翡翠加热处置特点探究

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本文作者：闫薇薇1王建华2作者单位：1.广州番禺职业技术学院珠宝学院2.中山大学地球科学系

1(略)。

2实验研究

2．1样品

选取缅甸翡翠矿区中的翡翠原石样品，取相应的原生部位、蓝雾部位、黄雾部位为实验研究样品，首先在偏光显微镜下初步分析，确定其矿物组成和组构，再将上述三个部位分别制成双面抛光的光薄片及在玛瑙钵体中研磨至150μm的粉末以待测。

2．2实验方法与条件

将原生部位、蓝雾部位、黄雾部位的光薄片样品分别在电炉上加热（加热温度为400℃）3或6个小时后冷却至室温，观察加热前、后各光薄片样品在偏光显微镜下的特征区别。采用德国Bruker公司的EQUINOX55型傅里叶变换红外光谱仪对加热前、后的光薄片样品进行透射法测试，测试范围为4000～400cm－1。利用德国STA409PC型综合热分析仪对样品粉末进行差热分析，在空气气氛中升温，升温速率为20℃／min，测重量程为10mg，加热温度最高加热到1300℃。

3实验结果

3．1翡翠加热处理后的外观及偏光显微镜下的特征

加热后，翡翠样品中的蓝雾部位由蓝色雾转变为红色雾，其原生部位即白色部位在加热前、后不发生变化（图1a）；翡翠样品中的黄雾部位加热后可变成红色雾，其原生部位加热前、后不发生变化（图1b）。偏光显微镜的观察结果（图1c，1d）显示，图1c中的右边为加热前的蓝雾部位，左边为加热3h后的蓝雾部位，加热后的蓝雾部位其边缘处已由蓝色开始变黄色；再继续加热3h后，蓝雾部分边缘处变黄部位的面积逐渐增多，其最边缘处也由黄色变为红色，且向内部逐渐呈黄色调（图1d）。这说明，蓝雾部位经过加热会出现分层现象，最外侧的边缘处或裂隙处首先发生变化，颜色由蓝色变为黄色，继续加热则由外及里逐渐变为黄色，而此时最外侧变得更红。由此，笔者认为，通过低温（400℃以下）加热能使翡翠中的蓝雾部位颜色变成黄色或红色，原生部位则不会变色。考虑到翡翠中的蓝雾部位和黄雾部位分别由绿泥石、针铁矿充填到硬玉颗粒间隙造成，绿泥石、针铁矿均是含水且具有可变价态的铁离子构成的矿物，故对蓝雾部位和黄雾部位进行红外光谱和差热分析。

3．2红外光谱分析

对加热前、后翡翠样品中的蓝雾部位、黄雾部位及原生部位进行了红外光谱测试，结果（图2a）显示，由上到下依次为23号翡翠样品中蓝雾部位的红外光谱（A1101045）、加热6h后蓝雾部位的红外光谱（A1101048）以及其原生部位的红外光谱（A1101047）和加热6h后原生部位的红外光谱（A1101049）。图2b由上到下依次为32号翡翠样品中黄雾部位的红外光谱（A1101050）、加热6h后黄雾部位的红外光谱（A1101052）以及其原生部位的红外光谱（A1101051）和加热6h后原生部位的红外光谱（A1101053）。在蓝雾部位和黄雾部位的红外光谱图中，其代表水的吸收峰（位于3700～3400cm－1范围）比较深、宽，而原生部位中水的吸收峰则呈现比较窄的V形吸收峰。利用峰面积工具计算3500cm－1附近水的吸收面积，结果显示，加热前、后23号翡翠样品中蓝雾部位的水的吸收面积分别为118．5，97．3，原生部位的水的吸收面积分别为19．5，19．0；加热前、后32号翡翠样品中黄雾部位的水的吸收面积分别为171．0，69．0，原生部位的水的吸收面积在加热前、后基本一致，均约为25．0。由上可知，翡翠中蓝雾部位和黄雾部位的含水量均远远大于原生部位的。加热前、后的黄雾部位、蓝雾部位中水的吸收面积明显减少，原生部位的则基本不变，这是因为蓝雾部位中的绿泥石以及黄雾部位中的针铁矿均是含水矿物，在低温条件下加热时，绿泥石，针铁矿中的结晶水、吸附水易发生脱水，造成其含水量减少；而原生部位的主要矿物组成硬玉属于名义无水矿物，其内部含有微量的结构水，且结构水的脱水温度高，在低温下不能被脱去。

3．3差热实验分析

对黄雾部位、蓝雾部位及其相应的原生部位进行差热分析，图3中的左上和右上分别为23号翡翠样品中原生部位和蓝雾部位的差热实验结果，其原生部位的熔融温度在1002．6℃，质量变化为－0．50％；蓝雾部位的熔融温度在1000．2℃，质量变化为－0．31％。图3中的左下和右下分别为32号翡翠样品中原生部位和黄雾部位的差热实验结果，其原生部位的熔融温度是993．5℃，质量变化为－0．26％；黄雾部位的熔融温度是995．8℃，质量变化为－0．44％。可以看出，翡翠粉末在空气氛围中加热到1300℃的过程中，原生部位及蓝雾部位，黄雾部位的质量变化均为负值，这说明，在加热过程中，翡翠粉末样品的重量都呈减少趋势。蓝雾部位的质量变化的绝对值比其相应的原生部位的小，表明蓝雾部位重量的减少程度小于其相应的原生部位；黄雾部位的质量变化的绝对值比其相应的原生部位的大，表明黄雾部位重量的减少程度多于原生部位的。

3．4讨论

在红外光谱的测试中，加热前、后翡翠样品的含水量递减，差热分析中也出现了质量变化为负值，这体现了各种类型的水在加热过程中失去这一现象。从红外光谱的水的吸收峰的面积的计算结果可知，蓝雾部位和黄雾部位的含水量远远大于原生部位的。差热分析却出现了蓝雾部位的粉末样品重量比其相应原生部位的重量的减少要小。黄雾部位的粉末样品重量的减少程度比其相应原生部位的重量的减少要大。造成蓝雾部位出现此现象的原因在于：翡翠中的蓝雾部位是由硬玉颗粒间隙充填绿泥石所致，而绿泥石含有大量的Fe2＋［4～6］，在空气氛围下加热可使绿泥石中大量的Fe2＋发生氧化反应转变为Fe3＋，其价态的转变会使差热分析曲线出现增重的现象。因此，蓝雾部位粉末样品加热后，由于Fe价态的转变造成重量增加从而弥补了一部分由失水造成的重量减少，使得蓝雾部位重量的减少程度不如其相应的原生部位重量的减少程度。缅甸翡翠中原生部位的主要矿物组成为硬玉，当其加热到1300℃时，硬玉的晶格遭受破坏，其结构水发生脱失，其中的Fe2＋氧化转变为Fe3＋。据袁心强等［7］的研究认为，翡翠原生部位中Fe3＋的质量分数远高于Fe2＋的，故Fe价态的转变对差热实验中的增重现象贡献小，主要表现为结构水脱去后的失去重量现象；黄雾部位是由硬玉颗粒间隙充填针铁矿、赤铁矿所致，它主要含有Fe3＋，故在加热过程中基本上不会出现由价态转变而引起的重量增加现象，主要表现为含水量的减少。因此，黄雾部位样品重量的减少程度大于其相应原生部位的重量减少程度。在Fe2＋逐渐转化Fe3＋的过程中，发生了由绿泥石向针铁矿过渡的一系列过程，这也在偏光显微镜下观察到，充填在硬玉颗粒间隙的褐色绿泥石，且分布有针铁矿，即针铁矿随绿泥石分布，或者说针铁矿有从绿泥石中析出的特征，图4a，4b体现了该现象，在翡翠的颗粒间隙中有两种颜色，象征两种成分的物质，而电子探针可知翡翠的颗粒间隙中充填的一般是绿泥石或针铁矿。在加热过程中，蓝雾部位出现分层变黄现象，即氧气先与断面或裂隙处的绿泥石接触，发生氧化反应使绿泥石中的Fe2＋转变为Fe3＋，之后氧气继续进入内侧，再与内侧绿泥石中的Fe2＋发生氧化反应，从而逐层产生黄色。最外侧先变黄的部位由于继续加热，转变为Fe3＋的离子增多，且失水导致颜色由黄色变为红色。这说明Fe价态的转变会使翡翠样品中的雾部位相应发生由蓝色变为黄－蓝色混合色再变为黄色及红色的变化，在天然翡翠砾石的雾部位也常见到该种混合色调的现象。天然红翡总带有褐色调，推测是绿泥石向针铁矿、赤铁矿发生转变后，仍有未被氧化的Fe2＋存留于其中所致，该点将有待更深入的研究。主要矿物组成为硬玉的原生部位，其化学式本身含有微量的Fe2＋，虽然分布在其表面的Fe离子局部会发生氧化反应而产生红色，但这种红色调不具有褐色感。笔者在进行相关实验时发现，市场上烧红的翡翠是亮红色，没有褐色感。

4结论

缅甸翡翠砾石的原生部位主要矿物组成是硬玉，蓝雾部位与黄雾部位则是由硬玉及充填在其中的绿泥石和针铁矿组成。加热实验、镜下分析、红外光谱及差热分析结果对比表明，Fe2＋的多少以及其发生氧化的难易程度制约和影响着可以用来做烧红处理的部位，即：（1）翡翠中能用来做烧红处理的部位应是蓝雾部位或黄雾部位，而原生部位不适合做烧红处理；（2）翡翠中蓝雾部位的含水量大，差热实验表明其重量的减少程度小于其相应原生部位的，在偏光显微镜下显示针铁矿随绿泥石分布，共同指示低温加热过程中，蓝雾部位中含有的大量的低价Fe离子发生了价态变化，实现由绿泥石向针铁矿的转变，这是蓝雾部位可用来做烧红处理的根源；（3）翡翠中的蓝雾部位在加热过程中出现分层现象，其经低温加热后先变成黄色，继续加热黄色部位可变为红色，这体现氧化过程在蓝雾部位是由表及里逐渐进行的。硬玉须在更高的温度以至破坏其晶格的情况下才可以被烧红，但此时晶格已破坏，没有烧红意义，且由硬玉原生部位表面的Fe离子发生氧化反应而产生红色，不具有由绿泥石氧化转变为针铁矿后所具有的褐色感。