Облагораживание драгоценных камней

 

В природе встречается относительно мало качественных минералов, не говоря уже об образцах с идеальными характеристиками. Чтобы исправлять то, что плохо, и усиливать то, что удачно, камни подвергают особой обработке, называемой на профессиональном языке облагораживанием – искусственным улучшением свойств драгоценных камней с целью повышения их ювелирных и художественно-декоративных качеств. Чаще всего облагораживание сопряжено с изменением окраски минерала и его внешнего вида.

Еще в древности были известны разные способы изменения окраски камней: их обрабатывали уксусной кислотой, раствором мёда, медным купоросом и другими веществами. С развитием химии изменение цвета минералов путем воздействия на них химических реактивов стало обычным явлением.

Существует несколько методов облагораживания:

- термообработка (отжиг);

- термодиффузионная обработка (окрашивание самоцветов с помощью химических реагентов);

- заполнение трещин и пор;

- ионизирующее облучение камня.

Иногда для получения наилучшего результата используют комбинацию методов. Рассмотрим каждый метод облагораживания подробнее.

Термическая обработка.Термическая обработка, или отжиг, относится к самым распространенным методам изменения окраски самоцветов. В природе такой процесс совершается непосредственно при формировании минералов.

Цитрины, получаемые путем отжига аметиста или мориона, обладают наибольшей свето- и термоустойчивостью. Значительно менее устойчивы к дневному свету и температурному воздействию облученные цитрины желтого цвета с зеленоватым оттенком. Они, как правило, выцветают при нагревании до 200–300°С. Эти особенности цитринов, полученных в результате применения разных технологий, нужно учитывать при литье с камнями. Термически облагороженный цитрин отличается от облучённого и природного более густой окраской и заметным оранжевым оттенком.

Термодиффузионная обработка.С середины 70-х годов диффузионная обработка стала одним из самых распространенных методов облагораживания цветных камней. Особенно часто она применяется для улучшения цвета сапфиров и рубинов, а также для создания эффекта астеризма в них*. Она основана на пропитывании минерала растворами различных кислот или солей металлов с последующей термообработкой, в результате чего на его поверхности образуется тонкая пленка. Данный метод окрашивания является обратимым, так как слой, образующийся в результате обработки, легко удаляется полировкой.

В большинстве случаев цвет природных сапфиров в сырье не слишком выразителен. Это могут быть бледно-голубые, бледно-жёлтые, серовато-жёлтые, коричневатые камни, поэтому около 95% добываемых сапфиров подвергаются термообработке для улучшения цвета. Если в среду, в которой проводится термообработка, добавить определенные компоненты, произойдёт их диффузия в структуру камня, и окраска изменится самым кардинальным образом.

Первые патенты на диффузионную обработку бесцветных или очень бледноокрашенных корундов с целью улучшения их цвета и создания или усиления эффекта астеризма были получены в июле и ноябре 1975 года в США и Японии. Для проведения обработки такие корунды помещали в порошок оксида алюминия с добавлением оксидов железа и титана (именно эта пара атомов обусловливает прекрасную синюю окраску сапфира). Смесь нагревали до температуры 1700–1800°С (температура лишь немного ниже температуры плавления корунда – 2050°С). Продолжительность обработки могла быть различной – от двух до двухсот часов.

Так как толщина окрашенного слоя невелика (меньше 1 мкм), обработке обычно подвергают уже огранённые камни. Следы незначительного плавления на поверхности затем удаляют лёгкой переполировкой.

При просмотре диффузионно обработанных сапфиров в микроскоп в рассеянном свете (можно использовать иммерсионный микроскоп и просматривать камни, погружая их в иммерсионную жидкость – иодид метилена) наблюдается зональность окраски несколько иная, чем у необлагороженных камней. У последних зональность прямолинейная и следует определенным кристаллографическим направлениям. В диффузионно обработанных камнях зональность соответствует форме огранки камня – цвет более насыщенный вдоль рёбер, так как даже при очень слабой переполировке окрашенный слой с плоских поверхностей граней может быть удалён.

Цвет, полученный таким способом, достаточно устойчив. Проведенные различными исследователями опыты подтвердили это: внешние воздействия, которые предполагаются при использовании камня в качестве вставки в ювелирном изделии, не влияют на диффузионную окраску.

В 2001 году стало известно о новом методе, разработанном в Таиланде, с помощью которого удалось изменить цвет синевато-красного корунда из Танзании на оранжевый до красно-оранжевого.

На рынок эти камни поступили под названием «Sunset sapphire». Использование методов спектрометрии во вторичных ионах позволило выявить в таких камнях повышенное содержание бериллия, причем глубина окрашенного слоя коррелировала с глубиной проникновения бериллия. Этот способ обработки так и называют – бериллиевая диффузия. В качестве источника бериллия при термообработке в порошок оксида алюминия добавляют порошок хризоберилла (около 4%). Термообработка проводится при температуре около 1800°С в атмосфере кислорода. В результате получают следующие цвета – жёлтый, желтовато-оранжевый, розово-оранжевый, оранжевый, оранжево-красный до красного. Комбинируя бериллиевую диффузию с последующей обычной термообработкой, можно ослабить очень тёмный синий цвет некоторых сапфиров. Используя иммерсионный микроскоп, можно увидеть цветовую зональность: жёлтую, оранжевую и иногда бесцветную, соответствующую форме ограненного камня. В некоторых случаях видно также и окрашенное или бесцветное ядро.

Современные методы определения элементов, присутствующих в очень малых количествах (лазерная абляция, масс-спектрометрия во вторичных электронах) позволяют достоверно установить наличие бериллия в корундах. К сожалению, приборы эти не всем доступны из-за высокой стоимости (400–750 тысяч долларов США), а обычные рентгенофлюоресцентные анализаторы не могут использоваться для выявления бериллия, так как этот слишком легкий элемент они «не видят».

Еще один минерал, к которому применяют диффузионную обработку, это топаз. До недавнего времени основным способом, позволяющим изменить цвет топаза, было радиоактивное облучение. При этом камень становился радиоактивным, и его приходилось выдерживать, прежде чем использовать в качестве вставки. Иногда срок такой выдержки достигал года. Облагороженные данным способом голубые топазы со временем выцветают, а чтобы восстановить окраску, их необходимо подвергать повторному облучению. Окраска, полученная при диффузионной обработке, является стабильной.

Для получения синей окраски («Summer blue») бесцветный топаз подвергают термообработке при температуре около 1000°С в течение более чем трёх часов. В среду отжига вводится порошок оксида кобальта. Зеленовато-синий цвет топаза («Ice blue») получают, вводя дополнительно в среду обработки хром. Наличие и распределение кобальта и хрома в топазе можно выявить путем рентгенофлюоресцентного анализа. Резкое снижение содержания этих элементов по мере удаления от поверхности камня свидетельствует о поверхностной диффузии.

Еще один пример диффузионно обработанных камней – красный андезин (полевой шпат). Хотя дилеры, работающие с андезином из Тибета, утверждают, что окраска тибетских камней является природной, проводимые рядом исследователей опыты по термообработке андезина (источник светло-желтых камней, подвергавшихся термообработке, не сообщался) с добавлением в среду обработки меди говорят о том, что возможна и искусственно получаемая окраска.

Для окрашивания агатов в голубой цвет их в течение 1–2 недель пропитывают подогретым раствором жёлтого или красного ферроцианида калия (концентрация 250 г/л), а затем 4–8 дней выдерживают в растворе сульфата железа. Тёмно-голубого (даже синего) цвета можно достичь, если в раствор сульфата железа добавить небольшое количество серной или азотной кислоты. Для восстановления выцветшей бирюзы её обрабатывают молочной кислотой или аммиаком.

Заполнение трещин.Это один из самых старых методов облагораживания камней. Так улучшают изумруд, аквамарин, жадеит, бирюзу, рубин и сапфир.

Для скрытия трещин, пор и усиления цвета минералы пропитывают под цвет камня различными маслянистыми органическими красителями. Пропитка обычно проводится под высоким давлением. Со временем масло из изумрудов испаряется, и камни мутнеют.

Установить, что подобное облагораживание действительно проводилось, достаточно нетрудно. Один из методов проверки изумрудов – поднести к источнику тепла и протереть салфеткой. Масло обязательно оставит след. Но этот метод весьма рискованный – вставка при нагревании может треснуть.

Облучение минералов.Методом облучения можно получить голубые топазы, жёлтые бериллы, красные турмалины и оранжевые сапфиры. Наиболее широко этот способ применяется для окрашивания топазов. Например, под воздействием ионизирующего облучения изначально бесцветные топазы могут приобретать коричневый, голубой или зелёный цвет.

Турмалины под воздействием облучения также изменяют окраску: розовые становятся красными, голубые – глубоко пурпурными, а бесцветные – зелёными. Но не каждая радиационная окраска турмалинов является светостойкой. Ионизирующему облучению подвергают также и синтетические минералы. Так, для получения синтетического аметиста облучают кристаллы кварца.

Облучение обладает одним существенным недостатком – облагороженные этим методом самоцветы часто сами становятся радиоактивными.

Улучшение цвета бриллиантов.Цвет бриллиантов можно искусственно улучшить двумя методами:

1) облучением в ядерном реакторе или ускорителе электронов;

2) объединенным воздействием высокой температуры и высокого давления (НТНР).

Эти методы не изменяют цвет бриллиантов, а лишь усиливают его. Первым методом производят окрашивание только тонкой цветовой оболочки, поэтому он применяется для обработки уже огранённых и отшлифованных бриллиантов. С помощью второго метода осветляют или полностью удаляют цвет как у неограненных алмазов, так и бриллиантов.

Многие включения в бриллиантах мешают прохождению света через камень, рассеивают его, и минерал кажется недостаточно чистым. Современные технологии позволяют облагораживать такие камни путём вымывания цветовых включений кислотой. Для этого с помощью лазера в камне прожигают отверстие до включения, которое затем растворяют кислотой или отбеливают. Подобное облагораживание превращает невзрачный без блеска алмаз в сверкающий бриллиант.

Любопытна новая технология облагораживания бриллиантов методом НТНР, разработанная компанией «Дженерал электрик». Специалисты компании утверждают, что процесс, которому подвергаются алмазы, очень похож на тот, который происходит в природных условиях. Поэтому обесцвечивание сохраняется в камне навсегда, и геммологи затрудняются определить, облагорожен камень или нет.

Алмазы, облученные солями родия, а также заряженными частицами в циклотроне, окрашиваются в чёрный цвет. При облучении алмазов в потоке электронов их цвет меняется на голубой или зелёный. При нейтронном облучении в реакторе алмазы приобретают коричневый цвет.

Облагораживание жемчуга.На рынке представлено большое количество жемчуга самых разных цветов (в особенности это относится к китайскому пресноводному) – розового, голубого, светло-зелёного и т.д. Как и цветные камни, жемчуг можно подвергать облагораживаниюдля изменения цвета. Самый простой метод «чернения» – использование раствора нитрата серебра. Жемчуг выдерживают в этом растворе, а затем на свету. Процесс аналогичен проявлению чёрно-белой фотографии. Используя органические и неорганические красители разных цветов, жемчуг окрашивают в любой цвет.

Еще один способ получения тёмного сине-серого до чёрного жемчуга – облучение гамма-лучами. Для такого жемчуга характерно наличие переливчатой окраски, похожей на интерференционные окраски бензиновых пленок.

Предполагается, что равномерная коричневая окраска «шоколадного» жемчуга Таити связана с изменением органического вещества, которое входит в состав накра. Это вещество изменяется в процессе отбеливания жемчуга и придает ему глубокий коричневый цвет.