俄罗斯水热法合成祖母绿

俄罗斯水热法合成祖母绿

俄罗斯于1965年开始研究水热法合成母绿，并进行了多项技术改进。1993年底俄罗斯学院西伯利亚分院与泰国的Pinky贸易公司联合投资生产Tairus型水热法合成祖母绿系列产品,2001年5月收购了澳大利亚Biron公司的设备及工艺技术,现今已居水热法合成祖母绿市场的霸主地位。据不完全统计,全世界每年需要700kg优质水热法合成祖母绿作为宝石使用。俄罗斯每年可供120～160kg(Tairus型祖母绿),占20%左右。为了探讨俄罗斯水热法合成祖母绿的宝石学特征,选用5粒俄罗斯水热法合成祖母绿样品(图版Ⅲ-1中的样品1～5)作为研究对象,并选用1粒桂林水热法合成祖母绿样品(图版Ⅲ-1中的样品6)和2粒天然祖母绿样品(图版Ⅲ-1中的样品7～8)作为对比研究。1重视4个不同域区的光谱测试肉眼观察,5粒俄罗斯水热法合成祖母绿样品的颜色均匀,绿色浓艳、饱和度高;内部洁净,未见包裹体、裂隙和种晶片。采用折射仪、分光镜、二色镜、静水称重法、紫外荧光灯、查尔斯滤色镜等对样品进行了宝石学常规测试。结果表明,样品的折射率为1.575～1.585,双折射率为0.005～0.008;相对密度为2.66～2.70;在紫外长波和短波下均无荧光(这种现象应该与其含有Fe而被抑制有关);多色性明显(绿色/蓝绿色);可见吸收光谱为Cr谱,红区有吸收线,橙黄区有弱吸收带,蓝区中的吸收线较清晰。在显微镜下放大观察,俄罗斯水热法合成祖母绿样品具有明显的水波纹状纹理(图版Ⅲ-2)、似面包渣状包裹体和不透明六边形板状棕红色氧化铁固体包裹体,由于后者包裹体很小而呈云雾状、指纹状或呈直线状散乱分布。2中心平行c轴祖母绿属铍铝硅酸盐矿物(Be3Al2Si6O18),晶体结构为硅氧四面体组成的六方环垂直c轴平行排列,上、下两个环错动25°,由Al3+与Be2+连接;Al配位数为6,Be配位数为4,均分布在环的外侧,所以在环中心平行c轴有宽阔的孔道,可容纳大半径的离子K+,Na+,Cs+,Rb+以及H2O。为了探讨俄罗斯水热法合成祖母绿样品的化学成分特征,采用JCXA-733型电子探针测试了其中两粒,其结果见表1。从表1中的数据可知,俄罗斯水热法合成祖母绿样品以低碱、富Fe与Cr为特征,其w(SiO2),w(Al2O3)和w(BeO)处于平均水平(相对于天然祖母绿和其它水热法合成祖母绿的);除了发现有质量分数很低的MgO外,没有测到CaO,Na2O和K2O的存在;但w(Fe2O3)(2.18%～2.49%)和w(Cr2O3)(0.62%～0.74%)很高,Fe与Cr元素是俄罗斯水热法合成祖母绿样品的主要致色元素,同时还发现有少量的Mn元素存在。3等的存在形式和存在方式尽管水热法合成祖母绿通常显示与天然祖母绿相似的红外吸收光谱,但由于其化学成分、生长条件和环境的不同决定了两者中的H2O与CO2等的存在形式和结合方式不同,因而在吸收峰的数目、位置和相对强度上存在较明显的差异。采用Nicolet550型傅里叶变换红外光谱仪测试样品,结果显示,大部分水热法合成祖母绿样品的碱金属质量分数明显低,Ⅰ型水的振动相对明显。俄罗斯水热法合成祖母绿样品在低碱或无碱环境中生长,所以可以清晰地发现Ⅰ型水的存在(图1);在4052cm-1附近有一个较弱的特征吸收峰(图2)。4水热法合成祖母绿采用美国产USB4000紫外-可见吸收光谱仪对俄罗斯水热法合成祖母绿样品进行了测试。由测试结果可以看出,俄罗斯水热法合成祖母绿样品在683nm处有明显的Cr3+致吸收峰,在680～550nm和450～400nm区间有强而宽的吸收带;在371nm处有强吸收峰(图3),这是Fe3+的d电子自旋允许跃迁所致。俄罗斯水热法合成祖母绿样品的致色元素为Cr与Fe,其中,Fe3+的存在使祖母绿在紫光区的吸收增强,颜色色调略偏黄。5水热法合成祖母绿样品的特征从宝石学特征、化学成分及红外吸收光谱等方面对比了俄罗斯、桂林水热法合成祖母绿样品和天然祖母绿样品的鉴别特征。1.俄罗斯水热法合成祖母绿样品的折射率为1.575～1.585,双折射率为0.005～0.008,相对密度为2.68～2.70;桂林水热法合成祖母绿样品的折射率为1.568～1.572,双折射率为0.004,相对密度为2.68;天然祖母绿样品的折射率为1.581～1.590,双折射率为0.008,相对密度为2.68～2.77。俄罗斯水热法合成祖母绿样品在紫外荧光下无反应,桂林水热法合成祖母绿样品在紫外荧光下显亮红色。俄罗斯水热法合成祖母绿样品含有特征的六边形板状不透明棕红色氧化铁固体包裹体,桂林水热法合成祖母绿样品以两相包裹体和钉状包裹体居多,天然祖母绿样品则以矿物包裹体和气液包裹体居多。2.从表2可知,天然祖母绿中同时存在Cr,V和Fe元素,当Cr的质量分数高时,V和Fe的质量分数也相对高,且Cr的质量分数高于V的、低于Fe的。绿色主要由Cr与V引起。俄罗斯水热法合成祖母绿样品中Fe2O3和Cr2O3的质量分数明显高于桂林水热法和天然祖母绿样品的,且缺失V2O3,这对区别不同水热法合成祖母绿品种具有鉴定意义。3.俄罗斯、桂林水热法合成祖母绿样品中Ⅰ型水和Ⅱ型水的红外吸收峰相似,俄罗斯水热法合成祖母绿样品比较特征的峰位在4052cm-1附近,而在桂林水热法合成祖母绿样品中未发现此峰(图4)。区分天然祖母绿和水热法合成祖母绿时,在4500～6000cm-1波数范围内,天然祖母绿样品只存在5268,5589cm-1处的吸收峰(图5),且前者的振动强度强于后者的,而水热法合成祖母绿样品除了具有5268cm-1处的强吸收峰外,还有明显的5108,5453cm-1处的吸收峰(图1);天然祖母绿样品在2357cm-1处有非常强的吸收峰,并伴有2340,2376,2291cm-1处的吸收峰,而水热法合成祖母绿样品则出现2322,2236,2145cm-1处的吸收峰(图6)。4.俄罗斯水热法合成祖母绿样品的致色元素为Cr与Fe,Fe3+的d电子自旋允许跃迁所致371nm处的强吸收峰;桂林水热法合成祖母绿样品的致色元素为Cr与V,V3+的d电子跃迁与Cr3+共同作用致色(图7)。6水热法合成祖母绿样品的特征通过研究俄罗斯水热法合成祖母绿样品的宝石学特征,得出以下结论:1.俄罗斯水热法合成祖母绿样品的折射率和相对密度偏高;在紫外荧光下无反应;有特征的六边形板状不透明棕红色氧化铁固体包裹体,可与桂林水热法合成祖母绿、天然祖母绿样品相区别;2.俄罗斯水热法合成祖母绿样品以贫碱、富Fe与Cr为特征,含Fe量为2.18%～2.49%,高含Fe量致其物理性质的独特性;3.俄罗斯水热法合成祖母绿样品较特征的峰位在4052cm-1附近,而在桂林水热法合成祖母绿、天然