有色水晶的热处理及呈色机理研究

论文摘要

石英是自然界中最常见矿物之一,其中单晶体类石英更是在珠宝玉石市场上得到了广泛的应用,受到不同人群的大力追捧,也是珠宝界中应用数量和范围颇大的一类宝石。本文选取市场上常见的各色单晶体石英,通过热处理实验,确定了各色水晶颜色发生变化的具体温度数值,并结合对86粒样品的显微镜下观察、紫外—可见光谱分析及LA-ICPMas分析得出了以下结论:（1）氧化气氛下改变温度,紫水晶的颜色会发生变化,并且改色后颜色稳定。紫水晶紫色转变为无色的温度约为500℃,转变为黄色的温度约为550℃。紫水晶能否转变为黄色以及转变后颜色的深浅,与原始样品颜色的深浅有关,颜色深的紫水晶改色后颜色也深;黄水晶颜色稳定,不随温度的变化而变化;烟水晶颜色随着温度的升高逐渐变浅。烟水晶开始变色温度约为300℃,加热至450℃左右,变为完全无色。烟水晶颜色变化的起始温度与原始样品的颜色深浅有关,颜色越深开始变色的温度也越高。（2）有色水晶中过渡离子致色元素Al、Fe、Ti的含量及其类质同像代替Si所引起的结构缺陷是影响水晶颜色及其稳定性的主要因素。紫晶颜色的成因主要与Fe3++O-空穴心有关。450℃以下Fe3++O-空穴心稳定;在450℃550℃之间,紫水晶中Fe3++O-空穴心变得不再稳定;加热到550℃以上,会消除Fe3++O-空穴心,Fe3++O-空穴心消除后,紫色水晶也变为无色;Fe3++O-空穴心和不带补偿离子的Al3++O-空穴心的联合作用是形成黄水晶颜色的主要原因,Al3++O-空穴心的存在会使黄水晶中的Fe3++O-空穴心变得稳定;无色水晶中带补偿离子Li+的Al3++O-空穴心不会使水晶产生颜色;Ti的出现是使水晶产生烟色的主要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 选题依据
• 1.2 研究现状
• 1.3 主要工作内容
• 1.4 样品采集、测试及实验工作量
• 2 水晶的矿物学及宝石学特征
• 2.1 水晶的产地概述
• 2.1.1 国内的水晶产地概述
• 2.1.2 国外水晶产地概述
• 2.2 水晶晶体形态与物理性质
• 2.2.1 晶体形态
• 2.2.2 光学性质
• 2.2.3 力学性质
• 2.2.4 其他性质
• 2.3 水晶晶体化学特征
• 2.4 水晶的主要品种及其鉴定特征
• 2.4.1 水晶的主要品种
• 2.4.2 水晶主要品种与相似宝石的鉴别
• 2.5 水晶主要品种的质量评价
• 3 水晶热处理改色实验研究
• 3.1 宝石热处理技术及设备概述
• 3.1.1 热处理及其引起的宝石的变化
• 3.1.2 热处理的主要影响因素
• 3.2 样品的选取及其预处理
• 3.3 水晶热处理工艺研究
• 3.3.1 实验设备及材料
• 3.3.2 实验内容及具体步骤
• 3.3.3 实验中存在的问题
• 3.4 小结
• 4 水晶热处理改色的紫外—可见吸收光谱
• 4.1 紫外—可见吸收光谱原理
• 4.1.1 基本原理
• 4.1.2 紫外-可见分光光度计的类型
• 4.1.3 测试方法
• 4.2 水晶的紫外—可见吸收光谱分析
• 4.2.1 水晶在常温下的吸光度
• 4.2.2 水晶在加热过程中颜色和吸光度的变化
• 4.3 小结
• 5 水晶的呈色机理研究
• 5.1 水晶呈色原理
• 5.1.1 缺陷和色心
• 5.1.2 石英中的空穴心
• 5.2 杂质元素分析方法
• 5.2.1 电子探针
• 5.2.2 X 射线荧光光谱仪
• 5.2.3 激光烧灼电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICPMS）
• 5.3 矿物的吸收光谱原理
• 5.4 水晶中的杂质元素分析及其对水晶颜色的影响
• 5.5 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录