Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt nhằm nâng cấp chất lượng một số loại đá bán quý của Việt Nam (Zircon, thạch anh)

Chương 3. Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt zừcon Việt Nam Chương 4.. nghiệp ưong và ngoài cơ quan. Tập thể tác giả rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các[r]

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA HÀ N Ộ I

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

*********

TÊN ĐỂ TÀINGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ x ử LÝ NHIỆT NHẰM

NÂNG CẤP CHẤT LƯỢNG MỘT s ố LOẠI ĐÁ BÁN QUÝ

CỦA VIỆT NAM(ZIRCON, THẠCH ANH)

MÃ s ố : QT - 07 - 42

Chủ t r ì đ ể tà i: P G S T S N guyễn Ngọc K hói

H À N Ộ I - 2007

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN

*********

TÊN ĐỂ TÀINGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ x ử LÝ NHIỆT NHẢM

NÂNG CẤP CHẤT LƯỢNG MỘT SỐ LOẠI ĐÁ BÁN QUÝ

CỦA VIỆT NAM(ZIRCON, THẠCH ANH)

MÃ s ố : Q T - # 7 - 4 2

C hủ tr ì để tài: PGS.TS Nguyễn Ngọc Khôi

C ác cán bộ th a m gia: ThS N guyễn Thị M inh Thuyết

TS N guyễn Thùy Dương

BÁO CÁO TÓM TẮT

a Tên để tài: Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt nhằm nâng cấp chất lượng một sô

loại đá bán quý của Việt Nam (zircon, thạch anh), M ã số: QT- 07 - 42

b Chủ tri đề tài: PGS.TS N guyễn Ngọc Khôi

c Các cán bộ tham gia:

- ThS N guyễn Thị M inh Thuyết

- TS Nguyễn Thùy Dương

d Mục tiéu và nội dung nghiên cứu:

Muc tiêu nehiên cứu:

(1) Xác lập các đặc trưng chất lượng ngọc của một số loại đá bán quý của Việt Nam (zừcon, thạch anh)

(2) Xây dựng được các quy trình công nghệ xử lý nhiệt phù hợp nâng cấp chất lượng các loại đá bán quý này

Nôi duns nshiên cứu:

(1) Thu thập bộ mẫu các loại đá bán quý zừcon và thạch anh từ một số mỏ chính

ở Việt Nam

(2) Nghiên cứu các đặc điểm ngọc học và đặc trưng chất lượng của các loại mẫu

đá bán quý đã thu thập được

(3) Nghiên cứu thử nghiệm các quy trình công nghệ xử lý nhiệt nâng cấp chất lượng các loại đá bán quý trên

Tổng kinh phí thực chi 20.000.000 đ

K H O A Q U Ả N LÝ

(Ký và ghi rõ họ tên)

C H Ủ T R Ì Đ Ể T À I(Ký và ghi rõ họ tên)

- Nguyen Thi M inh Thuyet, Ms.

- N guyen Thuy Duong, PhD

d Objectives and contents:

M Ụ C LỤ C

Trang

Chương 3 N ghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt zừcon Việt Nam 20

3.2 Kết quả bước đầu nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt zircon 27Việt Nam

3.3 Kết luận

Chương 4 Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiột thạch anh V iệt Nam 36

4.2 Kết quả bước đầu nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt thạch 40anh Việt Nam

LỜI M ỏ ĐẦU

Việt Nam có tiềm nàng khá phong phú về các loại đá quý khác nhau, trong đó

có nhiều loại đá bán quý khác nhau như zircon, thạch anh, peridot, Tuy vậy, trong sôcác sản phẩm khai thác được thì loại có thể chế tác để sử dụng ngay lại rất hạn chế Phần lớn nguyên liệu khai thác từ các mỏ đều có chất luợng thấp hoạc khống đạt chất lượng, ở các nước có công nghộ đá quý phát triển sản phẩm khai thác đá quý từ các mỏ đểu phải trải qua quá trình xử lý để nâng cấp chất lượng bằng các phương pháp khác nhau trước khi được đưa vào sử dụng

Trên thế giới các phương pháp xử lý đá quý được chia thành 3 nhóm:

sở để Khoa Địa chất triển khai Đề tài “N ghiên cứu cồng nghệ xử lý nhiệt nhằm nâng cấp chất lượng một số loại đá bán quý của V iệt Nam (zircon, thạch anh)”

Báo cáo được trình bày trong 4 chương:

Chương 1 Tổng quan về các phưang pháp xử lý đá quý

Chương 2 Cơ sở khoa học công nghệ xử lý nhiệt

Chương 3 Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt zừcon Việt Nam

Chương 4 Nghiên cứu công nghệ xử lý nhiệt thạch anh Việt Nam

Kèm theo báo cáo là 27 hình vẽ và ảnh m inh hoạ Theo quy định chung, ở phần đầu, trước báo cáo chính còn có phần báo cáo tóm tất bàng tiếng V iệt và tiếng Anh

Trong quá trình thực hiện Để tài, tập thể tác giả đã nhận được sự chỉ đạo thường xuyên và kịp thời của lãnh đạo Khoa Đ ịa chất, của các phòng ban và lãnh đạo Trường Đại học Khoa học T ự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, sự góp ý chân thành của các đồng

7

nghiệp ưong và ngoài cơ quan Nhân dịp này tập thể tác giả xin bày tỏ sự biết ơn chân thành về những sự chỉ đạo và giúp đỡ quý báu đó.

Công nghệ đá quý nói chung và công nghệ xử lý đá quý nói riêng luôn là vấn đề phức tạp và là bí mật của mỗi quốc gia Do hạn chế về thời gian và kinh phí nên Báo cáo này mới chỉ là nhũng kết quả nghiên cứu bước đầu và chắc chắn không thể tránh khỏi khiếm khuyết Tập thể tác giả rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các nhà chuyên m ôn trong và ngoài Trường

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP x ử LÝ ĐÁ QUÝ

1.1 Khái quát chung

Trong số các nguyên liệu khai thác được từ các mỏ đá quý, số có thử sử dụngtrực tiếp để chế tác và làm hàng trang sức ngay thường chiếm tỷ lệ không lớn, nhất làđối với các loại đá quý hiếm và đất tiền (kim cương, ruby, sap h ừ , )• Để tảng được giá trị của các sản phẩm khai thác và tận thu triệt để nguồn tài nguyên, đã từ lầu trên thế giới người ta tìm mọi cách khác nhau nhằm nâng cấp chất lượng của đá quý Các phương pháp nâng cấp chất lượng đá quý được sử dụng nhiểu nhất hiện nay là [12]:

1.2 Phương pháp xử lý nhiệt

Bản chất của phương pháp xử lý nhiệt là dùng nhiệt độ cao và môi trường tác dụng lên đá quý, làm thay đổi tính chất (trạng thái hoá trị) và đặc điểm phân bố của các nguyên tô' tạo màu trong viên đá, dẫn đến sự thay đổi vẻ màu sắc và độ tinh khiết của

o M ầu sắc tạo nên sau xử lý nhiệt là ổn định dưới tác dụng của nhiệt độ và theo thời gian.

o Trong quá trình xử lý nhiệt không có chất gì được cho thêm, cũng như không

có gì được lấy ra khỏi viên đá Cấu trúc của viên đá vẫn được bảo tồn

o Phương pháp này không gây hại gì đối với sức khoẻ con người

Ngoài kỹ thuật xử lý nhiệt thông thường, gần đây công nghệ này đã có những bước tiến mới Đ ó là kỹ thuật xử lý kèm theo khuyếch tán chất tạo màu, kỹ thuật xử lý kim cương nhóm không m àu ở nhiệt độ và áp suất rất cao

1.3 Phương pháp chiếu xạ

Bản chất của phương pháp chiếu xạ đá quý là tác dụng lên chúng bàng các bức

xạ điện từ khác nhau: tia cực tím sóng ngắn (5eV), tia X (lO.OOOeV) và tia y(l.OOO.OOOeV), trong đó tia Y được sử dụng nhiều nhất Dưới tác dụng của các bức xạnày có thể hình thành các tâm màu (tâm điện tử hoặc tâm lỗ trống) dẫn tới sự thay đổi

về màu sắc của đá quý

Để xử lý đá quý bàng phương pháp này người ta sử dụng các máy gia tốc khác nhau M àu tạo ra theo phương pháp này trong một số đá quý là tương đối ổn định (ví dụ như màu lam trong topaz), trong khi ở m ột số loại đá quý khác chúng lại thường kém

Ổn định (như màu vàng của saphir chiếu xạ) và có thể bị nhạt đi theo thời gian và dưới tác dụng của nhiệt độ cao

Một số loại đá quý được xử lý bằng phương pháp này bao gồm:

- Beryl và aquamarin: không màu sang vàng, m àu lam sang màu lục, m àu nhạt sang m àu lam đậm

- Corindon: không m àu sang vàng, từ màu hồng sang màu padparadja

- Kim cương: từ không màu hoặc m àu nhạt sang các m àu lam, lục, đen, vàng, nâu, hồng hoặc đỏ

- Thạch anh: từ không m àu hoặc màu nhạt sang các m àu ám khói, tím hoặc loại hai màu (am etrin)

- Topaz: từ không m àu sang các màu vàng, da cam , nâu hoặc lam

- Zircon: từ không m àu sang màu nâu hoặc đỏ nhạt

1.4 Xử lý đá quý bằng hóa chất

Những kỹ thuật thường được áp dụng trong nhóm phương pháp này bao gồm:

1.3.1 Tẩm dầu

N hiều viên đá sau khi ch ế tác thường còn nhiều các vết vỡ và khe nứt Để che bớt các vết nứt này, từ hàng trăm nãm nay người ta đ ã áp dụng phương pháp tẩm dầu

Đá sau khi làm sạch được nhúng vào các loại dầu không màu có chiết suất gần với chiết suất của đá Để dầu có thể thấm sâu vào các khe nứt, trước khi nhúng đá có thể được nung ở nhiệt độ thích hợp

Kỹ thuật này được áp dụng nhiều đối với emorot, ru b y ,

1.3.2 Tẩy và nhuộm màu

Trong kỹ thuật này chủ yếu người ta dùng các loại hoá chất khác nhau để tẩy đi nhũng màu khồng mong muốn trong viên đá, hoặc nhuộm màu cho viên đá hoặc kết hợp cả hai

Kỹ thuật tẩy màu thường được áp dụng đối với ngọc trai, san hô còn kỹ thuật nhuộm m àu áp.dụng đối với ngọc jad, canxedon, K ỹ thuật nhuộm màu được chấp nhận với một số loại đá quý (như canxedon) trong khi lại không được chấp nhận đối với một số loại đá quý khác như ngọc jad, ru b y ,

1.3.3 Hàn lấp các khe nứt, lỗ trông

Trong phương pháp này, người ta dùng các vật liệu có tính chất quang học tương

tự như loại đá quý cần xử lý để lấp đầy vào các khe nứt, lỗ trống còn sót lại trong chính viên đá đó

V í dụ, các khe nứt trong kim cương, ruby thường được lấp đầy bằng thuỷ tinh có chiết suất cao, em erald thường được hàn bàng chất dẻo,

1.3.4 Khoan laser

Trong kỹ thuật này người ta dùng m ột tia laser xuyên thẳng vào các bao thể sẫm màu trong viên đá, bắn phá chúng và hút ra nhằm làm tăng độ tinh khiết của chúng Phương pháp này thường được áp dụng chủ yếu đối với kim cương

Như trên chúng tôi đá đề cập, tuỳ thuộc vào các loại đá quý, đặc điểm chất lượng của chúng và tuỳ thuộc vào điều kiện về cơ sở vật chất m à người ta áp dụng các phương pháp xử lý khác nhau Trong điều kiện Việt Nam còn nhiều khó khăn trong việc tiếp cận các phương pháp xử lý hiện đại và trong khuôn khổ của đề tài là vói các loại đá quý zircon, thạch anh và peridot chúng tôi đã lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt để tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm của m ình Phương pháp này có ưu điểm là rẻ tiền, dễ áp dụng và sản phẩm sau xử lý được thị trường chấp nhận

11

Chương 2

C ơ SỞ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ x ử LÝ NHIỆT

Phương pháp xử lý nhiệt đã được chúng tôi lựa chọn để nghiên cứu đề xuất giải pháp công nghệ nâng cấp chất lượng zircon, thạch anh của Việt Nam, do tại Khoa Địa chất (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên) - đơn vị thực hiện để tài, đã được Đại học Quốc gia Hà Nội trang bị thiết bị xử lý nhiệt (lò đốt nhiệt độ cao HTF 18/4 của hãng Carboỉite - Anh) khá hiộn đại từ năm 2006

2.1 Bản chất phương pháp xử lý nhiệt

Bản chất của phương pháp xử lý nhiệt là sử dụng nhiệt độ cao và m ôi trường xử

lý thích hợp tác dụng lên đá quý để làm thay đổi tính chất (hoá trị) và sự phân bố của các nguyên tố tạo mầu, dẫn đến sự thay đổi về m ầu sắc (và độ tinh khiết) của viên đá [12] Tác dụng của nhiệt độ lên mầu sắc chủ yếu thể hiện ở sự giãn nở thể tích (không gian nguyên tử) của tinh thể đá quý, thúc đẩy các quá trình khuyếch tán các nguyên tố tạo mầu đồng đểu trong viên đá, đồng thời thúc đẩy các phản ứng hoá học sẽ diễn ra trong đó Môi trường xử lý (ôxi hoá hoặc khử) là yếu tố quyết định đến kết quả xử lý Cường độ ôxy hoá - khử của môi trường chỉ bị chi phối bởi áp suất riêng phần của ồxy tại một nhiệt độ nào đó Nó quy định lượng ôxy cần phải có ở môi trường xung quanh tại nhiệt độ xử lý

Như vậy, bằng cách kết hợp nhiệt độ cao và m ôi trường xử lý thích hợp ta có thể làm thay đổi trạng thái hoá trị của các nguyên tố tạo m ầu và tái phân bố chúng trong cấu trúc của đá quý, từ đó mầu sắc của chúng cũng sẽ thay đổi theo

2.2 Các thiết bị xử lý nhiệt

Từ lâu người Sri Lanka đã biết dùng ngọn lửa có nhiệt độ cao để đốt saphir lam và saphứ hồng để làm tăng màu của chúng Đ ầu tiên, họ dùng ngọn lửa được sinh ra từ việc đốt than đá hoặc than sọ dừa và dùng m ột thiết bị dạng ống thổi để làm tăng nhiệt

độ, công nghộ thủ công này ngày nay nhiều nơi vẫn được sử dụng nhưng thay bằng ống thổi thì người ta dùng một chiếc quạt gió

Vào đầu những năm 70, các nhà kinh doanh đá quý Thái L an đã phát triển công nghệ xử lý nhiệt lên m ột mức cao hơn (xử lý ở nhiệt độ cao hom khoảng 1600-1650°C) Nhiệt độ này được tạo ra bằng việc sử dụng các lò diesel hoặc lò gas Lợi th ế của các kiểu lò như vậy là chúng có giá thành thấp, tuy nhiên chúng lại có m ật không thuận lợi

là không điều khién được nhiệt độ trong quá trình xử lý Các nhà xử lý thường xác định nhiệt độ một cách tương đối thông qua việc quan sát m àu của ngọn lửa hoặc dùng một tinh thể thạch anh nhỏ để làm chỉ thị (nhiệt độ nóng chảy của thạch anh khoảng 1-Ó00°C).

Ngày nay, các lò điện được sử dụng nhiều nhất để xử lý nhiệt thạch anh, zừcon Thuận lợi của các lò kiểu này là chúng có chương trình cài đặt sẵn có thể điểu chỉnh được nhiệt độ và vận hành dễ dàng

Để xử lý nhiệt đá quý người ta có thể sử dụng các loại lò đốt khác nhau, từ những lò thủ công đơn giản nhất đến các loại lò hiện đại nhất với những chương trình

xử lý tự động Tuỳ thuộc vào nguồn nhiệt được sử dụng m à ta có các loại là đốt sau:

• Lò điện Đây là kiểu lò được sử dụng nhiều nhất hiện nay trên thế giới

• Lò gas

• Lò dầu

• Lò than (bảng 2.1)

Bảng 2.1 M ột số kiểu lò khác nhau dùng trong xử lý nhiệt

Oxy + gas + khổng khí 1800-1850

Than cốc + không khí 1000-1200

Diesel + không kh í + oxy 1750-1800+

13

Như trên đã nói, thiết bị được chúng tôi sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài này là lò đốt nhiệt độ cao HTF 18/4 (hình 2.1) của hãng Carbolite (Anh) Các tính năng

kỹ thuật chủ yếu của lò HT là:

Hình 2.1 Lò H T F 1 8 /4

o Dung tích buồng làm việc: 3.7 lít, kích thước buồng: 140 X 140 X 190 mm

o Nhiệt độ làm việc cực đại: 1800l,c

o Công suất tiêu thụ cực đại: 4650 w

o Bộ điều khiển nhiệt độ lò theo chương trình (digital programmer): 20 segment

o Điện áp: 208 - 240 V, 1 pha

Một kiểu lò điện điển hình bao gồm 2 modul liên kết với nhau: modul buồng lò và modul cấp điện và điểu khiển Trong kiểu lò HTF 18/4, 2 modul này được liên kết thành một khối, trong khi các nhà sản xuất khác lại tách chúng thành 2 bộ phận rời

- Modul buồng lò M odul này được làm từ vật liệu chịu được nhiệt độ cao và

thường được đặt trong buồng thép Trong buồng lò lắp đặt m ột số thanh đốt ở phần nóc buồng lò hoặc ở thành lò và thường sắp xếp thành các dãy song song Phần không dẫn nhiệt của các thanh đốt được nối với dây dẫn điện và với m odul điều khiển Trong các

lò điện người ta sử dụng các loại thanh đốt khác nhau, dựa vào đó có thể có các loại lò khác nhau: loại lò thanh đốt m olipden disilic (có tên gọi là Super Kanthal) có thê đạt đến tối đa 1800°c, loại lò thanh đốt bằng graphit nhiệt độ tối đa đến 1850-1900°c Lò HTF 18/4 sử dụng thanh đốt Super Kanthal của Thuỵ Điển

Trong trường hợp cẩn thiết trong buồng lò còn thiết k ế hệ thống thổi khí để tạo ra môi trường thích hợp

- Modul điều khiển Bộ phận điều khiển bao gồm hệ thống biến thê' và các bộ phận

cấu thành khác, được thiết k ế phù hợp với số lượng và loại thanh đốt được sử dụng ở buồng lò và các thông số khác của lò Bộ phận này được nối với cặp nhiệt Trong các lò

điện trở người ta sử dụng 2 phương pháp điếu khiển: tự động và bán tự động Trong các

lò có bộ phận điều khiển nhiệt độ tự động, người ta dùng một bộ vi xử lý cho phép tự

động đặt, điều chỉnh và điểu khiển toàn bộ quá trình tăng, ủ và giảm nhiệt độ theo

chương trình đặt trước Trong lò HT bộ phận điều khiển nhiệt độ tự động có tên gọi là

Eurotherm, có thể đặc được tới 16 chương trình khác nhau (hình 2.2)

Hình 2.2 Bộ điều khiển nhiệt độ tự dộng Eurotherm kèm theo lò HTF 18/4

Ưu điểm chủ yếu của các lò điện trở so với các lò gas là gọn nhẹ, có thế vận hànhtrong một thời gian dài (giờ, ngày, tháng) ở nhiệt độ ổn định đặt trước mà không cần sự

có mặt của người vận hành (loại điều chỉnh tự động theo chương trình đặt trước)

Môi trường xử lý có thể là mõi trường ôxi hoá hoặc môi trường khử Để tạo dược

môi trường thích hợp người ta có thể thổi khí (ôxi hoặc hydro) trực tiếp vào buồng đốt

hoặc sử dụng các loại hoá chất khác nhau trộn lẫn với đá quý trong quá trình nung

2.3 Q uy trìn h công n g h ệ xử lý n h iệt tổ ng q u a n

Một quy trình công nghệ xử lý nhiệt đá quý nói chung gồm các công đoạn sau đây

[18]:

1) Làm sạch mẫu trước xử lý

2) Phân loại và tuyển chọn mẫu

3) Xác định các thông sô' xử lý (nhiệt độ cực đại, tốc độ tăng giảm nhiệt độ, thời

gian ủ nhiệt )

4) Chuẩn bị các chất phụ gia

15

vỡ trên bề mật Các tinh thể thạch anh, zircon có thể chứa một lượng đáng kể các loại bao thể khác nhau: rắn, lỏng hoặc hỗn hợp Chúng cần phải được xác định chính xác và

có các cách xử lý thích hợp trước khi đưa vào xử lý Những phần không thích hợp (chứa nhiều khe nứt, nhiều bao thể các loại khó loại bỏ được trong quá trình xử lý nhiệt ) có thể loại bỏ bầng các phương pháp khác nhau: cơ học hoậc hóa học hoặc phối hợp cả hai

(tùy theo tính chất, đặc điểm, sự phân bố của các bao thể ) Ở đây chỉ cần lưu ý không làm mất đi những phần chứa các tạp chất gây mầu tại những nơi nhất định trong mẫu, vì trong nhiều quấ trình chúng rất cần để tạo ra nhũng mầu mong muốn cho mẫu xử lý

a Xử lý hóa học

Các chất ngoai lai nằm trong lòng mẫu hoặc liên kết với nhau qua các khe nứt, các vết vỡ có thể loại bỏ thông qua các quá trình xử lý hóa học Chúng có thể bị loại bỏ hết, phần lớn hoặc một phần, điểu này tùy thuộc vào loại hóa chất sử dụng, hoạt tính của chúng, vào bản chất, đặc điểm , tính chất phân bố của các chất ngoại lai trong mẫu Trong quá trình xử lý hóa học, tuỳ theo đối tượng cần tẩy sạch mà những hóa chất sau đây thường được xử dụng nhiều nhất:

o Dung địch H N 0 3 đậm đặc, là một chất ôxi hóa mạnh

o Hỗn hợp HNO3 và HC1 (nước cường toan), là một dung dịch có hoạt tính tẩy rửa rất mạnh

o A xit H F nồng độ cao, cũng có thể dùng để loại bỏ các silicat

b Xử lý cơ học

Nếu các quá trình hóa học không tẩy hết được các chất ngoại lai, và nếu điều kiện cho phép, thì các chất ngoại lai trên bề mặt của đá quý (đá gốc, các đám cam s ắ t ) có thể loại bỏ bằng các phương pháp cơ học như doa, mài trong một vài trường hợp, có thể cắt m ẫu theo các khe nứt

2.3.2 Phán loại và tuyển chọn mẩu

K hi m ẫu nguyên liệu đã xác định được chính xác và đã được làm sạch cẩn thân rồi thì bước tiếp theo là phải xác định được bản chất của các tạp chất tạo mầu ưong mẫu vì chính sự có mặt của chúng là căn cứ để phân biệt loại đá có thể xử lý nhiệt được với loại không thể xử lý được Viộc phân chọn mẫu có thể xử lý được được tiến hành bằng các thiết bị quan sất trực quan hoặc bằng các thiết bị phân tích.

Trong một số trường hợp cần thiết phải tiến hành các phân tích định lượng hoặc bán định lượng mẫu trước khi đưa vào xử lý nhằm để xác định sự có mặt của các nguyên tố tạo màu trong mẫu và tỷ lệ giữa chúng với nhau

2.3.3 Xác định các thông sô'xử lý nhiệt

Trước mỗi lần xử lý nhiệt cần xác định các thông sô' của quy trình xử lý, dựa trên chủng loại, số lượng và các dặc điểm của mẫu cần xử lý Những thông số quan trọng nhất của mỗi một quy trình xử lý nhiệt là:

- Nhiệt độ nung N hiệt độ nung được xác định dựa trên các yếu tố: đặc điểm của

loại m ẫu sẽ xử lý, đặc điểm của môi trư ờ ng

- Tốc độ tăng và hạ nhiệt Tuỳ thuộc vào kiểu lò được sử dụng mà người ta xác

định tốc độ tăng và hạ nhiệt tối ưu cho cả quy trình Lựa chọn tốc độ sao cho tránh tạo

ra hiện tượng sốc nhiệt có thể sẽ dẫn đến làm rạn nứt mẫu

- Thời gian xử lý Thời gian xử lý ở m ột nhiệt độ ổn định chọn trước được tính toán

dựa trên kích thước trung bình của lô mẫu cần xử lý, vào hệ số khuyếch tán của ôxy từ các khí khác nhau (trong các lò có hệ thống khống chế chê độ môi trường xử lý)

- Nồng độ ôxy trong môi trường nung

- Kiểu cốc nung s ẽ sử dụng Kiểu buồng lò, vật liệu làm cốc nung và vị trí của mẫu

trong buồng lò cũng cần xác định trước mỗi quy trình xử lý

2.3.4 Chuẩn bị các chất phụ gia

Các chất phụ gia được sử dụng để tránh làm nứt m ẫu và tạo môi trường cần thiết Sau khi đã chọn được các chất (hoặc hỗn hợp) phụ gia thích hợp rồi, mẫu được nhúng hẳn vào chúng hoặc người ta phết hỗn hợp phụ gia (thường được pha chế giống như bột nhão) lên m ật mẫu Trong xử lý nhiệt người ta thường sử dụng các chất phụ gia sau đây

- Tetraborat natri (Na2B40 7.H20 , hay còn gọi là borac): là chất phụ gia được sử

dụng và từ lâu nhất và nhiều nhất Bột borac mầu trắng được nhào trong cốc bằng nước cất, có thể pha lẫn với các chất khác, tạo thành hỗn hợp dạng bột nhão hoặc sơn pha Đá quý nguyên liệu được nhúng chìm hản vào hỗn hợp đó, hoặc được quét lên mặt

17

■-J n ụ C Quoc G I A H À N Ô I

•■J.VG TÃ r / T H :Ị N 3 TIN THỰ V IÊ N

- Bicacbonat natri (Na2C 0 3, còn có tên gọi là bột nướng): cũng có khi được sử

dụng đ ể ngăn cho đá khỏi bị nứt vỡ

- M ột sô' chất óxy hóa ở trạng thái cứng cũng được sử dụng để tăng nồng độ của

ôxy C ác chất này thường được trộn lẫn với các axit thích hợp thành dung dịch nhão Những chất ôxy hóa thông thường là: pesulfat amôni (HhNjOxSj), sulfat cerium (C e 0 8S2) và pe-oxyt natri (Na20 2)

- M ột số chát được dùng đ ể tạo môi trường khử" Đó là axit boric (H B 0 2) lỏng sệt, trộn lẫn với cồn thành một hỗn hợp nhão và được quét lên các viên đá để ngăn chúng không bị ôxy hóa Sulfua kali (K2S) trộn lẫn với các chất khác nhau trong amôni lỏng

có thể được dùng như là một chất khử mạnh

- Than củi, than, các chất chứa cácbon khác cũng được sử dụng để tạo môi trường

khử thích hợp khi xử lý nhiệt Ví dụ, bột graphit có thể phản ứng với ôxi ở nhiệt độ nhất định, tạo nên môi trường nghèo oxi (khử) theo phản ứng:

2C + 0 2 = 2CO

2.3.5 Nạp mẩu

Sau khi được làm sạch và đã phân loại và tuyển chọn theo các quy trình nung thích hợp, mẫu được nạp vào các cốc nung Cốc nung được làm từ các hợp chất khác nhau, phù hợp với kiểu lò và quy trình nung Trong xử lý nhiệt loại cốc nung thích hợp nhất cho tất cả các quy trình xử lý là loại được làm từ ôxit nhôm tinh khiết Chúng có thê chịu được nhiệt độ tới 1825°c Cốc nung có thể có các hình dạng khác nhau để phù hợp với các kiểu buổng lò tương ứng

Thông thường các cốc nung đều có nắp đậy, một số người còn gắn kín nắp bằng một sô' loại chất đặc biệt, chịu được các điều kiện nung khác nhau Các cốc nung được đạt vào cùng có nhiệt độ đổng đều nhất trong buồng lò

2.3.6 N ung xử lý nhiệt

Mỗi quá trình nung xử lý nhiệt đều gồm 3 công đoạn: tăng nhiệt, ủ nhiệt và hạ nhiệt Trong bất cứ công đoạn nào, bất kể kiểu lò sử dụng là lò gì thì 2 thông sổ' cần được xác định là: nhiệt độ và thời gian

• Tăng nhiệt Q uá trình tăng nhiệt bất đầu từ lúc khởi động lò và tăng đều cho đến

khi đạt được nhiệt độ vận hành cần thiết Tốc độ tãng nhiệt không tỷ lệ với thời gian cần để đạt được nhiệt độ cẩn thiết

- ủ nhiệt K hi đã đạt tới nhiệt độ vận hành thì công đoạn gia công nhiệt bất đầu và

kéo dài trong khoảng thời gian xác định trước, ở nhiệt độ ổn định Thời gian ủ nhiệt

thay đổi từ vài giờ đến vài ngày, tuỳ theo từng quy trình xử lý Đây là thời gian để nhiệt

độ tác động đến m ẫu nung và dẫn đến những thay đổi cần thiết trong mẫu

- Hạ nhiệt Công đoạn hạ nhiệt bắt đầu từ khi nhiệt độ bất đầu giảm xuống sau

công đoạn ủ nhiệt, cho đến khi đạt tới nhiệt độ cần thiết Cũng giống như ở công đoạn tăng nhiệt, hạ nhiệt độ nhanh có thể gây sốc nhiệt làm nứt vỡ đá và cốc nung Trong thực tiễn xử lý nhiệt, người ta thường hạ nhiệt bằng cách tắt lò và để cho lò nguội dần

Tốc độ tăng và hạ nhiệt được biểu thị bằng tỷ sô' giữa nhiột độ và thời gian, ví dụ: 25°c/phút, 60°c/phứt Công đoạn gia công nhiệt được biểu thị bằng thời gian (phút hoặc giờ) tại một nhiệt độ ổn định, ví dụ: 3h tại 1650°c

2.3.7 Làm sạch mẫu sau khi xử lý nhiệt

M ẫu sau xử lý cần phải được làm sạch bằng các phương pháp cơ học và hóa học

để loại bỏ các hoá chất bám vào mẫu trong quá trình xử lý Sau đó mẫu được đưa phân chọn lại trước khi đưa vào chế tác hoặc tiêu thụ

19

Chương 3

3.1 Đặc điểm chung của khoáng vật zircon

Tên gọi zircon bắt nguổn từ từ ả - rập zarqun có nghĩa là “m ầu đỏ son” , hoặc có thể từ tiếng Ba Tư rnrgun, có nghĩa là “có m ầu vàng” , Các từ này sau được nói chệch

thành "jargoon", một thuật ngữ để chỉ loại zừcon mầu nhạt Loại zircon vàng được gọi

là hyacinth, m ột từ có nguồn gốc từ Đông Ấn; vào thời Trung cổ tất cả các đá mầu vàng

có xuất xứ từ Đổng An đều được gọi là hyacinth, nhưng đến nay thuật ngữ này chỉ dùng

để chỉ loại zircon m ầu vàng

3.1.1 Thành phần và cấu trúc tinh th ể

Zircon là thành viên duy nhất trong nhóm nesosilicat được sử dụng làm đá quý,

có công thức hoá học Z rS i0 4 Trong nhóm nesosilicat này các tứ diện S i0 4 độc lập liên kết với nhau chỉ bởi các liên kết ion Do các tứ diện không liên kết với nhau để tạo ra các mạch, chuỗi, vòng, tấm hoặc khung nên dạng tinh thể thường gãp ở đầy là dạng đẳng thước và hiện tượng song tinh không đặc trưng Cấu trúc của nesosilicat thường bị chi phối bởi kích thước của các cation nằm giữa các tứ diện Nhôm thường thay th ế silic trong các silicat nói chung nhưng trong neosilicat lại ít gặp trong hiện tượng này Do có phối trí nguyên tử chặt xít nên zircon có tỷ trọng và độ cứng khá cao

Zircon kết tinh ở hệ 4 phương, dạng tinh thể quen thường gặp là tháp đôi 4 phương (hình 3.1 và 3.2)

H ình 3.1 Cấu trúc nguyên tử của zứcon

Hệ bốn phương Dạng tinh thể lưỡng tháp Tinh thể zircon thực

Hình 3.2 Cấu trúc tinh thể và dạng quen của zirconTrong thành phần của zừcon luôn có m ật hafnium với hàm lượng dao động từ 1 đến 4% Ngoài hafnium , uranium và thorium cũng thường có m ặt trong cấu trúc của zircon Chính hiện tượng “tự chiếu xạ” do sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ này

đã dẫn đến sự phá huỷ cấu trúc tinh thể của zircon và là nguyên nhân biến đổi các tinh thể zircon thành một loại thuỷ tinh đẳng hướng Q uá trình này diễn ra trong một khoảng thời gian địa chất rất dài Loại zircon chịu sự phân huỷ cấu trúc như vậy được đặt tên là zircon “m etam ict” Theo mức độ phá huỷ cấu trúc tinh thể zircon được chia thành:

Zircon “cao”, là loại zircon ít hoặc không bị biến đổi cấu trúc tinh thể Loại này rất thích hợp để sử dụng làm đá quý

Zircon “trung bình” , có mức độ biến đổi trung bình

Z ữ con “thấp” ", có mức độ biến đổi cao nhất, cấu trúc tinh thể cũng như tính chất vật lý đã bị biến đổi hoàn toàn

Zircon là một khoáng vật khá nổi tiêng do sự có mặt khắp nơi của nó trong vỏ Trái Đất Zừcon tìm thấy trong các đ á m agm a (như là sản phẩm kết tinh nguyên sinh), trong các đá biến chất (như là các sản phẩm tái kết tinh) và trong các đá trẩm tích (dưới dạng các mảnh vụn) Các tinh thể zừcon lớn thường ít gặp V í dụ như kích thước trung bình của các hạt zircon trong granit thường nằm trong khoảng 100-300 fim, nhưng cũng có khi các tinh thể zừcon có thể lớn tới vài cm , đặc biệt là trong pegm atit

3.1.2 Công dụng của zircon

Các loại zircon ưong suốt có m ầu khác nhau được sử dụng làm đá quý, nhưngloại m ầu lơ, không m ầu, nâu đỏ và nâu vàng được sử dụng nhiều nhất Z ừ co n không

21

mầu thường được ch ế tác kiểu kim cương để tâng “lửa” và đây là chất thay thế tự nhiên tương đối rẻ của kim cương Z ữcon m ầu nâu phớt đỏ hoặc vàng rất phổ biến trên thị trường đá quý nhưng đắt nhất và đẹp nhất chính là zữcon mầu ĩơ Các loại zircon mầu khác (vàng, lục, hồng, tím) đôi khi cũng có m ật trên thị trường (hình 3.3).

Các loại zircon khác (thường là không đạt chất lượng làm đá quý) thì được khai thác để lấy kim loại zirconium Kim loại zirconium được dùng làm bột mài và vật liệu làm refractory Các lò làm từ ZrO được sử dụng để làm nóng chảy platin ở nhiệt độ cao hơn 1755 °c Kim loại zừconi thì được dùng trong các lò phản ứng hạt nhân nhờ khả năng hấp thụ neutron của nó

Khoáng vật zừcon Z rS i0 4 là nguồn cung cấp chính kim loại zừconium N ó được tìm thấy trong các bãi cát ven biển ở nhiều nới trên th ế giới, đặc biệt là ở A ustralia, Ấn

Độ, Brasil, M ỹ và là m ột khoáng vật nặng phổ biến trong các đá trầm tích

Loại zircon trong suốt, có m ầu đẹp và kích thước đủ lớn từ lâu đã được sử dụng làm đá quý Loại này chủ yếu được khai thác từ các sa khoáng sông suối dưới dạng sản phẩm đi kèm của các m ỏ saphir, đặc biệt là ở Đ ông N am Á (Thái Lan, Cam puchia, V iệt , Nam) và Sri Lanka, ngoài ra còn được khai thác ở M yanm ar, A ustralia và New Zealand M ầu sắc thường gặp của loại zừcon dùng làm đá quý là mầu lục, đỏ, vàng, xám, da cam , nâu phớt đỏ và lơ

3.1.3 Các biến loại của zircon dùng làm đá quý

Tuỳ theo m ầu sắc và độ trong suốt, zircon được dùng làm đá quý có các biến loại với tên gọi như sau (hình 3.4):

Hình 3.3 Khoáng vật zircon với các màu khác nhau

- Hyacinth hoặc Jacinth - loại zircon mầu vàng, da cam, nâu, nâu phớt đỏ Hầu hết đều được gọi chung là loại zircon nâu phớt đỏ.

- Jargon hoặc Jargoon - loại zircon mầu xám nhạt hoặc vàng nhạt

- S ta rlỉte - loại zừcon m ầu lơ

- M a ta ru a , matara, hoặc kim cương m a ta ra - loại zữcon không mầu được dùng để thay th ế kim cương

Hình 3.4 M ột số biến loại mầu khác nhau của zừcon tự nhiên

3.1.4 Tính chất chung của zircon

Thành phần: Z rS i0 4 (+Hf, Fe, Th, U), silicat zirconium

Hệ tinh thể: Bốn phương

Mầu sắc : K hông mầu, lơ, tím , vàng, vàng nâu, da cam, đỏ, nâu, nâu đỏ và

lục

Độ trong suốt: Trong suốt, đục, không thấu quang

Dạng quen: Các tinh thể dạng lăng trụ có hai đầu dạng lưỡng tháp

Chiết suất: Cao, thưòng 1,92-1,98 Theo các văn liệu 1,78 -2,01

Lưỡng chiết: Cao; 0,04-0,06

Đặc tinh quang: M ột trục

Độ tán sắc chiết

suất:: M ạnh, 0,039 cho tất cả các biến loại

Đa sắc: K há m ạnh trong các loại zircon m ầu đậm; Z ừ con m ầu lơ: xanh

da trời đậm đến không mầu hoặc xám phớt vàng; Các m ầu khác:

23

cùng một mầu nhưng có tông đậm nhạt khác nhau

Phát quang:

Thường trơ; loại mầu vàng mù tạc và vàng da cam có thể phát mầu sấc khác nhau dưới sang ngấn cực tím; loại mầu vàng xỉn có thể có lân quang dưới sang dài Dưới tác dụng lâu dài của tia cực tím mạnh một vài loại zừcon không mầu có thê trở lại mầu nâu ban đầu

Phổ hấp thụ: Có rất nhiều dải và vạch mảnh đặc trưng cho phổ hấp thụ do TR

C hế tác:

C hế tác hình oval và tròn kiểu hỗn hợp {phần trên là kiểu kim cương và phần dưới là đáy tầng) là kiểu mài giác (facet) thường gặp nhất, mặc đù kiểu chế tác zircon cũng có khi được sử dụng Zircon cần chế tác sao cho hiệu ứng nhân đôi ít thây nhất nếu không nó sẽ bị mờ (kém trong)

Các tính chất của zừcon thay đổi rõ rệt theo trạng thái biến đổi cấu trúc tinh thể:

- Loại zircon thấp có thể gần như đẳng hướng quang học và có chiết suất 1,78 -

1,85 với giá trị lưỡng chiết từ 0,0 đến 0,008 và tỷ trọng từ 3,9 đến 4,1 Thông số ô mạng: 6,71 và 6,09 Zircon thấp hầu hết có mầu lục và đục, tạo thành do sự biến đổi

Z rSi04 thành Z r 0 2 và S i0 2

- Zircon trung bình có chiết suất trong khoảng 1,85 - 1,93 (đối với tia thường) và

1,84 - 1,97 (đối với tia bất thường), lưỡng chiết từ 0,008 đến 0,043, và tỷ trọng từ 4,1 đến 4,65

- Zircon cao có chiết suất thay đổi từ 1,92 đến 1,94 (thường là 1,925) đối với tia

thường và cao tói 1,97 - 2,01 đối với tia bất thường Giá trị lưỡng chiết thường là 0,059 nhưng cũng có thể nhỏ tới 0,036 Z ừcon cao cũng có khoảng dao động tỷ trọng lớn hơn (4,65 - 4,8), thông thường là 4,70 Thông số ô mạng: 6,60 và 5,98

3.1,5 Cơ c h ế tạo mầu của zircon

Trong tự nhiên zứcon có thể có nhiều m ầu và sắc mầu khác nhau, từ không mầu,

lơ, tím, vàng, vàng nâu đến da cam, đỏ, nâu, nâu đỏ và lục Trong số các m ầu trên thì

có giá trị nhất là mầu lơ, tuy nhiên zừcon m ầu lơ tự nhiên lại khá hiếm Các tinh thể zữcon m ầu lơ tự nhiên đã tìm thấy ở C am puchia, Thái Lan, V iệt N am và Lào Zircon mầu lơ hầu như luôn luôn có phổ hấp thụ rất đặc trưng

M àu của zừcon (Z rS i0 4) vừa được tạo ra do các ion uranium, vừa do sự phá huỷ

do phóng xạ Các ion U4*, có bán kính khá lớn giống như các ion Zr4*, sẽ thay thế Zr4+ trong cấu trúc zircon và tạo ra mầu lơ của zircon tự nhiên chưa xử lý nhiệt Theo thời

gian địa chất, uranium sẽ trải qua quá trình phân rã phóng xạ, dẫn đến sự hình thành của các tâm phá huỷ (tâm m ầu, hình 3.5) Các tâm mầu này chính là nguyên nhân tạo

ra các mầu nâu đỏ và các m ầu khác của zircon chưa xử lý (hình 3.6)

Jacinth và hyacinth là những thuật ngữ được sử dụng chủ yếu để chỉ loại zircon mầu đỏ H ầu hết zircon m ầu đỏ, đỏ da cam, đỏ nâu và đỏ tím được gắn trên hàng trang sức đều chưa qua xử lý nhiệt Loại zừcon này tìm thấy nhiều ở Sri Lanka, Thái Lan, Cambodia và V iệt Nam Loại zừcon mầu nâu đỏ từ khu vực này cung cấp hầu hết zircon m ầu lơ có m ặt trên thị trường (sau khi được xử lý nhiệt)

Trừ phổ hấp thụ, loại zừcon m ầu nâu đò có tất cả các tính chất điển hình của zừcon Dùng kính nhị sắc có thể phân biệt mầu đa sắc của loại zircon này (mầu đỏ và nâu vừa) Phổ hấp thụ của zữcon mầu nâu đỏ được thể hiện trên hình 3.7, trong đó ta thấy đều không có các vạch phổ m ảnh đặc trưng của zircon điển hình

C h iê u xạ

Tâm lỗ trống Tâm điện tử

Hình 3.5 Sự hình thành tâm màu

trong đá quý zircon

H ình 3.6 Z ircon m àu nâu đỏ

V iệt N am chưa xử lý nhiệt

25

Loại zircon mầu da cam từ New South W ales (A ustralia) chỉ cho một vài vạch phổ hấp

thụ, một vài loại zircon mầu đỏ hoàn toàn khồng cho phổ hấp thụ rõ ràng Trước đây, loại zircon mầu vàng có tên gọi là jargoon hoặc jargon Zircon vàng bao gồm các loại

từ vàng nhạt đến vàng hoàng yến, vàng phớt lục Chúng có các tính chất của loại zircon bình thường nhưng đôi khi cũng có thể nhầm với saphir vàng Sri Lanka là nơi cung cấp chủ yếu của loại zircon này, kể cả loại chưa xử lý nhiệt và loại đã qua xử lý nhiệt

Mầu lục rõ của zừcon thường được cho rằng là có liên quan với trạng thái

metamict của chúng Các tinh thể zircon m ầu lục sáng, lục vàng và lục phớt nâu và hoàn toàn trong suốt gặp không nhiều Thường zircon loại này là hay vẩn đục Hiện tượng khúc xạ kép (hiệu ứng nhân đôi) rất rõ trong hầu hết các loại zữcon khác thì lại rất khó thấy trong loại zircon này Dù ở trạng thái biến đổi (m etam ict) nhưng zircon mầu lục lại có phổ hấp thụ khá rõ Bao thể đặc trưng là các ánh trang kim (dát vàng) và các đới mầu gấp khúc Ngoài ra còn có thể gặp “cam sắt” trong các khe nứt, cũng như các bao thể dạng tơ M yanm ar và Sri Lanka là các nước cung cấp chủ yếu của loại , zừcon mầu lục

Xử lý nhiệt, trong điều kiện nhất định, có thể loại bỏ các tâm phá huỷ này và khôi phục mầu lơ ban đầu của các tinh thể zữcon khi mới kết tinh (xem phần sau),

Còn mầu lục của zừcon là do sự pha trộn giữa mẩu lơ do uranium và m ầu nâu đỏ

do các tâm phá huỷ (hình 3.8) R iêng loại zircon không mầu chứa lượng uranium rất

thấp

K

0.0

3.2 K êt q u ả bước đ ầ u nghiên cứu công nghệ xử lý n h iệ t zircon Việt Nam

3.2.1 Đặc điểm khoáng vật học và chất lượng của zircon Việt Nam

Theo các kêt quả phân tích của chúng tôi và một sô tác giả khác, thành phần hoá học và các đặc điểm khoáng vật học của zircon từ một sô vùng mỏ của Việt Nam được đưa ra trong các bảng 3.1 và 3.2

Bảng 3.1 Kết quả phân tích thành phần của zircon một sô vùng cùa Việt Nam

Bảng 3.2 Đặc điểm ngọc học và chất lượng zircon một số mỏ của Việt Nam

Hình dạng

tỉnh the

Làng trụ 4

mảnh tinh thể

Lảng tru 4

27

Hình 3.8 Phổ hấp thụ của zircon mầu lục

phương, mảnh vỡ

ngắn, 2 chóp

phương, mảnh vỡ

phương, mảnh vỡ

phương,

2 chóp, song tinh

Độ bào tròn Yếu, bán

tròn canh

Hơi tròn canh

Hơi bào tròn

Hơi bào tròn

Vỏ sò, không bằng phẳng

Trắng trong, hồng nâu nhạt

v ỏ sò

Hồng đỏ

Vỏ SÒ

Nâu đỏ, nâu vàng

Vỏ sò

Nâu vẵng

Vỏ sò

Đỏ nâu, phớtvàng

Mỡ, kim cương

Thuỷ tinh, kim cương

Thuỷ tinh, kim cương

Thuỷ tinh, kim cương

Trongsuốt

Trongsuốt

Bántrong

Bántrong

Bántrong

Trong suốt, bán trongĐặc điểm

Vàng,Yếu

và m iền Nam Trung bộ (Ngọc Yêu) Zircon miên Nam Viột Nam có mầu từ nâu đỏ,nâu cánh rán, vàng hoặc không mầu Để thử nghiệm công nghệ xử lý nhiệt chúng tôichủ yếu tập trung vào loại zircon m ầu nâu đỏ, mầu nâu, nâu vàng và không mầu, có độtrong suốt từ đục đến bán trong và trong suốt M ảu thử nghiệm được chọn gồm 2 lô: lô

m ẫu thô và lô m ẫu đã chế tác Ngoài ra để so sánh kết quả chúng tôi đã chọn thêm một

lổ m ẫu thô từ Cam puchia

Lô m ẫu zircon thô của Việt Nam được chọn có mầu nâu đỏ, nâu, nâu vàng, kích thước từ 2 - 3 m m đến 6 - 7mm và có độ trong suốt khác nhau Đây là lô mẫu được chúng tồi thử nghiệm đầu tiên trước khi xử lý các lô mẫu đã chế tác Tùy thuộc vào độ trong suốt chúng tôi lại chia chúng thành 3 lô: A, B và c với độ trong giảm dần Độ trong suốt ở đây phản ánh mức độ phá hủy cấu trúc tinh thể của zircon do hiện tượng phân rã phóng xạ tự nhiên Với mỗi lô mẫu chúng tôi đã thử nghiệm các quy trình xử lý khác nhau, với các thông số xử lý khác nhau, trên cơ sở kết quả thu được sẽ lựa chọn quy trình xử lý tối ưu Các thông số xử lý được lựa chọn trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã được các nhà chuyên môn công bố

3.2.3 K ết quả xử lý

Zircon mầu tự nhiên có thể chế tác làm đá quý không nhiều, trong đó loại mầu

lơ đặc biệt hiếm và thuộc loại zircon cao Các loại mầu khác (đỏ nâu, da cam, vàng, lục ) có thể ch ế tác ngay nhưng chất lượng và giá trị lại không cao Các loại zircon này đều thuộc loại đã bị biến đổi do quá trình phân rã phóng xạ trong cấu trúc tinh thê của chúng

Cho đến nay zừcon tự nhiên đã được thử nghiệm xử lý bằng các công nghệ và kỹ thuật khác nhau, trong đó chủ yếu là công nghệ xử lý nhiệt hoặc xử lý nhiệt kết hợp với chiếu xạ Đ a số zircon có mặt trên thị trường đá quý thế giới cho đến nay đều là loại đã được xử lý nhiệt Kết quả nghiên cứu thử nghiệm cho thấy loại zircon có thể xử lý nhiệt để nâng cấp chất lượng đại đa số đều thuộc loại zừcon trung bình (mức độ phá hủy cấu trúc còn chưa cao) Loại zircon trung bình này gặp nhiều nhất trong các mỏ và thường có m ầu nâu phớt đỏ hoặc da cam, đôi khi có tên gọi là hyacinth Chúng có thể

xử lý bằng nhiệt trong khoảng nhiệt độ từ 1.000 đến 1.400°c để khôi phục trạng thái

“cao” ban đầu Trong khi đó loại zircon thấp (loại chứa lượng tạp chất phóng xạ cao nhất) thì không thể xử lý nhiệt được, kể cả ở nhiệt độ 1.450°c và trong khoảng thời gian thích hợp

Kết quả thử nghiệm các quy trình và chế độ xử lý khác nhau đối với loại zircon mầu nâu đỏ cho thấy:

29

- N gay ở nhiệt độ xử lý tưcmg đối thấp (150 - 300°C) mầu sắc và độ trong suốt cũng đ ã thay đổi, tuy nhiên sự thay đổi này khồng làm chất lượng zircon tăng lên đáng

kể Các kết quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu trước đó [12] (hình 3.9)

- Nếu nung zircon trong mõi trường khử (thiếu oxy) t r o n g khoảng nhiệt độ cực

đại 800 - 1.000°c với thời gian từ 2 đến 4 giờ thì phần lớn các viên zircon mầu nâu đỏ

sẽ chuyển sang m ầu lơ (hình 3.10, a) Nung ở nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn, hoặc kéo

dài thời gian nung đều cho kết quả kém hơn (mầu lơ nhạt hoặc mất mầu) Mầu lơ đậm

hay nhạt vừa phụ thuộc vào độ trong suốt của mẫu ban đầu, cũng như vào cường độ của

môi trường khử N ếu nung tiếp các viên mầu lơ nhạt trong các điều kiện như trên thì

một số viên có thể thành lơ đậm hơn

- Nếu nung zircon trong môi trường ôxy hóa hoặc trong không khí trong khoảng

nhiệt độ cực đại 800 - 1.000°c với thời gian trung bình 3 giờ thì phần lớn các viên

zữcon mầu nâu đỏ sẽ chuyển sang mầu vàng, da cam, một số viên thành không mầu

(hình 3.10, b) Đ ộ trong suốt của chúng cũng được tâng lên đáng kể Một số viên mầu

vàng, d a cam hoặc đỏ nếu nung tiếp trong môi tnrờng khử với các thông số xử lý như

trên có thể thành m ầu lơ

- M ầu lo là m ầu được ưa chuộng nhát dđi với zircon vì vậy quy Irình xừ lý nhiệt

MS ưu dối vòi zircon m ẩu nâu đỏ Việt Nam là: nhiạt dộ xứ lý cực đại 800 - l.o o ỡ c

thời gian nung ò nhiệt độ tối da: 2 - 4 gicr, môi (ruòng khử (hình 3 1 1)

b - Môi trường ôxy hóa Hình 3.10 Kết quả xử lý nhiệt zữcon Việt Nam

H ình 3.11 Q uy trình xử lý tối ưu đối với zircon mầu nâu đỏ

N hiệt độ xử lý tối đa: 800 - 1.000°c, thời gian xử lý ở nhiệt độ tối đa: 2 - 4h

m ôi trường xử lý: môi trường khứ

31