寶石及鑒別——熱處理

1、寶石及鑒別寶石及鑒別——熱處理熱處理一、剛玉類寶石（紅、藍(lán)寶石）熱處理法用的最多的是在剛玉中剛玉也大部分需要熱處理進(jìn)行改善.目前國際市場上的剛玉紅、藍(lán)寶石有9095%是經(jīng)過不同方法熱處理的.因此在此分類詳細(xì)介紹熱處理法改變剛玉的顏色。（1）熱處理剛玉的改色機(jī)理1.含鐵離子剛玉從無色、淺黃綠色到黃色、橙色的互變在藍(lán)寶石（Al2O3）中的鐵，常以二價(jià)態(tài)Fe2或三價(jià)態(tài)Fe3存在。在高溫晶體生長的條件下，鐵一般以Fe2或FeO出現(xiàn)。當(dāng)這樣一種F

2、e2在取代剛玉中的Al3時(shí)，為保持晶體電中性，每兩個(gè)Fe2的存在就會出現(xiàn)一個(gè)氧空位，這樣可以產(chǎn)生幾乎無色的剛玉晶體、或者略帶一點(diǎn)綠色調(diào)。其組成為：（1x）Al2O32xFeO→Al22xFe2xO3x在高溫下，氣體中的氧可以通過擴(kuò)散將Fe2氧化成Fe34Fe2O2→4Fe32O2在剛玉藍(lán)寶石中，這時(shí)沒有氧空位了，相當(dāng)于Al2O3中存在著Fe2O3雜質(zhì)，電荷是平衡的，依Fe3濃度的不同，寶石可以出現(xiàn)淺到中等的黃色。若在還原氣氛中加熱，比如

3、在H2或CO的條件下，就會產(chǎn)生相反的作用Fe2O3H2→2FeOH2O或Fe2O3CO→2FeOCO2如果更強(qiáng)烈的加熱，F(xiàn)e2O3可能會聚集形成多分子顆粒，從而產(chǎn)生更深的黃到褐的顏色。也就是說，當(dāng)鐵離子以二價(jià)的形式存在于剛玉中時(shí)，寶石是無色略帶一點(diǎn)綠色調(diào)。在高溫下，通過氣體擴(kuò)散Fe2可以氧化成Fe3，隨Fe3含量的多少，寶石可以出現(xiàn)不同程度的黃色。相反當(dāng)有還原氣氛存在時(shí)Fe3又可以轉(zhuǎn)為Fe2，寶石又可恢復(fù)原來的顏色，但較氧化反應(yīng)難進(jìn)行。

4、氧化成Fe3的反應(yīng)甚至在有鈦存在時(shí)才可能。當(dāng)寶石中鐵的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鈦的含量時(shí)，鐵離子之間的電荷轉(zhuǎn)移占主導(dǎo)地位，寶石仍可呈現(xiàn)出黃色，但含鈦所形成的黃色比不含鈦所形成的黃色暗得多。當(dāng)鐵離子和鉻離子共存，鐵為二價(jià)時(shí)，寶石為粉色，經(jīng)氧化加熱鐵變?yōu)槿齼r(jià)，寶石成橘紅色。這些熱處理的溫度很高，常接近剛玉熔點(diǎn)（2050℃）的溫度，即1500℃以上。因此，必須具有良好的控溫系統(tǒng)，否則會使寶石部分或全部熔化。實(shí)驗(yàn)中，為將Fe2氧化為Fe3常采用敞開坩堝的方

5、法，一般不需要使用可引起化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)藥品。為了防止寶石炸裂，緩慢升降溫和填入緩解溫度的化學(xué)藥品很有必要。這種方法得到的寶石顏色十分穩(wěn)定，對光和熱均不退色。2.含鐵和鈦離子的無色或淺藍(lán)色剛玉顏色加深及深藍(lán)色剛玉顏色變淺這是兩個(gè)相反的過程，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)過程的理論基礎(chǔ)是：鐵和鈦的的電荷轉(zhuǎn)移是引起藍(lán)寶石顏色的主要原因。這種電荷轉(zhuǎn)移，涉及到如下作用：Fe2→Fe3eTi4e→Ti3得：Fe2Ti4→Fe3Ti3方程右邊的兩項(xiàng)比左邊的兩項(xiàng)具有更高的

6、能量狀態(tài)。當(dāng)光照射到寶石上時(shí)，單電子吸收光能從鐵轉(zhuǎn)移到鈦，使方程向右進(jìn)行。由于右邊的能量高于左邊，但電子吸收能量就形成從黃色到紅色寬闊的吸收帶從而產(chǎn)生了人們熟知的寶石藍(lán)的藍(lán)色。這種電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生顏色的特點(diǎn)是具有很高的吸收率，對光產(chǎn)生強(qiáng)吸收，所以呈現(xiàn)的顏色很鮮艷。第一個(gè)過程淺顏色加深，淺色或無色的含鐵和鈦的剛玉中一般鐵是以二價(jià)形式存在，鈦是以化合物TiO2的形式存在為使方程進(jìn)行，必須使TiO2的鈦以離子形式存在于剛玉中，就需要進(jìn)行高溫處理。

7、典型的例子是斯里蘭卡的“Geuda”的熱處理。這種剛玉是一種乳白至褐黃色或帶有藍(lán)色調(diào)的牛奶色的剛玉。這種剛玉經(jīng)高溫處理可以得到不同程度的藍(lán)色，有的可以達(dá)到藍(lán)寶石的極品色。在熱處理中最重要的是要防止寶石炸裂，因此，必須首先是將寶石原料修整好，去掉一些表面的裂隙和較大的包裹體，然后進(jìn)行熱處理。隨熱處理時(shí)間以及加入化學(xué)藥品的不同，其作用被認(rèn)為是防止在加熱炸裂和加快顏色改變的速度。加熱的溫度也有差別，一般在15001700℃也有采用1900℃的