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云南红宝石的宝石学特征及改善工艺研究

作　者: 刘学良
导　师: 郭守国；李春忠
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料学
关键词: 云南红宝石宝石学特征致色机理改善工艺
分类号: P619.281
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

红宝石是世界上最珍贵的宝石品种之一,目前市场上优质红宝石极其稀缺,且价格一路走高。云南元江红宝石矿发现于20世纪80年代末,是目前国内最好的红宝石矿,储量大,基本上处于未开采状态,国内外有关它的报道和研究较少。通过对云南红宝石矿床的实地考察并结合地质资料分析,得出了云南红宝石的矿床特征,并探讨和分析了云南红宝石矿的特点及矿床成因；本文运用EPMA、XRF、SEM等现代测试技术对各种类型的云南红宝石的物化性质进行测试和分析,从化学成分、晶体结构、晶体形态及微形貌、粒度、颜色、透明度、密度、裂理、发光性等方面得出了云南红宝石的宝石学特征；采用拉曼光谱、红外光谱、紫外-可见光吸收光谱、激发光谱等光谱分析技术对云南红宝石进行测试和分析,并与其它产地的红宝石及合成红宝石进行了对比分析,结合晶体场和量子学理论进一步分析和探讨了云南红宝石的致色元素和致色机理,分析了杂质元素的位置与赋存状态、聚片双晶、裂隙及孔洞等因素与红宝石质地的关系。结果表明,云南元江红宝石颜色丰富,粒度大小不一,裂理发育,存在大量包裹体,透明度低。主要致色离子为Cr、Fe、Ti等,其中Cr2O3的平均含量为0.45%(含量范围为0.03-2.22%),颜色的深浅跟Cr3+的含量直接相关,而Fe、Ti等杂质离子影响云南红宝石颜色的色调,使云南红宝石偏粉红至紫色调。云南红宝石中以375、414、640cm-1拉曼位移为典型特征；红外光谱除了与Al-O振动相关的吸收峰以外,还显示出硬水铝石的吸收峰；吸收光谱中表现出Cr3+、Fe3+等杂质离子引起的吸收,吸收位置为407、550nm和378nm处；激发光谱项处于248、415和580nm处,分别与A2→4T1(P)的跃迁、4A2→4T1(F)的跃迁和4A2→4T2(F)的跃迁相对应,荧光光谱也与杂质元素有关。有针对性的拟定优化改善方案,通过选用合适的助剂、合理的工艺流程和温度制度,针对云南红宝石的颜色或质地进行热处理,在氧化气氛中采用Al(OH)3或Al(OH)3和CaCO3为助剂在1480℃下恒温24小时的热处理条件下,Fe、Ti等杂质元素的析出或发生价态变化,使云南红宝石的颜色和透明度得到很好的改善。使用Bi203和Al(OH)3助剂和充填剂,在1480℃、开放条件下对红宝石进行裂隙充填实验能有效改善红宝石的品质,并能达到有效充填开放裂隙和孔洞的目的,从而提高云南红宝石的观赏性和市场价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章前言  11-12
第二章云南红宝石矿床特征及成因研究  12-23
  2.1 概述  12-13
  2.2 云南红宝石矿床的地质构造特征  13-15
  2.3 矿区出露的地层及分布  15-16
  2.4 岩石矿物学特征研究  16-20
    2.4.1 红宝石矿区岩石类型  16
    2.4.2 大理岩中的矿物种类及特征  16-17
    2.4.3 含红宝石矿大理岩的特征研究  17-20
  2.5 云南红宝石矿床的成因类型探讨  20-21
  2.6 云南红宝石产出特征及预测分析  21-22
  2.7 小结  22-23
第三章云南红宝石的物化性质研究  23-43
  3.1 实验样品和仪器设备  23
  3.2 常规的宝石学特征研究  23-33
    3.2.1 化学成分测试与分析  23-27
    3.2.2 晶体形态及微形貌研究  27-29
    3.2.3 晶体大小统计与分析  29-30
    3.2.4 包裹体类型  30
    3.2.5 颜色种类及分布  30-32
    3.2.6 透明度及影响因素  32
    3.2.7 其它宝石学特征研究  32-33
  3.3 云南红宝石的谱学测试与分析  33-39
    3.3.1 拉曼光谱测试与分析  33-34
    3.3.2 红外光谱测试与分析  34-35
    3.3.3 紫外-可见光吸收光谱测试与分析  35-38
    3.3.4 激发和发射光谱测试与分析  38-39
  3.4 云南红宝石的质量评价探讨  39-42
  3.5 小结  42-43
第四章云南红宝石呈色机理研究  43-56
  4.1 宝石颜色成因概述  43-47
    4.1.1 d-d电子跃迁  43-44
    4.1.2 电荷转移跃迁  44-46
    4.1.3 色心致色  46
    4.1.4 能带理论  46
    4.1.5 物理光学致色  46-47
  4.2 云南红宝石的呈色机理探讨  47-54
    4.2.1 Cr3+离子的致色机理  49-52
    4.2.2 Fe离子的致色机理  52-53
    4.2.3 Ti离子的致色机理  53-54
    4.2.4 Fe、Ti离子的电荷转移致色  54
  4.3 小结  54-56
第五章云南红宝石的质地影响因素分析  56-64
  5.1 化学成分和矿物组成的影响  56-61
    5.1.1 类质同象替代的杂质元素  56-57
    5.1.2 间隙杂质元素  57
    5.1.3 包裹体的类型及对质地的影响程度  57-61
  5.2 裂理与聚片双晶的影响  61-62
  5.3 裂隙和孔洞的成因及其对质地的影响  62-63
  5.4 小结  63-64
第六章云南红宝石的改善工艺研究  64-108
  6.1 改善工艺技术的历史与现状  64-71
    6.1.1 热处理技术的历史  64-65
    6.1.2 改善工艺技术的现状  65-71
  6.2 实验方案与流程  71-75
    6.2.1 实验原理  71-72
    6.2.2 实验方案  72-73
    6.2.3 实验流程  73-74
    6.2.4 实验材料与设备  74-75
  6.3 实验工艺过程及结果分析  75-107
    6.3.1 辅助剂硼砂的选择与热性能分析  77-78
    6.3.2 不同处理温度和恒温时间实验及结果分析  78-80
    6.3.3 不同助剂的热处理实验及结果分析  80-92
    6.3.4 不同气氛下热处理实验及结果分析  92-95
    6.3.5 充填实验及结果分析  95-107
  6.4 小结  107-108
第七章结论及存在的问题  108-110
  7.1 结论  108-109
  7.2 存在的问题及建议  109-110
参考文献  110-117
致谢  117-118
附录一  118-119
附录二  119

云南红宝石的宝石学特征及改善工艺研究

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