

- Nhiệt độ: Dưới tác dụng của nhiệt độ, màu sắc và độ tinh khiết của ruby, saphia có thể có những biến đổi khác nhau.
- Axit: Rất khó tác dụng. Các chất bột hàn và dung dịch muối dấm chứa Bo có thể hòa tan bề mặt của viên corindon.
- Chiếu xạ: Có thể tạo màu vàng đến vàng nâu từ loại saphia vàng nhạt.

5.2. Các phương pháp xử lý
- Xử lý nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và môi trường xử lý thích hợp có thể làm tăng chất lượng của ruby, saphia. Tăng độ đồng đều của màu, giảm các hiệu ứng màng mây, màng sữa và làm tăng độ tinh khiết. Hiện nay trên thị trường thì hơn 95% ruby và saphia đều đã qua xử lý nhiệt và được thị trường chấp nhận coi như là ruby, saphia tự nhiên.
- Các phương pháp xử lý khác: Ngoài ra chúng còn được xử lý bằng cách khuyếch tán nhiệt, sửa bề mặt, chiếu xạ, nhuộm màu và sơn dầu.

6. Nguồn gốc và phân bố
- Nguồn gốc: Corindon có nguồn gốc chủ yếu là biến chất, skarn, nhiệt dịch và magma. Tuy nhiên loại có giá trị thương phẩm chủ yếu được khai thác trong các kiểu nguồn gốc biến chất và skarn.
- Ngày nay trên thế giới đã có nhều vùng mỏ ruby, saphia được khai thác như: Miến Điện, Sri Lanka, Thái Lan, Nam Phi, Campuchia, Bắc Mỹ, Pakistan,…
- Ở Việt nam, chúng ta cũng lần lượt khai thác ruby, saphia từ các vùng mỏ Quỳ Châu (Nghệ An), Tân Hương, Lục Yên (Yên Bái), miền nam Việt Nam (Bảo Lộc, Di Linh, Tiên Cô, Đá Bàn, Đak Nông,…).


Bản đồ phân bố các điểm mỏ ruby, saphia ở Việt Nam


Những khu vực khai thác ruby, saphia chủ yếu trên thế giới


7. Chế tác
Ruby cũng như saphia có thể cắt theo nhiều kiểu khác nhau, song phổ biến nhất là kiểu cắt hỗn hợp: Phần đỉnh cắt kiểu kim cương (brillant), còn phần đáy cắt bậc, đối với viên ruby và saphia chất lượng hảo hạng, người ta cũng hay dùng kiểu cắt bậc vừa để đảm bảo trọng lượng vừa để duy trì được các hiệu ứng quang học.
Còn các kiểu chế tác đáy tầng và kiểu kim cương cũng gặp nhưng hiếm hơn nhiều. Khi chế tác corindon ta cần phải lưu ý đến các đặc điểm sau:
- Định hướng trục quang (cả đối với kiểu mài giác lẫn kiểu mài cabochon sao).
- Tính phân bố màu sắc.
- Độ đậm nhạt của màu (màu càng nhạt thì càng phải nhiều tầng, mỗi tầng càng phải nhiều giác và các giác càng phải nhỏ).
- Đặc điểm phân bố khuyết tật v.v
Nếu các viên đá có chất lượng kém hoặc nhiều khuyết tật thì người ta có thể cắt thành các hạt hình tròn, kiểu cabochon hoặc dùng để chạm khắc.
Riêng viên đá có hiệu ứng sao được cắt theo kiểu cabochon để phô bày hiệu ứng quang học hấp dẫn đó.
Ngoài ra, tùy hình dáng, kích thước người ta có thể cắt ruby, saphia thành các kiểu khác nhau tùy ý thích của người tiêu dùng nhằm giữ được trọng lượng tối đa như đối với kim cương: Đó là kiểu emơrôt, kiểu baguette, hình tim, hình tam giác, hình hạt dưa, hình thang, hình chữ nhật, v.v.


Với ruby, saphia sao người ta thường chế tác kiểu cabochon


8. Đá giả, đá tương tự, đá nhân tạo và cách nhận biết
Ngày nay lượng ruby nói riêng và corindon tự nhiên thứ thiệt nói chung được đưa ra thị trường thế giới chiếm một lượng rất nhỏ, đa phần (có tới 80%) qua xử lý.
Hiện nay, ngoài phương pháp nóng chảy trong ngọn lửa Verneuil, người ta còn sử dụng các phương pháp dùng chất trợ dung như: phương pháp Chatham, Kashan, Knischaka, Ramaura, v.v. để sản xuất corindon tổng hợp. Tất cả các phương pháp này đều sử dụng các công nghệ tiên tiến sản xuất làm các mẫu đá tổng hợp rất giống đá tự nhiên. Tuy vậy, con người vẫn có khả năng nhận biết được chúng thông qua các đặc điểm bên trong. Ví dụ: đường tăng trưởng, bọt khí, dấu vân tay, tinh thể platin, tinh thể âm v.v cùng với nhiều dấu vết khác.
Việc giám định ruby, saphia có khó khăn là có rất nhiều khoáng vật được sử dụng để thay thế bắt chước chúng. Ruby có thể nhầm lẫn với spinen, granat, tumalin màu đỏ, một vài loại topaz. Ruby khác tất cả các khoáng vật này ở độ cứng cao, chính vì vậy hay để lại “dấu vết lửa” sau chế tác. Tính lưỡng chiết và đa sắc mạnh cũng là các dấu hiệu để phân biệt với spinen và granat. Ngoài ra ruby còn phát quang mạnh (đỏ tươi) dưới tia cực tím và màu đỏ dưới kính lọc Chelsea.
Saphia có thể bị nhầm lẫn với nhiều loại đá khác như : benitoit, iolit, kyanit, spinen, topaz, tuamalin, zircon và thuỷ tinh màu lam,
Đá ghép đôi làm giả saphia thường bao gồm thuỷ tinh coban màu được phủ bằng granat hoặc phần trên làm bằng saphia lục còn phần dưới là saphia lam tổng hợp.

9. Chất lượng và giá trị
Đối với ruby thì loại có màu đỏ, đỏ hơi phớt tím là có giá trị cao nhất. Ánh tím càng tăng và sự có mặt của sắc màu da cam sẽ làm giảm giá trị của viên đá xuống. Loại có sắc màu nâu có giá trị thấp nhất. Xét về độ sáng tối (ton) của màu thì những viên có tông màu tối vừa là có giá nhất, sau đó là tông sáng và tông tối. Màu không đều cũng làm giảm giá trị của viên đá.
Giá trị của ruby, saphia còn chịu ảnh hưởng của các tì vết bên ngoài và các khuyết tật bên bên trong (rạn nứt, bao thể) song ở mức độ ít hơn nhiều so với màu sắc.
Theo các số liệu của thập kỷ 90, giá của các loại ruby (tùy thuộc vào màu sắc, độ tinh khiết và chất lượng chế tác) như sau:

- Ruby Thái lan: 500 - 3000 USD/ ct;
- Ruby Miến điện: cao hơn vài lần
Còn trên thị trường bán buôn ở Mỹ thì giá những viên ruby nặng 1cara là:
- Ruby Thái : 1200 - 3500 USD
- Saphia hồng: 500 USD
Đối với saphia, màu được ưa chuộng nhất là màu lam hơi phớt tím với tông màu tối vừa. Những viên có sắc màu lục và đa sắc mạnh (Austraylia, Kenya, miền Nam Việt nam) đều ít được ưa chuộng hơn. Giá bán buôn trên thị trường Mỹ đối với những viên 1ct như sau (loại từ màu lam đến lục):
7500 - 2000 USD (Miến điện)
450 - 200 USD (Sri Lanka)
250 - 400 USD (Thái lan, Campuchia);
Màu lục xám: 25;
Da cam (padparadscha): 250 - 1200 (loại chất lượng trung bình) và 2000 (chất lượng tốt);
Màu vàng: viên từ 1- 5ct: 89 - 150 USD/cts.


Viên ruby "Ngôi sao Việt Nam" được định giá khoảng vài chục triệu USD


Chi tiết bài báo mời bạn click