合成翡翠的合成翡翠制作过程

一、环境条件：

天然翡翠形成于高温高压环境；通过实验American的Bell和Roseboom得出形成硬玉的温度与压力的下限为400摄氏度、18000帕。实践还表明，在900~1500摄氏度、25~70千帕的条件下，均可将非晶质翡翠转化为晶质翡翠。

二、方法步骤：

<1>制底子

将二氧化硅5945%,氧化钠1534%,氧化铝2521%配制好然后，在1500摄氏度的高温下反复熔融，要使其分布均匀，以形成非晶质翡翠材料，非晶质翡翠属于玻璃质，无色，透明。

<2>加入致色物质

致色物-----------------------(001%~10%)引起的翡翠颜色变化

氧化铬柠檬黄--黄绿--绿黄--深绿--橄榄绿

氧化钴浅蓝--青莲--深钴蓝

氧化镍浅藕--藕色--紫色--兰紫色--深蓝色

氧化铜浅蓝--天蓝--海蓝--深墨水蓝

硫酸锰浅紫丁香色--紫丁香色--深紫丁香色--紫色

氧化铁白色--浅黄绿色---浅黄褐色

氧化钛灰色--浅灰色----白色

氧化钕日光灯下紫红色------太阳光下青紫色

氧化镥鲜绿色色调

五氧化二钒白中蓝色色调--白中红色色调

氧化铈白色-------白色中微红色调

二氧化锡白色中黄绿色调--白色中微红色调

亚硒酸盐白色中粉红色调

(据沈才卿老师的实验简表)

实验还表明合成翡翠的透明度与致色元素(或离子)的浓度有关 如:含铬07%以下合成翡翠往往透明,大于07%后呈深绿或橄榄绿,不透明国内最专业的珠宝交流论坛和珠宝交易平台，内含钻石、黄金、玉石、翡翠、 和田玉、水晶、宝石、银饰等专业板块，并提供各大珠宝公司今日金价和国际钻石价格表。

将非晶质翡翠材料注:要经过粉碎、过筛，再利用合成金刚石所用的设备“六面顶压机”，使其转化成具有天然翡翠结构的合成翡翠产品。经过X射线分析合成翡翠 具有与标准数据一致的谱线。也与天然翡翠的谱线重合。硬度62~71密度329~336克/厘米3吸收光谱的主要峰值与天然硬玉的标准图完全吻 合。

我们可以从翡翠的光泽，表皮，颜色等观察。因为翡翠市场大，价格高，自然的利润空间大，很多商人就利用这一点，制造人工合成的B、C类翡翠冒充A货翡翠，在不了解的情况下，很多新手买家都容易上当，所以学会辨别翡翠很重要。

加工过的翡翠会出现裂纹凹坑：“由于翡翠经过强酸碱处理后结构松散，又经过树脂加固，会在表面形成内凹外凸的小坑状结构，其大小与处理后的翡翠抛光程度有很大关系，其表面呈现树脂光泽，蜡状光泽，或者玻璃光泽，树脂光泽与蜡状光泽混合状，前者所述橘子皮现象容易与天然无处理翡翠的“微波纹现象”混淆，需要加以分辨。”——引自。所以，如果对翡翠的真假抱有怀疑，可以从表面下手分析。

人工翡翠颜色不自然，光泽不灵性。加工过的翡翠因为破坏了晶体结构，注胶等原因，翡翠在光泽度上会变暗，显得死板，是带蜡状的色泽或者蜡状的色泽。并且，因为翡翠经过加工，其颜色很容易浮于表面，相对于天然的翡翠来说，加工过的翡翠颜色更加艳丽，显得极度不自然。所以，人工合成的翡翠一般会呈现出“品质高”，但是价格却低于市场价的情况。

多看少买是学会分辨翡翠的好办法。因为好的翡翠一般价格高，种水雕工都是极为出色的，经常观察也就能够逐渐分辨出合成翡翠和天然翡翠的区别。

翡翠在高温下，会出现脱水，粉末状解体，最终溶解，并且不能还原翡翠，切不可糟蹋。

不能，翡翠不是玻璃等可以有重塑性，翡翠属于天然的矿石，有着独一无二性。翡翠一旦经过焚烧融化就会破坏翡翠内部的成分，导致翡翠变成一块块结晶。

为下一道工序做好准备。之后再用毛刷沾上钻石粉高速抽打雕件的表面。这一步做完基本就快完成了，但这步要比较小心，还要避免被刮花，否则就会容易造成翡翠原石出现受损的现象，不利于增加光泽性。

四：精磨。这个时候换成金刚砂磨头（白色，最细）在翡翠原石表面进行精磨，随着水滴的流过，你已经可以发现表面慢慢开始“宝光”出现了。五：粗抛光。

沈才卿

作者简介：沈才卿，中宝协人工宝石专业委员会第一届副主任委员，第二、三届常务副主任委员兼秘书长，核工业北京地质研究院成矿模拟实验室高级工程师。

翡翠（Jadeite）的矿物名称叫“钠辉石”，也叫“硬玉”，分子式为NaAlSi2O6。优质翡翠是由无数细小的纤维状结晶纵横交织而成的致密状集合体，称为“毡状结构”，所以非常牢固和坚韧，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的喜爱。优质翡翠产于缅甸密支那地区，我国至今没有找到翡翠矿床。

翡翠属于高档玉石，最优质的翡翠是一种似祖母绿色的、透明的、颗粒很细的、色调均匀而鲜艳绿色的翡翠，其价格很贵，与优质祖母绿的价格相当。传说慈禧太后生前酷爱翡翠，死后的陪葬品中握在她右手中的翡翠“降魔杵”，就属于这一档次的翡翠。据《慈禧墓珍宝失窃案》一书中记载：“这降魔杵颜色浓翠而透明，比水晶更洁净，可透视物体，实在是宝中之极品啊！”但这样的翡翠自然界中极少，不能满足社会的需要。人们依据人工合成宝石的品质优于天然宝石的一般规律，试图人工合成出高档的翡翠来。我们就是在这样的思想指导下，进行了翡翠的人工合成研究。

一、翡翠人工合成方法的选择及其依据

翡翠人工合成方案的制订，首先就涉及合成方法的选择问题。经过一系列的实验方法试探，最后选择了高温超高压法（一般认为超高压是指压力在10×108Pa以上）。选择该人工合成方法的依据，一方面是从实验中得出来的，另一方面是由下列因素决定的：①天然翡翠的形成，目前有三种观点（地质部情报所，1981），一种观点认为是岩浆在高压条件下侵入到超基性岩中的残余花岗岩浆的脱硅产物；第二种观点认为是在区域变质作用时原生钠长石分解为硬玉和二氧化硅形成的；第三种观点认为是花岗岩类岩脉和淡色辉长岩类岩脉在（12～14）×108Pa压力下，在钠的化学势高的热水溶液作用下发生交代而产生的。仔细分析这三种观点，可以发现它们有一个共同点，即翡翠是在高温超高压的条件下形成的。②世界上最优质的翡翠矿床位于缅甸北部密支那乌龙河流域，这个区域位于阿尔卑斯褶皱区外带与前寒武纪岩石巨大隆起的交界处，为第三纪变质带，包括一组始新世侵入的超基性岩体，广泛分布有蓝闪石片岩、阳起石片岩和绿泥石片岩，而这些矿物都是高温超高压变质相的代表矿物，翡翠生长于这个区域，说明形成于高温超高压环境。③贝尔（Bell）和罗赛布姆（Roseboom）曾用实验的方法研究了硬玉的温度—压力关系曲线（图1），由图中可见，形成硬玉的温度下限约400℃，压力下限约18×108Pa，证明只有在高温超高压条件下才能形成硬玉。由此可见，翡翠的人工合成必须在高温超高压的条件下才能获得成功。

二、翡翠人工合成的步骤与方法

按照人工合成宝石的常规方法，是要先设法合成出宝石相对应的矿物，然后再设法使合成的相应矿物达到宝石级的要求。由此，我们要先设法合成出翡翠的相应矿物“钠辉石”或“硬玉”，再使其达到宝石级（即翡翠）的要求。

图1 硬玉成分的温度—压力关系图解

（据WADcer等，1983）

实验表明，翡翠的人工合成不仅必须采用高温超高压法，即利用生产人工合成金刚石的高温超高压设备，并且必须分两步：第一步是按照翡翠矿物“钠辉石”或“硬玉”的分子式NaAlSi2O6中的各元素理论含量（Na2O为1534%,Al2O3为2521%,SiO2为5945%）选用合适的化学试剂，制成非晶质的翡翠成分玻璃料；第二步是将翡翠成分玻璃料粉碎，进行预成型工艺处理后，在人工合成金刚石的高温超高压设备上进行结构转化处理，即可得到晶质的翡翠相应矿物“钠辉石”或“硬玉”。具体方法如下。

1非晶质翡翠成分玻璃料的合成

非晶质翡翠成分玻璃料的合成，首先要根据翡翠的矿物分子式NaAlSi2O6的主要元素，选用相应的化学试剂进行组合，例如，选用Na2O、SiO2、Na2SiO3、Na2CO3、Al2（SiO3）。等进行组合。经过实验对比，确定采用硅酸钠和硅酸铝作为合成非晶质翡翠成分玻璃料最理想。其反应式如下：

Na2SiO3+Al2（SiO3）3=2 NaAlSi2O6

此配方的优点是：①熔点低，在1050℃以上即可被熔融成玻璃料；②等物质的量硅酸钠与硅酸铝混合后，恰好能获得两倍物质的量的非晶质翡翠成分玻璃料，没有多余的离子存在（化学试剂中带入的杂质除外）。

具体合成工艺是：称取等物质的量的硅酸钠和硅酸铝试剂，再按一定比例称量致色离子的试剂，一起倒在磨钵中加以混匀和磨细，然后倒入坩埚，盖上坩埚盖，放在马弗炉中加热到1100℃，恒温几小时后冷却，即可得到带各种颜色的非晶质翡翠成分玻璃料（照片1）。这些玻璃料用X射线粉晶分析鉴定时没有谱线。

照片1 翡翠成分非晶质玻璃料

2晶质翡翠的高温超高压合成方法

由非晶质翡翠成分玻璃料转化成晶质翡翠，必须在高温超高压条件下进行，可采用人工合成金刚石时用的六面顶压机进行。其合成工艺如下：

1）将带颜色的非晶质翡翠成分玻璃料从坩埚中取出，剔除沾有坩埚皮的玻璃料，然后在破碎机上粉碎到125目以上（即粒径小于0125mm）。

2）根据叶蜡石内径大小和设计的石墨坩埚内径大小，将经过粉碎的非晶质翡翠成分玻璃料在6000N/cm2的嵌样机上加热加压预成型成直径为14mm、长度为15mm的圆柱体或直径为14mm、长度为6mm的圆片。

照片2 人工合成翡翠的步骤

1—非晶质翡翠成分玻璃料；2非晶质翡翠成分玻璃料的粉末；3晶质翡翠产品

3）将预成型的非晶质翡翠成分玻璃料块装入特制的高纯石墨坩埚中，石墨坩埚的外径为18mm，内径为12mm，壁厚2mm，长度有6mm与15mm两种，它们与直径为18mm，厚为2mm的高纯石墨片配套组成石墨坩埚。

4）将组装在石墨坩埚中预成型的非晶质翡翠成分玻璃料块，装在叶蜡石孔中，空隙部分用不同大小和厚度的石墨片填满，然后放在140℃烘箱中烘烤24h以上。

5）将叶蜡石块放入六面顶金刚石压机的压腔内，启动压机，使六面顶的六个顶锤合拢，随后，加压与加电流，并保持尽量长的时间（本实验使用的压机最长只能保持15min）。然后，断电和卸压，打开六个顶锤，取出叶蜡石块。冷却后将叶蜡石块打碎，取出翡翠块。此时翡翠块表面由于石墨坩埚中碳的扩散而呈黑色，用金刚石锉或金刚石磨盘打磨后可见到人工合成翡翠的颜色，经琢磨和抛光后就成成品。人工合成翡翠的步骤（照片 2）。不同条件下合成的晶质翡翠圆片（柱）及琢磨的产品参见照片3。

三、各种致色离子对合成翡翠颜色影响的试验

天然翡翠的颜色是多种多样的，其中最珍贵的颜色是翠绿色，这些颜色与哪些致色元素有关呢？为此，我们做了13种致色离子对合成翡翠颜色影响的试验。

实验中发现，用硅酸钠和硅酸铝制备的非晶质翡翠玻璃料是透明而无色的，若加入铬、镍、钴、锰、铜等致色离子后所得的非晶质翡翠成分玻璃料将带有不同的颜色，并且颜色随着加入致色离子浓度的变化而变化。随后，非晶质有色翡翠成分玻璃料粉碎后用六面顶压机再合成时，颜色基本不变，由此可以研究各种致色离子对翡翠颜色的影响。

照片3 不同条件合成的晶质翡翠圆片（柱）及琢磨产品

实验方法是：选择好各种致色离子的氧化物或其他试剂，按硅酸钠和硅酸铝混合料的量，用质量分数法计算并称量致色离子试剂，加入混合料中一起混匀，放入坩埚并在马弗炉中加热，在1100℃下熔融几小时后冷却，即得到各种不同颜色的非晶质翡翠成分玻璃料。所选用的13种致色离子浓度从001%～10%，由小到大变化，所得非晶质翡翠玻璃料颜色变化的规律见表1，相应的某些颜色变化规律见照片4,5,6,7,8,9。

照片4 加入氧化铬的颜色变化

照片5 加入氧化钴的颜色变化

照片6 加入氧化镍的颜色变化

照片7 加入氧化铜的颜色变化

照片8 加入硫酸锰的颜色变化

照片9 加入氧化铬和氧化铜的颜色变化

表1 不同浓度的不同致色离子对合成翡翠颜色的影响

实验表明：①产生翡翠中翡的红色不是这13种致色元素（三价铁在本体系中被还原成二价铁）；产生翡翠的紫色或紫罗蓝色可能是镍或锰元素；产生翠色的主要元素是铬。铁和镥也能产生绿色，但影响甚小。②透明度与致色离子浓度有关，例如加入铬的致色离子所得玻璃料中，含Cr2O3在07%以前是透明的，大于07%后不透明。③以铬离子为主，分别加入镍，铁，钴，铜等致色离子时，将出现以绿色调为主色的，相互间有差别的翡翠绿色。照片 9是加入不同量的氧化铬和氧化铜时的颜色变化，当氧化铬含量为主时呈现绿色。④以铬离子为主，镍、铁、钴、锰、铜等离子为辅，再加入少量能协同致色的离子如钒、镥、钕等致色元素，所得绿色色彩将更鲜艳，色调更丰富。所以，可以认为，天然翡翠多种多样的绿色是由不同浓度的铬离子与各种不同浓度的其他致色离子组合形成的。

四、高温超高压法合成翡翠相应矿物的岩矿鉴定结果

合成产品是不是预先设计的矿物，只有经过各项岩矿鉴定才能确定。其中，最主要的是结构分析鉴定，这也是矿物定名的鉴定，其次是成分，硬度，密度等鉴定。用高温超高压法合成翡翠相应矿物的矿物学鉴定结果如下。

1X射线粉晶分析鉴定

合成产品与天然翡翠同时进行X射线粉晶分析，其分析数据基本一致，与标准数据也一致，所以，确定合成产品具有硬玉矿物的结构，也就是具有天然翡翠的结构。鉴定报告定名为硬玉矿物。可见，合成基本成功，X射线粉晶分析的数据见表2。

表2 合成翡翠的X射线粉晶分析数据

2红外吸收光谱分析鉴定

红外吸收光谱分析是利用红外线照射样品，使被分析矿物中的原子、离子或原子基团共振，产生共振吸收光谱，与标准矿物的红外吸收光谱进行比较[3]，其主要特征峰出现，则可证明被分析矿物与标准矿物一致。从图2～图4可知。

硬玉的标准矿物红外吸收光谱图中的主要特征峰 1060cm-1,985 cm-1,930 cm-1,582 cm-1,460cm-1等在合成产品中均有，并且合成产品与天然翡翠的红外光谱图基本一致，所以，鉴定结果定名为硬玉矿物。

3成分分析

合成翡翠的各成分含量，是按翡翠矿物分子式的理论量配的，因此，最终产品中各主要成分与理论量接近。表3是最终合成产品的电子探针分析结果。

图2 硬玉的标准红外吸收光谱图

（据彭文世等，1982）

图3 合成翡翠红外光谱图

图4 天然翡翠红外光谱图

表3 合成翡翠的电子探针分析结果

4硬度测定结果

硬度测定要把被测矿物磨出一个抛光面，在硬度计上测定，所测结果的维氏硬度（10N/mm2），可通过图表查相应的摩氏硬度。结果与资料列出的天然翡翠硬度范围基本一致。

表4 合成翡翠的硬度测定结果

5相对密度测定结果

送样88—5号样品，经岩矿鉴定室用比重显微管法测定相对密度为336；两个成品经测定分别为328和331，与资料所列数据基本一致。

6折射率测定结果

两个成品经测定分别为165和166～168，与资料所列数据基本一致。

7荧光测定结果

两个成品经测定，一个在紫外线长波下无荧光，短波下为暗紫色荧光；另一个在紫外线长波下为弱暗蓝色荧光，短波下为弱灰蓝紫色荧光。

由上面7个方面的鉴定结果，可以确定合成产品是硬玉矿物，是我们预想要合成的矿物，所以，合成基本上是成功的。但这些矿物能否当翡翠用，还要达到翡翠宝石的指标才行。

五、结果与讨论

1）实验表明，晶质翡翠的转化条件必须是高温超高压，我们实验的范围为：温度 900～1500℃，压力（25～70）×108Pa。六面顶金刚石合成用压机可以达到1900℃，360×108Pa的条件，但在900℃以下，非晶质翡翠成分玻璃料不能被熔化，所以900℃以下不能转化其结构；温度和压力低时，合成翡翠的结构转化不好，产品硬度低，比较松散，到雨季时吸潮；合成压力增大，可在较低的温度下获得晶质翡翠，并且压力越大，所得产品的硬度也越大。压力大温度高时的产品在雨季不吸潮，说明结构转化较好。这些合成产品虽然都达到了天然翡翠（或硬玉）的各项矿物学指标，可以认为合成成功，但离进入商品市场还有距离，主要是对作为宝石用的几项指标不过关，如“水头”不足，颜色呆板，“地”比较脏等。

2）压力过大时（约1700℃，70×108Pa），在转化成晶质翡翠的过程中，将出现透明的玻璃质翡翠，如照片10所示。经X射线粉晶分析鉴定，原来的晶质翡翠结构此时又转化成非晶质，可见高温超高压合成翡翠时也有其稳定范围，超过其稳定的上限又会转化成非晶质。

照片10 约1700℃70×108Pa合成翡翠时出现玻璃体（透明）

3）在高温超高压合成晶质翡翠时，若选用温度高，压力大的条件，经常在压块中心出现玻璃体，此时，用双目镜能见到在玻璃体与晶质非玻璃体翡翠相应矿物交界处有放射状或平行的针状晶体，可能是硬玉晶体，见照片11,12,13,14,15。

照片11 87-3号样品在玻璃体结合部的硬玉晶体

照片12 87-3号样品另一边的硬玉晶体

魏然借用笔者的样品对玻璃体与非玻璃体部分作了矿物学方面的研究（魏然等，2004），它是由结晶质和玻璃质物质组成，结晶矿物为自形的长柱状硬玉；玻璃质区域在偏光镜下表现为全消光，为均质体，折射率1541，在显微镜下可见到该区含有大量颜色较深的包裹体。结晶质与玻璃质物质的化学成分基本一致，接近硬玉矿物的组成。

李汉声也借用笔者的样品作了矿物学方面的研究，发现合成翡翠样品在偏光镜下具有不等粒粒状结构，松散；束状结构（菊花状）和空心骸晶结构；还有镶嵌变晶结构交代脉。

由此可见，玻璃地天然翡翠生成于温度较高（估计1500℃以上），压力大（估计60×108Pa以上）。合成翡翠时若掌握好这些合成条件，有可能合成出玻璃地的高档翡翠。

4）高温超高压下的合成翡翠用查尔斯滤色镜检查时，有的合成产品呈现红色，表明铬离子没有进入晶格；有的合成产品呈现绿色，表明铬离子已进入晶格。所以，总结实验条件，找出铬离子进入晶格的规律和实验条件，定能合成出半透明至透明，在查氏滤色镜下呈现绿色的合成翡翠来。

照片13 不等粒粒状结构，松散　正交偏光63×63

照片14 束状结构（菊花状）和空心骸晶结构　单构偏光63×16

照片15 镶嵌变晶结构交代脉　正交偏光63×63

照片13,14和15是李汉声同志借用笔者的样品，磨成薄片后在显微镜下拍的照片。发表在欧阳秋眉著的《翡翠全集》中（欧阳秋眉，2002）。

5）将高温超高压合成的晶质翡翠在800℃下加热几小时（常压下热处理），结果体积增大，内部出现空洞，绿色比加热前鲜艳，并且较鲜艳的绿色通常在压块的中间。所以处理后的压块在雨季不再吸潮（照片16）。

照片16 在800℃下热处理后的合成晶质翡翠

6）六面顶金刚石压机通过液压原理加压，由上下顶锤通电流加热。金刚石合成用高纯石墨作原料，石墨本身导电，可直接加热。翡翠原料不导电，因此要做石墨坩埚辅助导电发热，在操作时要特别小心，别使顶锤“放炮”。

7）由于某些客观原因，本研究课题没有能继续进行下去，所以没有得到可以进入市场的产品。希望有意于进行合成翡翠的同志能从中得到启发，早日使高温超高压法合成翡翠的产品进入市场。

致谢：本文的宝石学方面的部分测试由王曼君协助完成，还借用了魏然与李汉声对合成样品矿物学的研究成果，谨此表示衷心的感谢。

参考文献

地质部情报所编1981翡翠国外地质科技，（2）:75

欧阳秋眉2002翡翠全集香港：天地图书有限公司

彭文世等1982矿物红外光谱图集北京：科学出版社

魏然，张蓓莉，沈才卿2004合成硬玉玉石的矿物学研究宝石和宝石学杂志，（2）:7～9

WADcer等，谢宇平等译校1983造岩矿物北京：地质出版社