近年来宝石颜色改善的热处理工艺综述

剡晓旭，罗 洁

(华南理工大学广州学院，广州 510800)

近年来宝石颜色改善的热处理工艺综述

剡晓旭，罗 洁

(华南理工大学广州学院，广州 510800)

热处理，通常是在氧化或还原的气氛中，对宝石进行一定温度和一定时间的加热，再缓慢降至室温，从而达到对宝石预期的改善目的，可以稳定提升宝石的颜色和净度。产自于斯里兰卡的蓝宝石会沿次生愈合裂隙充填大量的浸染状黄褐色褐铁矿，经过热处理后这种褐铁矿会发生脱水反应而转变为红褐色的赤铁矿；加热海蓝宝石晶体内部的生长空管中会产生黑色蜘蛛状或烟雾状色斑；经过热处理的低品质碧玺，在晶体内部会出现矿物包裹体的熔蚀，从而愈合裂隙中气液包裹体的缺失，部分指纹状包裹体呈镜面状；热处理后琥珀的颜色和净度都明显得到改善，但也会形成大量的盘状裂隙称之为“太阳光芒”；经过热处理的南洋金珠体色均匀，但在表面的凹坑或瘤刺处会有颜色富集，借助紫外-可见光分光光度计可以清晰地与天然南洋金珠区分开来。

热处理；鉴定特征；彩色宝石

1 背景

珠宝玉石兼具美丽、耐久和稀少三大属性，是人们生活中的贵重饰品，而人类对珠宝玉石挖掘和使用的历史可以上溯至7000多年以前。随着社会的不断发展和进步，人们对珠宝玉石的喜爱有增无减，珠宝市场也日趋繁荣。改革开放以来，我国珠宝行业开始起步，到上世纪90年代，我国珠宝玉石行业进入到了一个高速发展的时期，而进入21世纪，我们珠宝行业更是以每年接近20%的速度增长。随着珠宝行业的繁荣，消费者对于钻石、红蓝宝石、祖母绿、金绿宝石、碧玺、水晶、翡翠和和田玉等传统宝玉石的需求与日俱增，也极大地带动了尖晶石、托帕石、沙弗莱石、海蓝宝石、翠榴石和坦桑石等新兴宝石的需求，它们的销量也有明显的上升[1]。目前，优质的天然宝玉石主要产于缅甸、泰国、斯里兰卡、巴西、马达加斯加、坦桑尼亚和澳大利亚等国，但这些地区宝玉石矿床产量稀少，且地区偏远，开采难度巨大。另外，矿区环境污染加剧，采矿成本也日趋提高，宝玉石的需求量的迅猛增长与高质量天然宝玉石的产出日趋稀少这种供需之间的矛盾，加剧了珠宝市场的不稳定，也导致了大量的资本炒作。天然珠宝玉石(除部分有机宝石)不可再生和稀少的特性，正明显的制约着珠宝玉石市场的繁荣和稳定，因此对低品质的宝石进行合理的优化处理已经成为当今珠宝行业的大趋势。

2 热处理原理

热处理(Heat treatment)，是一种常见的优化处理手段，可以稳定提升宝石的品质或者改变宝石的原始颜色，这种方法通常是在氧化或还原的气氛中，对宝石进行一定温度和一定时间的加热，再缓慢降至室温，从而达到预期的改善目的[2]。人类使用热处理的方法来改善宝石颜色已有两千多年的历史，但具有商业目的的实验只有几十年[3]。目前国际市场上的刚玉红、蓝宝石、坦桑石约有90%～95%是经过不同方法进行过热处理加工的。同时经过热处理的改色宝石颜色相对较稳定，宝石的物理、化学性质亦无太大变化，故类似于天然过程，可以把它看成是天然过程的延续和重复[4]。泰国的热处理工艺十分发达，经常被用来去除蓝宝石中的褐色调或是减少蓝色调[5]。低品质的马达加斯加蓝宝石多为暗蓝色并带有黄绿色调，经过1300℃以上的加热可以消除其黄绿色调转变为品质较高的深蓝色蓝宝石[6]。我国山东昌乐产的蓝宝石也大都经过长时间的热处理来减少蓝色调、去除乳白色以及提高透明度[7]。不仅红蓝宝石可以进行商业化热处理，而且几乎所有的珠宝玉石都可以通过热处理技术提升品质和美观度，例如黄绿色和淡蓝色的低品质海蓝宝石可以通过500℃左右的加热处理获得理想的蓝色[8, 9]；粉-紫色尖晶石经1600℃的加热处理可以去除其紫色调，使晶体的粉红色调更加浓艳[10]。

对于大多数的宝石来说，热处理工艺仍然是最常见以及最基础的优化处理方式，红宝石、蓝宝石、琥珀和水晶甚至有着规范的热处理工艺流程[11]。热处理中影响宝石改善效果的条件主要有：P-T-t变化、氧化-还原气氛控制和化学活动性物质[5]。这三种重要的条件相互作用，共同在宝石的颜色热处理工艺中影响宝石的改善效果。P-T-t的变化，主要针对不同结晶环境的宝石，来自幔源矿床的宝石如钻石、石榴子石和部分红蓝宝石通常需要较高的温度和压力；而那些形成于热液矿床的则需要在相对较低的温度和压力条件下进行热处理，过高的温度和压力会使这些宝石破裂或熔蚀。氧化-还原气氛的选择极大地影响着宝石颜色的形成，在氧化气氛中Fe2+部分或全部转变为Fe3+，原本浅黄色-浅红色的蓝宝石会变为鲜艳的橙黄色和深红色；而在还原气氛中Fe3+部分或全部转变为Fe2+，原本黄绿色的蓝宝石会有很大机率变为浓艳的蓝色蓝宝石[12]。化学活动性物质的参与(如结晶硼砂、石英颗粒和碳酸钠颗粒等)会极大地加快热处理改色的效率，降低宝石表面熔点，确保宝石在升降温时均匀受热而不会导致裂隙的扩张[6, 13]。

如果在宝石加热的过程中加入辅助致色的其他物质(Be和Co)或者将加热温度和压力提高到极高的程度，则会衍生为全新的优化处理方式，如表面扩散处理(Surface diffusion treatment)、体扩散处理(Body diffusion treatment)以及高温高压处理(HTHP treatment)。一定温度的加热处理还常常被用来去除辐照处理宝石后的不稳定色心，提升辐照宝石颜色的浓艳度，甚至是还原辐照处理宝石的颜色。

3 常见热处理宝石鉴定

(1)蓝宝石

蓝宝石，矿物名称为刚玉，颜色多种多样，主要有浅红色、蓝色、黄色、紫色、绿色和无色等。优质蓝宝石的产地主要有克什米尔、斯里兰卡、缅甸、泰国、越南、加拿大和马达加斯加等，在我国山东昌乐和海南部分地区也有大量产出，但品质通常较低。产自于斯里兰卡的蓝宝石会沿次生愈合裂隙充填大量的浸染状黄褐色褐铁矿，经过热处理后这种褐铁矿会发生脱水反应转变为红褐色的赤铁矿[14]；产自于克什米尔的蓝宝石经过加热处理可以消除不稳定的色心和丝状物，但也会使愈合裂隙中的气液包裹体发生炸裂，锆石被熔蚀并形成锆石晕，这些特征都是判断该地区蓝宝石经过热处理优化的重要鉴定特征[15]。

(2)绿柱石

淡蓝绿色的低品质绿柱石经过300℃～500℃的热处理可以转变为浅蓝色海蓝宝石，但也会在晶体内部的生长空管中产生黑色蜘蛛状或烟雾状色斑，部分气液包裹体因加热、气液蒸发而形成空洞、盘状裂隙、煎蛋状包裹体[8]。

(3)碧玺

加热处理可以提高暗粉色碧玺的饱和度，使淡色的碧玺颜色得到加深，如巴西巴拉伊巴州产的蓝色碧玺深受人们的喜爱也具有极高的价值，大部分的帕拉伊巴碧玺都会经过热处理的优化提高其颜色的明亮和鲜艳度[16, 17]。经过热处理的碧玺，在晶体内部会出现矿物包裹体的熔蚀，愈合裂隙中气液包裹体的缺失，部分指纹状包裹体呈镜面状；但对于那些净度高无裂隙的高品质碧玺，则需要借助大型的无损鉴定仪器加以甄别[18]。

(4)琥珀

原本黄色的透明度较低的琥珀经过200℃左右的氧化气氛加热处理后，可以转变为透明度较好的金黄色或血红色琥珀，并形成大量的盘状裂隙称之为“太阳光芒”，这也是鉴定热处理琥珀的重要特征[19]。

(5)南洋金珠

南洋金珠，指的是产自于菲律宾和印度尼西亚的金黄色天然或养殖海水珍珠。在过去的二十年中，南洋金珠被越来越多的人所熟知，尤其是深受我国消费者们的热捧[20]。随着需求的不断扩大，一种经过热处理的南洋金珠也开始大量涌入珠宝市场。经过热处理的南洋金珠体色均匀，但在表面的凹坑或瘤刺处会有颜色富集，对其进行紫外-可见光分光光度计和紫外荧光的测试会发现热处理的南洋金珠在330～385 nm范围内的吸收峰要远远弱于天然南洋金珠，且紫外荧光分布不均匀(见表1)，这些特征都能作为鉴定热处理南洋金珠的有力特征之一[21]。

表1 南洋金珠谱学测试结果对比(根据Elen，2001)

4 结 语

宝石的热处理，是一项极富有艺术感和挑战性的优化处理工艺。改善后的宝石价值得到大幅度的稳定提升，且对佩戴者没有任何不良影响。在热处理的过程中，随着加热温度、压力、时间和化学活动性物质的变化，宝石的颜色也千变万化，正是这样，世界各地的商人们才疯狂地迷恋着宝石的热处理改善，并不断完善其工艺流程。尽管对宝石热处理工艺的研究已经非常深入，但在商业热处理改色中还是会有不少的失败案例，因此如何增加热处理改色的成功率使宝石的颜色按照预期目的进行改善是今后珠宝业界的重要研究方向。

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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

剡晓旭(1988-)，男，硕士学位，2014年毕业于中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，地质工程专业变质岩方向，现就职于华南理工大学广州学院珠宝学院，助教职称，主要从事于宝石学的教学与研究工作，E-mail：yan2009xiaoxu@163.com。

剡晓旭，罗 洁.近年来宝石颜色改善的热处理工艺综述[J].超硬材料工程，2017，29(2)：61-64.

TS933

A

1673-1433(2017)02-0061-04