3红宝石和蓝宝石课件

讲座3

红宝石和蓝宝石传说与由来红宝石和蓝宝石都是人们十分珍爱的高档宝石，红宝石鲜红似火，蓝宝石清澈透蓝，她们与钻石、祖母绿和猫眼石同被列为世界五大名贵宝石。红宝石象征至高无上的地位，而蓝宝石则具有神奇的力量，能避邪除恶。古代所谓红宝石，包括红色的刚玉、红色尖晶石、红色石榴子石等，而所谓蓝宝石应包括蓝色的刚玉、蓝色的尖晶石、蓝色的电气石和海蓝宝石等

按照今天宝石学的概念，红宝石(Ruby)和蓝宝石(Sapphire)都是以矿物刚玉为材料的宝石，若刚玉材料的颜色为红色者，且质量达到宝玉石学质量要求，则为红宝石。除红色外，其它各种颜色刚玉材料中达到宝玉石学质量要求者，均称为蓝宝石。

一、一般特征1.化学成分2.晶体结构3.物理性质1.化学成分刚玉的化学成分为三氧化二铝(Al2O3)，理论化学成分为Al53.2%、O46.8%，天然刚玉—般均含有微量杂质。主要混入物有Cr3+、Ti4+、Fe3+，Fe2+、Mn2+、V5+、Si4+、Ga3+等，它们以等价或异价类质同象形式替代Al3+，使刚玉呈现出不同的颜色。金红石、赤铁矿、钛铁矿、石榴石和尖晶石是刚玉晶体中的常见矿物晶体包裹体，这些混入物明显导致晶体的颜色、透明度、密度等物理性质的变化。2.晶体结构刚玉属三方晶系，刚玉晶体结构特点：O2-作六方最紧密堆积，堆积层垂直于三次轴，Al3+充填了由O2-形成的2/3的八面体空隙。[AlO6]八面体稍有变形，它们以共棱连接成层状)。O2-为四次配位，被四个Al3+所围绕。在平行三次轴方向上，[AlO6]八面体以共面的方式构成两个实心的[AlO6]八面体和一个空心的由氧围成的八面体相间排列的柱体。[AlO6]八面体沿c轴方向构成三次螺旋对称轴。刚玉的晶体形态为复三方偏三角面体晶类(L33L23PC)，晶体多呈桶状、柱状，少数呈板状或叶片状。3.物理性质(1)密度刚玉的密度一般为4.00g/cm3，其变化随内含杂质而异。一般而言，混合物金红石、赤铁矿、钛铁矿的成分越多，其密度越大，个别可达4.20g/cm3。

(2)硬度刚玉宝石的摩氏硬度为9，随方向不同稍有差异。

(3)解理及裂理刚玉矿物无解理，但因聚片双晶而产生平行于{0001}和{1011}的裂开，偶见{1120}裂理。

(4)颜色刚玉纯净时无色，但因过渡元素的类质同象代换，使刚玉宝石色彩多姿，各种颜色均有，其中由铬致红色的称为红宝石，铁、钛致蓝色的称为蓝宝石，其他颜色的刚玉宝石称为艳色蓝宝石。宝石级刚玉的颜色及致色元素致色元素含量%颜色Cr2O30.01-3浅红-深红TiO2+FeO0.5蓝Fe2O31.5黄NiO0.5-1V2O53-4紫蓝(日光)、紫红(灯光)CoO,V2O5,NiO1绿各色蓝宝石3.物理性质(5)光泽强玻璃光泽至半金刚光泽，当内含物较多时常呈现丝绢光泽。(6)透明度宝石级的刚玉一般透明至微透明，透明度受含杂程度影响。(7)光性一轴晶负光性。(8)折射率

1.762－1.770，双折射率0.008－0.010。(9)多色性有色刚玉宝石二色性明显，二色性特征和强弱取决于宝石的颜色一般红宝石二色性为紫红—橙红色，玫瑰红—浅红色蓝宝石二色性为紫蓝—浅蓝色，蓝—蓝绿色黄色蓝宝石为黄—浅黄色3.物理性质(10)荧光在长波紫外下，红宝石发中等红色荧光，短波下呈弱红色荧光，蓝宝石一般不发荧光。在查尔斯滤色镜和交叉滤色镜下红宝石均呈红色，蓝宝石无颜色特征。(11)光学效应刚玉宝石可具星光和猫眼效应，明显程度与内部金红石的含量、形态、排列方式及琢磨款式有关。此外，钒致色的刚玉宝石具变色效应，一般为紫红—紫蓝色。(12)光谱铬致色的红宝石，红区692、694nm双线、668nm、659nm线吸收，以550nm为中心宽带吸收，蓝区476nm、475nm、468nm线吸收，694nm有一条发射光谱;铁、钛致色的蓝宝石有450nm、460nm、470nm吸收线，热处理的蓝宝石往往在蓝区只有一条吸收带。二、品种及产地刚玉宝石根据颜色和特殊光学效应可分为:红宝石蓝宝石艳色蓝宝石变色蓝宝石星光红/蓝宝石1.红宝石包括浅红—红—深红色的刚玉宝石。红宝石一般由类质同象混入物铬离子致色而成，随铬离子含量增高颜色变深，以较深的鲜红色红宝石最贵重。目前红宝石在许多国家和地区都有发现。其主要产地有：(1)缅甸(2)斯里兰卡(3)泰国(4)柬埔寨和越南(1)缅甸缅甸是世界闻名盛产优质红宝石的产地，主要有两个矿区。其一是抹谷，位于上缅甸，距曼德勒300km，具700多年的开采历史，是世界上唯一的鸽血红红宝石的产地。抹谷红宝石颜色以玫瑰红居多，饱和度高，浅红、紫红色次之，颜色均匀、透明度高的鸽血红宝石不多。抹谷红宝石粒度一般为5-20mm，透明至半透明，常见金红石针状矿物包裹体呈三组方向平行排列，构成星光宝石。从围岩中机械混入的方解石、白云石常呈完好的晶形单个分布在宝石内部。此外，磁铁矿、黄铁矿、锆石、尖晶石等包裹体也常见，偶见针状水铝矿。抹谷红宝石的{0001}方向聚片双晶十分发育，构成典型的“窗棂状”图案，气液包裹体常沿愈合羽状裂隙分布，构成指纹状、管状和不规则状的两相包裹体，有时可见三相包裹体。包体(1)缅甸缅甸另一个近几年发现的红宝石矿区——孟素地区，位于抹谷东南200km处，其产量名列世界前茅。孟素红宝石与抹谷红宝石有较大的差异孟素红宝石颜色绝大多数是紫红色，中心具有蓝黑色核环带构造是宝石不透明的主要原因，但经热处理后可消除黑心。在中心很少见到金红石包裹体，而常见萤石、水铝矿、方解石包裹体，且聚片双晶发育储、产量很大。(2)斯里兰卡斯里兰卡红宝石颜色以浅红、粉红为多，透明度较高，呈透明一半透明状，含有大量的金红石针状包体，一般都有星光效应。另一特点是锆石晕，由于锆石内放射性元素衰变作用在锆石周围出现圆盘状裂隙，其形态类似于“煎蛋”。此外，还有尖晶石、刚玉、磷灰石等矿物包裹体，聚片双晶发育。气液两相包裹体常呈指纹状、网状、管状图案。(3)泰国泰国红宝石主要产于泰国北部，晶体颗粒较小，裂隙较多，颜色偏暗，半透明状者居多，常常需要进行热处理与缅甸、斯里兰卡红宝石相比，金红石包裹体含量甚少，而水铝矿偏多，表明了泰国红宝石的生长环境。其它固体矿物是磁铁矿、石榴石和磷灰石等气液两相包裹体呈指纹状、不规则状分布，常见聚片双晶。(4)柬埔寨和越南柬埔寨、越南红宝石因成矿环境类似，其特征基本相同，颜色一般呈玫瑰红、紫红，透明度为透明至半透明，双晶发育，裂隙较多，固态包裹体常见方解石、磁铁矿、金红石、水铝石等，有时可见红色烧绿石及圆盘状包裹体。两相包裹体沿愈合裂隙呈指纹状、管状分布。2.蓝宝石(1)澳大利亚(2)斯里兰卡(3)克什米尔(4)中国山东(1)澳大利亚澳大利亚目前是世界上蓝宝石产量最大的国家，世界上最大的蓝宝石“昆士兰之星”重735ct，于1984年发现于澳大利亚昆士兰州，原石重1156ct，现为美国一家宝石公司拥有。在澳大利亚的东南部蕴藏大量的原生矿和砂矿，储藏量占世界总量的50％以上。其颜色特征绝大多数为深蓝色—蓝黑色，透明度低，受色质影响大，另一部分为暗绿色、黄色的艳色蓝宝石，颜色深浅不一，色带明显。澳大利亚蓝宝石内含固态包裹体，常见各种铁矿、金红石、锆石和刚玉等，易见聚片双晶和两相包裹体。(2)斯里兰卡目前世界上品质最好的蓝宝石是斯里兰卡蓝宝石，储量位居世界第二，俗称锡兰蓝宝石。其颜色艳丽丰富，透明度高，除蓝色外还有绿、蓝绿、粉红、金黄、橙红，以橙红色蓝宝石最受人们喜爱，在斯里兰卡称之为帕德马蓝宝石。在斯里兰卡占最大比例的还是无色蓝宝石，呈透明至半透明，如果达刚玉石料，这种宝石往往很容易热处理成为亮丽的蓝色蓝宝石，目前在市场上售价很高。斯里兰卡蓝宝石的包裹体与红宝石的大致相同，含金红石、锆石和两相包裹体。(3)克什米尔克什米尔曾是世界上最好的蓝宝石的产地，深蓝往往带紫，被人们称为“矢车菊”蓝宝石。克什米尔矿区因位于喜马拉雅山南缘，地处印度和巴基斯坦之间，开采条件较差，于19世纪初被发现后，开采约100年历史，至20世纪30年代关闭。目前又再度开采，但产量十分有限。克什米尔蓝宝石透明度较好，含有锆石、电气石、长石和闪石类矿物包裹体，聚片双晶和两相包裹体常见。(4)中国山东中国山东蓝宝石产于火山玄武岩分化残积层中，矿区面积大，产量在20世纪80-90年代达到高峰。其特点是铁、钛含量偏高，颜色深暗，以蓝黑为主，这种色调在一定程度上影响宝石的透明度，大多在透射光下见蓝色，墨水蓝很少，部分为蓝绿、蓝紫色，艳色系列宝石常见，透明度较好，一般为黄色、黄绿、绿褐，有时可见同一晶体出现两种以上颜色，色带分明，一般深色调蓝宝石内部包裹体较少，浅色调的蓝宝石常含金红石包裹体，构成六射星光效应还有磁铁矿、水铝矿、锆石、长石等包裹体，两相包裹体，愈合裂隙及聚片双晶易见。3.星光猫眼红蓝宝石刚玉星光宝石往往为半透明至不透明状，内含丰富的金红石包裹体，金红石折射率为2.80与刚玉1.76差异极大，反射明显。刚玉类宝石中的金红石受刚玉晶格制约呈针状、垂直c轴分三组定向排列，一般三组交角60°；若定向加工成素面型，即出现六射星光效应，少数出现十二射星光。若加以定向加工也可只出现一组包体反射猫眼效应。同一颜色品质的宝石，有星光者价值将成倍增加。斯里兰卡和缅甸是世界上盛产星光宝石的国家，特别是斯里兰卡，在那里几乎80％的刚玉宝石有星光效应。4.变色蓝宝石变色蓝宝石在阳光下呈紫蓝色，而在灯光下呈紫红色，其变色效应是由致色元素钒引起的。三、红蓝宝石的鉴别1.刚玉宝石与原石的鉴别当原石晶体完好时，从刚玉特有的柱状、扭曲状和板状晶形，表面横向纹理及{0001}、{1011}裂理发育等方面容易与其它相似宝石相区别。当刚玉晶形不完全或成碎块状，应从其特殊力学性质如密度、裂理、硬度、光性、光谱、荧光、正交偏光，并借助化学成分分析、电子探针、透射电镜、x荧光等技术综合分析加以确定。三、红蓝宝石的鉴别2.成品红蓝宝石与相似宝石的鉴别与红宝石相似的宝石主要有红色尖晶石、红色锆石、红色或粉红色碧玺、粉红色托帕石、红色石榴石及玻璃等。与蓝宝石相似的宝石主要有蓝色尖晶石、蓝色托帕石、蓝晶石、堇青石、海蓝宝石、蓝色碧玺及玻璃等。三、红蓝宝石的鉴别2.成品红蓝宝石与相似宝石的鉴别部分红蓝宝石具有三种特殊光学效应，即星光、猫眼和变色。星光和猫眼红蓝宝石的相似宝石有：石榴石六射星光及猫眼、辉石六射或四射星光及猫眼、矽线石猫眼、金绿宝石猫眼、石英猫眼、绿柱石猫眼、碧玺猫眼、蓝晶石猫眼等，均可依据其化学成分、物理性质和内部包裹体来区分。其它具有变色效应的宝石品种有变石、尖晶石和合成蓝宝石。变石和尖晶石据光谱、成分和其它物理性质加以区别，合成变色蓝宝石主要从包裹体特征区分。四、优化处理红蓝宝石1.热处理红蓝宝石及其鉴别2.铍改善红蓝宝石及其鉴别3.表面扩散处理红蓝宝石及其鉴别4.辐射改色5.其它着色方法1.热处理红蓝宝石及其鉴别热处理的红蓝宝石的鉴别应从以下几方面进行:(1)热处理的刚玉受温度和升、降温速率影响，裂隙十分发育，可出现三组交叉裂纹，裂纹往往呈雾状构成典型的羽状体。(2)宝石中固体包裹体形变是热处理宝石的直观证据。在热处理过程中当温度接近或高于某种矿物包裹体的熔点时，包裹体将发生形变和熔融态，出现圆化部分呈非晶态、玻璃质和盘状应力圈或环状裂隙(3)宝石中的流体包裹体在温度几百度时就会气化变形和爆裂。这些液体包裹体往往沿晶体生长面、愈合面分布，如指纹状、管状和负晶状包裹体，在高温中往往沿这些部位优先出现裂隙或潜在裂纹，形如指纹状和不规则图案，而管状包裹体及负晶是诱发网状裂隙的直接原因。一些细小包裹体集中在一起产生白色绵状外观。1.热处理红蓝宝石及其鉴别(4)热处理使蓝宝石中的三价铁离子(Fe3+)还原为二价铁离子(Fe2+)，蓝宝石的色带更加清晰可见。(5)热处理的红蓝宝石表面具斑块流动感，即使重新抛光也难以除去。(6)再现星光往往用加热恒温可得，使金红石针状包裹体析出富集于表面。

(7)热处理的蓝宝石有时有弱荧光。

(8)热处理蓝宝石的吸收光谱，往往在蓝区为一带状吸收。2.铍改善红蓝宝石及其鉴别(1)未经改善的天然红宝石可见光吸收光谱为红区692、694nm双线、668nm、659nm线吸收，550nm为中心宽带吸收，蓝区476nm、475nm、468nm线吸收和695nm系荧光发射谱，是典型的铬谱：改善后的红宝石吸收光谱除黄绿区宽带吸收外，其他谱线不典型，没有695nm系荧光发射谱，不同于天然红宝石。(2)未经改善的天然铬致色红宝石在紫外光甚至自然光下均有中等强度荧光，使宝石的颜色看上去更鲜艳。改善后的红宝石荧光不明显或呈极弱的淡绿色，肉眼观察改善红宝石普遍有橘红色调，多色性明显，为清晰的橙黄和橙红色。(3)改善红宝石的呈色机理是存在于刚玉晶体晶隙中Be2+、Mg2+和Ca2+、Li+、Na+、K+等部分轻离子在高温环境下发生内部迁移，产生新的缺陷，出现一些空位，吸收了可见光的绿区和部分蓝区光谱，使宝石呈现红色色调，不同于天然红宝石的呈色。Be扩散的宝石，颜色集中分布在表层。(4)痕量元素激光烧蚀等离子体质谱仪(la-icp-ms)对改善后的红橙系列刚玉宝石测试研究，其痕量元素分布特征见下图。3.表面扩散处理红蓝宝石及其鉴别表面扩散处理方法常对无色或浅色刚玉宝石进行着色处理，致色元素铁和钛氧化物仅限于宝石表层以下1-2um，或在裂隙处相对集中。由于扩散处理是在高温下(1650°C以上)进行，除常有的热处理特征外还有以下标志：

(1)西瓜效应由于扩散仅局限在表面和浅层，将宝石浸入油或水中则明显可见表里不一，外深内浅。

(2)裂隙、凹坑和腰棱处颜色相对集中。

(3)表面常出现小丘和小坑。

(4)折射率往往高于天然未处理的刚玉宝石。4.辐射改色辐射改色刚玉在市场上不难见到，一般有蓝、蓝绿、黄、橙红等颜色。辐射改色宝石的颜色往往呈块状、区域状，具有方向性及伞状效应。若辐射色心呈色，加热到一定温度可褪色恢复到原来的颜色。5.其它着色方法(1)染色这是早期常用的刚玉着色方法。

一般将宝石加热浸入染色剂中即可，颜色一般集中在刚玉的三组裂理和裂隙中，颜色不稳定，时间渐长会褪色。

(2)涂层一般在宝石底部和腰棱处涂上需要的颜色，用丙酮或有机试剂擦拭可辨。

(3)注油油多沿裂隙分布，目的是为了掩盖裂隙，一般用放大镜或显微镜在反射光下观察可见干涉色谱。五、合成红蓝宝石1.焰熔法-维尔纳叶法2.助熔剂法3.水热法1.焰熔法-维尔纳叶法焰熔法合成刚玉没有矿物包体，常有以下标志：

(1)弯曲生长纹是焰熔法的主要标志。它表示出生长梨晶弯曲顶部逐级位置和生长速率，犹如留声机唱片的沟槽。一般在10-20倍放大镜下均可见到，与天然平直和折线的色带容易区别。(2)圆形气泡焰熔法在开放体系下进行，内部含有大量的气泡，这些气泡大多数为圆形，少量为不规则形状。在显微镜下是高的负突起，极易观察。(3)未熔粉末是常见的标志。Al2O3未熔粉末一般为白色，呈细分散状分布。大多呈云雾状和絮状，反射光下呈白色，透射光下不透明。1.焰熔法-维尔纳叶法(4)颜色饱和度强，红色耀眼。(5)颗粒大一般单颗为十几至数十克拉，而天然优质红宝石大于5ct者极少。(6)在紫外光下发出强的荧光，x射线中具磷光。(7)台面易见二色性。(8)特征的红外光谱。2.助熔剂法助熔剂法合成刚玉，一般用氧化铅、氧化铋以及钼酸锂作熔剂。生长过程中部分助熔剂被包含到晶体中，成为鉴别的主要标志。(1)助熔剂线条助熔剂残余单体多呈滴状、星点状和不规则形状，有时构成扭曲状、羽状图案，反射光下呈黄橙色，金属光泽至半金属光泽，透射光下不透明。(2)铂碎片铂是生长器皿内衬常用的材料，有时受损后被带至晶体中去。铂碎片常呈三角形、六边形、长方形或不规则形，反射光为银白色金属光泽，透射光为不透明，因很少见，若发现具有重要的鉴定意义，但要注意与天然刚玉宝石中的黄铁矿等固态包裹体相区别。2.助熔剂法(3)籽晶片除douros法无籽晶外，其他方法均有籽晶—作生长时的晶种，呈长条状、透明，位于晶体的中心。初生长时种晶周边常发育平行状包裹体和羽状体。(4)两相包裹体呈一群或单个分布，负晶发育，显微镜下负突起明显，易辨识。

(5)一般无矿物晶体包体。

(6)荧光长波和短波紫外光下出现各种荧光，因内含不同元素而致。

(7)生长线一般呈平行状或类似平行状，与天然刚玉色带容易区分。

(8)特征的红外光谱。3.水热法水热法合成红宝石是一种仿天然环境生产的品种，与天然红宝石十分相似。其特点如下：(1)这类红宝石往往较天然宝石透明度高，内部洁净，无矿物固态包裹体。

(2)颜色有粉红—深红色，均匀分布。(3)生长纹水热法生长纹是鉴别合成与天然的重要标志，一般具有从表层向中心呈波状、锯齿状或交叉状分布特点，记录了合成时生长速率的变化过程，与天然生长纹不同。(4)籽晶片水热法红宝石一般含有籽晶片，未清除时易辨认。3.水热法(5)两相液体包裹液体常见，形态有钉状、管状和不规则状，显微镜下呈亮点。(6)铂金碎片很少见，呈多种形态，不透明，金属光泽，与天然宝石易区分。(7)发光性在紫外光下具强红色荧光。(8)红外光谱水热法合成红宝石在3800-2800cm-1范围有明显吸收，有别于天然红宝石。生长纹模糊雾状包体种晶片金属包体六、质量评价1.颜色分级2.净度分级3.切工分级4.质量5.价值1.颜色分级红蓝宝石的最终市场价值主要取决于宝石的颜色，其权重在50％以上。红蓝宝石的颜色分级与钻石的分级相比，具有更强的主观性，作为准确而客观的红蓝宝石分级有一定的难度。

红蓝宝石的颜色分级主要综合考虑宝石的色调(hue)、色度(tone)及饱和度(chroma)三要素，这三个要素是既彼此独立又相互关联的基本因素。色调：描述的是在宝石中肉眼可见的主要颜色和附加颜色。例如，紫红色宝石(pr)中，红色为主色，紫色为附加颜色。

色度：颜色的明暗度，即宝石颜色的明亮程度。

饱和度：即颜色的强度，即宝石颜色的鲜艳程度。

颜色分级以孟塞尔颜色图表为依据。每颗红宝石都在标准的5000k色温的光源下，与一个合适的孟塞尔色卡相匹配。红宝石颜色以鸽血红或纯红色为最佳，其次为红色、粉红色、紫红色。蓝宝石以矢车菊蓝色（略带紫色的蓝色）或纯蓝色为最佳，蓝宝石中经常带黄色或绿色副色调，影响了蓝色的纯度，降低了蓝宝石的质量。红宝石、蓝宝石，特别是蓝宝石中经常可见到平直色带，使其颜色不够均匀，有些肉眼即可见到，大大影响了其价值。

矢车菊蓝宝石鸽血红红宝石