Giới thiệu
Việc phát hiện quá trình xử lý nhiệt của ruby và saphir cũng như các loại corindon có màu khác là một vấn đề lớn đối với thương mại cũng như các phòng kiểm định. Xử lý nhiệt trong corindon thường được áp dụng ở khoảng nhiệt độ lớn từ khoảng 700 đến 1800 °C ở cả điều kiện oxy hóa và khử.
Theo truyền thống, việc phát hiện xử lý nhiệt corindon chủ yếu dựa trên quan sát tỉ mỉ bằng kính hiển vi. Do hậu quả của quá trình xử lý nhiệt, các đặc điểm bên trong (ví dụ như các bao thể lỏng và rắn, đặc điểm đới màu) có thể bị ảnh hưởng và thay đổi (Gübelin & Koivula 2006) và do đó cung cấp bằng chứng rõ ràng về xử lý nhiệt. Nói chung, các đặc điểm xử lý nhiệt đặc trưng (ví dụ các vết nứt do sức căng dạng đĩa xung quanh các các bao thể, Hình 1) trở nên rõ ràng hơn khi nhiệt độ tăng (và thời gian xử lý nhiệt). Việc xác định bằng kính hiển vi sẽ trở nên thách thức hơn nhiều khi corindon được làm nóng ở “nhiệt độ thấp”. Trong những viên đá được nung ở nhiệt độ khoảng 700°C đến 1100°C này chỉ có thể quan sát được rất ít hoặc thậm chí không có sự thay đổi nào của các bao thể dưới kính hiển vi (Hughes & Vertriest 2022). Một cách tiếp cận cổ điển khác là kiểm tra các phản ứng huỳnh quang “dạng phấn” dưới sóng ngắn của ánh sáng cực tím (SW). Tuy nhiên, những phản ứng như vậy thường chỉ có thể xảy ra ở nhiệt độ gia nhiệt cao hơn 1100°C.
Việc phát hiện xử lý nhiệt cũng phụ thuộc rất nhiều vào phổ FTIR và Raman. Trong FTIR, trọng tâm chủ yếu tập trung vào sự hiện diện và cường độ của các đỉnh hấp thụ liên quan đến OH. Cụ thể là các dải 3309, 3232 và 3185 cm-1 trong corindon có nguồn gốc biến chất được coi là dấu hiệu rõ ràng cho việc xử lý nhiệt (Smith 1995; Beran & Rossman 2006; Saeseaw và cộng sự 2020; Pardieu và cộng sự 2015; Krzemnicki 2019). Sự xuất hiện hay vắng mặt của dải liên quan đến Mg-O ở 3160 cm-1 là một tiêu chí quan trọng khác, vì dải này bị giảm hoặc biến mất hoàn toàn trong quá trình gia nhiệt (Smith & van der Bogert 2006). Một cách tiếp cận khác là xác định độ rộng đỉnh (FWHM) của đỉnh Raman chính của các bao thể zircon. Cách tiếp cận này đã được khám phá gần đây hơn (Wang et al. 2006; Krzemnicki et al. 2021; Karampelas et al. 2021), đặc biệt là ở những saphir hồng từ Ilakaka (Madagascar) như một cách để phát hiện quá trình xử lý nhiệt. Tuy nhiên, tiêu chí này ở một mức độ nào đó vẫn khó khăn và ít có tính kết luận hơn, vì khoảng FWHM của corindon chưa xử lý và đã xử lý cho thấy sự trùng lặp đáng kể (Krzemnicki et al. 2021).
Những nghiên cứu mới về ruby và saphir hồng
Nghiên cứu này trình bày kết quả thí nghiệm nung nóng trên saphir hồng (Ilakaka, Madagascar) và ruby (Montepuez, Mozambique) được thực hiện tại SSEF. Các thí nghiệm này tiết lộ rằng các biến đổi pha khoáng vật xảy ra tại các bao thể trong corindon có thể là dấu hiệu rất hứa hẹn cho việc phát hiện xử lý nhiệt – hoặc tốt hơn là bằng chứng về việc không xử lý nhiệt trong mẫu coridon. Với các thí nghiệm gia nhiệt có kiểm soát (nhiệt độ, thời gian, điều kiện oxy hóa), hai phép biến đổi pha khử nước được thực hiện trong vài tháng qua.
Cả hai hệ thống biến đổi pha đã được nghiên cứu rộng rãi trong những thập kỷ qua. Cả hai loại hydrat, diaspore và goethite đều được biết là chỉ ổn định nhiệt ở khoảng 350-500 °C và chuyển sang pha Al- và Fe-oxit tương ứng khi được nung nóng thêm (Lima-de-Faria 1963; Ervin 1952; Frost et al. 1999, Gialanella et al. 2010). Sự khử nước của các bao thể goethite thành hematit trong quá trình sự nung nóng coridon đã được mô tả bởi Koivula (2013) và Sripoonjan et al. (2016).
Trong các mẫu ban đầu (không xử lý nhiệt) của chúng tôi, diaspore và goethite là các bao thể biểu sinh phổ biến. Diaspore hiện diện dưới dạng pha rắn hình kim nhỏ không màu trong bao thể lỏng (ví dụ: tinh thể âm), khiến nó có dạng hạt màu trắng. Goethite, được đưa vào ở giai đoạn muộn qua nước ngầm trong và trên bề mặt corindon (sỏi) hiện diện dưới dạng màu cam-be trong các khe nứt và ống rỗng. Các bao thể được chọn trong các mẫu corindon được nghiên cứu cùng với các mẫu tham chiếu goethite và diaspore được phân tích bằng quang phổ Raman trước khi gia nhiệt và sau mỗi bước liên tiếp của quá trình gia nhiệt (300, 400, 600, 800, 1000 °C, nhiệt độ cao nhất một giờ cho mỗi bước gia nhiệt). Các phân tích quang phổ Raman của chúng tôi cho thấy rõ ràng rằng cả hai sự biến đổi pha nêu trên đều có thể được theo dõi tốt bằng quang phổ Raman ngay cả khi những biến đổi pha này chỉ hiện diện dưới dạng các bao thể rất nhỏ trong corindon. Cả diaspore và goethite đều bị khử nước thành oxit (corundum và hematit) ở nhiệt độ 350-500° C, do đó thấp hơn nhiệt độ mà corundum thường được xử lý bằng nhiệt.
Tóm lại, sự hiện diện của tạp chất diaspore hoặc goethite trong corindon có thể được coi là bằng chứng rất chắc chắn rằng mẫu corundum chưa được xử lý nhiệt. Tuy nhiên, điều quan trọng cần biết là sự vắng mặt của diaspore hoặc sự hiện diện của hematit không nhất thiết là bằng chứng của xử lý, đặc biệt là sự kết tủa hematit cũng có thể xảy ra một cách tự nhiên trong corindon. Trong vài tháng qua, chúng tôi đã áp dụng thành công các điểm đánh dấu chuyển đổi pha này trên nhiều viên đá khách hàng (Hình 2). Với cách tiếp cận này, chúng tôi có thể kết luận tình trạng xử lý ngay cả trong những trường hợp không có đặc điểm nào khác (bằng kính hiển vi hoặc quang phổ) một cách thuyết phục.
Theo: SSEF
