1
7591
14/01/2010
Hà Nội, 2009
2
TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU – KIỂM ĐỊNH
ĐÁ QUÝ VÀVÀNG
MỞ ĐẦU
5
Chương 1. ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG CỦA KHOÁNG VẬT TOPAZ
VIỆT NAM
7
1.1. Khái quát
7
1.1.1. Topaz kiểu F 7
1.1.2. Topaz kiểu OH 8
1.2. Đặc điểm chất lượng của topaz Việt Nam
8
1.2.1. Các tính chất vật lý và quang học 8
1.2.2. Đặc điểm thành phần hoá học của topaz Việt Nam 9
1.2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất tới tính phóng xạ củ
a topaz
sau chiếu xạ
11
1.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng màu sắc của topaz
12
1.3.1. Tương quan giữa màu sắc của topaz với thành phần hoá học 12
1.3.2. Tương quan giữa màu sắc của topaz với kiểu nguồn gốc thành tạo 13
1.4. Nguyên nhân gây màu của topaz
14
1.4.1. Các loại tâm màu 14
1.4.2. Nguyên nhân sinh ra tâm màu trong topaz 16
1.4.3. Tâm màu hình thành do chiếu xạ 18
1.4.4. Tâm màu và độ bền của chúng 19
Chương 2. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ LÀM ĐỔI MÀU KHOÁNG VẬT
2.4.1. Đánh giá độ ổn định màu củ
a topaz sau xử lý 43
2.4.2. Đánh giá hoạt độ phóng xạ tàn lưu 44
KẾT LUẬN
46
PHỤ LỤC
48
TÀI LIỆU THAM KHẢO
53
màu sang topaz màu lam.
Nhiệm vụ của đề tài:
- Tổng quan tiềm năng, phân bố và đặc trưng chất l
ượng của khoáng vật topaz Việt
Nam
- Khảo sát lựa chọn vùng quặng và lấy mẫu nghiên cứu.
- Nghiên cứu các đặc tính ngọc học của topaz.
- Tổng quan công nghệ xử lý làm đổi màu nhằm tăng chất lượng của khoáng vật
topaz.
- Xây dựng quy trình xử lý làm đổi màu từ không màu sang một số màu được ưa
chuộng và có giá trị cao hơn (màu lam và màu hồng).
6
Trong quá trình thực hiện đề tài, các tác giả luôn nhận được sự quan tâm, chỉ
đạo của Vụ Khoa học và Công nghệ (Bộ Công Thương), của Lãnh đạo Công ty Cổ
phần Đá quý và Vàng Hà Nội, của các phòng ban chức năng trong Công ty, của các
đơn vị và cá nhân, các nhà khoa học. Nhân dịp này, tập thể tác giả xin bày tỏ lòng
biết ơn chân thành của mình.
Do thời gian thực hiện đề tài hạn hẹp, các điều kiện trang thiết bị và kinh phí
rất h
ạn chế, do khả năng chuyên môn, đề tài chắc chắn vẫn còn nhiều khiếm khuyết.
Các tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ phía người đọc.
x
]
2
SiO
4
, tỷ số x thay đổi theo mỗi mỏ và phục thuộc vào nguồn gốc thành tạo.
Topaz chỉ chứa F và không chứa OH không có trong tự nhiên. Ngoài ra trong thành
phần topaz còn chứa nhiêu các nguyên tố tạp chất khác nhau và chúng cũng phụ
thuộc vào nguồn gốc của đá.
Topaz thường trong suốt, không màu, đôi khi chúng cũng có màu đỏ, hồng,
vàng, xanh nhạt, trắng hoặc nâu. Trong đó phổ biến nhất vẫn là topaz không màu,
topaz các màu khác thường rất hiếm.
Topaz Việt Nam cũng thường trong suố
t và không màu được khai thác chủ
yếu từ hai mỏ lớn là Thường Xuân (Thanh Hoá) và Lộc Tân (Lâm Đồng). Các
nguyên tố tạp chất đã được xác định trong topaz hai mỏ Thanh Hoá và Lâm Đồng
được đưa ra trong các bảng 1.1 và 1.2 chúng bao gồm các nguyên tố Na, Cu, Ga,Ge,
As, Co và Th.
Phụ thuộc vào sự có mặt chủ đạo của F hoặc nhóm OH người ta phân ra hai
kiểu topaz là topaz kiểu F và topaz kiểu OH.
1.1.1. Topaz kiểu F
Topaz loại này có ở rất nhiều nơi, trước nay không được quan tâm coi trọng,
ngày nay có thể dùng phương pháp chiếu xạ làm cho topaz không màu hay màu nâu
ấy biến thành nâu đậm hay nâu-phớt xanh, sau đó ủ nhiệt 200
0
C để thành màu lam
đẹp mắt, độ đậm nhạt khác nhau.
1.2. ĐẶC ĐIỂM CHẤT LƯỢNG CỦA TOPAZ VIỆT NAM
1.2.1. Các tính chất vật lý và quang học
Topaz thuộc hệ tinh thể trực thoi vớ
i tinh thể thường gặp là dạng lăng trụ
ngắn, độ cứng tương đối theo thang Mohs là 8, tính đa sắc mạnh, trong suốt, ánh thuỷ
tinh. Tỷ trọng và chiết suất của các loại topaz cũng có sai khác. Loại F màu lam và
không màu tỷ trọng là 3,56 - 3,57 ; Loại OH phấn hồng thì tỷ trọng là 3,50-3,53, loại
màu vàng thì tỷ trọng 3,51 - 3,54. Chiết suất của topaz OH là cao hơn so với topaz
loại F.
a) Tỷ trọng: 3,55 - 3,56, khác nhau tùy loại có màu khác nhau như sau:
• Đỏ: 3,49 - 3,57 (trung bình 3,53)
•
Hồng: 3,50 - 3,53 (trung bình 3,53)
• Vàng : 3,51 - 3,54 (trung bình 3,53)
• Không màu: 3,56 - 3,57 (trung bình 3,56)
• Lam : 3,56 – 3,57 (trung bình 3,56)
b) Chiết suất (R.I.) thông thường : 1,61 - 1,64, có báo cáo là 1,607 – 1,64, tùy màu:
• Không màu và màu lam: 1,61 – 1,62
• Hồng, vàng, đỏ : 1,62 – 1,63
c) Đa sắc (pleochroism): yếu đến không có, trừ trong topaz hồng . Đôi khi loại màu
vàng có biểu lộ lưỡng sắc yếu từ vàng tới hồng.
d) Lưỡng chiết : thấp (0,005 – 0,009); Tán sắc : thấp ( gần 0,014)
9
e) Huỳnh quang dưới tia cực tím (U.V. fluorescence) khá yếu; Topaz không màu và
màu lam có huỳnh quang yếu hoặc xanh nhạt. Topaz hồng thì dù dưới tử ngoại sóng
dài cũng phát huỳnh quang màu đặc trưng riêng, nhưng dưới tử ngoại sóng ngắn thì
phát màu huỳnh quang pha trộn xanh vàng hay trắng lam.
f) Vai trò vị trí ion trong ô mạng: Nhìn chung cơ chế sinh màu trong topaz khá
(OH)
x
]
2
SiO
4
được
xác định trực tiếp bằng nhiễu xạ neutron bằng một tinh thể đơn. Nhờ vào phân tích
hoạt hoá neutron, một số nghiên cứu [2] đã xác định được thành phần các nguyên tố
tạp chất trong topaz Thanh Hoá và Lâm Đồng bao gồm các nguyên tố natri, đồng,
gali, germani, asen, coban và tuli (bảng 1.1 và 1.2).
Bảng 1.1: Các nguyên tố thường có mặt trong topaz Việt Nam với các
đồng vị phóng xạ có chu kỳ ngắn [2]
Hàm lượng bằng µg/g
Nguyên tố Đồng vị
Chu kỳ phân rã
(giờ)
Topaz
Thanh Hoá
Topaz Lâm
Đồng
Natri
Mangan
Đồng
Gali
Germani
Asen
Lantan
Vàng
Na
0,71
0,016
≤ 0,1
2,65
47
0,11
0,02
0,8
<0,01
0,1
2,5
48
0,085
<0,01
<0,001
0,25
0,01
0,11
4,2
145
0,06
<0,01
0,004 10
Bảng 1. 2: Các nguyên tố có trong topaz Việt Nam với các
Fe
59
Co
60
Se
75
Ag
110m
Sb
122
Sb
124
Cs
134
Eu
152
Eu
154
Tm
170
Yb
169
70 ngày
42,39 ngày
114,4 ngày
0,37
58
0,004
0,007 <0,06 0,11
0,04
<0,03
60
0,0025
<0,03
<0,05
<0,001
<0,01
và tantal và trên thực tế có thể sử dụng hàm lượng của hai nguyên tố này để phân biệt
topaz ở hai mỏ trên (bảng 1.3).
Bảng 1.3. Các nguyên tố đặc trưng cho phép phân biệt topaz
của Thanh Hoá và Lâm Đồng.
Nguyên tố Đồng vị
Topaz Thanh Hoá
(hàm lượng µg/g)
Topaz Lâm Đồng
(hàm lượng µg/g)
Sắt
Tantal
Fe
59
Ta
182
60
0,1
4
0,009
11
1.2.3. Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất tới tính phóng xạ của topaz sau
chiếu xạ
Tỉ lệ tính phóng xạ tương ứng trong một mẫu phụ thuộc vào bản chất của các
nguyên tử có mặt trong đó. Topaz có cấu trúc hoá học Al
2
Tính phóng
xạ trên 1 g
nguyên tố
(Bq)
Tính phóng
xạ trên 1g
topaz (Bq)
Oxy O
18
(n,γ)O
19
0,205% 160µb 27,1s 1.4 10
6
4.9 10
5
Fluor F
19
(n, γ)F
20F
19
(n,α)N
16
100%
100%
100%
232 µb
0,725 µb
2.246m
15.02h
6.1 10
111.1 10
8
1.8 10
11
3.2 10
7Silic Si
30
(n,γ)Si
31
95.6 10
9
1.1 10
92 10
88.5 10
8
Các tính phóng xạ của viên đá được sinh ra ngay sau quá trình chiếu xạ để có
được màu xanh đều đáng ngại ngang với các tính phóng xạ sinh ra từ các đồng vị
phóng xạ có thời kỳ phát xạ dài. Trong các mẫu topaz Việt Nam các tạp chất đáng
ngại nhất là scandi, tantal, ceri, coban và một lượng nhỏ sắt. Bảng 1.5 chỉ ra các tính
phóng xạ ứng và còn dư có nguồn ngốc từ các nguyên tố này sau vài tháng hoặc vài
năm, kể từ khi kết thúc quá trình chiếu xạ. Trong ví dụ
đã chọn, scandi và tantali là
những tạp chất đáng lo ngại nhất, các viên đá quý có chứa hai chất này phải cấm xuất
hiện hoàn toàn trên thị trường trước vài tháng (hoạt tính ở mức cao tới 100 Bq/g). Sau
ba năm đầu, tính phóng xạ của viên đá 5 cara này sẽ chỉ là vài Bq/g, và tính phóng xạ
còn dư chủ yếu có nguồn gốc từ ceri và coban, tuy nhiên trong ví dụ này nó chỉ có
hàm lượng vài nanogam.
Cs
134
*
2,9 h
2,1 năm
1.99.10
315.2
527
4.26
-
4.15
-
3,92
-
3,05
-
2,2
-
2.5.10
5
3.34.10
3
2,6.10
3
1,58.10
3
163 8,66 0,4 -
Tantali
5.10
3
µg
Ta
182
* 115
ngày
3.52.10
3
1.77.10
3
1,48.10
3
1,02.10
3
194 23,08 2,33 0,028
Tổng 2.58.10
5
5.7.10
3
sự xâm nhập của nhiều loại tạp chất, nằm vào vị trí nút mạng hay vị trí giữa ô mạng
tinh thể hoặc cũng có thể ở dạng bao thể. Các nguyên tố tạp chất vi lượng có thể khác
nhau ở những viên topaz lấy từ vùng mỏ khác nhau, và chúng khác nhau cả về chủng
loại và hàm lượng, song chủ yếu gồm có : Fe, Li, Be, Ga, Ge, Ti, Mg, Mn, Nb, Ta,
Cs, Zn, và Pa,…
1.3.2. Tương quan giữa màu sắc topaz vớ
i kiểu nguồn gốc thành tạo
Vì trong quá trình địa chất thành tạo topaz cần phải có fluor, khi kết tinh giai
đoạn muộn một số loại đá núi lửa thường có hơi fluor và có thể bị bẫy lại trong đá
pegmatit hay các lỗ hổng trong đá núi lửa. Trong pegmatit, topaz thường kết hợp với
apatit, tourmalin, fluorit và beryl.
Trải qua lịch sử hình thành địa chất, trong điều kiện nhiệt dịch thích hợp, F bị
OH thay thế để chiế
m chỗ trong mạng tinh thể topaz. Vì thế khoáng vật topaz sinh ra
ở các điều kiện địa chất khác nhau thường là không giống nhau, cho nên ngày nay ta
có các loại topaz chất lượng khác nhau tuỳ theo kiểu nguồn gốc của nó. Có tài liệu
cho biết đá topaz đẹp và kích thước to từng được tìm thấy trong các đá phun trào axit,
đôi khi thấy được viên tinh thể nặng nhiều kilogam (Brasil, LB Nga…).
Brasil : Hầu hết đều khai thác từ đá pegmatit, có các màu sau:
• Topaz màu đế vương, có màu rượu Sherry, vàng và lam
• Hầu h
ết (nếu không muốn nói là tất cả) topaz lam Brasil đều đã được xử lý
để tăng màu hay đổi màu gốc.
Mexico: Nguồn gốc: trong các hốc của đá phún trào núi lửa.
• Hầu hết là hồng nhạt tới không màu, hoặc nâu rượu sherry.
• Một số có màu đậm hơn nhưng màu thường bị phai nhạt dưới ánh mặt trời.
Sri Lanka: Khai thác ở cùng một khoáng sàng cuội sỏi chứa corindon và beryl
• Hầu hết là vàng t
ối đến nhạt, không màu hay xanh nhạt
Hoa Kỳ:
(CaF
2
) thuộc hệ lập phương, trong kết cấu của nó iôn Ca
2+
phân bố tại đỉnh và tâm
mặt của ô lập phương, mỗi iôn Ca
2+
liên kết với 8 iôn F
-
. Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự hình thành Hình 1.2 : Sơ đồ minh họa sự hình thành
tâm màu trong fluorit CaF
2
tâm màu chỗ hụt mạng ở thạch anh
A. 2 kiểu kết cấu của CaF
2
; A. Hai dạng kết cấu thạch anh;
B. Sự hình thành tâm màu điện tử B. Biểu diễn quá trình hình thành tâm
màu. 15
Hình 1.1. A mô tả sơ đồ hai chiều của kết cấu CaF
2
. Trong một số tình huống, iôn F
-
có thể rời bỏ vị trí bình thường của nó đến vị trí khác. Trong quá trình sinh trưởng
4+
, và vì đảm bảo trung
hòa điện, xung quanh iôn nhôm nhất thiết phải xuất hiện một iôn hóa trị 1 (ví dụ Na
+
hoặc H
+
). Lúc này thạch anh không có màu, vì không xuất hiện điện tử không tạo cặp
nào khả dĩ hấp thụ ánh sáng khả kiến. Khi thạch anh này được chiếu xạ tia X, tia
γ
hay bức xạ khác, nguyên tử oxy kề cận với ion Al
3+
sẽ có năng lượng cao hơn, một
điện tử trong cặp ấy có thể bắn ra khỏi vị trí ban đầu và để lại một điện tử không tạo
cặp. Chính điện tử này sẽ có thể hấp thụ photon khả kiến mà tạo nên màu sắc –
thường là màu ám khói đặc trưng. Nếu chiếu xạ cường độ khá lớn, mà trong thạch
anh lại có đủ các ion Al
3+
thì thạch anh có thể biến thành màu đen. Do ở nơi mà điện
tử bị bắn khỏi thường là vacancy, cho nên người ta gọi tâm mày kiểu này là „tâm
màu vacancy”. Thủy tinh khói tự nhiên hầu hết đều là do tích lũy những liều phóng
xạ bé trong suốt lịch sử địa chất lâu dài mà thành. Quá trình kể trên có thể mô tả
bằng các phương trình phản ứng sau:
[AlO
4
]
5 -
→
]
5 -
→
[FeO
4
]
4 -
+ e
-
(3)
e
-
+ H
+
→
H (4)
Khi nung nóng thạch anh này biến thành màu vàng hay xanh. Màu ấy không
phải là do tâm màu gây ra, mà do vị trí và hóa trị iôn kim loại chuyển (Fe) quyết
định. Thạch anh tím sau xử lý nhiệt, nếu được chiếu xạ thì tâm màu lại được sinh ra,
và màu tím lại được khôi phục như trước.
Trong một số đá quí, số tạp chất ít ỏi cũng có thể hình thành các tâm màu và
có màu sắc. Ví dụ (CO
3
)
2-
có thể xâm nhập vào cấu trúc tinh thể beryl trong quá trình
nó hình thành, nếu hấp thụ bức xạ iôn hóa, nó có thể bị mất đi một điện tử, trở thành
(CO
3
Hình 1.3: Khuyết tật vacancy và khuyết tật xen kẽ.
Trong tinh thể ion, bao gồm nhiều loại khoáng vật, trong đó có topaz, khuyết tật
điểm có cấu hình điện tử là rất phức tạp, và phải luôn duy trì tính trung hòa điện. Khi
hai ion trái dấu mất đi từ tinh thể ion thì một vacancy đôi “cation – anion” được tạo
thành (khuyết tật Schottky, Hình 1.4 a). Nếu cation dương di chuyển tới vị trí xen kẽ
trong tinh thể ion thì vacancy cation sẽ xuất hiện t
ại vị trí nút mạng, hình thành một
cặp “vacancy – xen kẽ” (khuyết tật Frenkel, Hình 1.4.a). Nếu như trong tinh thể ion
có lẫn tạp chất, các nguyên tử tạp chất này chiếm vị trí tại các nút mạng thì sẽ hình
thành các khuyết tật điểm gọi là khuyết tật thay thế (Hình 1.4.b). Những dạng khuyết
tật này phụ thuộc rất nhiều vào kích thước ion của các nguyên tử, và nó cũng làm ảnh
hưởng rất nhiều đến các tính chất c
ơ lý và quang học của tinh thể.
(a) (b)
Hình 1.4: Các khuyết tật mạng tinh thể.
18
1.4.3. Tâm màu hình thành do chiếu xạ
Phần lớn những thay đổi màu do chiếu xạ có liên quan tới tâm màu. Đặc điểm
của tâm màu là được tạo ra bởi chiếu xạ (trừ khi áp dụng những kỹ thuật đặc biệt
khác). Bất kỳ vật liệu nào mà có thể tạo thành tâm màu đều có chứa hai loại tiền thân
“tâm màu lỗ trống” và tiền thân “tâm màu điện tử”. Vai trò của chiếu xạ đơn thuần
là để chuyển dịch trạng thái điện tử, tạo thành đồng thời một tâm lỗ trống và tâm điện
tử. Hầu hết các vật liệu đều có tiền thân tâm lỗ trống, nhưng nếu nó không có tiền
thân tâm điện tử, các điện tử bị di chuyển do chiếu xạ ngay lập tức trở về vị trí ban
đầu và vật liệu vẫn không thay đổi. Nếu tiền thân tâm l
ỗ trống ban đầu là một tâm
hai loại tâm điện tử, một là sâu và bền, trong khi loại kia thì nông và không bền. Nếu
màu được bắt nguồn từ tâm màu lỗ trống thì cũng có hai loại bền và không bền. Một
A B
Chiếu
Tiền thân tâm lỗ trống Tiền thân tâm điện tử
a)
B
_
A
+
Tâm lỗ trống Tâm điện tử
b)
19
số trường hợp hiện tượng biến đổi màu xảy ra do chiếu xạ mà không liên quan đến
tâm màu. Ví dụ thạch anh màu hồng tạo bởi Ti
3+
, nung nóng đến 200
o
C – 300
o
C thì
xảy ra biến đổi: Ti
3+
→ Ti
4+
+ e
-
, dẫn tới sự mất màu, màu này có thể khôi phục bằng
cách chiếu xạ.
i phổ màu vàng (nằm trong khoảng λ= 580-550 nm. E= 2,14-
2,25eV) , màu bù của màu lam .
Người ta xác định được thời gian sống T* (phản ánh “độ bền” của xác suất
chiếm đầy) của các mức năng lượng này phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và khoảng
cách năng lượng như sau:
20
*
2*
kT
E
e
kT
E
−
=
α
β
Mức có năng lượng E lớn nhất nằm ở giữa “tâm” vùng cấm thì có xác suất
ngang nhau cho điện tử ở trên vùng dẫn chuyển xuống và lỗ trống ở gần vùng hóa trị
chuyển lên. Khi có sự chuyển mức năng lượng thì sẽ hấp thụ hoặc phát ra các photon
mang màu tương ứng. Do đó đặc trưng các trạng thái giữa vùng cấm là các bẫy bền
gọi là các “tâm màu”. Tâm có nhiều loại là tâm bắt điệ
n tử hoặc lỗ trống, có loại tâm
có màu và tâm không màu…
Trong quá trình chiếu xạ sẽ tạo ra các chỗ hỏng và các quá trình dịch chuyển.
Thành phần rất linh hoạt chuyển động khắp tinh thể chính là điện tử và lỗ trống. Khi
dừng tác dụng nguồn chiếu thì sự phân bố lại trở về trạng thái cân bằng như cũ.
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ LÀM ĐỔI MÀU TOPAZ
2.1.1. Phương pháp xử lý nhiệt
2.1.1.1. Khái quát
Đối với khoáng vật topaz thì xử lý nhiệt là có tác dụng ngược với chiếu xạ.
Các tâm màu do chiếu xạ sinh ra, chính là nguyên nhân gây màu trong topaz, có loại
ổn định (bền) có loại không bền. Mục tiêu xử lý nhiệt chung quy là loại trừ những
tâm màu không tốt và kém ổn định, bảo tồn những tâm gây ra màu tốt và tương đối
ổn định. Qua xử
lý nhiệt người ta loại trừ các tâm sinh màu nâu và tối trong topaz
kiểu F, khiến cho các tâm màu lam hiện rõ ra. Thiết bị xử lý nhiệt thường dùng là các
lò buồng hoặc lò ống, có độ sạch cao, nhiệt độ không cần cao, song phải được khống
chế chính xác. Màu lam của viên đá topaz hiện ra chỉ trong một khoảng hẹp nhiệt độ,
dưới nhiệt độ đó thì màu xấu ban đầu không thay đổi gì hết; Trên đó thì màu lam bị
biến mất, viên đá trở
thành không màu.
Nhiệt độ nung tuỳ thuộc chủng loại nguồn gốc topaz mà có khác biệt nhau,
thường là trong khoảng 180 – 300
o
C. Topaz chiếu xạ có màu sắc khác nhau, hiệu quả
xử lý nhiệt cũng khác nhau: Loại chiếu xạ thành các màu lam xám, xanh-lam, nâu
nhạt… trải qua xử lý nhiệt màu thường sáng đẹp; Loại chiếu ra màu nâu hoặc tối, thì
sau nung cũng thường tối màu.
2.1.1.2. Thiết bị và thực nghiệm xử lý nhiệt
Trong thực nghiệm xử lý nhiệt topaz của chúng tôi thiết bị là lò nung điện trở
thông dụng (giới hạn nhiệt độ là 900-1100
o
C). Các hộp nung sử dụng nhiều chất liệu
và hình dạng, thích hợp cho việc nung nhiều mẻ nhỏ, to khác nhau, thông số xử lý
nhiệt (tốc độ tăng, giảm nhiệt độ, nhiệt độ cực đại và thời gian duy trì ở đó), có hay
Hình 2.2. Thao tác xử lý nhiệt topaz trên lò nung KSW – 8D – 13
2.1.2. Phương pháp xử lý khuyếch tán màu
Với công nghệ này, viên topaz được nung ở nhiệt độ rất cao, gần tới điểm
nóng chảy. Khi đó từ một chất bôi sẵn trên bề mặt, các nguyên tử tạo màu như titan,
crom, hay cobalt có thể khuếch tán nhiệt vào bên trong viên đá. Một lớp mỏng bề mặt
giàu chất sinh màu được tạo ra sau khuếch tán sẽ hấp thụ chọn lọc ánh sáng và làm
viên đá có màu đậm hơn hay có thêm màu mới.
Gần đây xuất hiện loại topaz khuếch tán mặt có màu sáng, xanh và đỏ, có thể
cả hai màu.
23
2.1.3.1. Các loại bức xạ ion hoá và đổi màu topaz
a) Sơ lược về các loại tia bức xạ thường dùng
Mọi nguồn tia ion hoá đều có thể dùng để chiếu xạ topaz. Ngày nay người ta
thường dùng nguồn Co
-60
, máy gia tốc điện tử và lò phản ứng hạt nhân, mỗi loại đều
có ưu, nhược điểm của mình.
Theo nghĩa rộng, bức xạ gồm hai kiểu: một là chiếu tia X từ nguồn điện và tia
gamma từ đồng vị phóng xạ, đều là sóng điện từ; và hai là các hạt. Thường các tia
bức xạ được chia ra 3 loại chính:
* Tia do các hạt tích điện
Ví dụ tia beta - các điệ
n tử và tia anpha – hạt nhân helium. Việc tạo ra các
điện tử năng lượng cao có hai phương pháp chủ yếu, một là từ máy gia tốc (có rất
nhiều loại, có thể đạt 300 MeV). Cách thứ hai là dùng nguồn đồng vị phóng xạ, phần
nhiều là năng lượng dưới 2 MeV, có tác dụng hạn chế tới lớp mỏng vật liệu, ít phù
hợp cho chiếu xạ topaz. Hạt α là hạt có điện tích, sinh ra từ phản ứ
ng phân rã phóng
xạ - α, quãng đường xuyên rất ngắn, nguồn chủ yếu sử dụng là từ máy gia tốc
* Các tia sóng điện từ - bức xạ tia X và tia γ
Tia γ là sóng điện từ mà hạt nhân nguyên tử phóng xạ ra để thoát biến từ
trạng thái năng lượng cao xuống năng lượng thấp hơn. Bước sóng là ≈ (1 –0,005).10
-
10
m. Nguyên tố đồng vị
60
Co chế tạo trong lò phản ứng hạt nhân có thể dùng làm
nguồn tia γ, phát ra hai tia có năng lượng 1,17 và 1,33 MeV, thời gian bán rã là 5,3
25
là thông qua chiếu xạ hoặc xử lý nhiệt làm sinh ra hay tiêu trừ đ
i các sai hỏng cấu
trúc, điện tử, lỗ trống của tinh thể, nghĩa là tác động đến các tâm màu nhất định trong
nó, khiến nó hiện ra các màu sắc mong muốn. Ví dụ thông qua chiếu xạ có thể làm
cho topaz không màu biến thành có màu nâu đậm. Mầu nâu ấy là do nhiều loại tâm
màu, bền và không bền. Nhưng sau khi xử lý nhiệt thì có thể khử đi những tâm không
bền và ”xấu”, giữ lại những tâm màu bền và ”đẹp”, khiến topaz không màu biến
thành màu lam rấ
t đẹp và bền vững.
2.1.3.2. Loại tia, năng lượng và liều bức xạ dùng trong chiếu xạ đổi màu topaz
a) Chiếu xạ đổi màu topaz bằng tia gamma, tia X .
Chiếu tia gamma (Co
-60
) hoặc tia X (5 MeV) từ máy LINAC-5 MeV đều sẽ
sinh ra cả hai tâm màu vàng và tâm màu xanh lam trong topaz, khiến nó thành màu
nâu hay xanh nâu. Nung tiếp sau đó sẽ hủy các tâm màu vàng kém bền mà không ảnh
hưởng gì tới tâm màu lam. Màu lam nhạt tạo ra bằng chiếu tia gamma vốn có tên
thương mại là “lam cobalt”. Các viên đá màu lam đậm hơn do xử lý tia gamma thì
thường kéo theo ánh thép (lam thép). Ngày nay chiếu tia gamma chỉ là công đọan
Copyright: Tài liệu đại học ©