11 热处理 宝石改善与人工合成 讲座

由于自然界资源有限，宝石新矿床的发展速度远 低于社会的需求量，完美无瑕的天然品越来越少， 使供需发生矛盾，决定了人们对那些质量不好的天 然宝石进行改善，以满足社会的需求。
优化处理的影响
正面的影响 提高了宝石资源的利用率：如珍珠的漂白处理、红 宝石和坦桑石的热处理； 促进了宝石鉴定技术的发展。
负面的影响 影响到宝石的销售量，如充油处理的祖母绿 ； 影响到消费者对宝石的信赖，如酸洗充胶处理改善了宝石的颜色、净度和亮度，但是没有外来 物质加入到宝石中、没有明显地改变宝石的安全 性的工艺。
优化方法的类型不多：热处理、珍珠和其他有机 宝石的漂白、玉石的上蜡处理、祖母绿的浸无色 油处理和玛瑙的染色处理等。
优化处理的概念
天然宝石的处理类型 改善了宝石的颜色、净度、亮度、光学效果、耐久 性和增加了宝石的重量等，但是在这些工艺过程中 发生了外来物质的加入、改善的特性不稳定、产生 了放射性等。
第一节 热处理的设备
加热设备 （1）烧杯、坩埚； （2）烘箱；马福炉，箱式与管式； （3）发热方法：
酒精、煤气:1800℃, 乙炔3000℃, 氢氧焰2500℃， 电阻炉: 硅碳棒1500℃,氧化锆2800℃,石墨 3000℃。 （4）测温方法 水银: 500℃以下，但易破； 热电偶：0～1300℃，误差± 3～6℃；
烘箱
硅钼棒高温马福炉 发热体位于两侧，升至1600 ℃ 仅50分钟。
高温石墨炉
第二节 热处理的条件
最简单方法：将一块宝石放在火上加热。例如，将 一颗红褐色天然锆石放在玻璃试管中，放在酒精灯上 加热，可直接看到锆石逐渐退成白色。
正规研究：需要考虑一系列条件，如升降温度速度 等，还需要计算机控制，宝石热处理条件的正确与否 是处理成功与否的关键。
优化处理的基本要求 （1）提高宝石外观的美丽程度。 （2）提高宝石的耐久性，或没有影响宝石的耐久性。 （3）不产生对人体有害的各种作用。
优化处理的发展
宝石的处理方法
古代就已被人们认识了，如偶然的机遇中发现，加热的方 法使玛瑙变红等。
今天，弄清宝石矿物、有机宝石的物理性质，
研究宝石的致色机理，
产生各式各样、完善的宝石处理技术。
不同宝石处理条件也不同，在热处理时，要具体分 析，反复实验、反复修正。一般考虑下列因素：
先决条件：
1、加热升高温度的速度 要求平滑，大多数升温需缓慢，以防宝石炸裂。 2、热处理达到的最高温度 能使宝石改善颜色或透明度的温度。 3、恒温时间 最高温度下维持的时间，其温度曲线为平直线。 4、降温曲线 大多数情况降温较缓慢，以防宝石炸裂，有特殊 要求则需迅速冷却，如消除刚玉丝状包裹体。
宝石的 优化处理篇
优化处理的概念
天然宝石的优化处理 除了切磨抛光以外的任何施加于宝石的加工，这
些额外加工的目的通常是为了改善宝石的颜色、净 度、亮度、光学效果、耐久性和重量等，使得经过 优化处理的宝石的商业价值得到提高。 优化处理分为优化和处理两类。
宝石的优化处理，特别是对色泽和透明度较差 的天然宝石颜色的改变的研究，目前在国际上已成 为一个专门的学科。
宝石颜色的改善方法可划分为：
改色：热处理法、辐照法、辐照热处理等；
加色： 化学处理—着色、染色、漂白等 物理处理—充填、镀膜、拼合等
热处理
定义：
加热改善宝石的颜色、透明度、光学效应等。
加热处理的方法：
低温：100℃以下，去吸附水、不稳定色心，软化、老化 有机宝石；
中温：100～650℃，大多宝石的处理温度； 高温：650～1000℃，主要用于刚玉质宝石、锆石、尖晶 石等处理； 超高温：1000℃以上，刚玉的扩散、裂隙愈合、钻石 HPHT处理等。
在热处理中试图找到一条合理的温度变化曲 线，这是热处理宝石的关键。
5、炉中的气氛 即氧化、还原条件的控制和加有用成分的焙烧。 6、炉内的压力 有些需要控制一定的压力，常压、减压或加压。
由于改善的宝石来自不同产地，含有不同的杂质 组分，或经历不同的地质环境；即使外观相同的宝 石其热处理方法也可能不一样。
例如：绿色海蓝宝石→海蓝色（铁离子价态变化）。
适用性：宝石的颜色是由过渡元素组分或杂质引起 由电荷转移引起颜色的宝石
本章要点
1、掌握热处理技术的原理及分类，并能对常见 热处理宝石的原理进行归类。 2、熟悉热处理技术的工艺条件。 3、掌握常见热处理宝石的鉴别特征。
复习思考题
1. 什么是热处理？简述热处理的原理？ 2. 通过具体的宝石实例叙述热处理的分类？ 3. 热处理为何能够消除某些宝石中的包裹体？ 4. 列举三种常见的热处理宝石及其鉴别特征？
上世纪以来，自然科学的重大突破，
新技术的不断出现，给优化处理宝石的工作提供了 新手段、新方法。
随宝石学的成熟，使优化处理增加宝石价值的研究 成为一门科学。
人们的认识宏观微观，偶然有目的，有意识的改
变宝石的物理性质。世界上许多实验室都在开展天然宝石 优化处理的研究。
优化处理的意义
宝石由于其特殊的魅力为人们所喜爱，随着科 技的进步，人们生活水平的提高，对宝石的需 求量越来越大。随着经济的迅速发展，宝石业 和珠宝市场将会更加繁荣昌盛。
3、同种杂质的含量和价态及不同种杂质的比例可以影响 颜色、透明度等物理性质，它们都与自然形成及随后的温度 变化期间氧化还原条件等有关。
因此外观都为黄褐色的蓝宝石，在同样热处理条件下： 海南产→蓝色，而山东产→橙黄色。
第三节 热处理技术的原理
热处理中产生的热效应最终使晶体内部发生变化，展示珠 玉石潜在的颜色美。根据宝石在热处理过程中内部变化的机 理将热处理技术的原理分为八类。
1. 使宝石中致色元素改变而产生颜色的变化 2.使宝石原有的色心被破坏而引起颜色的变化 3.使宝石中的杂质扩散或改变存在状态而改变颜色 4.使一些含水的宝石发生脱水作用而引起颜色的变化 5.使某些宝石发生结晶构型的变化 6.使某些宝石发生重组、再生和净化而达到优化的目的 7.消除宝石中的包裹体，提高宝石的透明度和净度 8.温度骤变可能引起珠宝玉石内部产生裂纹
热处理工艺一般属商业机密，没有现成条件供使 用，必须摸索。
例如： 1、自然界中的蓝宝石，其蓝色起源于铁和钛元素的电荷
转移，当其它杂质（如铬）的存在可能引起红的色调变化。
2、即使同一种杂质，以不同状态出现，所起作用也不同。 如钛以离子形式与铁离子共存可以影响蓝宝石的颜色；若以 金红石的形式存在就产生星光。