什么是红宝石的优化处理方法？

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

高秀清　陈炳贤　董鹤琴

第一作者简介：高秀清，中宝协第三届人工宝石专业委员会副主任委员，原中国原子能研究院高级工程师。

一、引言

随着科学技术的发展，社会财富的积累，人们对珠宝饰品的需求量越来越大。然而，自然产出的矿产资源是有限的，由于长期大量开采，天然宝石资源日益减少，其中色彩、质地、光泽皆佳的高品位的宝石更加稀缺。为满足市场的需求，人们进行了宝石品位的改善研究，采用各种优化处理工艺对颜色不佳，透明度差等影响外观美的各种有缺陷的宝石进行人工技术处理，使其颜色、透明度和净度等外观特征得到改善，将天然宝石自身的潜在美质充分展现出来，从而提高它的美学价值和商业价值。同时，使宝石的自然资源得到充分利用。

世界上宝石优化处理技术发展很快，许多国家和部门设立了专门的研究机构，并拥有一批专家队伍和先进的技术设备，专门从事天然宝石的优化处理技术研究和商业化生产。而我们国家在这方面还需要大力加强。

二、宝石优化处理技术分类

宝石优化处理技术的采用，要根据宝石的特性和我们欲求的目标而定，如对颜色的改善可采用热处理，也可采用辐照和热处理相结合的多道工艺过程来实现。宝石优化处理技术大致分为五类。

1热处理技术

热处理技术是应用最早的，最古老的，也是应用面最宽的技术。热处理技术需要多种工艺条件相配合，如①温度，由低到高，从 150～2000℃不同温度段的选择；②升降温速率，温度梯度的选择，最高温度及恒温时间等选择；③炉内气氛，氧化或还原气氛，或惰性气体保护等；④真空，真空度控制等，市场上出售的红、蓝宝石，海蓝宝石和蓝色坦桑石等都经过热处理；⑤通气加压。

2辐照－热处理技术

辐照是使高能粒子进入宝石晶体内，通过能量交换，晶体内产生大量的点阵缺陷和离位原子缺陷，形成色心。色心的能量有高有低，形成不同颜色的混合，这使颜色很难看。但低能量色心不稳定，故再进行热处理，可破坏低能量色心，即清除杂色，使漂亮的颜色固定下来，这就是采用辐照着色，热处理固色的技术。此方法不改变宝石自身的物理化学性质，只在外观上使颜色变得鲜艳，透明度有一定的提高。按照我国国家标准，此方法属于优化处理中的“处理”范畴。

目前，国际市场上很多天然宝石是经过人工处理的，并已得到业界的认同和消费者的欢迎。

本着充分利用天然宝石资源和提高宝石价值的宗旨，我们开展了宝石优化处理技术的研究工作，主要是热处理和用辐照处理的方法对宝石晶体进行优化处理。不同品种的宝石，以及不同目标的实现，要采用不同的工艺条件。采用此种技术优化处理效果最好的是托帕石（topaz）、水晶、金绿宝石、金刚石、碧玺等。关于辐照技术及主要设备在后面做重点介绍。

3化学处理技术

通过化学反应，化学扩散和化学沉淀方法，把致色元素渗入到晶体中，或把着色剂沉淀于裂隙或孔道中，使其外观颜色得到改善。

4高温高压法钻石漂白技术

采用高温高压专用设备将淡褐色钻石处理成白色，有的可达到D色美钻。

5钻石高温高压改色技术

将淡褐色钻石处理成**、黄绿、蓝绿、蓝色和粉红色等色泽艳丽的彩钻。

三、人工辐照改色方法与主要设备

宝石辐照的辐射源种类很多，按其射线种类可分为：①γ射线辐照，主要采用60Co辐射源；②高能带电粒子辐照，主要采用加速器，如直线加速器，回旋加速器；③快中子辐照，用核反应堆的专门辐照装置进行辐照处理。

1）γ射线辐照：处理宝石后着色力弱，不能使金刚石着色，对于黄玉处理，只能达到天空蓝色，其优点是不诱发放射活性。

2）高能带电粒子辐照：用加速器产生的高能带电粒子（如高能电子、质子等）对宝石优化处理。一般情况下，带电粒子的能量越高改色效果越好；如果能量能够达到20MeV以上，作为辐射源比较好，其好处是残余放射活性比较低。但由于束流比较窄，因此辐照时间长，辐照费用高。以黄玉为例，经过高能电子辐照处理后，一般能达到浅蓝色。

3）快中子辐照：反应堆产生的快中子对宝石进行辐照改善时，由于快中子（E≥1MeV）的能量高，穿透力强，它轰击宝石晶体时能造成晶格损伤，产生大量的点缺陷，出现空位和离位原子，形成新的色心，出现颜色的变化，因此，改善的效果比较理想。但是，反应堆中的热中子同时轰击宝石晶体，宝石中的微量杂质元素会产生（n，γ）核反应，从而被“活化”生成不同半衰期的人工放射性核素。用堆中子辐射处理宝石时，其改善效果比较好，但热中子也诱发一定量的残余放射活性。为减少宝石中的杂质元素的活化作用，因此，要采取特殊的热中子屏蔽装置，以尽可能降低辐射后宝石晶体的放射活性。这方法我们已研究成功，并被成功地应用于黄玉的辐照改善，其改色效果非常理想。

四、辐照后的热处理

以黄玉辐照处理为例：辐照后黄玉晶体的颜色并非是单一的，可以观察到多种颜色，如灰蓝、蓝绿、浅棕、深棕、浅褐、深褐等色，偶尔出现过紫红色和橘**。热处理的目的，就是要消除杂色，使所需要的颜色充分地显现出来，并且使其颜色稳定，称为“固色”处理。

黄玉辐照与热处理过程产生的颜色变化如图1。

图1 黄玉经辐照与热处理的颜色变化示意图

热处理的温度和保温时间是十分重要的，热处理条件恰当，处理后的晶体显现出艳丽的色彩，迷人的光泽，晶莹剔透，十分诱人。热处理条件不适宜，蓝色中含有黑灰色，显得浓重而且沉闷。

本工作采用综合处理技术，处理过的黄玉、水晶、绿柱石等都得到明显的改善效果，尤其是黄玉处理后，色彩鲜艳，刻磨后折光效果好，有“天空蓝”、“瑞士蓝”和“伦敦蓝”等多种色调（表1）。

表1 辐照处理宝石的颜色效应

五、中子辐照宝石的放射活性

1放射活性来源

中子辐照宝石时，因热中子的核反应活化作用会产生放射活性，并且要持续相当长的时间，活性强度随着时间的延长而逐渐衰减。

以黄玉为例，基本上是铝和硅的氧化物，除此之外，还含有微量杂质元素。样品经中子活化分析可以知道，多数黄玉中都含有 Ta,Cr,Fe,Mn,Cs,Co等。这些元素经中子辐照之后，被“活化”变成带有人工放射性的核素。这些人工放射性放出不同能量的7射线和β射线，它们的半衰期不同，长的百天以上，短的仅有几分钟。

对于半衰期的核素如28Al,31Si,18O等，在一周内即可衰变完，组成黄玉的基体元素都生成上述短半衰期的人工放射性核素，故对人们的影响很小。黄玉中含有的微量杂质元素被活化后，不仅带有高能量的7射线，而且半衰期较长，故放射活性主要来自黄玉中的杂质元素。

2放射活性强度与持续时间

经中子辐照后的宝石，在一定时间内都带有放射活性，它的活性强度随时间的延长而有规律地衰减，最后衰减到豁免值。

产生的放射性强度和持续时间由辐照处理方法、宝石材料基体元素和杂质元素的种类及浓度所决定。杂质的种类与含量因产地、成矿条件不同而异，而且，差异很大。因此，应当选择基体元素和杂质元素的核特征性适宜的宝石原料进行辐照改色，只有这样，辐照后材料才不会带有长寿命核素。

六、放射活性的测量仪器

对于辐照处理的宝石必须进行残余活性的监测，采用仪表分类筛选，进行严格的管理，以保证安全。

核探测器种类很多，功能各异，可采用 Nal晶体探测器；Ge（Li）探测器（高灵敏度，高分辨率），该仪器与计算机联用可以很快地给出各种核素的比活度数据。除此之外，还可以采用α、β、γ表面沾污仪表进行现场测量和分级筛选，此种仪表不能给出绝对强度，只表示相对强度，作为粗测量筛选用比较合适。在我们的工作中，采用仪表筛选分级和仪器测量相结合，对每批材料进行跟踪测试直到合格为止。

七、豁免值

关于辐照处理过的宝石的残余放射性豁免值，目前国际上尚无统一规定，我国也没有制定出相应的标准。根据上述情况，我们以国际原子能委员会规定的“放射性物质安全运输规程”中的有关条款和我国国家技术监督局发布的中华人民共和国国家标准“对辐射源和实践豁免管理的基本标准”文件中的有关规定为依据，采用74Bq/g（2nCi/g）作为放射性物质的豁免比活度限值。低于74Bq/g的固体物即可作为非放射性物质管理。

豁免值是权衡多方面因素制定的管理规程，不超过豁免值的物质不会对人体造成危害，因为这一数值远低于危险度10-6～10-7Ci/g。而且，辐照宝石的残余活性随着时间的延长而逐渐衰减，只要放置足够长的时间，按照其规程办事，是不会给运输、加工和佩戴者造成危害的。

优化处理，行业划分为：优化和处理两类。

红宝石、蓝宝石优化处理的方法主要有，焙烧处理（热处理）、充填处理、扩散处理（渗透）、覆膜处理、染色处理等。行业最常用的多是焙烧处理（热处理）和充填处理。

热处理属于优化范畴，充填属于处理范畴。

红蓝宝石经过优化处理可以在颜色、透明度、净度、光学效应、裂隙等外观特征得到明显的改善，以达到提高宝石品质的目的。

属于优化的宝石可以不做特别标识，而经过处理的宝石必须进行明示：如：红宝石（玻璃充填处理），因为，经过处理过的宝石在价格上于天然宝石有很大的差异。

仅供参考。

优化的绿松石就是天然绿松石的意思。

很多人认为优化绿松石就是假绿松石,其实并不是,所谓优化绿松石其实就是经过某些手段处理后的天然绿松石,所以优化绿松石并不是假绿松石。绿松石优化是经过浸胶、灌胶、过蜡的加工,使原本颜色不够深、硬度不够的绿松石,颜色变得更加鲜艳,瓷度和硬度也变得更强。

相关说明

大家都记得前几年有一个北京客户花了十多万从湖北买了一个二十多公斤重的绿松石观赏石，卖家保证是天然的。但该客户回到北京后找人用仪器鉴定了一下，发现含有大量合成树脂的成份，这是一个浸胶处理过的绿松石。

买家认为上当受骗，卖家认为浸胶的就是天然的，买卖双方的矛盾由此产生。现在北京好几个搞宝石鉴定的都拒绝鉴定绿松石鉴定了，他们坦言：绿松石的真假容易鉴定容易说，但绿松石的天然与否，鉴定容易。

下结论却不容易。可是稍微了解一点儿绿松石的都知道，由于绿松石的硬度只有5-6，都需要进行浸胶或注胶进行固化处理，并且这种工艺从1890年就开始了，那么浸胶或注胶优化处理过的绿松石算不算天然绿松石？这是一个绿松石界争论多年的话题，我们国家也没有相应的产品标准出台。

所以我们也一下无法定论。观点一：只有没有进行过任何优化处理的绿松石才算是“天然绿松石”。换言之，也就是说绿松石从矿里开采出来之后直接切割、成形、研磨、抛光，直至完成，绿松石必须保持原有的色泽。

硬度、纹路。中间任何一个环节如果人为地改变了绿松石本来的色泽和硬度，都不能称之为天然绿松石。观点二：“绿松石只有天然绿松石和人造绿松石两种，只要不是人工合成的，优化的绿松石就是天然绿松石。虽然优化处理使绿松石的色泽和硬度被或多或少地被改变了。

但绿松石更加漂亮，也更易于佩带，更提高了绿石的利用率，节约了宝贵的资源。”观点三：浸胶优化处理只是提高了绿松石的硬度，使绿松石更加紧密有利于加工，可以称天然绿松石；但加胶优化处理不仅提高了绿松石的硬度，同时也加深了绿松石的色泽。

加胶优化处理的绿松石可以不称为“天然绿松石”现目前为止，还没有一个统一的标准来衡量绿松石的天然与否。但我个人观点，要尊重客户的知情权，这点儿很重要。你可以说你的绿松石是天然的，但也必须说明绿松石采用了哪种优化处理方法。

有一些改善宝石的处理方法尽管在古代就已经被人们认识了，如加热的方法使红玛瑙变红等等，但当时更多的是在偶然的机遇中发明的。当人们弄清了固体物质包括无机质矿物（如金刚石、刚玉、黄玉、绿柱石、水晶等），有机质宝石（如珍珠、琥珀等）的固体物理性质和研究了宝石的致色机理之后，才是这个古老的领域发生了巨大的变化，产生各式各样新的完善的宝石优化技术。

进入20世纪以来，由于自然科学的重大突破，新技术的不断出现，给宝石优化工作提供了一个又一个新手段、新方法。随着宝石学的成熟，使优化处理天然宝石以增加宝石价值的研究成为一门科学。人们的认识从宏观领域进入了微观领域，使以前偶然发现的优化处理宝石的方法，成为有目的的自觉行为，人们可以有意识的改变宝石的物理性质。当前，世界上许多技术手段齐全的实验室都开展了天然宝石优化处理的研究。

人们已经能将绿色的绿柱石改善成为天然色的海蓝宝石；物色的黄玉改善成为蓝色的黄玉；无色的金刚石改善位**、绿色、蓝色、粉红色等。通过热处理使劣质刚与变成蓝色或橙色宝石的技术更是风靡一时。据报道，在国际市场上出售的彩色宝石，有80%使经过优化处理的，刚玉类红、蓝宝石的优化处理品超过90%。一些改善后的宝石颜色稳定，经久不变，已被公认价值与天然产出品相当。