玉石的合成
第7章  玉石的合成、优化处理和仿制
7.1 玉石的合成
7.1.1 概述
由于天然玉石资源越来越少，价格越来越贵，因此，人们一直在努力寻求人工合成玉石的方法。在此背景下，合成玉石便应运而生。至目前为止，玉石的合成已经取得实质性进展，某些玉石合成品已进入玉石市场，如合成欧泊等。因此，合成玉石的有关问题应该引起玉石消费者和研究者的高度重视。
合成玉石是指全部或部分由人工进行的无机产物，它不但具有天然玉石的对应物，而且与天然玉石在物理性质、化学成分和原子结构等方面基本相同。但由于玉石多为矿物集合体，要人工合成出与天然玉石同成分、同物理性质、同原子结构的产品困难较大，因此，除少数单晶体玉石（如水晶），目前市场出现的一些产品是否属于合成玉石尚存在不同的看法。
7.1.2 合成欧泊
  合成欧泊的方法是根据欧泊变彩效应产生的机理而设计，该方法首次于1974年投入市场。其方法包括下列三个步骤：
第一步，形成氧化硅球。为了形成氧化硅球，首先用有机硅(C2H5O)Si在酒精和水的混合溶液中分散成细滴，其反应式是：
(C2H5O)Si+2H2O=SiO+4C2H5OH
然后加入中强度碱（例如氨），把硅化物小滴变成氧化硅球体，严格控制原料的纯度、浓度以及搅拌的速度，使其生成大小相等的球体，球的直径为200nm-300nm。
第二步，沉淀。主要让氧化硅球体自行沉淀。氧化硅球体沉淀后，就自动有序地紧密排列堆积，沉淀时间大约需要一年以上。这个阶段的产品性脆，易易碎。
第三步，压实和胶结。这是最困难也是最为关键的一步，必须避免堆积起来的球体结构发生畸变。具体的方法尚属保密，据信可能是加入胶体氧化硅使之粘结起来，或用烧结的办法使之固结。冰箱选购
7.1.3 风云雄霸天下断浪合成水晶
严格意义上，水晶属于宝石，但从远古时期起，中国人就将此作为玉石使用，至今仍初衷不改。而且，由于合成水晶方法简单，技术成熟，许多国家都在大规模生产，因此有必要作简要介绍。
目前，合成水晶通常用从溶体中结晶的方法合成。这种方法是将适当的组分溶解在低粘度的液体中，通过控制条件使之化合结晶，产生所需要的晶体。从溶液结晶的技术有熔剂法和水热法两种，水晶的合成又常用水热法。
水热法合成水晶的基本原理为：将适当的原料置于封闭的高压釜中，使它们在高温高压条件下溶解于水中，随后所需的晶体在籽晶上增生长大。水热法合成石英实际上是一个迁移过程，即将破碎的天然石英置于高压釜的底部，釜内充满有矿化剂的水，籽晶石英则置于高压釜的上部，然后加热到温度为300℃左右，压力为1650atm左右，此时石英溶解并由于对流上升，沉淀在籽晶上。用这种方法可以生产出各种类型的水晶，例如加入铁，然后将生长的晶体用紫外线照射就可以合成紫晶。黄晶也是加铁，而蓝水晶则需要加钴。
7.1.4 合成绿松石
由吉尔森生产的“合成”绿松石于1972年面市，据认为是通过原料再生产而成的产品。市面上见到的主要有下列二个品种：一个是较为均匀较纯净的材料；另一种是加入了杂质成分，外表类似于含围岩、含基质的绿松石材料。
1、成分
吉尔森合成绿松石成分较均一，而天然绿松石杂质较多，如高岭石、埃洛石等粘石矿物，它们常集结成细小的斑块和细脉充填于绿松石间，还可见石英微粒集结的团块，褐铁矿细脉斑块和不均匀的褐铁矿发浸染等。
2、结构构造
吉尔森合成绿松石一般结构单一，放大观察，有可能见到这种合成绿松石浅灰基质中，大量均匀分布的蓝球形微粒；而天然绿松石具细粒结构，并常具角砾状、碎斑状构造。即使是仿含基质材料合成绿松石，也仅表现出几条生硬的细脉，绝无天然绿松石中千变万化的构图。
3、颜
吉尔森合成绿松石颜单一、均匀，天然绿松石颜丰富，不均匀，即使是同一块斑，颜也会出现不均匀现象。
4、硬度
早期的合成材料硬度低，并有破裂的趋势，数月之后，在其表面往往会出现绿蓝的碎屑物质。
7.1.5 合成青金岩
是由吉尔森制造的一种合成青金岩材料。合成吉尔森合成青金岩实际上是一种仿制品，而不是真正的合成材料，且含有较多的含水磷酸锌。这种合成青金岩与天然青金岩相比，具有明显的差别。
1、成分
合成青金岩含有较多的含水磷酸锌。合成青金岩也可含黄铁矿，但它是将天然黄铁矿材料粉碎，筛分后加入到粉末原料中，一般均匀分布在整块材料中，且颗粒边沿平直，而天然青金岩的黄铁矿轮廓为不规则装，黄铁矿以小斑块或条纹状出现。
2、密度
合在青金岩的密度一般低于天然青金岩。
3、颜
合成青金岩的颜分布较均匀，而大多数天然青金岩的颜分布不均匀。
4、透明度
天然青金岩是微透明的，光线可透过成品的边缘，合成青金岩是不透明的，即使在成品玉石的边缘，也见不到光透过的现象。
7.1.6 合成珊瑚
合成珊瑚实质上是一种仿制品，并非真正意义上的合成品，同样也用吉尔森法生产。它是由压碎的方解石再造形成的。合成珊瑚被制成各种逼真的浅红和粉红。当用条痕法小心地检测时，合成珊瑚产生红褐条痕，而天然产生的则是带白条痕。与珊瑚一样，这种仿制品也是主要由方解石组成并显示相同有光学性质。最重要的鉴别特征是构造
上的差别，合成珊瑚没有天然珊瑚的条纹状构造。
7.1.7 合成翡翠
为了成功合成翡翠，科学家们进行了长期的探索（Doelter，1884；Coleman，1962）。除以极大的兴趣研究了翡翠成矿的原理外，还做了大量关于翡翠性质方面的研究工作，如Yoder（1950；1951）在热力学方面的研究工作，研究了翡翠的摩尔体积、热彭胀、压缩率及在低温和高温下的热容、热焓和熵等。在些基础上，Adams等（1953）计算或用实验测定了翡翠的压力-温度稳定区域相图。Boettcher（1971）在3.5Gpa和1500℃以下范围内对硬玉与纳长石+霞石、纳长石与硬玉+石英之间的固相转换的单变反应曲线进行了研究。这些工作对于后来成功合翡翠起了具有非常重要的指导作用。但是，过去科学家做做工作，一般都是围绕下列两个矿物反应式进行（Robertson，1957；Birch，1960）：
NaALSi3O8=NaALSi2O6+SiO2
NaALSi3住宅公寓区别O杀蟑螂8+NaAlO4=2NaAlSi2O6
当时得到的产品也不能作为玉石，直到20世纪80年代，我国吉林大学和中科院长春应用化
学研究所在六面顶超高压设备上，采用高温、高压灼烧法首次合成了具玉石价值的翡翠（阁学伟，1986；朱成明等，1997；郭颖等，2000）。
其方法是：以Na2CO3（99.9%）、Al2O3（99%）、SiO2（99%）为原料（赵廷河等，1992），按翡翠主要组成矿物硬玉分子式中的各元素含量（理论值：Na2O 15.34%，Al2阿宁O3 25.21%， SiO2 59.45%）以及少量的致剂（如Cr2O3）配制成合适的化学剂（沈才卿，1991），在1350℃-1550℃的高温下灼烧足够长的时间，使之达到均质。在这样的高温下，其粘度非常大（Kushiro，1976），淬火之后，得到翡翠组成的玻璃。将淬火得到的玻璃在3.0-5.0Gpa，1200℃-1550℃的温度条件下，并在特定的高压装内持续5-240分钟，即得到合成翡翠。要得到优质的合成翡翠，其理想条件是，压力4.0Gpa，温度高于是1440℃，晶化时间不低于60分钟。
合成翡翠的装置是：DS-029C型6×8×106N六面顶超高压装置。以管状石墨坩埚为发热体，以叶腊石为密封和传压介质。压力定标：室温下用Bi、Tl、Ba的压力相变点来定标；温度定标：选用Pt·30%Rh-Pt·6%Rh热电偶测定温度（赵廷河等，1993）。
据报道，目前已能合成无、淡绿、绿、翠绿、暗绿和黑的翡翠，其产品的韧
度、硬度、密度和折射率等物理性质与天然产品基本相同（赵廷河等，1991）。魏然等（2004）通过X-射线粉未衍射、偏光显微镜、电子探针、红外显微境微区反射光谱，激光拉曼光谱等手段对几件绿合成翡翠样品进行了分析研究，结果表明，合成翡翠由结晶质的硬玉和玻璃质组成，结晶质硬玉呈自形的长柱状，但量极少，玻璃质的成分与硬玉的化学成分基本相同。合成翡翠的结构比天然翡翠的结构简单，仅见结晶质物质的定向排列（魏然等，2004），这表明，合成翡翠与天然翡翠仍存着本质的区别。
由于合成翡翠的成本较高，加之合成大块的翡翠尚存在技术上的问题，因此，目前市场上不大可能有大量合成翡翠制品存在，也未见到有相关方面的报道。但是，当今科学进步十分迅速，加之高档翡翠饰品的价格越来越高，目前存在技术问题或许很快将得到解决，因此，玉石鉴赏者要随时关注合成翡翠的进展情况。
7.2 玉石的优化处理
7.2.1 概述
玉石的优化处理是通过改变玉石的颜、光学效应、净度、韧度等以改善玉石外观和耐久
性的过程。主要目的是为了充分利用玉石资源，提高玉石材料的商业价值。玉石优化处理技术已具有悠久的历史，但又随着科技的发展而不断进步，新的方法和技术不断涌现。而且，在新的方法产生之初，一般都是商业秘密。因此，全面概括各种玉石优化处理技术十分困难。这里介绍的是一些已经使用多年，在市场上经常见到的玉石优化处理技术。对于玉石从业人员来讲，应该通过各种渠道努力了解玉石优化处理技术的新进展、新技术和新产品，只有这样，才能对各种玉石的优化处理产品作出正确的鉴定与评价。
7.2.2 方法分类
玉石优化处理首先可分成优化（Enhancing）和处理（Treating）两大类。优化是指传统的并被人们广泛接受的方法，这种方法主要使玉石美的潜能充分发挥出来，或为了保扩玉石，当然有些时候也用于掩盖玉石的缺陷，如加热、浸油等。优化的玉石产品在市场消费时可不注明，但其价格应与天然产品有明显的差别。处理是指非传统的、尚不被人们接受的方法，如染处理、辐照处理等。处理过玉石在市场销售时，必须声明其经过人工处理的真实性（张蓓莉等，1997）。除此之外，还有从商业和工艺两方面提出的分类方法。
1塞下曲的古诗的意思、商业分类
从商业角度，玉石的优处理技术可分为下列三大类：
（1）能被商业接受而且无须注明的优化处理方法：这类优化处理的主要特征是，仅仿制天然玉石的成因机理和形成过程，通过改变物理化学条件，以使玉石的颜、净度和韧度得到改善；在优化处理过程中，没有外来物的加入，没有破坏玉石的结构和构造；优化处理后的产品对人体无害等，典型的实例如加热处理、油处理等。
（2）能被商业接受但必须注明的优化处理方法：这类优化处理的主要特征是，在优化处理过程中，不但有外来物的加入，而且可能会对玉石的结构和构造产生破坏，但优化处理产品对人体无害。典型的实例如翡翠的酸处理和充填处理等。

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