Что будет если нагреть камень
Основные способы облагораживания драгоценных камней.
Основные способы облагораживания драгоценных камней.
Нагревание (Heating).
Нагревание драгоценных камней — сегодня это стандартная процедура перед огранкой камня. В прошлом же, секреты такой обработки передавались из поколения в поколение. Способов множество: от простого нагревания необработанных камней на открытом огне до сложных лабораторных процедур с использованием регулируемых температур. Важно, что простое нагревание не изменяет химическую структуру камня. Этот способ облагораживания является неизменным на протяжении многих лет и уже давно принят среди ювелиров всего мира.
Для чего нагревают драгоценные камни?
Необработанные камни нагревают для улучшения их качества. От возгорания, как еще называют нагревание, оттенки становятся более яркими, цвета раскрываются или даже меняются во время процесса, включения становятся менее выступающими или даже исчезают, возрастает прочность камня. Например, если темный турмалин подвергается нагреванию, его цвет становится гораздо более ярким. Нагревание может привести к поразительным результатам, и иногда не лучшего вида камни превращаются в великолепные сокровища. В современных ювелирных магазинах практически все камни в украшениях облагорожены: аквамарины, аметисты, цитрины, кунциты, турмалины, цирконы, и, зачастую, рубины с сапфирами получают свой вид благодаря процессу нагревания.
Влияет ли нагревание на стоимость драгоценного камня?
Камни хорошего качества встречаются реже, чем сравниваемые с ними подверженные процессу нагревания экземпляры. Не подвергавшиеся нагреванию красный рубин и синий сапфир имеют постоянный устойчивый спрос, и эти чудеса природы продаются по весьма и весьма высокой цене. Такие камни высшего качества являются редчайшим явлением, которое трудно встретить даже в крупнейших залежах этих минералов. Именно по этой причине они и имеют очень высокую стоимость. С другой стороны, многие виды камней попросту не существовали бы без процедуры нагревания, например танзанит или празиолит. Некоторые камни имеют определенные оттенки, которые пользуются большим спросом и получаются во время процесса нагревания. Так что, нагревание не обязательно уменьшает ценность камня, зачастую оно ее увеличивает.
Смазывание (lubrication).
Этот метод используется уже больше 600 лет, в основном, для треснутых и пористых драгоценных камней — как правило, таким является изумруд. Этот способ уменьшает количество мелких трещин и может обеспечить камню большую прозрачность и ясность. Используются не только бесцветные масла, но и другие материалы, например воск, каучук, или резина. Смазывание, зачастую, требует обновления каждые несколько лет, но оно уже принято сообществом ювелиров. Особые условия должны соблюдаться при реставрации и чистке такого камня. Ни при каких обстоятельствах, при чистке не должны быть использованы маслорастворяющие материалы.
Бериллиевое нагревание (Beryllium Heated).
Эта процедура часто используется для раскрытия желтых или оранжевых оттенков сапфира. Сапфир часто добывается вместе со шпинелью, турмалином и хризобериллом. Они влияют на цвет сапфира, если нагревание происходит вместе с сапфиром. Сортировка камней перед стандартной процедурой нагрева — сложная задача. При таком нагревании, хризоберилл выделяет незначительные испарения бериллия. Скорее всего, они являются катализатором, являющимся причиной термохимической реакции в атомной структуре корунда. С тех пор, как это было замечено, процедуру стали использовать для получения желтых и оранжевых сапфиров. Точный процесс изменения цвета до сих пор остается малоизученным. Процедура является относительно новой, поэтому ее часто называют «новым нагреванием» или «дополненным нагреванием». Бериллиевое нагревание не может быть определено стандартными процедурами, это возможно лишь с применением двух точных и дорогих тестов, неизбежно приводящих к разрушению камня.
Распыление (Diffusion).
Распыление или «поверхностное распыление» это процедура, суть которой заключается в добавлении частиц железа или титана во время стандартного процесса нагревания камня. Обычно оно используется с корундом, при этом распыляемые частицы образуют тончайший слой. Как правило, этот слой придает камню определенный оттенок. Эта процедура не сложна, но поверхности звездных или обычных сапфиров, подвергшихся этому процессу, требуют чрезвычайно аккуратного обращения, так как распыленный слой в толщину составляет всего одну десятую миллиметра. После этой процедуры, камень может потерять свою привлекательность при царапании, полировании, повторной огранке или другом повреждении распыленного слоя. Аналогичным способом обрабатываются бесцветные кварцы для получения «мистических» топазов. Кроме того, это один из способов обработки друз, для достижения желаемых оттенков.
Облучение (Irradiation).
Находившиеся миллионы лет в толще земной коры камни могут быть подвержены природному радиоактивному излучению, которое изменяет ясность и окраску камня. С использованием стандартного гамма облучения этот эффект можно усилить или обратить. В течение нескольких часов, оттенок камня меняется и он становится более прозрачным. Облученные камни не требуют особого ухода, а эффект сохраняется навсегда, но иногда, со временем, цвета могут вернуться в первоначальное состояние (желтый берилл, кунцит, синий топаз). Таблица ниже показывает результаты и способы обогащения.
Камень, который убивает, если его нагреть
Камень, который убивает, если его нагреть
Красота этого камня погубила не один десяток учёных. Каждый, кто пытался разгадать его состав, умирал в страшных муках.
Немецкие горняки дали этому минералу нежное имя «рудный цветок». Средневековые алхимики называли его не иначе как «минералом Сатаны». В народе же за ним на долгое время закрепилось прозвище «фальшивый изумруд».
Так по-разному люди именовали флюорит. Несколько веков назад он считался очень загадочным и странным камнем. Его внешний вид в точности копировал рубины, сапфиры и другие драгоценные самоцветы. Ведь палитра минерала чрезвычайно разнообразна. Окраска бывает лиловой, фиолетовой, зелёной, розовой, синей, голубой и жёлтой. Иногда в одном образце встречается смесь сразу нескольких оттенков. При этом каждый раз это уникальный цвет и неповторимый рисунок. Поэтому вплоть до середины XVI века флюорит принимали то за один, то за другой минерал.
Ещё большей таинственности радужному камню придавала способность светиться при нагреве. Алхимики, пытавшиеся исследовать эту удивительную особенность, стремительно умирали. Согласно преданиям, у них моментально выпадали зубы, волосы и разрушались кости. Все эксперименты непременно сопровождались взрывами и пожарами. Объяснение многочисленных смертей и бедствий в то время могло быть одно. Средневековые учёные решили, что сам дьявол охраняет секрет получения золота из флюорита и стали относиться к нему с опаской. Колдунам же такие свойства камня были только на руку. Клиенты охотно шли на сеансы к тем чародеям, которые в своём арсенале имели сатанинский минерал, способный даже убивать.
В Индии флюорит всегда занимал почётное место среди камней. Древние философы утверждали, что в минерале скрыт опыт высших цивилизаций, который помогает человеку совершенствоваться. В Восточной Азии до сих пор верят в то, что флюорит кардинальным образом меняет судьбу своего владельца к лучшему.
Бояться минерала перестали лишь в конце XVIII века, когда шведский химик объяснил, что виной всех трагедий был бледно-жёлтый ядовитый газ, выделяющийся из флюорита при нагреве или взаимодействии с кислотой. Он получил знакомое нам название – фтор.
После этого флюорит, так или иначе, очень часто присутствовал там, где проливалась человеческая кровь. Во время Второй мировой войны минерал считался стратегическим сырьём для обороноспособности Советского Союза. Флюорит со своими оптическими характеристиками был лучшим материалом для производства стёкол для приборов ночного видения. Сегодня его до сих пор применяют в самых дорогих фотоаппаратах.
Кроме того, много веков назад флюорит выполнял функцию бактерицидного пластыря. Мелкие куски камня шлифовали, варили в кипятке несколько минут и обкладывали ими рану. После этого процесс заживления значительно ускорялся.
В Древнем Риме из самоцвета делали различную посуду. Такие предметы утвари украшали императорские дворцы, отличались разнообразной окраской и особым изяществом. Цена на флюоритовую вазу приравнивалась к стоимости 400 килограммов золота. В XIX веке минерал вновь стал модным. Даже царская династия Романовых использовала в своём обиходе фиолетовые столовые приборы и тарелки, сделанные из флюорита.
Несмотря на внешнее сходство с драгоценными камнями, флюорит не получил признания в ювелирном деле. Невысокая прочность не позволила ему долгое время служить даже имитацией более ценных минералов. Однако до сих пор на рынке встречаются недобросовестные продавцы, которые предлагают приобрести зелёные флюориты под видом изумрудов.
Для того, чтобы заставить светиться украшение с флюоритом, необязательно быть волшебником. Достаточно лишь поместить камень в ультрафиолетовое излучение, и желанный эффект не заставит себя ждать.
Рубину придали лоск в микроволновке
Рубин, подсвеченный ультрафиолетовым светом
Orbital Joe / flickr.com
Ученые нашли новый способ улучшить цвет, прозрачность и блеск рубинов: для этого их просто можно разогреть в микроволновой печи. Статья о воздействии СВЧ-нагрева на рубины опубликована в журнале Applied Physics A.
Для исследования ученые из института минералов и материаловедения (CSIR- IMMT) взяли натуральные рубины, собранные в индийском городе Синапал. Камни имели форму удлиненных гексагональных призм и их размеры варьировались от 5 до 11 миллиметров. Перед обработкой рубины были предварительно очищены от грязи и жира.
Камни нагревались в микроволновой печи до температуры 1,5 тысячи градусов Цельсия. Исследователи использовали различные методы для того, чтобы сравнить обработанные и необработанные образцы: рентгеноструктурный анализ, оптическая спектроскопия, флуоресцентная спектрофотометрия, рамановская спектроскопия и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.
Слева находятся рубины, которые не подвергались СВЧ-нагреву. Камень по середине нагревался до температуры 800 градусов Цельсия. Камень справа был нагрет до 1500 градусов Цельсия.
Subhashree Swain et al / Applied Physics A, 2016
Термическая обработка драгоценных камней
Нагревание применяется к многим драгоценным камням, чтобы изменить их цвет или чистоту. Для достижения желаемого результата некоторым материалам могут потребоваться только низкие температуры (ниже 1000°C), другим – очень высокая температура. Кроме того, некоторые виды драгоценных камней (например, корунд) могут требовать только высокотемпературной обработки, в то время как другие, например, алмазы, могут требовать высокой температуры в сочетании с высоким давлением (HPHT).
Для подавляющего большинства драгоценных камней нагревание приводит к улучшению цвета. В случае рубинов и сапфиров оно используется для улучшения чистоты за счет растворения включений рутила.
С помощью нагревания можно заполнить полости и трещины рубинов материалами (например, стеклом).
Термообработка в основном направлена на улучшение внешнего вида драгоценного камня. Некоторые процедуры направлены на простое изменение аспекта, например, изменение цвета в фиолетовом аметисте путем нагревания его до 600°С для получения оранжевого цитрина.
Улучшение внешнего вида часто приводит к повышению чистоты и цвета, или к лучшему его распределению.
Эта практика так же древна, как и история драгоценных камней. Вы когда-нибудь слышали информацию о местах добычи сапфира, где шахтер помещает добытый камень в трубку, покрывает эту трубку «секретной» пастой и помещает ее в самодельную печь на уровне земли? О «секретной» пасте расскажем ниже.
Возьмем наш пример сапфира, который, на мой взгляд, является одним из наиболее типичных случаев применения термообработки.
В большинстве сапфиров мы отмечаем наличие включений рутила в виде игл, шелка, микроскопических и макроскопических кристаллов. Наличие цветных зон, либо следующих за линиями роста сапфира, либо ореолов, неравномерно распределенных по массе. Мы также находим многочисленные переломы, трещины и т.д.
Включения рутила могут быть растворены при термообработке, тем самым повысив чистоту камня.
Улучшение цвета и/или чистоты:
Сверху: рубин из Мьянмы до и после термообработки.
Снизу: сапфиры из Таиланда до и после термообработки.
Повышение чистоты:
Отсутствие прозрачности в обычно прозрачном драгоценном камне больше связано с рассеянием, а не поглощением или прямой передачей света. Все, что находится в драгоценном камне с другим показателем преломления будет рассеивать свет, отражая его, тем самым снижая чистоту камня.
В целом, одного лишь нагревания при высоких температурах недостаточно для повышения чистоты камня с множественными трещинами, так как оно не закроет и не запечатает значительную часть трещин.
Однако, нагревание камня при высокой температуре в течение 10-20 часов обычно может создать достаточно твердое диффузионное «связующее» для частичного закрытия небольших трещин. Процесс укрепляет камень, который затем может быть огранен с меньшим риском поломки. Отметим, что заполнение трещин бораксом (тетраборат натрия) или другими борными соединениями часто является частью термической обработки, но давайте оставим это для темы наполнений.
В редких случаях трещины в сапфирах могут быть менее заметны, если термическая обработка проводилась при температуре около 1800°C (высокая температура), потому что при этой температуре окись железа разлагается и улетучивается за пределами трещин.
Чаще всего сапфиры содержат большое количество микрокристаллов, которые настолько малы и многочисленны, что выглядят как облака или туман невооруженным глазом и снижают прозрачность камня.
В большинстве случаев, когда камень нагревается до высокой температуры, то микрокристаллы растворяются в сапфире во время охлаждения, что значительно повышает прозрачность.
На данном этапе важно отметить, что для повторного растворения кристаллического материала в сапфире нет необходимости плавить кристаллы.
Например, температура плавления рутила 1830°C, но иглы рутила диаметром от 1 до 5 мкм быстро растворяются в сапфире при 1600°C. В этом случае сочетание конечной растворимости TiO2 (рутил) в сапфире при 1600°C и необычно высокой диффузии ионов Ti4+ определяют видимую степень растворения.
Улучшение цвета:
Существует много причин появления цвета в таком камне, как сапфир (продолжим этот пример); все эти цвета являются результатом присутствия примесей или других дефектных точек в кристалле, таких как отсутствующие атомы, дополнительно вставленные атомы, носители заряда, такие как избыточные электроны.
Термообработка вызывает определенные химические (термохимические) реакции на существующие дефекты и примеси в сапфире, приводящие к совершенно различным спектрам поглощения и связанным с ними изменениям цвета, например:
Основными переменными, которыми можно управлять для улучшения цвета сапфиров, являются давление кислорода или водорода внутри печи, температура печи и время нагревания при этой температуре.
Обнаружение:
В корунде нагревание обычно обнаруживается при наблюдении термически измененных включений (например, сильно поврежденных кристаллов или заполненных трещин) или при изменении концентраций цвета (например, зональной окраски в некоторых сапфирах), которые наблюдаются при оптическом увеличении.
Для некоторых драгоценных камней (например, рубинов, сапфиров, розовых топазов) ультрафиолетовая флуоресценция также может дать представление о термической обработке.
Тем не менее, все еще существует большое количество драгоценных камней (кварц, турмалин и танзанит), где цвет однородно модифицирован и имеет мало включений, которые могут свидетельствовать о воздействии высоких температур.
Термическая обработка некоторых драгоценных камней остается не обнаруживаемой или в некоторых редких случаях требует более сложных аналитических методов (таких как UV-VIS-NIR или рамановская спектроскопия). Существуют определенные виды драгоценных камней (такие как корунд или алмазы), в которых в большинстве случаев возможно, но не систематически, обнаружить термическую обработку.
А «секретная» паста?
«Секретная» паста представляет собой смесь угля и различных сахаров, которую используют для обеспечения водорода при термической обработке в восстановительной среде.
Что будет если нагреть камень
Влияние тепла и кислот на драгоценные камни
Сопротивляемость драгоценных камней высоким температурам и действию кислот зависит во многом от их химического состава. Для ювелира очень важно знать, какие драгоценные камни смогут выдержать огненную пайку при ремонте драгоценностей, а какие необходимо предохранить от огня или извлечь из оправы. Рекомендуется осторожно, с учетом хрупкости и расщепляемости, вынуть сначала крупные, а затем мелкие камни, особенно в случаях, когда пайка осуществляется в непосредственной близости от камня.
От прямого окислительного влияния тепла драгоценные камни предохраняют слоем боракса или борной кислоты и обертыванием влажной шелковистой бумагой, влажной ватой или асбестовой кашицей. При пайке оправы перстня середину перстня с камнем погружают в мелкий влажный песок, насыпанный в небольшую жестяную миску (можно в сырой картофель) и в кольцо вставляют кусок древесного угля, т. е. подкладывают уголь под место пайки. В каждом случае необходимо следить за тем, чтобы камень нагревался постепенно и равномерно. После отжига предмет предохраняют от холодного воздуха (сквозняка) и только после постепенного полного охлаждения обрабатывают в травильном растворе (от быстрой смены температуры камень может треснуть, особенно если в нем были скрытые трещины и т. д.).
Довольно высокую температуру при пайке выдерживают алмаз (если его достаточно надежно предохраняют), рубин, александрит, шпинель, аквамарин, некоторые разновидности турмалина (темно-зеленые теряют свою окраску) и чешский гранат.
Алмаз не растворяется ни в одной из известных нам кислот, он растворяется только в расплавленном металле или в расплавленной горной породе. В обычном пламени не горит, его можно сжечь только при температуре 800° С в смеси с селитрой или под струей кислорода. Сгорая, алмаз превращается в окись углерода почти без пепла (примерно 0,05%). Образование тумана при постепенном нагревании знаменует начало сгорания (покров удается устранить повторной полировкой). В некоторых камнях после охлаждения появляются прежде скрытые дефекты (изъяны, трещины).
Синий сапфир уже при небольшом повышении температуры бледнеет, при высокой температуре сереет и становится непросвечивающимся. Смарагд, если он имеет изъяны, в огне растрескивается, однако не изменяется. Берилл в огне изменяет желтый цвет на темно-зеленый.
Топаз при нагревании теряет цвет, бразильский топаз изменяет окраску от розовой до красной. Циркон серого или серо-оранжевого цвета в огне становится прозрачным. Изменяет окраску также синий или зеленоватый циркон.
Чешский гранат выдерживает высокие температуры. Иногда в огне краснеет. Индийские (альмандины) и тирольские гранаты в огне растрескиваются.
Горный хрусталь в огне растрескивается. Аметист при повышении температуры изменяет фиолетовую окраску на желтую (до желто-серой), поэтому его иногда принимают за цитрин или испанский топаз модейра. На сильном огне растрескивается. Раухтопаз в процессе нагревания обесцвечивается и становится похожим на цитрин или горный хрусталь. С увеличением температуры раухтопаз растрескивается.
Чувствительны к огню и все остальные разновидности кварца. Яшма, гелиотроп, халцедон, агат, карнеол и оникс при нагревании изменяют цвет и растрескиваются. Подобное влияние огонь оказывает на розовый кварц, авантюрин, оливин (закаляется), кунзит, ляпис-лазурь, мольдавит, адуляр, лабрадорит, амазонит, малахит и др. Тигровый глаз при нагревании на огне изменяет желто-коричневую окраску на желто-красную; не растрескивается, однако становится хрупким. Гематит переносит и более высокие температуры.
Опал теряет в огне цвет и разрушается. Нефрит в огне размягчается и тает. Бирюза в процессе нагревания теряет воду и превращается в черно-коричневое порошковое вещество. Марказит в огне сгорает (пахнет серой).
Синтетические корунды переносят высокие температуры без последствий, поскольку сами были изготовлены в огне. Синтетические шпинели мало чем отличаются от синтетических корундов (требуют постепенного охлаждения). Дублеты в огне распадаются; верх растрескивается, а низ расплавляется. Стеклянные имитации драгоценных камней теряют в огне цвет, закаливаются и плавятся.
От ядовитого действия кислот, щелочей и ванн с цианистым калием, которые кроме повреждений отрицательно влияют на блеск драгоценных камней, камни предохраняют, покрывая их слоем лака (сапонатовым, асфальтовым) или слоем пчелиного воска, которые легко устраняются терпентином, чистым бензином или ацетоном. Чистые (концентрированные) кислоты и сильные гидроокиси (натрия, калия) повреждают буквально все драгоценные камни (кроме алмазов), особенно если жидкости находятся в нагретом состоянии.
Протрава (раствор серной кислоты) не оказывает никакого влияния на алмазы, ископаемые группы корунда, берилла, шпинели, топаза, циркона, турмалина и на некоторые другие кварцы. Камни остальных групп погружают только в необходимых случаях на короткий промежуток времени в тепловатый или холодный раствор протравы.