宝石晶体水热法生长的原理和技术

曾骥良　周卫宁　张昌龙　霍汉德

第一作者简介：曾骥良，中宝协人工宝石专业委员会第一、二届副主任委员，第三届高级顾问，原广西宝石研究所所长，教授级高级工程师。

一、引言

自20世纪60年代全世界掀起“人工宝石热”以来，人工宝石晶体及其饰品越来越受到人们的重视与喜爱，这是因为：①天然宝石资源日趋枯竭，特别是质优粒大的名贵宝石罕见，供不应求，价格昂贵；②人工宝石晶体，特别是水热法生长的许多宝石晶体，在生长条件和宝石学特征等方面与天然宝石晶体极为相似；③随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，特别是在经济发达的国家和地区，人们的珠宝消费观念已发生深刻的变化，追求宝石文化品位和首饰时尚是此变化的主要特征。在此背景下，我们开展了彩色蓝宝石等宝石晶体的水热法生长技术研究及工程化开发，自主设计了可在t≤600℃和p≤200MPa条件下安全可靠、长周期连续工作的φ22mm×250mm，φ30mm×510mm，φ42mm×760mm和φ60mm×1100mm系列高压釜及其配套的温差井式电阻炉，解决了过饱和度控制、致色离子缓释、氧化－还原调控等多项技术难题，成功地合成出大块度、高品质的彩色蓝宝石晶体（图1,2,3），加工了彩色蓝宝石饰品（图4）。本文根据上述研究成果论述了宝石晶体水热法生长的原理和技术。

图1 水热法生长的红色系列刚玉宝石晶体

图2 水热法生长的蓝色刚玉宝石晶体

图3 水热法生长的**刚玉宝石晶体

图4 水热法生长的彩色刚玉宝石刻面饰品

二、生长原理

宝石晶体水热法生长原理是：将待生长宝石晶体所需原料溶解于高温高压的矿化剂水溶液中而形成饱和溶液，并采取适当技术措施将饱和溶液再转化为过饱和溶液，而宝石晶体则在此过饱和溶液中或成核生长或籽晶生长，最终生成块状宝石晶体。目前普遍采用温差法，并大多采用籽晶，我们称之为籽晶温差水热法，它适宜于具有较大的溶解度及温度系数的宝石晶体生长，是人工宝石晶体产业化的重要方法。

籽晶温差水热法的基本原理是：在宝石晶体生长的水热体系中，建立一个恒定而又稳定的温度梯度，即在原料溶解的高温区和籽晶生长的低温区之间，在整个生长过程中，始终维持一个恒定而又稳定的温差。于是，在溶解区形成的饱和溶液通过温差对流再输运到生长区而转变成亚稳过饱和溶液，籽晶便在此溶液中最终生长成块状宝石晶体。由此可见，籽晶温差水热法的关键是：①建立一个恒定而又稳定的温差；②籽晶生长区的溶液始终被维持在一个适宜而又稳定的亚稳过饱和状态。

三、生长技术

1高压釜和电阻炉的设计制造技术

（1）φ60mm×1100mm型高压釜

高压釜是宝石晶体水热法生长的关键设备，其性能优劣直接关系到宝石晶体生长的成败。φ60mm×1100mm型高压釜的结构见图5。

φ60mm×1 100mm型高压釜设计和制造的技术要点是：①精心挑选的高温合金，不仅要有高的高温机械强度，而且要有良好的塑性和耐冲击韧性；②严格设计强度计算及其校核（王心明，1986）；③对选定的高温合金严格热处理；④在高温合金热处理前后及其机械加工后均要严格探伤检验；⑤高压釜使用前，在室温高压（100～220MPa）和高温（490～600℃）高压（100～180MPa）条件下，严格进行耐压试验，保压时间分别为1h和34～35h。

研究结果表明，随着高压釜反应腔尺寸的增大，其热容量和热稳定性提高，温度波动性减小，晶体尺寸增大，生长速度增快，台日产量提高，晶体质量也有所改善（表1）。因此，设计制造反应腔尺寸更大的高压釜（最高工作温度和压力为t≤600℃和p≤200MPa）仍是研究开发的一项重要任务。

图5 φ60mm×1100mm型高压釜的结构示意图

1—隔热阻挡层；2—釜体；3—下螺母；4—下法兰；5—上法兰；6—上螺母；7—螺柱；8—压垫；9—顶紧螺钉；10—接头；11—密封环；12—压环；13—釜塞；14—密封环；15—压环；16—釜塞；17—防爆装置

数据单位：mm

（2）电阻炉

温差井式电阻炉，按下述技术原则设计制造：①炉膛下部高温区对应于高压釜反应腔下部高温溶解区，而其上部低温区则对应于反应腔上部低温结晶区，两区之间存在正温差，并可对其调控；②结晶区应尽可能长，温度梯度应尽可能小；③加热升温速率适宜，保温效果尽可能好，炉外壁散热尽可能均匀；其技术关键是加热电功率的合理分配，对此我们按三段加热、两点控温的方案进行设计制造。

φ60mm×1100mm型高压釜反应腔内的温度曲线如图6所示，高温高压条件下在黄金衬管内测定的温度曲线如图7所示。图6与图7表明，结晶区长度为600～640mm，平均温度梯度为011～022℃/cm，反应腔内和黄金衬管内的温度波动≤02℃，适宜于宝石晶体水热法生长。

2控温测温技术

温度及其温场特性对宝石晶体的水热法生长至关重要，对此采取了下列7项技术措施，改进完善了控温测温技术。

1）电阻炉改进：①将炉膛改为带有均匀分布小孔（φ6mm）和等距分布外螺纹槽（R8mm）的刚玉管，因而热交换更充分、更迅速、更及时；②增大了加热电功率，因而提高了初始升温速率，缩短了升温时间，同时也有利于调整各段加热电功率的匹配关系；③改整体为两体制造工艺，这不仅便于制作，而且使保温效果更好，炉壁散热更均匀。

表1 红宝石晶体水热法生长结果对比

图6 φ60mm×1100mm型高压釜反应腔内的温度－高度曲线

图7 黄金衬管内的温度－高度曲线

2）增设隔热阻挡层：在炉膛与高压釜釜体之间增设了由不锈钢隔热圈和硅酸铝纤维毯隔热层组成的隔热阻挡层。它将炉膛下部高温区与上部低温区隔开，有效地抑制了两区之间的热对流，确保了所需要的正温差及其温差的稳定性。

3）增设热电耦定位装置：增设的热电耦定位装置，一方面使下部控温热电耦的热端与高压釜釜体底部紧密、定位、定点接触，使控温重现性好；另一方面又能使电阻炉底部的热量损失大大降低，使炉温更稳定。

4）增设冷端恒温补偿箱：箱内蒸馏水恒定在45℃，其温度波动最大为±001℃。将热电耦冷端插入此恒温箱内，避免了因环境温度波动而造成炉膛内的温度波动。

5）用双支代替单支铠装热电耦：用双支代替单支铠装热电耦，实现了一点双测双控，大大地提高了设备运行的安全可靠性。

6）采用 UP350上位机监测系统：采用UP350上位机监测系统，实现了对炉温的实时监测和实时记录。

7）采用内测温技术：在近似于宝石晶体水热法生长的条件下，在黄金衬管内直接测定了温度曲线（图7），该曲线更真实地反映了晶体生长时的温度及温场特性。

3矿化剂选择和溶解度测定技术

（1）矿化剂的选择

矿化剂对于宝石晶体的水热法生长非常重要。我们认为宝石晶体在高温高压的矿化剂水溶液中形成了与宝石晶体中配位多面体结构相类似的配合离子，并有利于宝石晶体的生长。因此，必须依据宝石晶体结构化学式中心元素的离子构型、配位原子的电负性和配位体的碱性度等技术原则（武汉大学，1983）来选择矿化剂。所选择的矿化剂还应使宝石晶体具有一致溶解的特性，并具有较大的溶解度及温度系数。

（2）溶解度测定

宝石晶体在高温高压矿化剂水溶液中的溶解度及温度系数是设计宝石晶体水热法生长工艺技术的重要依据。我们在等温炉内，采用淬冷法并根据宝石晶体的前后失重来测定其溶解度。为防止杂质干扰，使用了黄金衬管，即将宝石晶体碎粒（粒径3～5mm）和矿化剂水溶液密封于衬管内；为在淬冷过程中及时将晶体与溶液分离，将装有晶体碎粒、带有均匀分布小孔的黄金篮悬挂于矿化剂溶液之上；为确保溶解反应平衡，预先进行了动力学试验，即溶解度大小与溶解持续时间的关系试验；为确定溶解是否为一致溶解，对溶解反应后的固相产物进行了分析鉴定。

刚玉宝石晶体中的配位多面体为[AlO6]，中心Al3＋为8电子型，与L为F－、OH－、O2－等离子形成配合离子[AlL6]3－，其中最有利于配合的是F－，但F－与致色离子Cr3＋生成不溶化合物CrF3，因而选择OH－。此外，有价值的红宝石矿床多产于碳酸盐岩石中，因而最终选择了碱金属碳酸盐作为矿化剂。我们所测定的焰熔法红宝石晶体的溶解度曲线如图8所示。结果表明，适宜于籽晶温差水热法生长。

图8 红宝石晶体在KHCO3和NaHCO3水溶液中的溶解度曲线（p=200MPa）

4过饱和度控制技术

前已指出，籽晶温差水热法生长宝石晶体的技术关键是：在整个生长过程中，生长区的溶液必须始终维持在一个适宜而又稳定的亚稳过饱和状态。亚稳过饱和度区的大小、趋向可用过饱和度来估计（张克从等，1997）。从此意义上讲，亚稳过饱和度的控制技术实质上仍是过饱和度的控制技术。试验研究表明，在选定的水热生长体系里，结晶温度及其温差以及挡板开孔率是影响过饱和度的主要外部因素。

（1）结晶温度和温差的控制技术

温度和温差控制技术上已述及，不再重复，但需要强调的是，确定结晶温度和温差之间的匹配关系至关重要。在实际工作中，我们主要根据高压釜长周期安全工作的最高温度和压力、宝石晶体水热法生长体系中的液固比（即初始加入的矿化剂水溶液体积（mL）与固体原料质量（g）之比）等选定原料溶解区的最高温度，再根据溶解度曲线所确定的亚稳过饱和区温度范围来选定结晶温度，最后经试验确定它们之间的最佳匹配关系。对于φ42mm×760mm型高压釜及其配套电阻炉，红宝石晶体优质快速生长的最佳匹配的温度参数如表2所列。

表2 反应腔最佳匹配的温度参数

（2）挡板及其开孔率

在黄金衬管内溶解区和结晶区之间设置开孔的挡板，调控宝石晶体水热生长体系的溶液对流或质量输运，以达到控制溶液过饱和度的目的。

在实际工作中，可依据是否发生成核生长来判断过饱和度控制的正确性和有效性；若发生成核生长（成核生长的细小晶体往往附着在黄金衬管内壁的上部以及籽晶架的上部），表明结晶区溶液已超出亚稳过饱和区，因而需要减小温差或增大挡板开孔率，以保持溶液处在亚稳过饱和区。

5致色离子缓释技术

**蓝宝石晶体水热法生长实验中，当致色剂Ni2O3直接加入到衬管底部时，随着原料中Ni2O3含量由166%降低到005%，晶体颜色产生黑色→深褐色→褐**的变化，表明Ni2O3含量直接影响蓝宝石的颜色。因此，通过特殊装置控制致色离子的释放速度和数量，可保证宝石颜色的纯正和均匀。

6氧化－还原调控技术

**蓝宝石（俗称黄宝石）是一种掺Ni3＋的蓝宝石晶体（Ni3＋:α-Al2O3），而致色剂 Ni2O3在水热生长体系里，有可能发生下列反应：

中国人工宝石

因此，需对其氧化－还原能力进行调控。对此，我们根据氧化－还原的基本原理，应用相关元素的电势图，选择适宜的氧化剂（或还原剂）直接加入水热生长体系中，以控制其氧化－还原能力，即达到控制致色离子价态的目的，使黄宝石晶体呈现出纯正的**。否则，晶体呈现黄绿色、草绿色，这是因为Ni2＋和Ni3＋均掺入晶体（Ni3++Ni2＋：α-Al2O3）而使其致色的结果。

7彩色混合技术

为研究开发红宝石晶体新的颜色品种，依据晶体化学和氧化－还原反应原理及晶体呈色机理等，采用了两种或多种颜色相互混合而产生新颜色品种的彩色混合技术。若要求颜色品种的明度和纯度提高，则采用加色混合技术；反之，则采用减色混合技术。我们采用该技术，成功地生长出了新颜色品种的红宝石晶体，该晶体呈现漂亮的鲜红色，其明度和纯度均得到提高。

8生长体系相态及其判别

水热生长体系的相态指的是在给定的物理化学条件（如温度、压力、矿化剂溶解度等）下，体系究竟是处在液相、气相、气－液共存相和超临界相的哪一个相区，这既是人工晶体（包括人工宝石晶体和人工功能晶体）溶解－结晶平衡、也是人工晶体水热法生长的关键问题。研究结果表明：①人工晶体在液相区和超临界相区的溶解度大，且往往随矿化剂浓度的增大而增大，随温度、压力的提高而提高，因而有利于晶体生长；②在上述两均匀相区内，物质和热量的输运均匀而又稳定，因而有利于生长高品质晶体；③相对于超临界流体相，人工晶体在液相区的生长压力和温度较低，因而有利于设计制造大口径高压釜以生长大尺寸晶体。在实际工作中，可依据人工晶体中的包裹体类型及均一温度（卢焕章等，1990）、水热生长体系的P-V-T-C-F曲线等进行判断。

四、结束语

通过项目研究及其成果工程化，我们成功地自主设计制造了系列高压釜及配套电阻炉，开发了整套水热法生长彩色蓝宝石的技术工艺，小批量生产了高品质的彩色蓝宝石，填补了国家空白。同时，项目的设备和技术对水热法合成其他宝石具有重要的指导和借鉴作用。

参考文献

卢焕章等1990包裹体地球化学北京：地质出版社

王心明编1986工程压力容器设计与计算北京：国防工业出版社

武汉大学等编1983无机化学北京：高等教育出版社

张克从等1997晶体生长科学与技术北京：科学出版社

在宝石中的优化处理有很多方法，热处理，扩散，注油，注胶，注蜡，辐照，染色，拼合，LZ所阐述的问题一般是在讲人处理和注油两个方面，因为我国国内对珠宝的质检和相关法律，和国外其他国家是有偏差的，比如热处理又叫一度烧，在国内NETC鉴定机构无标注，视为天然。在GRS,IDC等等鉴定机构是有明确标注的，比如注有色油和注无色油，注无色油有的国家鉴定机构是不标注的。至于红宝石合格率只有36%是因为珠宝商抓住消费者的盲点，来利用盲点进行高额的暴力利润，所以现今的中国珠宝爱好者更倾向于国际珠宝鉴定机构

1、热处理

热处理是红宝石最常见的处理方法。市面上所售的红宝石大多都经过加热处理。

2、充填处理

红宝石或多或少都有不同程度的微裂隙。充填处理是加入充填物，以达到愈合裂隙、提高宝石品质的目的。

3、染色处理

染色处理是将颜色较差的红宝石放入红色染色剂中浸泡，使红色染色剂沿着红宝石的微裂隙，渗透进入宝石内部，从而使红宝石呈现出美丽的红色。

选购红宝石的注意事项

1、颜色是影响红宝石质量的重要因素，颜色纯正，色泽鲜亮的红宝石是首选。

2、红宝石重量越大越好，但是大颗粒的红宝石比较少见。

3、红宝石内部瑕疵、裂隙、杂质等包裹体越少，内部就越洁净，透明度就越高，其品质就越好。

4、如果红宝石具有星光效应，这粒红宝石的质量就非常高。

总之颜色越鲜艳，内部越纯净，切工比例越完美，粒度越大的红宝石其价值就越高。

作为四大名贵彩色宝石之一的红宝石，对其进行优化处理以改善宝石已具有悠久的历史。目前红宝石的主要改善方法有热处理、充填处理、扩散处理、染色处理等。

01 热处理

条件和目的

氧化环境800-1900℃：去除泰国红宝石中的褐色调

氧化环境800-1900℃（低至450℃）：消减越南或缅甸孟苏红宝石中的蓝色调

在硼砂中加热1300-1900℃，10-20小时：热处理愈合裂隙

硼砂/硅土作用：（1）防止宝石高温炸裂（2）提高宝石净度

加热至1600-1800℃后迅速冷却：去除丝状包裹体或发育较差的星光

1100-1400℃下加热1-14天或更长，然后缓慢冷却，使富含钛的红宝石产生星光

鉴定特征

表面特征

1颜色分布不均匀

2色带的颜色和清晰度会发生不同程度的变化

3局部熔融，刻面腰上出现凹坑或麻点

流体包体

1指纹状包裹体改变、增多、紊乱且多沿裂隙分布

2愈合裂隙及空洞中有助熔剂残余

固态包体

1环状应力裂隙

2点针状或白雾状包裹体

3浑圆状负晶

紫外荧光

紫外荧光灯下，热处理红宝石局部蓝垩色

Tips:

热处理是红宝石常用的一种优化处理手段，可以不同程度的改变红宝石的颜色或净度。根据显微镜下观察和大型仪器测试，红宝石的热处理评级可以分为以下级别：

- Noindication of thermal enhancement:

未见热处理迹象

- H: Indication of thermal enhancement:

可见热处理迹象

- H(1): Indication of thermal enhancement with minute residues

可见热处理迹象和少量残留物

- H(2): Indication of thermal enhancement with noticeable residues

可见热处理迹象和明显残留物

02 充填处理

目的

主要用于改善红宝石的净度，可分为传统充填和新式充填。

（1）传统充填

1400-1600℃下，以硼质钠铝玻璃、铝硅酸盐玻璃等为主要充填物

玻璃充填鉴定特征

1表面光泽较弱

2放大观察可见裂隙或表面空洞有玻璃充填和气泡

3红外光谱和拉曼光谱图与未处理红宝石有差异

（2）新式充填

高温下以铅玻璃和油为主要充填物的充填方法，目前有色油浸染较为少见，多为无色油充填。

高折射率玻璃充填鉴定特征

1充填部分光泽与主体有差异

2放大观察，一般裂隙处可见蓝紫色闪光效应

3扁平气泡群沿裂隙分布

4次生玻璃体残留

5EDXRF测试Pb、Bi、W等元素含量高

6X射线图像上可见铅玻璃充填区域及形态 

无色油充填鉴定特征

1放大观察，在热源下宝石表面开放裂隙出现冒汗的迹象

2红外光谱的方法聚焦测试充填区域出现如2858cm-1及2926cm-1等烷基吸收峰

03 扩散处理

条件和目的

表面扩散处理，少数红宝石中在1600-1750℃来增强红颜色和/或诱发星光效应。在表面涂覆铬的氧化物和适量化合物，在高温下加热数天。颜色仅存在于宝石表面，抛光即可去除。

鉴定特征

1颜色偏橙红色调，似红色尖晶石

2橙黄/红色特征二色性（未处理红宝石：两种不同程度红色调）

3折射率大于178（未处理：176-178）

4分光镜下无蓝区468nm或红区吸收线，红区694nm荧光谱线无或弱

5表面可见雾状外观，由不规则网状淬火裂纹和微气泡群导致

6在散射板或浸油中观察，颜色不均匀分布，色料沉积于棱线、腰围和次生玻璃体处

04 染色处理

目的

通过染色处理以改善红宝石的颜色外观

鉴定特征

1光泽较弱，放大观察可见颜色集中于裂隙处

2紫外荧光灯下为橙红荧光

3丙酮或油迹试剂擦拭会掉色

一、红(蓝)宝石的优化处理与鉴别

刚玉类红(蓝)宝石是市场上常见的高档宝石，对这类宝石的优化处理历史悠久，种类繁多，且不断的创新，主要有以下几种：

1热处理法

红(蓝)宝石是应用热处理法最多的宝石品种，市场上的红(蓝)宝石绝大部分是这种优化宝石。人们通过各种热处理手段，将天然产出的红(蓝)宝石进行人工处理，以改善颜色和透明度。目前，可以将含铁离子蓝宝石从无色和浅黄绿色改成**或橙色；将含铁和钛离子蓝宝石从无色、浅蓝色或蓝黑色改善成宝石蓝色；将红宝石从牛血红色改善成鸡血红色，即消除红宝石的紫或蓝色调。此外，人们还可以通过热处理消除红(蓝)宝石中的金红石等包裹体，以增加宝石的透明度。或反之，也可以增加宝石中的针状包裹体，使宝石产生星光。这种方法改善颜色或透明度的优化宝石，一般不需要鉴别，在出售是也不必声明，行业里不认为是欺诈。

2扩散处理法

这种方法是通过高温处理在宝石表面扩散一薄层颜色，颜色的厚度从015～042mm不等。一般原料是天然的无色或浅色刚玉，最近也发现有用合成刚玉宝石的。扩散的颜色有蓝色、红色和橙色等，也有在宝石表面扩散星光的。扩散处理宝石在各国珠宝界引起广泛关注，人们不允许将这种宝石作为天然宝石直接出售，在出售时必须声明是经过扩散处理的。

扩散处理宝石的鉴定依据是，原石是无色或浅色的天然刚玉，它的颜色是用高温的方法人工扩散进入晶体的，颜色仅限于宝石的表层，而宝石的核心部分仍为浅或无色的原天然刚玉，宝石的颜色层，可通过切磨或抛光，部分或全部去除。

鉴定扩散处理蓝宝石较有效的方法是通过油浸和放大，用肉眼或在显微镜下观察。高温特征是：样品毛坯料表面呈现烧结物；放大观察可见到一个扩散层；在宝石的表面裂纹或周围的孔隙中，常沉积有浓缩的深颜色和扩散用的色料；宝石中的包裹体周围常熔融，或金红石的“丝”熔蚀成点状，或被吸收。由于颜色仅限于宝石表面，在油浸下观察的特征是：刻面接合处和腰围明显地出现较深的颜色线，或高突起；整个宝石看起来颜色不均匀，有的刻面深，有的刻面浅，称斑状刻面，这是由于扩散层的厚度不均匀及扩散后抛光过重等综合作用引起的；在腰围处常常完全无色，整个腰围清晰可见，称为腰围边效应；在二碘甲烷中，刻面接合处清晰可见，整体也出现一个清楚的蓝色轮廓，天然宝石则看不到刻面界线，整体边缘也不清楚。

扩散处理的刚玉，最早出现在市场上的是蓝宝石，后来又有红宝石。进入21世纪以来，又有一种橙红色的扩散处理刚玉上市，具研究，其颜色是经人工渗透铍元素而成。用于仿价格不菲的天然橙红色帕帕拉恰(padparadscha)刚玉宝石。

3其他方法

由于人们对红、蓝宝石的需求长盛不衰，天然优质刚玉类宝石的产量有限，因此几乎对宝石优化处理的一切方法都被用于红、蓝宝石的改善中，如，染色、注油、充填塑料等。

二、托帕石及其改善方法

托帕石(矿物名称黄玉)是常见的宝石之一，为珠宝店必不可少的宝石。黄玉宝石的颜色与其化学成分中F和OH的含量比有关。伟晶岩中的黄玉OH含量很低，F接近理论值，称F型黄玉，常为无色或褐色。其他产状如云英岩中的黄玉OH含量增加到5%～7%，热液成因的脉岩中的黄玉F和OH含量可接近相等，称OH型黄玉，常为**或粉红色。还有一种橙红色黄玉是十分珍贵的品种。

1颜色的变化

黄玉的颜色变化，可以用放射性辐照和热处理来完成。

(1)F型黄玉：无色或褐色品种经辐照后变为深褐色或绿褐色，经200℃左右的热处理可以得到深浅程度不同，漂亮的蓝色黄玉，有些外观酷似海蓝宝石，过分的加热可失去颜色恢复原状。

(2)OH型黄玉：无色或浅**品种经辐照可变为橙红色或橙**加热可使颜色恢复原状。含铬的粉红色或紫色品种经辐照后可变为橙红色和红色，加热可恢复原来颜色。还有一种产在巴西的带青色的黄玉，放射性辐照后呈黑褐色，经有控制的热处理可转变为粉红色，再经适当的辐照可出现金**色彩，但不变蓝。

2辐照技术

一切可以产生放射性的装置，都可以作为辐照黄玉的“源”。最早人们把放射性物质镭装在试管里与宝石混合，摆到铅盒子内对宝石进行辐照。现代人们常用的设备有钴60，高、低能电子加速器，反应堆等，这些设备各有优缺点。

钴-60可产生γ射线不带电，穿透能力强，辐照较均匀。F型黄玉经γ射线辐照后变成深浅不同的褐色，一般辐照剂量为109～1010拉德，经热处理后，可得到浅蓝色黄玉。经γ射线辐照的宝石不带放射性残留，但颜色较淡，应用前景不大。

电子加速器产生的高能电子，能量比γ射线高得多，辐照的时间短，放射性残留少，产生的颜色明快，经热处理后黄玉颜色的深浅程度与海蓝宝石十分相似。加速器是辐照黄玉常用的设备，但由于设备庞大，费用昂贵，使用受到限制。

核反应堆是利用原子核裂变时产生巨大原子能的装置。在反应堆里可产生多种类的中子，有快中子、慢中子、热中子等。其中快中子对宝石作用放射性残留少，因此，在辐照宝石时人们想办法滤掉其他中子，尽力只允许快中子通过。中子辐照黄玉的效率很高，可以很快地得到深色的黄玉，经处理可得到蓝色的成品。由于反应堆的孔道很多、体积很大，一次辐射的样品量可以很多。反应堆中子辐照最大的特点是样品带有部分放射性残留，为确保人身安全，需放置很长时间，待放射性减少到国家允许的标准以下才能上市。

3热处理

热处理是辐照处理的反作用，辐照产生的色心是引起宝石颜色变浅的原因，这些色心有的稳定有的不稳定，热处理的目的就是去掉那些颜色不好的不稳定的色心，留下漂亮颜色的稳定性较好的色心。通过加热到180～300℃的热处理，就能使F型黄玉中那些棕色、褐色色心消除，而让蓝色的色心显露出来。一种综合处理的方法，可以得到理想颜色的蓝色黄玉，通常是经反应堆和加速器辐照后，再经热处理。

4改色黄玉的检测

黄玉的颜色主要是由色心形成的，色心形成颜色的关键是色心的稳定性问题，一般经过热处理仍保留的色心，可认为是稳定色心。如F型蓝黄玉，其辐照品和天然品无论是在外观和颜色形成的机理上都是一致的，都是经过外界辐照而形成的蓝色色心。其差别只在于辐照品是人工大剂量、短时间辐照和加热的产品；天然品是自然界小剂量长时间辐照和光照的结果，要区别开这两种蓝黄玉是很难的。最近有人提出用热发光的方法，天然蓝黄玉在350℃时发光强度突然增高，而人工辐照品在300℃以下发光强度就可以增高了。这种方法在检测时常破坏宝石的颜色，实际意义不大。目前，还没有非破坏性方法能准确的检测出黄玉的颜色是否经过辐照处理。

但对辐照黄玉进行放射性检测是必须的，一般用γ仪。国外有的商人常在柜台上放一台小型γ仪，当着顾客面检测宝石的放射性。一般认为在γ仪(微伦计)上读数小于50微伦/小时(背景值为20微伦/小时)是安全的。

此外一种褐**—橙**的黄玉也可以进行“粉红化”处理，通过相当低的温度热处理得到颜色较稳定的粉红色宝石。据报道，经这种热处理过的黄玉，具有较天然粉红色黄玉强的二色性。

三、钻石的优化处理与鉴别

钻石人工致色主要是经辐照后进行热处理来完成，首先，通过放射源对钻石进行辐照，目前大多采用电子加速器将钻石辐照成蓝色、绿色、蓝绿色、褐**等。然后，根据需要进行一定的热处理改成红色、紫色、蓝色等各种颜色。辐照致色钻石的鉴别是珠宝界的一大难题，至今还没有很好的解决。目前，只是在谱学特征上寻找差别，即可见光谱、红外光谱等吸收的不同，但由于影响因素多，准确性尚欠缺。蓝色的钻石有特征的差异，天然蓝钻含硼具有半导体的性质，可导电；辐照蓝钻是电的绝缘体，不导电。

近年来，市场还出现一种经温压人工处理，退除杂色成白色的钻石。业界认为这种方法主要用于由结构缺陷引起黄或褐色的Ⅱa型钻石，目前按行业约定，经过这种方法处理的钻石必须送美国GIA分级，并在其腰棱用激光刻有“Ge pol”的印记。

对某些具有特征缺陷的钻石，人们常采用一些处理技术，这些处理通常不能提高钻石的净度级别，只是改变钻石的外观，使钻石易于出售。业界贸易规则中，明确要求经这类技术处理的钻石必须声明。

“激光钻孔”技术，对具有明显可见暗色包裹体的钻石，采用激光束，烧出一个从钻石表面通向包裹体的微小通道，钻孔径0002～002mm，深度不限。该技术是将钻石固定在一个可以精确旋转的夹具上，借助显微镜来调整激光，让激光束垂直钻石表面直达暗色包裹体，使包裹体蒸发掉，为清洗孔道和漂白包裹体的残留物，常用酸进一步处理，以使包裹体变浅。孔道通常在真空中使用环氧树脂堵塞，这样当钻石台面朝上固定在首饰上时，孔道将很难被看出。但从亭部一侧用10倍放大镜观察，容易看见。

“裂隙填充”技术，1987年起市场上出现了这种处理钻石，采用折射率相近的材料对钻石的开放裂隙进行填充。这与祖母绿“藏破”的原理是一致的。祖母绿中空气填充的裂隙很容易看到，但市场上常用与祖母绿相近折射率的油填充裂隙，肉眼就比较难看出来了。填充只能改善宝石的外观，却不能增加其价值。钻石裂隙填充是在真空中，将高折射率的玻璃状材料注入到钻石开放的裂纹内，注入材料的组成一直未公开。经该法处理的钻石，较大裂隙易于检出，小裂纹的检出较困难。检测主要是显微镜下观察，填充部分随钻石的移动可呈现特殊的橙或蓝紫色的闪光，出现的闪光常是单一颜色，而非光谱系列闪光。有时镜下可见到流动构造或扁平状气泡。

经这些技术处理的钻石在净度分级中有特殊的规定，见第15章第一节。

四、翡翠的处理方法与鉴别

作为优质玉石，翡翠的需求量越来越大，而天然产出品中颜色鲜艳而透明度高的上品十分稀少，供求矛盾促使翡翠的价格迅速上涨。多年来，人们一直试图采用各种人工改善的方法，使翡翠增加颜色和透明度，以提高其商业价值和可利用率。常见的方法有：改色、染色和脱黄注胶等。在珠宝界，人们把翡翠划分为A货、B货和C货。

1热处理翡翠及鉴别

翡翠的热处理称为焗色，一般是通过热处理使翡翠的颜色加深，常是增加红色。红色翡翠也是人们喜欢的一个品种，但自然界的红色品种不多，纯红色的就更少见，多数都带有棕色及褐色，加热的目的是去掉棕色或褐色，得到较好的红色。

热处理的步骤是将清洗干燥好的样品放在炉中，炉内的温度一般不需太高，用烘箱即可，加热在空气中进行，为保证样品受热均匀，要放在透明容器或距离发热体远些，升温速度要缓慢，最好是边升温边观察，当翡翠样品开始慢慢转变颜色，出现猪肝色时，开始缓慢降温，冷却后翡翠会呈现出红色，对不同质地的翡翠要具体调整操作的时间和温度。为获得较鲜艳的红色，在翡翠完全冷却后，再浸泡到漂白粉溶液中数小时，进行氯化，可增加它的艳丽程度。

焗色翡翠与天然翡翠的红色，都是赤铁矿(三价铁离子)呈色，赤铁矿是由褐铁矿失水转化而成的。不同之处，天然品是在自然条件下缓慢失水，而焗色品是在加热条件下迅速失水。实际上很难区别，如果将其加以区别，那只能凭人的感觉来区分，即天然品比较透明，焗色品会稍差些，给人以“发干”的感觉。

2C货的制作和鉴别

颜色是决定翡翠价值的主要因素，绿色越纯正，价值越高。但大多数翡翠很少有绿色或颜色很淡，为此，人们采用了染色和着色，最常被增加的颜色是绿色和紫色。

加色的步骤是，首先，选择具有一定孔隙的翡翠(密度较大结构致密的翠很难加上颜色)，进行清洗烘干。然后，放入染料(如氨基染料)或颜料(如铬酸盐)的溶液中，温度在100℃以下，浸泡2周左右，时间以颜色渗入的深浅，翠件的大小，孔隙多少而定。最后，再将部分上色的翠件烘干，表面浸蜡，使颜色分布更柔和。不管是染色还是着色的绿色翡翠都作为C货出售。紫色翠件的加色方法类同，只是染料或颜料换成紫色而已。

外观相同的翠件，A货和C货的价值相差十分悬殊，因此对C货的鉴别十分重要。一般采用滤色镜、吸收光谱仪和放大观察，如果在滤色镜下呈现暗棕红色到棕粉红色；在吸收光谱的红色段650nm左右出现一条粗黑的吸收线；放大镜或显微镜下放大观察，在微晶狭缝中可见到绿色网纹。以上三种现象出现一种，即可确定为C货。但是没有这些现象的翡翠，如在滤色镜下不变色，也不能肯定它不是C货，因为现在人们染色技术十分高明，可能是采用了新的染色方法，需依靠多种手段进一步确定。目前最适用的方法是红外光谱测试，C货会出现明显的色料吸收峰。

3B货的制作和鉴别

由于翡翠为多晶集合体，在微小晶体之间不可避免地会存在着少量的金属离子如铁、锰等，这些离子的氧化物多为深色氧化物，这样就大大地影响了翡翠的颜色和鲜艳程度。特别是在翠的底上出现黑褐色、灰色等斑点和瑕疵，使翡翠看起来很脏，价值明显降低。为解决这个问题人们采用了化学漂洗的方法，去掉污迹，这就出现了B货。

B货的制作主要有两个步骤，一是脱黄，也称清洗或“冲凉”。作法是将选择好的样品用强酸(如盐酸和稀硫酸等)进行清洗、浸泡，不断更换新的酸液，一般要泡2～3周，观察样品到**基本脱完为止，脱黄后的翡翠颜色比较鲜艳，绿色突出，底色明显变白，但透明度不好，水头差，呈现干裂外观。二是注胶，将脱黄处理的翡翠，中和烘干后，注胶加固。翡翠经酸洗脱黄，尽管整体外型未改变，但细微结构遭到严重破坏，强度明显降低，需进行加固处理。即将加热后的样品放入胶中，在烘干箱中温度保持200℃以下，使胶均匀渗入翠的裂隙。常用的胶有塑料、无色环氧树脂等。最后抛光，去掉肉眼可见的表面胶。

B货的鉴别难度很大，需经多种观察和仪器测试，综合分析。

(1)仔细观察宝石的颜色、光泽和结构。B货的颜色较鲜艳，但不太自然，有时脱黄不好时基底有**调；与天然A货的玻璃光泽不同，B货常出现树脂光泽，反光量减少，光泽变弱；B货经清洗注胶，结构变化较大，多显得松散，用侧光观察，白色部分出现较为粗糙的白丝状组织，宝石表面出现明显的凹凸结构。

(2)测定密度、寻找差别。翡翠的密度是330～336g/cm3。从理论上讲经清洗注胶的B货密度应低于原件，但由于注胶的量有限，再加上作为矿物集合体，翡翠的密度不是一个固定值，B货的密度变化常超不出翡翠的变化范围。因此，密度变化，只是一个参考值。

(3)紫外线长波测试，出现荧光。一些B货在长波紫外线下，出现蓝白色荧光，是注入有机胶的反应，若注入无荧光胶则无此反应，但目前的B货有荧光者居多。

(4)红外光谱测试，比较谱图差别。用无损红外光谱分析可以很好的检测出B 货，这是目前最行之有效的方法。每一种矿物都有特定的红外光谱，B货由于注胶，产生了与天然翡翠明显不同的红外吸收线，不同的胶有不同的吸收谱线，但都是A货所没有的。把被测的样品与标准翡翠的红外图谱加以比较，出现多余的吸收峰者即为B货。

在实践中人们还常采用一些特殊的方法鉴定B货，如用火烧，B货可变成黑色焦状等，但都有不足之处。翡翠的改善除了以上的三种方法之外，还有镀膜、贴面、假皮等各种方法，花样很多，而且常常翻新，但很不受欢迎。

思考题

一、是非判断题

1按国标规定，所有染色宝玉石均须在鉴定报告中注明属“处理”。

2高温下使蓝宝石色斑或色带扩散的改色手段称为“扩散热处理”。

3红外光谱仪只能分清一部分A货或B货翡翠。

4按国标规定，出售任何品种的浸蜡玉雕件均可在宝玉石名称后不注明(处理)。

5任何染色宝玉石的鉴定证书上，按国标规定：必须在名称后加上(处理)。

6染色玛瑙效果稳定，上市时无需标明为处理的。

7辐射改色的托帕石上市时须声明为“处理”的。

8再造绿松石属于处理宝石。

9托帕石经辐照改色并加热固色后即可上市。

10扩散处理蓝宝石中固态包裹体的变化特征与热处理蓝宝石中的相似。

二、选择题

1优质仿制珍珠是在圆核上面涂上多层的：( )

a鱼鳞漆

b银粉

c白瓷漆后制成的

2目前对辐照处理黄玉(Topaz)的放射性残留允许量(出厂—上市)为：( )

a70～15贝克

b70～15伦琴

c70～15γ

3区分翡翠与无机玻璃充填的B货翡翠应选用：( )

a滤色镜

b显微镜

c红外光谱仪

4用气相沉淀法改善的镀膜钻石，翻面的外观特征是：( )

a无纹平滑

b有平行线纹

c有云雾状纹

5为查明红宝石中有无玻璃充填，宜选用：( )

a亮域照明和斜照明

b暗域照明

c反射照明

6判别钻石与激光穿孔钻石或充填处理的钻石时，最好选用：( )

a亮域照明

b暗域照明和斜照明

c反射照明

7判别扩散蓝宝石与蓝色蓝宝石时，要侧重观察：( )

a生长线或固态包裹体有无变化

b对比棱、尖与面之间颜色的差异

c棱线有无毛茬

8红宝石与染色红宝石的判别宜使用：( )

a滤色镜

b显微镜

c分光镜

9在合法贸易中，下列哪种优化祖母绿无须声明：( )

a注无色油的

b注有色油的

c注塑料的

10区分翡翠和C货翡翠时必须用的仪器是：( )

a放大镜或显微镜

b查尔斯滤色镜

c比重天平

11目前我国对辐照处理黄玉的携带放射性残留，参照日用工业品的辐射防护规定，放射性允许标准为( )

a70贝克

b30贝克

c50γ

12鉴别天然与辐射改色的蓝色钻石，可用( )

a热导仪

b电导仪

c折射仪

13翡翠的B货在紫外灯下：( )

a一定有荧光

b无荧光

c都没有荧光

14热处理后弧形色带已不清晰的蓝宝石，在鉴定证书名称一栏写为( )

a合成蓝宝石

b合成蓝宝石(处理)

c热处理的合成蓝宝石

15利用色心呈色原理，使无色托帕石改变成蓝色托帕石的优化处理方法是( )

a辐照热处理

b扩散热处理

c染色

d镀膜

16用红外光谱判别充胶翡翠与不充胶翡翠是检测( )

a结构是否被破坏

b翡翠的矿物成分

c翡翠中的阳离子

d有机阴离子团

17绿色锆石热处理改为蓝色时，须控制的气氛是：( )

a中性

b氧化

c还原

18阴极发光仪所用辐照源发射出的是：( )

a电子束

bX射线

cγ射线

三、多项选择题

1翡翠(处理)是指：( )

a用强酸碱处理后加高分子胶，加入颜色

b只要用强酸碱处理过

c加热后加色

d洗过的

e、在裂缝中有充填胶或色料

2按“国标”，应在宝石名称后必须加“处理”二字的下列宝石有：( )

a热扩散处理的蓝宝石

b加热处理的红宝石

c热处理去除杂色产生粉红色的绿柱石

d染色处理的玛瑙

e浸蜡加深颜色的绿松石

四、填空题

1改善的宝石要达到( )、( )、( )3个标准。

2翡翠B货制作的两个主要步骤是( )、( )。

3改色蓝黄玉(Topaz)是通过( )处理以及随后的( )处理而获得的。

4未经人工染色的天然玉石中与翡翠易混淆的有( )、( )、( )、( )、( )。

5市场上常出现经过人工处理的翡翠有：( )、( )、( )和( )。

6优化处理珠宝玉石可分为( )和( )两大类，而其中( )可用原珠宝玉石名称，而对( )的珠宝玉石在原珠宝玉石名称后加括号并在其中注明( )二字。

7钻石优化处理的方法有：①( )②( )③( )④( )等4种处理方法。

8红宝石优化处理方法有：①( )②( )③( )④( )。

9蓝宝石优化处理的方法中( )和( )两项在鉴定与销售中必须注明( )。

10人工宝石中代号YAG是( )，CZ是( )。

11在市场上常遇到的一种翡翠品种八三玉(爬山玉)成品，其主要特点为( )、( )、( )。

12改善红宝石常用的人工处理方法有( )、( )等。

13一颗无色、火彩非常好的标准切工圆钻形宝石，直径为58mm，重115ct，它可能为一颗( )宝石。

14翡翠B货在反射光照明下，主要鉴定特征有：( )、( )、( )。

15目前对刚玉类宝石的优化处理方法有( )、( )、( )和( )。

16评价宝石改善(优化或处理)的效果时，至少要考虑( )、( )和( )等3个方面。

17常用于改善珍珠颜色的方法有( )、( )和( )。

18高温扩散处理蓝宝石的鉴定特征是在二碘甲烷浸液中可能呈( )、( )、( )。

19翡翠(处理)的充填物质可为( )或( )或( )或( )。

20天然翡翠经强酸或强碱处理后、再充填了( )或( )固结的称为B货翡翠，主要特征是( )遭到了破坏和加入了一些其他物质。

21蓝宝石的主要处理方法有( )处理法，( )处理法。

22制作B货翡翠用强酸或强碱浸泡主要目的是去除( )和( )等。

23如果无色水晶晶格中含少量的( )，经辐照处理后能产生紫色。

24腰棱上刻上GE POL标记的钻石是消除了( )色的一种无色钻石。

25红宝石的热处理常采用( )气氛，以消除( )色调，还可以消除( )包裹体。

你好，要看是哪种宝石，像钻石就是由碳原子组成的，怕火。由于钻石的99%的成分都是碳元素，而且化学结构稳定，所以一般常温的火是不会对钻石造成伤害的，但当温度达到700度左右的时候碳元素就会被氧化。 石榴石是化学成分比较复杂的硅酸盐矿物(岛状硅酸盐)，通常用A3B2[SiO4]3表示。其中A表示Ca2+ 、Mg2+、Fe2+、Mn2+等二价阳离子，B表示Al3+、Fe3+、Cr3+等三价阳离子。 宝石种类介绍

宝石多为单矿物晶体，透明者加工成刻面，半透明至不透明者常加工成素身饰品，后者部分具星光和猫眼效应。钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、金绿猫眼为举世公认的五大珍贵宝石，具保值和收藏价值，其余属中低挡宝石。

1、钻石

矿物名金刚石，是自然界最硬的物质，被誉为“宝石之王”，以无色透明者为佳，无色微带蓝色者称为“水火钻”价值最高。粉、蓝、绿、金黄等色因罕见也为珍品。产于南非、澳大利亚、俄罗斯及我国辽宁、山东等地。世界上最大的宝石金刚石库里南产于南非，重3106克拉。我国国宝“常林钻石”产于山东，重158786克拉。

2、红宝石

矿物名刚玉，是仅次于钻石的珍贵宝石，硬度9，仅次于钻石。产于缅甸、泰国、斯里兰卡等东南亚各国。缅甸是世界上首屈一指的优质红宝石产地，以“鸽血红”最佳，次为石榴红，玫瑰红等。红宝石是七月诞辰石，象征热情奔放和品德高尚，千百年来为世人所喜爱。

3、蓝宝石

矿物成分与红宝石同，故有“姐妹宝石”之称。广义蓝宝石包括除红色以外的各色宝石级刚玉，以印占克什米尔矢车菊蓝宝石质量最佳，惜已采空。为前，优质蓝宝石主要产一缅甸和斯里兰卡，以鲜艳的天蓝色色调均匀者为佳，靛蓝、浅蓝等色次之，我国山东，江苏，海南等省也出产。为九月诞辰石。

4、祖母绿

为绿柱石矿物的一种，因具特殊晶莹的“祖母绿色”被誉为“绿色宝石之王”，据说其绿色之美，任何绿色以宝石皆望尘莫及。以翠绿、皆为佳，优质绿祖母绿均产于哥伦比亚。

5、金绿猫眼

矿物名金绿宝石，硬度85，仅次于钻石和红宝石。具绿黄、蜜黄、黄棕等色，以深蜜**为上品，产于斯里兰卡。当具变色效应时，称变石（亚历山大石），日光下呈绿色，白炽灯下呈红色，亦为珍贵宝石。

6、欧泊

矿物名蛋白石，具瑰丽夺目的变彩。以色彩丰富、鲜艳、红色变彩较多且分分均匀的五色变彩为佳，以黑欧泊最好，白欧泊、火欧泊次之；产于澳大利亚。

7、海蓝宝石

为绿柱石矿物的一种，具海水蓝色，以色浓鲜艳者为佳，具猫眼效应者价值倍增。产于疆，云南等省（区）。

8、尖晶石

别名大红宝在，常为红、蓝等色，以接近红宝石的红色得较珍贵。红色尖昌石易与红宝石相混，一颗被称为“黑色王子红宝石”的红尖晶石，1660年被镶嵌于英王王冠上，直至20世纪才被识破。优质尖晶石产于缅甸。

9、橄榄石

因具有橄榄绿色而得名，以酷似祖母绿色者最佳，次为浓绿色和黄绿色，为八月诞辰石，产于河北，吉林。

10、托帕石

矿物名黄玉，硬度8，颜色较多，以酒**和红色最珍贵，无色者最差。商店里常见的蓝色黄玉为人工改色而成，但颇受青眯。为十一月诞辰石，产于新疆，云南等地。

11、紫牙乌

为石榴石族矿物。由于此族矿物化学成分，故品种和颜色也较多，以酷似祖母绿色的翠榴石和血红色镁铝榴石最佳。

12、月光石

为长石族矿物。其淡蓝色晕彩颇似秋夜的月光，故名。优质月光石产于缅甸，其晕彩有淡蓝、金黄、银白等色，以淡蓝及金**晕彩最佳。若具猫眼效应及“瞳孔”者，价值倍增，是受青睐的宝石品种。有学者认为，闻名遐迩的“和氏壁”就是月光石。

13、珍珠

被誉为“宝石皇后”。为珍珠蚌类的分泌物，矿物成为为文石。分天然珠和养殖珠两大类，以大而圆珠光佳美者为上品。我国广西合浦的海水养殖珠，世界驰名。

1、加热法

天然夜明珠在常温下随着温度的升高亮度增加，这是萤石的荧火效应与磷光效应相结合的结果。少部分萤石由于生成时稀土钇含量不足，在常温下不能发光，但接近磷光效应。这样的萤石球稍加热就能发光，且通体透亮。造假者可以用热水浸泡后，放在黑红布制作的袋子内，当场给你做示范，引你上当。

2、辐射法

有裂纹或没有裂纹的萤石球都可以用这种方法制作。方法是把夜光宝石粉用辐射法进入萤石球内部，外观与天然夜明珠难以区别。这种“夜明珠”必须经外光源照射后才能发光，而且发光物为夜光宝石粉。光源消失后，这种“夜明珠”一般只能延续10小时左右。

3、夜光宝石粉液浸泡法

方法是把夜光宝石粉置于水中或白蜡内，放萤石球加热搅拌而得。这种“夜明珠”最大的特征是发光物沿裂纹和解理分布。光源消失10小时后亮度自行消失。

4、人工成球法

把夜光宝石粉与其它透明物质按一定比例，再加入各种颜色，在一定温度和压力下凝固加工成球而成。这种“夜明珠”虽通体透亮，但与天然夜明珠较好区别。

5、强光手电

用强光手电光照15分钟，能在数十个小时内连续发光的浅灰色萤石。具有磷光现象，既能产生夜明珠准效应者。颜色美丽，半透明，无需任何光照，即永久主动发光，并且发光能量较大。

一定要把萤石的荧光和磷光区分开来，磷光现象是在外加光源作用，去掉后还能保持一定的发光时间。观察它的发光长，一般只要稍有光照，夜晚就会自动发光而且一直持续。