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合成翡翠那些事

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发表于 2014-8-15 16:15:47 |显示全部楼层

       翡翠在我国的文化中有着举足轻重的地位,在市场上也是广受大家喜爱。这些年来高档翡翠的身价不断的飙升,也足以见其受欢迎的程度。消费者也对翡翠的质量更加关心。目前市场上最常见的还是对翡翠的优化处理,如B货和C货等,而人工合成翡翠极其少见。不过这段时间微博上几位朋友问到了,于是去查了点资料,希望对大家能有所帮助。

       翡翠的矿物名称叫钠辉石,也叫硬玉,分子式为NaAlSi2O6。是玉石中最珍贵的品种之一。深受中华民族和东南亚各国人民喜爱。

合成翡翠的历史:

       最早尝试人工合成翡翠大概是在19世纪末期,到1948年Loring等首次合成出了具有硬玉的物质,其后Yoder在1950年对早期在不同温度和压力下用无水熔体及有水状态下的熔体合成硬玉的实验进行了总结。1953年Robertson等实现了由具有硬玉成分的玻璃到硬玉的转化,同年科斯也报道了合成出硬玉的成果(Roy和Tuttle,1956)。1956年Griggs等人又报道了由方沸石来制备硬玉的方法。1984年底,美国通用电气公司的De Vries和Fleischer采用超高压和高温技术首次合成了真正达到翡翠级别的硬玉集合体,即所谓的宝石级翡翠(这里硬玉和翡翠应分开理解,硬玉是矿物学名称,而硬玉通常很少以单晶的形式存在,所以很容易把作为硬玉集合体的翡翠和硬玉等同。),其最大尺寸直径为10mm,厚度为3mm。1985年,日本的斋藤正敏等采用离子喷镀法合成了半透明的宝石级翡翠,但因为成本昂贵无法商业性生产。2002年,GIA珠宝实验室首先报道了GE达到天然帝王玉级别合成翡翠宝石学的特征,其产品切割抛光后可达到6.11克拉,已符合市场商业的要求,Suresh Shankarappa Vagarali et al.在2005年的专利中较详细的介绍了制备达到天然帝王玉级别的配方及合成工艺。

       我国合成翡翠研究始于20世纪80年代,1985年10月,长春应用化学研究所和吉林大学合作成功合成了翡翠,1986年阎学伟等在国内首次报道了高温高压下合成了具线状微晶交织结构的块状翡翠的成果,其合成产品的直径为8mm,厚度3mm;1987年,林传易等也报道了他们独立合成翡翠的成果;1988年,武士学等利用稀土离子掺杂技术合成了可发红、紫色荧光的宝石级翡翠。1991年沈才卿等也利用高温高压设备实现了硬玉玻璃到硬玉矿物的转化;1994年,该实验室的产品可达到直径为12mm;1997中科院贵阳地球化学研究所的朱成明等报道了具有交织结构,3mm半透明,翠绿色的高质量翡翠。

合成翡翠的工艺:

       目前已知的合成翡翠工艺有两种,西方及国内的主流工艺是根据天然翡翠是高压产物和Adams et al.和Bell et al.等计算或实验测定的硬玉p-t稳定相图来设计其合成路线的,采用的是高温超高压合成路线;而日本的斋藤正敏等采用的是离子喷镀的方法。



宝石级翡翠的合成是研究翡翠地质产出条件、成因及显微结构特征的基础上,模拟翡翠自然生成的组分环境及温压条件,在高温高压下通过NaAlSi2O6玻璃由非晶到晶态的转化来合成生长宝石级翡翠。合成工艺一般分两步:第一步是将化学试剂按一定配方称量混合后,在一定高温下熔融称非晶态的翡翠玻璃料;第二部是将翡翠成分玻璃料放在人工合成金刚石的高温超高压设备(六面砧压机)中在特定的温压条件下进行结构转化处理,后者也可称为“脱玻化处理”。在合成过程中,合成粉料原料的配比、促进生长掺杂元素的添加、合成温度压力及时间的选择、退火降压工艺控制等是翡翠合成过程中必须面对的问题。探讨如何具有交织结构且透明的宝石级翡翠是该工艺的关键所在。

早期虽然可以合成硬玉,但是硬玉转化往往不完全,后期合成的翡翠虽然宣称达到宝石级别,部分可以半透明和无裂,但实际上由于少量未晶化玻璃相的存在以及晶粒尺寸过大(有的甚至达到150um)或者结构单一,使得大多数产品近乎不透明,内部结构也存在多层状裂隙和痕量污染物,只能算低质量的宝石级翡翠。Suresh Shankarappa Vagarali et al.在2005年的专利中合成出的帝王玉级别的翡翠,内部晶粒大多在10um左右,无裂隙和内含物,颜色均匀,等粒结构。500~565nm投射光的I/Io通过率为40%,属于高质量宝石级的翡翠。

人工合成翡翠的鉴别:

目前市场上的人工合成翡翠仍然少见,有关的研究文章也仅有几篇真正涉及宝石级事物;实验室合成产品经粉末X射线衍射测定,指标化数据计算所得晶胞参数与天然翡翠温和较好;折射率为1.66(点测法),密度为3.31~3.37g/cm3;利用扫描电镜观察可见人工合成翡翠内部晶粒成仙一种穿晶束状编织结构;手持式分光镜下,红区明显可见3条吸收强度不等的吸收窄带;但电子探针数据显示合成翡翠的Na较天然翡翠明显偏高(但含玻璃质的硬玉则明显偏低),其化学组成较纯而和天然产品有一定区别,紫外灯下发蓝白色弱荧光(LW)和灰绿色中-强荧光(SW)。

2004年国家珠宝质检中心魏然对几颗合成硬玉样本进行了研究,发现大多数样品虽然其红外反射光谱和拉曼光谱与翡翠基本一致,但样品存在较多玻璃质。2006年,曹姝旻等对来自美国通用电气公司合成宝石级翡翠的化学成分、振动光谱、吸收光谱及阴极发光灯特征进行了研究,合成产品的拉曼光谱与天然相似,发现GE新合成的翡翠出现了一组与天然翡翠截然不同的、由羟基伸缩振动所致的红外吸收谱带(3373,3470,3614cm-1)。说明GE合成翡翠中存在微量的水分子,从而证实它是在有水参与下结晶而成。并认为该特征可作为鉴别GE合成翡翠的重要证据。另外,合成翡翠的可见吸收光谱中437nm的铁的吸收现象不明显。阴极发光GE合成翡翠发出很强的亮红色光。同时,与晶体生长环境相关的微晶CL结构显示GE合成翡翠中硬玉微晶局部呈定向平行排列或卷曲-微波状结构也有别于天然翡翠。


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