Bảng tin thang 07/2011

Kim Cương NhânTạo CVD Qua Nhiều Quá Trình Xử Lý

Tạo Màu Đỏ Như Hiện Tại

Như đã từng đề cập trong các bài viết trước đây, kim cương thiên nhiên màu hồng đến đỏ đậm rất hiếm và có giá trị cao. Nhiều kỹ thuật được phát triển để tạo ra những màu như thế trong phòng thí nghiệm, kể cả việc sử dụng kim cương nhân tạo làm vật liệu ban đầu.

Phòng giám định ở New York vừa nhận giám định một viên hình chữ nhật màu đỏ, giác cúc biến thể (hình 1). Màu đỏ tập trung hơi nhiều ở phần chóp đáy và ở các góc của phần đáy. Viên đá chứa nhiều dãy bao thể màu đen nhỏ sắp xếp gần thẳng hàng với nhiều hình dạng khác nhau nằm hướng song song với mặt bàn. Viên đá phát quang màu cam vừa dưới chiếu xạ UV sóng dài và cam mạnh dưới UV sóng ngắn. Dưới thiết bị DiamondView, nó phát quang màu đỏ đậm sáng và có dãy màu đỏ đậm tối song song nhau nằm ở phần đáy; phát lân quang màu đỏ đậm vừa.

Phổ giữa hồng ngoại cho thấy các vạch hấp thu yếu ở 1450 cm^-1 (H1a), 1344 (nitrogen biệt lập) và 1332 cm^-1. Ngoài ra còn có các vạch hấp thu yếu nhưng sắc nét liên quan đến hydrogen thấy được ở 3107 và 1405 cm^-1. Một đặc điểm đáng chú ý là một dãy rất yếu ghi được ở 3123 cm^-1, đó là đặc điểm của kim cương nhân tạo bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa chất (CVD). Không phát hiện đặc điểm phổ trong vùng gần hồng ngoại ngoại trừ một dãy rất yếu ở 5892 cm^-1.

Phổ UV-Vis-NIR (hình 2) ghi được ở nhiệt độ nitrogen hóa lỏng gồm các dãy hấp thu NV mạnh với các mức năng lượng phonon bậc 0 ở 574,9 và 637,0 nm và các dãy liền kề tương ứng của chúng. Các dãy phổ hấp thu thấy ở 594,3 (“tâm 595 nm”) và 741,2 (GR1) nm là đặc trưng của kim cương đã qua quá trình chiếu xạ/nung nhiệt. Một phổ hấp thu kép ở 736,6/737,0 nm là do sai hỏng [Si-V]^-, điều đó hầu như chỉ xuất hiện duy nhất trong kim cương nhân tạo CVD. Ngoài ra còn thấy nhiều dãy phổ hấp thu rất yếu nhưng sắc nét ở vùng 420 – 505 nm, gồm những dãy hấp thu từ sai hỏng H3 và H4. Phổ phát quang bức xạ (PL) ghi được bằng những kích thích laser khác nhau ở nhiệt độ nitrogen hóa lỏng phát hiện thêm nhiều đặc điểm khác, gồm một vạch hấp thu yếu từ sai hỏng N3 ở 415,2 nm và tâm 389 nm đặc điểm liên quan đến chiếu xạ.

Các thí nghiệm nung nhiệt trên kim cương nhân tạo CVD cho thấy rằng dãy 3123 cm^-1 bền đến ~1600^oC, trong khi đó dãy 3107 cm^-1 không được tạo ra cho đến khi nhiệt độ đạt đến 2000^oC. Nung ở nhiệt độ trên 1600^oC sẽ làm cho kim cương bị graphit hóa ngoại trừ việc nung được thực hiện ở áp suất cao. Vì thế chúng tôi tin rằng mẫu này được nung ở áp cao, nhiệt cao, điều đó sẽ làm mất đi tông màu nâu phổ biến trong kim cương nhân tạo CVD có nitrogen lẫn tạp và làm tăng sự tập trung của nitrogen biệt lập.

Với phổ phát quang bức xạ ở nhiệt độ thấp, các tâm NV thường thấy trong kim cương nhân tạo tăng trưởng CVD, ngoại trừ các mẫu có độ trong cao. Trong khi đó phát xạ NV có thể làm chủ đạo trong phổ PL, điển hình là chúng hầu như không thấy hay rất yếu trong phổ hấp thu UV-Vis và ảnh hưởng rất ít hoặc không ảnh hưởng đến màu của đá. Sự tập trung các tâm NV trong kim cương nhân tạo tăng trưởng CVD giảm đáng kể sau khi nung HPHT, vì thế sự tập trung cao các tâm NV trong mẫu tăng trưởng CVD màu đỏ này không thể là nguyên nhân trực tiếp của chỉ mỗi quá trình nung HPHT. Các phổ hấp thụ mạnh từ các tâm NV để tạo ra màu đỏ được đưa vào bằng quá trình xử lý khác như chiếu xạ bằng cách nung ở nhiệt độ tương đối thấp. Các lỗ hổng được tạo ra bằng chiếu xạ năng lượng cao sẽ di chuyển và kết hợp với các tạp chất nitrogen biệt lập tồn tại trước đó để hình thành các tâm NV khi các viên đá được nung ở nhiệt độ tương đối thấp. Trong quy trình này những sai hỏng liên quan đến chiếu xạ khác như phổ hấp thu ở 594,3 nm và 1450 cm^-1 sẽ được tạo ra. Sự tập trung các tâm NV hấp thụ mạnh ánh sáng trong vùng lục đến cam tạo ra khe truyền dẫn trong vùng màu đỏ. Cường độ của việc tạo ra màu hồng đến đỏ phụ thuộc vào sự tập trung các tâm quang học này.

W. Wang và nhóm tác giả (“Kim cương nhân tạo tăng trưởng CVD mới nhất từ Apollo Diamond Inc.”, Winter 2007 G&G, trang 294 – 313) mô tả một số kim cương nhân tạo CVD màu hồng đậm sáng phần lớn được cho là do dãy hấp thu rộng ở ~520 nm. Tuy nhiên trước đây chúng tôi không phát hiện ra các tâm quang học liên quan đến chiếu xạ đặc trưng (ví dụ 594,3 nm và GR1) và vạch phổ hấp thu 3107 cm^-1 trong các mẫu CVD màu hồng.

Đây là viên kim cương nhân tạo CVD màu đỏ đã qua nhiều quá trình xử lý đầu tiên đưa đến GIA phân cấp. Nhóm tác giả không biết nơi sản xuất.

(Theo Wuyi Wang và Paul Johnson trong Lab Notes quyển G&G Spring 2010)

 

Đôi Ngọc Trai Nước Ngọt Tự Nhiên Kích Thước Lớn

Phòng giám định New York vừa nhận giám định một đôi ngọc trai màu hồng kích thước lớn (hình 3). Đến lần thứ hai tác giả mới thấy được cả một lúc hai viên ngọc trai, lần đầu chúng được đưa đến riêng lẻ. Các viên ngọc trai chưa bị khoan lỗ và cân đo được các thông số sau: 17,06 x 17,24 mm (37,85 ct) và 17,46 x 17,05 mm (35,72 ct).

Qua chụp X quang và phát quang tia X, chúng được xác định là ngọc trai nước ngọt tự nhiên không có dấu hiệu xử lý và xác định chúng có nguồn gốc từ một loài thân mềm họ Unio. Cho dù có hơi khác biệt về màu và sắc độ nhưng nhìn chung các viên này khá tương đồng với nhau. Viên đầu tiên được phân cấp màu hồng phớt cam và viên thứ 2 có màu hồng nhạt và có ánh lụa. Sự giống nhau về màu sắc, kích thước và hình dạng này làm cho chúng trở thành một cặp quyến rũ.

Hầu hết ngọc trai nuôi nước ngọt có hình dạng và màu sắc như thế này được thấy ở các con sông ở Mỹ, đặc biệt là sông Mississippi. Chúng tôi đã gặp một số ngọc trai có cấp màu này được cho là tìm được ở Texas nhưng chúng có kích cỡ nhỏ hơn nhiều.

Lần sau tác giả gặp lại 2 viên ngọc trai thì chúng đã được gắn vào đôi bông tai. Một viên ngọc trai nước ngọt tự nhiên gần tròn có kích cỡ như thế này đã là hiếm thấy, nhưng trường hợp này ta lại gặp được một đôi tương đồng như thế này thì thật sự là rất thu hút. (Theo Akira Hyatt trong Lab Notes quyển G&G Spring 2010)

 

Các Ống Tăng Trưởng Bị Gián Đoạn Trong Tourmaline

Phòng giám định Carlsbad vừa kiểm tra một viên tourmaline màu hồng đỏ dưa hấu thú vị từ vùng Governador Valadares thuộc Minas Gerais, Brazil. Một mặt được đánh bóng song song với trục quang cho thấy nhiều ống tăng trưởng được tạo ra do các bao thể chặn sự tăng trưởng của tourmaline. Đây không phải là hiện tượng bất thường duy nhất trong tourmaline, nhưng mẫu đặc biệt này là một mẫu rất hoàn hảo cho trường hợp các ống tăng trưởng bị chặn.

Điều đầu tiên tác giả chú ý khi dùng kính phóng đại và kính phân cực là tính đa sắc của bản thân viên tourmaline (hình 4). Các ống tăng trưởng trải dài từ phía trên xuống phía dưới tinh thể feldspar nằm bên trong tinh thể gốc (xác định bằng phổ Raman) được thể hiện trong hình này.

Trong quá trình tăng trưởng nhanh chóng của các tinh thể dài như tourmaline, các vật thể ngoại lai nhỏ bám vào đá chủ có thể tạo ra sự tắt nghẽn chất nuôi dưỡng cần thiết để ngăn chặn sự tăng trưởng của khoáng vật chủ trong vùng đó. Trong khi phần còn lại của đá chủ vẫn tăng trưởng nhanh chóng thì tinh thể ngoại lai được đẩy lên dọc theo chiều dài tourmaline cho đến khi nó nằm gọn vào nơi nào đó hay cho đến khi nó tăng trưởng vừa đủ thời gian để bao gọn bao thể. Sự phá vỡ cấu trúc tinh thể ban đầu để lại lỗ rỗng hay ống tăng trưởng trong khi tourmaline chủ tiếp tục tăng trưởng (theo R. V. Dietrich, The Tourmaline Group, Van Nostrand Reinhold Co., New York, 1985).

Bằng chứng khác là một ống tăng trưởng nhỏ kéo dài lên trên từ chỗ hổng ở rìa trái phía trên của tinh thể feldspar (xem các mũi tên trên hình 4). Chỗ hổng trên bề mặt của bao thể đủ để phá vỡ sự tăng trưởng của tourmaline chủ. Ống tăng trưởng vuốt nhọn từ một điểm sắc nhọn và kết thúc bên trong tourmaline (phần bên ngoài, không hiển thị trên hình 4).

Đặc điểm thú vị khác là sự liên quan giữa ranh giới màu và các ống tăng trưởng.Trong lõi tinh thể màu hồng có các hạt silic li ti và bao thể 2 pha nhưng lại không có trong các ống tăng trưởng. Điều này cho thấy tinh thể màu hồng này được hình thành trong môi trường phát triển bền vững. Ở ranh giới giữa màu hồng và các đới màu lục bên trên là nơi đầu tiên thấy các ống tăng trưởng được tạo ra do bị kẹt (hình 5) và tác giả đã suy luận từ sự tương quan này rằng hiện tượng trên được tạo ra do sự thay đổi trong dung dịch nuôi dưỡng đủ xáo trộn để làm hình thành các mãnh vỡ cấu trúc tinh thể ban đầu như các tinh thể felspar nhỏ lên trên bề mặt tinh thể tourmaline đang tăng trưởng.

(Theo Nathan Renfro và John Koivula, trong Lab Notes quyển G&G Spring 2010)

 

Turquoise Màu Lục Do Xử Lý

Vì có độ rỗng nên turquoise thường được tẩm polymer để làm cho khoáng có chất lượng thấp trở nên bền hơn. Turquoise nhuộm màu xanh để cải thiện một màu khác nhạt hơn không phải là điều hiếm gặp. Việc này thường thực hiện bằng polymer màu xanh, thực tế là tẩm và nhuộm cùng một lúc.

Turquoise màu lục hiếm hơn nhiều so với turquoise màu xanh và được nhiều người cho là đẹp hơn. Gần đây phòng giám định GIA có nhận một lô đá turquoise màu lục được đưa đến để giám định và có nhiều viên trong số đó được rao bán trên internet, vì thế thật đáng chú ý khi phát hiện ra sự thay đổi thú vị từ phương pháp xử lý nêu trên (hình 6).

Ba viên cabochon (5,62; 6,28 và 9,58 ct) được đưa đến phòng giám định Carlsbad để giám định. Chúng có màu lục phớt vàng đến màu lục phớt xanh lốm đốm bất thường nhưng có cấu trúc và bề ngoài tổng thể của turquoise thiên nhiên. Chỉ số chiết suất và tỷ trọng thủy tĩnh thì thấp hơn bình thường nhưng lại phù hợp với turquoise tẩm nhuộm. Cả ba viên có phát quang màu vàng vừa đến vàng phớt lục dưới chiếu xạ UV sóng dài và trơ dưới UV sóng ngắn. Phổ hồng ngoại xác định chúng là turquoise và cho thấy chúng có dấu hiệu của polymer.

Nghiên cứu dưới kính hiển vi cho thấy viên cabochon 5,62 ct và 9,58 ct được dán với nhau từ nhiều miếng turquoise bằng áp suất và chất kết dính. Turquoise ghép không phải là bất thường nhưng trong trường hợp này chất kết dính (một số loại nhựa epoxy) có màu vàng, được thấy rõ qua nhiều mạch nhỏ màu vàng trong suốt (các khe nứt được lấp đầy) và các lỗ hổng được lấp đầy nhỏ thấy khắp viên đá (hình 7). Màu vàng này đậm hơn nhiều so với bản thân sắc phớt vàng trong nhiều epoxy. Viên 6,28 ct không xuất hiện sự ghép nối và màu chủ yếu là lục phớt vàng nhưng nó cũng được lấp đầy các khe nứt bằng epoxy màu vàng trong suốt.

Đây là lần đầu tiên phòng giám định gặp trường hợp như thề này. Cách giải thích duy nhất cho việc dùng polymer màu vàng là để làm cho turquoise có màu xanh nguyên thủy thành màu lục. Tác giả không nhắc lại việc xem phương pháp xử lý đặc biệt này trước đây nhưng nó đã được xác định trước bằng cách quan sát dưới kính phóng đại.

Từ sau khi gặp 3 viên cabochon này, tác giả còn gặp nhiều mẫu khác thuộc khoáng này, có những trường hợp các mặt lấp đầy màu đỏ được sử dụng để chuyển những viên có màu xanh nguyên thủy thành màu tím (hình 8). (Theo Shane McClure và Philip Owens, trong Lab Notes quyển G&G Spring 2010)

 

Thông Tin Mới Về Ruby, Sapphire Và Spinel

Khai Thác Ở Việt Nam

Sau suốt những năm hoạt động mạnh mẽ từ 1990 (xem bài của R. E. Kane và nhóm tác giả “Ruby và sapphire màu từ Việt Nam”, quyển G&G Fall 1991, trang 136 – 155; R. C. Kammerling và nhóm tác giả “Thông tin mới về ruby và sapphire màu khai thác ở miền Bắc Việt Nam”, quyển G&G Summer 1994, trang 109 – 114), đá quý khai thác ở Việt Nam đã giảm đáng kể vào những năm 2000. Suốt 3 lần khảo sát vào tháng 1 và 5 năm 2009 và tháng 4 năm 2010, nhóm tác giả đã được Philippe Ressigeac (Pháp), Jean Baptiste Senoble (Thụy Sĩ), Lou Pierre Bryl (Canada), Kham Vannaxay (Thailand), Tracy Lindwall và David Bright (Mỹ), Jazmin Amira Weissgärber Crespo (Đức) đưa đi thăm hầu hết các mỏ đá ruby, sapphire và spinel ở Việt Nam (hình 9) và thu thập mẫu từ những mỏ đá đó cho bộ sưu tập mẫu của GIA.

Ngày nay, hầu hết việc khai đá quý được thực hiện bởi những thợ mỏ tự do và người dân bản địa, họ khai thác vào những lúc việc làm nông nhàn rỗi (thường là vào tháng 3 – 6 và 10 – 1, ở miền Bắc; và vào tháng 12 – 3 ở miền Nam) và thường chỉ sử dụng các công cụ cầm tay thô sơ. Ở tỉnh Yên Bái, miền Bắc Việt Nam, ruby (chủ yếu là chất lượng mài cabochon), ruby sao và spinel màu đỏ đậm thỉnh thoảng được tìm thấy quanh khu vực xã Tân Hương, Trúc Lâu và một số đảo ở hồ Thác Bà. Ngoài ra, vào tháng 4 năm 2010, có khoảng 500 thợ mỏ đang khai mỏ tại khu vực gần thị trấn Yên Thế (hình 10) và xã An Phú, Minh Tiến tỉnh Lục Yên. Bên cạnh ruby, các loại khác chủ yếu gồm spinel với nhiều màu, sapphire xanh, tourmaline lục; spinel xanh (hình 11) xuất hiện ngày càng nhiều và phổ biến trong giới mua bán đá từ năm 2007. Tuy nhiên đá quý chất lượng tốt được khai thác từ Lục Yên là có giới hạn. Sản lượng của nó gồm phần lớn là đá quý kích thước nhỏ và các mẫu dùng làm đồ trang trí, trưng bày như các hốc đá hoa và tranh đá quý, những loại này rất phổ biến ở thị trường Châu Á.

Các sản phẩm này đem lại thu nhập đều đặn cho nhiều thợ mỏ, cho phép họ tiếp tục làm việc tại vùng này và hy vọng rằng có thể tìm được đá quý có chất lượng trong thời gian dài.

Từ năm 2010, nhiều đơn vị kinh doanh mới được thành lập ở huyện Lục Yên. Gần An Phú, một dự án liên doanh giữa Việt Nam và Ấn Độ (Công Ty TNHH Khoáng Sản Liên Doanh Việt Nam) xin được giấy phép thăm dò ở khu vực Cung Truoi và Mai Thuong khai thác ruby và spinel cộng sinh. Tại Trúc Lâu, khu vực được biết là có nhiều ruby, spinel kích thước lớn, một công ty tư nhân của Việt Nam (Doji Cie) đang chuẩn bị khai thác với các thiết bị cơ khí hóa.

Xa hơn về phía Bắc, gần Quỳ Hợp tỉnh Nghệ An, một ít ruby và sapphire đang được khai thác tại khu vực Châu Hồng như là phụ phẩm trong mỏ khai thác thiếc. Việc khai thác đá quý trong khu vực Quỳ Châu bị ảnh hưởng xấu bởi các thợ mỏ bất hợp pháp đào bới vào ban đêm. Tuy nhiên vào cuối năm 2010 mỏ ruby Doi Thy có thể được cho phép khai thác trở lại.

Ở miền Nam Việt Nam, nhóm nghiên cứu đã nhìn thấy một vĩa khoáng nhỏ sapphire màu lục, vàng, xanh có liên quan đến bazan (basalt) tại khu vực Hồng Liêm, gần Phan Thiết (tỉnh Bình Thuận), cũng như tại Dăk Nông (tỉnh Dăk Lăk). Tại các khu vực khác quanh vùng Di Linh (tỉnh Lâm Đồng) trước đây là khu vực khai thác sapphire thì nay đã trở thành các đồn điền cà phê.

(Theo Vincent Pardieu (vincnet.par@giathai.net) GIA Laboratory, Bangkok; Phạm Văn Long Center for Gem and Gold Research and Identification, Hà Nội, Việt Nam, trong Gem News International quyển G&G Summer 2010).