العربية 
English 
Español 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Français 
Русский 
Bahasa Indonesia 
日本語 
한국어 
Suomi 
Svenska 
Polski 
Română 
Ελληνικά 
Türkçe 
Čeština 
Magyar 
Norsk bokmål 
كيف تقوم بتحسين الأحجار الكريمة؟ فتح 5 طرق ودليل المعدات
طرق تحسين الأحجار الكريمة والمعدات الرئيسية المستخدمة
هناك العديد من طرق المعالجة التحسينية للأحجار الكريمة، ومع تقدم العلم والتكنولوجيا، يتم تحسين هذه الطرق وتحديثها باستمرار. تشمل طرق التحسين الأكثر تقليدية المعالجة الحرارية والصباغة والتلوين والغمر في زيت عديم اللون وطلاء السطح. على سبيل المثال، في العصور القديمة، أدرك الناس في وقت مبكر أن التسخين يمكن أن يحسّن لون العقيق، ومن خلال وضع العقيق في أصباغ مختلفة، يمكن صبغه بألوان مختلفة. وعلى الرغم من أن هذه الطرق كانت معروفة، إلا أنه غالباً ما تم اكتشافها بالصدفة في ذلك الوقت. وفقط عندما أتقن الناس تدريجياً الخصائص الفيزيائية والآليات المسببة للألوان لبلورات الأحجار الكريمة (مثل الماس والياقوت والياقوت والياقوت الأزرق والتوباز والبريل والكوارتز وغيرها) والأحجار الكريمة العضوية (مثل اللؤلؤ والعنبر وغيرها) استطاعوا اختراق المجالات التقليدية وتطوير طرق جديدة للمعالجة التحسينية.
تشمل طرق المعالجة التحسينية الرئيسية للأحجار الكريمة حاليًا ما يلي: المعالجة الفيزيائية الكيميائية، والمعالجة الحرارية، والمعالجة بالإشعاع، والمعالجة بالحرارة العالية والضغط العالي، والمعالجة بالليزر. والطريقة الأكثر استخدامًا في المعالجة التحسينية للأحجار الكريمة هي المعالجة الحرارية التي تحسّن لون الأحجار الكريمة مثل الياقوت والياقوت والياقوت الأزرق والجاديت والعقيق الأبيض التي تتلون بعناصر الشوائب النزرة. تعمل طريقة التشعيع بشكل أساسي على تحسين لون الأحجار الكريمة ذات المراكز اللونية، مما يتسبب في حدوث عيوب في التركيب الهيكلي للأحجار الكريمة من خلال التشعيع، وبالتالي تكوين مراكز لونية وتغيير لون الحجر الكريم. المعالجة الفيزيائية والكيميائية هي طريقة تحسين تقليدية أكثر، مثل الصباغة التي تستخدم عادةً أصباغًا مختلفة لتلوين الأحجار الكريمة. المعدات المطلوبة بسيطة والعملية مريحة، لكن الأحجار الكريمة المحسّنة غير مستقرة وعرضة للبهتان. تُعتبر المعالجة بالحرارة العالية والضغط العالي حالياً طريقة لمعالجة الألماس وتغيير لونه من خلال الحرارة والضغط العاليين. وتُستخدم المعالجة بالليزر في المقام الأول في المعالجة الموضعية للألماس لتحسين لونه وصفائه.
كوارتزيت ملون
جدول المحتويات
القسم الأول طريقة المعالجة الكيميائية للأحجار الكريمة
تتضمن طرق المعالجة الفيزيائية والكيميائية للأحجار الكريمة ممارسات شائعة مثل الصباغة والتلوين والتبييض والتبييض والغمر بالزيت والحشو بالحقن والترابط والتغليف والتكسية والتكسية والتكسية بالطبقات والترصيع، وهي طرق لها تاريخ طويل. من بين هذه الطرق، الصباغة هي طريقة تقليدية لتحسين لون الأحجار الكريمة تعود إلى العصور القديمة. وتشير السجلات التاريخية إلى أنه تم العثور على العقيق الأحمر المصبوغ في المقابر المصرية حوالي عام 1300 قبل الميلاد. ونظراً لبساطة طرق التحسين التقليدية، يمكن تطبيقها على معظم الأحجار الكريمة البلورية السائبة هيكلياً أو الأحجار الكريمة أحادية البلورة ذات الشقوق الكثيرة. تنتحل العديد من الأحجار الكريمة المصبوغة الموجودة في السوق صفة الأحجار الكريمة الطبيعية، لذلك نحن بحاجة إلى تحديد الأحجار الكريمة المعالجة بالصباغة وغيرها من طرق التلوين. يتم تصنيفها إلى طرق معالجة كيميائية وفيزيائية بناءً على طبيعة طرق المعالجة.
تشير طرق المعالجة الكيميائية إلى إضافة كمية معينة من الكواشف الكيميائية التي تتفاعل كيميائياً مع مكونات الحجر الكريم مما يسمح للعناصر الملونة في الكواشف الكيميائية بالدخول إلى داخل الحجر الكريم أو تتسرب إلى شقوق الحجر الكريم لتغيير مظهر لون الحجر الكريم. وأثناء عملية المعالجة الكيميائية، يجب إضافة مواد أخرى غير مكونات الحجر الكريم. وتُعد طريقة المعالجة التحسينية هذه شكلاً من أشكال المعالجة، ويجب وضع ملصق عليها عند بيع الحجر الكريم. وتشمل طرق المعالجة الكيميائية الشائعة الصباغة والتلوين والتبييض والحشو بالحقن.
1. الصباغة والتلوين
وتختلف عمليات ومبادئ الصباغة والتلوين فقط في الأصباغ المستخدمة: فالصباغة تستخدم الأصباغ العضوية، بينما يستخدم التلوين أصباغاً غير عضوية. تتشابه مبادئ الصباغة والتلوين في الصباغة والتلوين، حيث تنطوي على تسلل مواد التلوين إلى الأحجار الكريمة لتحسين أو تغيير لون الحجر الكريم. تُعد الأصباغ العضوية أكثر حيوية ولكنها أقل ثباتاً وتبهت مع مرور الوقت؛ أما الكواشف الكيميائية المستخدمة في التلوين فهي مشابهة في لونها للأحجار الكريمة الطبيعية وتتمتع بثبات جيد، مما يجعلها أقل عرضة للبهتان. حالياً، يتم تلوين معظم الأحجار الكريمة باستخدام أصباغ غير عضوية.
(1) متطلبات المواد والأصباغ والمذيبات
تتشابه طريقتا الصباغة والتلوين في المعالجة وتتطلبان الحد الأدنى من المعدات؛ ويكفي النقع في وعاء لبعض الوقت. إذا كنت تريد أن يتغلغل اللون في الأحجار الكريمة، فإن التسخين ضروري أثناء العملية، وتكون درجة حرارة التسخين منخفضة بشكل عام. تُستخدم عملية الصباغة والتلوين بشكل أساسي للمواد الأحجار الكريمة ذات الألوان الفاتحة وذات البنية الرخوة. وتعتمد تأثيرات الصباغة والتلوين على مادة الأحجار الكريمة والأصباغ والأصباغ المختارة والمذيبات الملونة، من بين شروط أخرى، مع متطلبات محددة على النحو التالي
① متطلبات مواد الأحجار الكريمة
أولاً، يجب أن تكون مقاومة للأحماض والقواعد والحرارة. يجب تنظيف المواد الأحجار الكريمة المراد معالجتها بالأحماض أو القلويات قبل الصباغة، كما يجب تسخينها أثناء العملية، وأحيانًا تحتاج إلى الغليان لبعض الوقت.
ثانياً، يجب أن تتمتع المواد المراد معالجتها أيضاً بمسامية معينة للسماح للمادة الملونة باختراق المواد الأحجار الكريمة. ومن السهل نسبياً صبغ مواد مثل الجاديت والنفريت والعقيق والعقيق والرخام.
بالنسبة لتلك الأحجار الكريمة غير المسامية، يجب إنشاء مسام أو شقوق اصطناعية للسماح للمادة الملونة بالدخول إلى البلورة. على سبيل المثال، تتطلب طريقة انفجار الكوارتز أولاً تسخين الكوارتز وإخماده لخلق شقوق صغيرة للغاية، يليها الصباغة أو التلوين، والتي يمكن أن تنتج كوارتز أحمر أو أخضر (الشكل 4-1).
② متطلبات الملونات (بما في ذلك الأصباغ والأصباغ)
أولاً، اختر الصبغة أو الصبغة المناسبة بناءً على خصائص الحجر الكريم. عند صبغ الأحجار الكريمة، يجب أن يكون لون الصبغة قريباً من اللون الطبيعي للأحجار الكريمة. تتمتع الأحجار الكريمة المصبوغة بالأصباغ العضوية بألوان عديدة ومشرقة للغاية، ولكنها تعطي شعورًا "مزيفًا" ولديها ثبات ضعيف، حيث يبهت لونها بسهولة؛ وغالبًا ما يكون لون الأصباغ غير العضوية أقرب إلى الأحجار الكريمة الطبيعية، ويتمتع بثبات أفضل، وليس من السهل أن يبهت لونها؛ لذلك يختار الناس عمومًا الأصباغ غير العضوية. عند اختيار الملوّنات، حاول اختيار تلك التي لا تبهت. أما الأصباغ العضوية، وخاصة الأصباغ الأمينية، فهي عرضة للبهتان ويجب استخدامها بحذر.
ثانياً، اختر الملونات التي يمكن أن تتفاعل كيميائياً مع عناصر معينة داخل الأحجار الكريمة أو يمكن أن تمتصها مسام مادة الأحجار الكريمة. تشمل الصبغات الشائعة أملاح الكروم وأملاح الحديد وأملاح المنغنيز وأملاح الكوبالت وأملاح النحاس، إلخ.
③ متطلبات المذيبات الملونة
هناك نوعان من الصباغة بالأصباغ (الملونات): الصباغة الزيتية والصباغة المائية. تستخدم الصباغة الزيتية زيوتًا مختلفة لإذابة الصبغة، بينما تستخدم الصباغة المائية الماء أو الجزيئات القطبية مثل الإيثانول كمذيبات لإذابة الصبغة. عند الصباغة، من المهم اختيار المذيب المناسب بناءً على نوع الصبغة (الصبغة) وقدرة مادة الأحجار الكريمة على الامتصاص.
- يُطلق على استخدام الزيت الجزيئي غير القطبي كمذيب اسم الصباغة بالزيت. تُستخدم الزيوت الملوّنة (أي الزيوت التي تذيب الأصباغ العضوية) عادةً لنقع الياقوت والزمرد مما يسمح للزيت الملوّن باختراق الشقوق في الأحجار الكريمة.
- تُستخدم الصباغة المائية في الغالب للأصباغ غير العضوية، حيث يتم إذابة الأصباغ في الماء أو الكحول وتكوين محلول مشبع، ثم نقع الأحجار الكريمة المعالجة مسبقاً. وعادةً ما يكون وقت النقع أطول من وقت الصباغة بالزيت، وفي بعض الأحيان يتم استخدام عوامل كيميائية تتفاعل مع الصبغة لإعادة المعالجة للحصول على اللون المطلوب. على سبيل المثال، عند صبغ العقيق، يتم اختيار كواشف كيميائية مختلفة لتحفيز التفاعل الكيميائي، ويتغلغل الراسب الناتج في شقوق الأحجار الكريمة، مما يؤدي إلى تثبيت اللون بعد الصباغة.
(2) العوامل المؤثرة في تأثير صبغ الأحجار الكريمة
وبالإضافة إلى النظر في مادة الحجر الكريم والصبغة، يجب أيضاً مراعاة عوامل أخرى، مثل المعالجة بالغسل الحمضي للأحجار الكريمة قبل الصباغة، ودرجة حرارة التسخين أثناء الصباغة، ومدة عملية الصباغة.
① المعالجة بالغسيل الحمضي
قبل صبغ مواد الأحجار الكريمة، يلزم غسل الأحجار الكريمة بالحمض لإزالة اللون الأصفر والبني والألوان المختلطة الأخرى من سطح الحجر الكريم، والحفاظ على نظافة السطح. بعد الغسيل الحمضي، يجب اختيار محلول قلوي معين لمعادلة الحجر الكريم. إذا تم اختيار طريقة التفاعل الكيميائي للصباغة، فيجب مراعاة الشروط المطلوبة لتوليد الترسيب؛ وإلا فلن يمكن أن يستمر التفاعل. بعد الغسيل الحمضي، يجب تجفيفه في فرن أو تجفيفه بالهواء قبل إجراء المزيد من المعالجة.
② درجة حرارة التسخين ووقت معالجة الصباغة
أثناء عملية الصباغة، يتم استخدام التسخين بشكل عام لتعزيز تغلغل الصبغة في شقوق الأحجار الكريمة. تؤثر درجة حرارة التسخين ووقت معالجة الصباغة أيضاً على اللون النهائي للأحجار الكريمة. تؤدي درجة حرارة التسخين المرتفعة إلى معدل تفاعل أسرع، مما يتطلب وقتاً أقصر للصباغة؛ وعلى العكس من ذلك، تتطلب درجة حرارة التسخين المنخفضة وقتاً أطول لتحقيق تأثير صبغ أفضل.
عملية معالجة الصباغة والتلوين بسيطة وسهلة التشغيل وتستخدم على نطاق واسع. يمكن تطبيقها على الأحجار الكريمة أحادية البلورة ذات الشقوق ومواد الأحجار الكريمة متعددة البلورات أو الكريبتوكريستالات ذات الهياكل السائبة. تشمل الأحجار الكريمة المصبوغة والملونة الشائعة الياقوت والزمرد والعقيق والعقيق الأبيض والعقيق الأبيض والنفريت واليشم الزيوي واليشم والجاديت واللؤلؤ والعاج والأوبال والمرجان والكوارتزيت والفيروز وغيرها.
(3) خصائص تحديد الأحجار الكريمة المصبوغة (3)
تتميّز الأحجار الكريمة المصبوغة بألوان زاهية، وعند التكبير، يمكن رؤية اللون على طول الشقوق أو بين الجسيمات، مع وجود ألوان أفتح في البنى الكثيفة وألوان أغمق في البنى الرخوة. على سبيل المثال، تُظهر أحجار الياقوت المصبوغة (الشكل 4-2) لوناً مركّزاً في شقوق الياقوت تحت عدسة مكبّرة، مع ظاهرة حدود لونية واضحة.
2. التبييض
يُستخدم التبييض عموماً مع اليشم أو الأحجار الكريمة العضوية ذات الاختلافات اللونية السطحية الكثيرة، مثل الجاديت واللؤلؤ والمرجان. وتشمل عوامل التبييض عادةً غاز الكلور وأملاح الهيبوكلوريت وبيروكسيد الهيدروجين والكبريتات. يمكن أن يؤدي التعرض لأشعة الشمس أيضاً إلى بهتان بعض الأحجار الكريمة، وهو ما يمكن أن يكون تأثيراً مبيضاً لأشعة الشمس. يشيع استخدام بيروكسيد الهيدروجين وأملاح الهيبوكلوريت كعوامل تبييض في عمليات تحسين الأحجار الكريمة. وغالباً ما يُستخدم بيروكسيد الهيدروجين وأشعة الشمس لتبييض اللؤلؤ الطبيعي أو المستنبت، مما يسمح بتبييض اللؤلؤ الداكن أو الأخضر بشكل خاص، مما يجعلها أقرب إلى اللؤلؤ الطبيعي عالي الجودة. يشيع استخدام بيروكسيد الهيدروجين وأملاح الهيبوكلوريت لتبييض اليشم مثل الجاديت (الشكل 4-3)، حيث يزيل بعد التبييض اللونين الأصفر والبني من على السطح، مما يسمح بإظهار اللون الأخضر للجاديت بشكل أفضل.
يتضرر هيكل اليشم بعد المعالجة بالتبييض، ويحتاج عمومًا إلى الحقن والحشو لجعل هيكله كثيفًا ومستقرًا. أما الأحجار الكريمة العضوية مثل اللؤلؤ والمرجان فيمكن بيعها بعد التبييض دون معالجة بالحشو، كما أن ألوانها مستقرة للغاية. تُعتبر معالجة التبييض تحسيناً ولا تحتاج إلى وضع ملصق عليها عند بيع الأحجار الكريمة، ويمكن تسميتها مباشرةً باستخدام اسم الحجر الكريم الطبيعي. الأحجار الكريمة المستخدمة في التبييض هي الجاديت والنفريت واليشم الشيويان والكوارتزيت واللؤلؤ والمرجان والعقيق الأبيض وخشب السيليسيوس وعين النمر.
بعد المعالجة بالتبييض، تُظهر الأحجار الكريمة بعد التبييض بنية تشبه القشرة البرتقالية أو القناة تحت التكبير، مع وجود شقوق دقيقة دقيقة مرئية على السطح المصقول، وبنية داخلية فضفاضة، ولون نظيف ومشرق بدون شوائب. وغالباً ما تستخدم المعالجة بالحشو بعد التبييض لتثبيت بنية الأحجار الكريمة.
3. التعبئة بالحقن
يشير الحشو بالحقن إلى طريقة معالجة تقوم بحقن مواد سائلة في شقوق الأحجار الكريمة من خلال وسائل تكنولوجية معينة. وهي مناسبة بشكل أساسي لمواد الأحجار الكريمة الرخوة هيكلياً أو التي تحتوي على العديد من الشقوق، حيث يتم ملء شقوق ومسامات الأحجار الكريمة بمواد مثل الزيت عديم اللون أو الزيت الملون أو الراتنج أو الشمع أو البلاستيك، مما يجعل هيكلها أكثر صلابة أو يحسن من ثبات الأحجار الكريمة أو يغير لونها. يمكن تقسيم الحشو بالحقن إلى ملء عديم اللون وملون للأغراض الرئيسية التالية.
(1) تغطية الشقوق
غالباً ما تحتوي الأحجار الكريمة الطبيعية على العديد من التشققات عند إنتاجها. ويؤثر وجود العديد من الشقوق على مظهر الأحجار الكريمة وثباتها. يمكن إخفاء التشققات عن طريق حقن زيت عديم اللون ومواد أخرى في الشقوق أو المسام أو الفجوات بين الحبيبات في مادة الأحجار الكريمة، مما يجعلها أقل وضوحاً ويزيد من قابليتها للاستخدام وقيمتها الاقتصادية. على سبيل المثال، غالباً ما يحتوي الزمرد والياقوت الطبيعي على العديد من الشقوق، ويمكن تحسين مظهرها اللوني عن طريق حقن زيت عديم اللون أو زيت ملون.
(2) تعزيز ثبات الأحجار الكريمة
بالنسبة للأحجار الكريمة الرخوة هيكلياً، يتم حقنها وملء مسامها لجعلها أكثر صلابة وزيادة صلابتها وثباتها، مثل الفيروز والزمرد.
(3) تحسين سطوع اللون والقيمة الاقتصادية للأحجار الكريمة
أما بالنسبة للأحجار الكريمة ذات الألوان الفاتحة، فإن حقن الأحجار الكريمة بالزيت الملون والشمع الملون والمواد الأخرى لا يقوي بنيتها فحسب، بل يعمق لون الأحجار الكريمة أيضاً.
لنفترض أنه يتم حقن مادة ملونة في مسام الفيروز. في هذه الحالة، يمكن في هذه الحالة تعزيز صلابته وتقليل تشتت الضوء، مما يؤدي إلى تعميق لونه وتحسين صلابته بشكل كبير.
تشمل الأحجار الكريمة التي يمكن تحسينها باستخدام طريقة الحشو بالحقن الياقوت والياقوت الأحمر والزمرد والفيروز واللازورد واللازورد والأوبال والبريل والكوارتز واليشم.
بعد الحشو بالحقن، تُظهر الجوهرة شفافية وبريقاً أقل في موضع الحشو تحت التكبير. على سبيل المثال، يُظهر الزمرد المملوء بالزيت عديم اللون (الشكل 4-4) أن الشفافية واللمعان في موقع الحشو أقل بكثير من الزمرد الطبيعي. إذا تم استخدام زيت ملون للحشو، يزداد عمق اللون عند الشقوق. وتظهر الفقاعات في موقع الحشو، وتكشف اختبارات التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء عن أطياف امتصاص الأشعة تحت الحمراء المميزة لمادة الحشو، مع معامل انكسار وكثافة أقل من تلك الموجودة في الأحجار الكريمة الطبيعية.
القسم الثاني طرق المعالجة الفيزيائية للأحجار الكريمة
كما تُستخدم أساليب المعالجة الفيزيائية للأحجار الكريمة على نطاق واسع، في إشارة إلى تعديل الأحجار الكريمة بمواد أخرى من خلال الربط والربط وغيرها من التقنيات لإضفاء انطباع عام. وتشمل أساليب المعالجة الفيزيائية الشائعة طلاء السطح والطلاء والترصيع والترصيع والطبقات والربط والربط.
1. طلاء السطح
يؤدي وضع طبقة من الرقائق الملونة (المعروفة أيضاً باسم "المعالجة بالرقائق") على سطح الجوهرة أو أسفلها أو استخدام الطلاء كطلاء على كل جوانب الجوهرة أو جزء منها إلى تغيير لونها وبالتالي تغيير مظهرها. في البداية، كان هذا الأمر شائع الاستخدام في الألماس؛ على سبيل المثال، يتضمن أبسط طلاء وضع علامة على سطح الألماس بالحبر الأزرق، مما قد يحسّن مظهر الألماس بسبب لون الحبر. يمكن أن يؤدي وضع طبقة من الطبقة الزرقاء أسفل الألماس الأصفر الفاتح إلى تحسين درجة لونه. يشيع استخدام طريقة المعالجة هذه في الألماس والتوباز والبلورات والمرجان واللؤلؤ.
وتتمثل طريقة الطلاء الشائعة حالياً في وضع طبقة من الطلاء الملون على توباز أو كريستال عديم اللون أو فاتح اللون، مما قد ينتج عنه مظاهر لونية مختلفة. وفي معظم الحالات، لا يوجد اللون المضاف إلا على سطح الحجر الكريم. من السهل التعرف على الأحجار الكريمة التي تحتوي على هذا الطلاء حيث أن السطح المطلي غالباً ما يظهر بلون مختلف عن السطح السفلي، وبسبب الصلابة المنخفضة لطلاء السطح، غالباً ما تظهر العديد من الخدوش.
2. الطلاء السطحي
مع تطور العلم والتكنولوجيا, السطح التصفيح تطورت تدريجياً إلى وضع طبقة من الغشاء الملون على سطح الأحجار الكريمة عديمة اللون أو فاتحة اللون لتغيير المظهر اللوني للأحجار الكريمة. تُستخدم طريقة المعالجة هذه بشكل شائع في الألماس والتوباز والكريستال وغيرها. وغالباً ما يكون طلاء الألماس عبارة عن طبقة رقيقة جداً من الألماس الاصطناعي فوق الألماس؛ ونظراً لبريقه القوي وصلابته العالية، فإنه يبدو مشابهاً جداً للألماس. وغالباً ما يتم طلاء طبقة من طبقة من أكسيد المعدن على التوباز أو البلورات ذات الألوان الفاتحة (الشكل 4-5)، والتي لها مظهر يشبه قوس قزح على السطح. ومع ذلك، يمكن رؤية الخدوش تحت التكبير، ومع مرور الوقت، قد يتقشر السطح جزئياً.
3. فرط النمو
يشير النمو الزائد إلى طبقة من الأحجار الكريمة التي تنمو على سطح حجر كريم اصطناعي أو طبيعي باستخدام طرق اصطناعية. يمكن أن تتفاوت سماكة هذه الأحجار الكريمة المفرطة النمو. وليس من السهل تمييزها بدقة عن الأحجار الكريمة المزروعة في محاليل مائية. على سبيل المثال، يمكن أن تنمو طبقة من الزمرد الاصطناعي على قطعة من الزمرد أو البريل، مما يُظهر خصائص كل من الزمرد الطبيعي والاصطناعي. عند تحديد الأحجار الكريمة التي تنمو في المحاليل المائية، ينبغي للمرء أن يلاحظ منطقة التقاطع واختلافات اللون وخصائص التضمين بين الطبقات العليا والسفلى من الأحجار الكريمة.
4. الطبقة البينية والركيزة
إن إنتريتم ربط الطبقة والركيزة معاً باستخدام طرق مختلفة لتشكيل حجر كريم كامل، مما يعزز مظهر الأحجار الكريمة الطبيعية ولونها ومظهرها. تُستخدم الطبقة السفلية بشكل أساسي لتحسين لون الأحجار الكريمة الفاتحة، مثل الألماس ذي الصبغة الصفراء؛ ويمكن أن تؤدي إضافة طبقة من الطبقة السفلية الزرقاء في الأسفل إلى تحسين درجة لون الألماس. تُستخدم الطبقة بشكل عام في الأحجار المركبة المكونة من ثلاث طبقات؛ على سبيل المثال، تكون الطبقة العليا من الزمرد الأخضر الفاتح الطبيعي، والطبقة السفلى من البريل عديم اللون أو الأخضر الفاتح، مع وجود طبقة خضراء في الوسط، مما يعزز لون الزمرد.
5. مركب
المُركّب هو مزيج من عدة أحجار كريمة أو مواد بطرق مختلفة. تشمل الأحجار المركبة الشائعة الأحجار المركبة المكونة من طبقتين وثلاث طبقات. والمركب هو طريقة تحسين فيزيائية شائعة وتستخدم على نطاق واسع. من خلال المعالجة المركبة، يمكن تحسين لون ومظهر الأحجار الكريمة. تشمل الأحجار الكريمة المركبة الشائعة الزمرد والياقوت والعقيق والأوبال والألماس وغيرها (الشكل 4-6). يستخدم تحديد الأحجار الكريمة المركبة بشكل أساسي الفحص المكبّر، مع الانتباه إلى الطبقات المركبة في الأحجار الكريمة، واختلافات اللون واللمعان بين الطبقات المختلفة، والفقاعات بين الطبقات المركبة.
القسم III طريقة المعالجة الحرارية
المعالجة الحرارية هي إحدى الطرق الأكثر استخداماً لتحسين الأحجار الكريمة. يتم وضع الأحجار الكريمة في معدات يمكنها التحكم في التسخين، مع اختيار درجات حرارة تسخين مختلفة وأجواء مختلفة للتقليل من الأكسدة والاختزال للمعالجة الحرارية، مما يحسن لون الأحجار الكريمة وشفافيتها ووضوحها. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية القيمة الجمالية والاقتصادية للأحجار الكريمة، وتكشف عن الجمال الكامن بداخلها، مما يجعلها طريقة سهلة التشغيل ومقبولة على نطاق واسع لتحسين الأحجار الكريمة، وتصنف على أنها تحسين. ويمكن تسميتها مباشرةً باستخدام اسم الجوهرة الطبيعية في تسميات الأحجار الكريمة.
1. معدات المعالجة الحرارية
لإجراء المعالجة الحرارية على الأحجار الكريمة، يلزم أولاً استخدام معدات معينة لتسخين الأحجار الكريمة. واستناداً إلى دورها في المعالجة الحرارية، يمكن تقسيم معدات المعالجة الحرارية إلى قسمين رئيسيين: المعدات الأولية والمعدات المساعدة.
1.1 المعدات الأساسية
المعدات الأساسية للمعالجة الحرارية هي معدات التسخين، والتي تشمل فئتين: أفران المعالجة الحرارية وأجهزة التسخين. تشمل أفران المعالجة الحرارية شائعة الاستخدام في المختبرات أفران المعالجة الحرارية العادية (أفران المقاومة، أفران الملح، أفران الوقود)، أفران الغلاف الجوي المتحكم فيه، وأفران المعالجة الحرارية بالتفريغ. تشمل أجهزة التسخين أجهزة التسخين بالليزر وأجهزة التسخين بالحزمة الإلكترونية.
وتشمل المعدات المساعدة أجهزة التحكم في الغلاف الجوي (مولدات الغاز، وأجهزة تحلل الأمونيا، وأنظمة التفريغ، وما إلى ذلك)، ومعدات الطاقة (خزانات التوزيع، والمنافيخ، وما إلى ذلك)، وأجهزة القياس (أجهزة قياس درجة الحرارة، وأجهزة قياس الضغط، وأجهزة قياس التدفق، وأجهزة التحكم الآلي، وما إلى ذلك)، وكذلك البوتقات ومعدات تبريد التنظيف، وما إلى ذلك.
(1) فرن المعالجة الحرارية العادي
تشير أفران المعالجة الحرارية العادية بشكل أساسي إلى أفران المقاومة، وأفران صهر الملح، وأفران الوقود، وما إلى ذلك، والتي تستخدم عادة في المعالجة الحرارية.
① فرن المقاومة
يشتمل فرن المقاومة على عناصر تسخين (أسلاك، كربيد السيليكون، سيليبدينوم السيليدين، أكسيد الكوبالت، إلخ). الأنواع الشائعة الاستخدام في المختبرات هي الأفران الصندوقية والأفران الأنبوبية.
- فرن المقاومة من النوع الصندوقي: يحتوي فرن المقاومة من النوع الصندوقي على حجرة على شكل صندوق (الشكل 4-7)، مصنفة إلى درجة حرارة عالية ودرجة حرارة متوسطة ودرجة حرارة منخفضة على أساس درجة حرارة العمل. تم توحيد أفران المقاومة من النوع الصندوقي المصنعة في بلدنا، باستثناء التطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة حيث يتم استخدام صناديق مختلفة ذات درجة حرارة ثابتة بدلاً من ذلك.
يُستخدم فرن المقاومة الصندوقي ذو درجة الحرارة العالية بشكل أساسي لتحسين لون الأحجار الكريمة ذات درجة الانصهار العالية مثل الياقوت والياقوت والياقوت الأزرق والزركون، مع درجة حرارة تسخين عامة أعلى من 1000 درجة مئوية.
غالبًا ما يُستخدم الفرن الصندوقي متوسط الحرارة لمعالجة الأحجار الكريمة مثل الياقوت والتوباز والكريستال والتنزانيت التي تتطلب تعديل اللون بدرجة حرارة متوسطة ومنخفضة، حيث تتراوح درجة حرارة المعالجة الحرارية عادةً من 650 درجة مئوية إلى 1000 درجة مئوية.
يُستخدم فرن المعالجة الحرارية في درجات الحرارة المنخفضة بشكل أساسي للأحجار الكريمة العضوية والأحجار الكريمة التي تحتوي على الماء في بنيتها، مثل اللؤلؤ والمرجان والأوبال وغيرها.
يتميز فرن المقاومة من النوع الصندوقي بهيكل بسيط، وسهل التشغيل، ومنخفض التكلفة، مما يجعله جهازًا أساسيًا في المختبرات. وتتمثل مزايا فرن المقاومة من النوع الصندوقي في درجة حرارة التسخين العالية، والمساحة الداخلية الكبيرة، والقدرة على استيعاب عينات متعددة في وقت واحد. ومع ذلك، فإن هذا النوع من أفران المعالجة الحرارية له عيوب مثل الكفاءة الحرارية المنخفضة والتسخين البطيء ودرجة حرارة الفرن غير المتساوية، والتي تحتاج إلى تحسين أثناء التشغيل. على سبيل المثال، يمكن تحديد درجة حرارة الفرن غير المتساوية مسبقًا عن طريق قياس المجال الحراري ووضع العينات في مواقع درجة حرارة محددة للتغلب على درجة الحرارة غير المتساوية.
- فرن المقاومة الأنبوبية: يستخدم فرن المقاومة الأنبوبية بشكل عام سلك مقاومة ذو طبقات حول مواد حرارية عالية الحرارة (عادةً أنابيب الألومينا 99%) ويمكنه التحكم في درجة الحرارة في قطاعات. ويمكنه أيضًا استخدام قضبان كربيد السيليكون كعناصر تسخين مرتبة في دائرة حول أنبوب الألومينا. ويمكن لفرن المقاومة الأنبوبية أن يتحكم في الغلاف الجوي، حيث يعزل عنصر التسخين عن جو الفرن بغلاف، مما يسمح بإدخال أجواء مختلفة (مثل الأجواء المؤكسدة أو المختزلة) حسب الحاجة، مع طرد الغازات العادمة من خلال فتحات العادم على غطاء الفرن (الشكل 4-8).
تتمثل مزايا فرن المقاومة الأنبوبية في سرعة التسخين السريع والتحكم في درجة الحرارة المجزأة والتحكم الدقيق في درجة الحرارة؛ أما عيوبه فتتمثل في قدرته على التعامل مع كمية أقل من العينات وعدم سهولة استخلاصها.
② فرن صهر الملح:
فرن صهر الملح عبارة عن جهاز معالجة حرارية يستخدم الملح المنصهر كوسيط تسخين، ويتميز بهيكله البسيط وسرعة تسخين سريعة وموحدة. تتراوح درجة حرارة انصهار الملح في فرن صهر الملح من 150 ~ 1300 ℃، اعتمادًا على تركيبة محلول الملح، مما يسمح عمومًا بمدى درجة حرارة تسخين مناسب للمعالجة الحرارية للأحجار الكريمة في درجات الحرارة المنخفضة والمتوسطة. تتمثل العيوب في الاستهلاك العالي للطاقة، وصعوبة تنظيف العينات بعد المعالجة، وبعض التأثيرات المسببة للتآكل والتلوث على الأحجار الكريمة. تشمل الأنواع الشائعة من أفران صهر الملح النوع الكهربائي ونوع التسخين الكهربائي.
- فرن صهر الملح الكهربائي: يقوم هذا الفرن الكهربائي بإدخال أقطاب كهربائية في حجرة الفرن ويمرر تيارًا عالي الجهد المنخفض، مما يولد دورانًا كهرومغناطيسيًا قويًا عندما يتدفق التيار عبر الملح المنصهر، مما يعزز دوران الملح المنصهر لتسخين العينة. أفران صهر الملح المنصهر في بلدنا هي في الغالب أفران كبيرة للإنتاج الصناعي وغير مناسبة للمختبرات. وفي المختبرات، يمكن تصميم أفران صغيرة في المختبرات باستخدام محولات أفران صهر الملح المنتجة على التوالي.
- فرن صهر الملح بالتسخين الكهربائي: يتكون هذا الفرن من بوتقة تحتوي على ملح منصهر وجسم فرن يقوم بتسخين البوتقة. وغالباً ما يكون مصدر الحرارة هو الطاقة الكهربائية، ولكن يتم استخدام أنواع أخرى من الوقود أيضاً. ويُستخدم عادةً في المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة ذاتية اللون الناتجة عن المكونات الكيميائية. وتشمل خصائصه عدم وجود قيود على مصدر الحرارة وعدم الحاجة إلى محولات، ولكن العمر الافتراضي للبوتقة منخفض، وتوزيع درجة الحرارة داخل الفرن غير متساوٍ. يتم إنتاج العديد من النماذج من هذا النوع من الأفران في بلدنا، ولكن بعضها فقط مناسب لمختبرات المعالجة الأمثل للأحجار الكريمة.
③ أفران الوقود:
يمكن تصنيف أفران الوقود إلى أفران الوقود الصلب، وأفران الوقود الغازي، وأفران الوقود السائل بناءً على نوع الوقود المستخدم. وفقًا لشكل حجرة التسخين، يمكن أيضًا تقسيمها إلى أفران غرفة، وأفران طاولة، وأفران من نوع البئر، إلخ. فرن الوقود الصلب الأكثر شيوعًا هو فرن الحجرة الذي يعمل بالوقود الصلب، مع استخدام الفحم كوقود رئيسي. وتتمثل مزاياه في الهيكل البسيط والتكلفة المنخفضة؛ أما عيوبه فهي ضعف توحيد درجة الحرارة وصعوبة التحكم في درجة الحرارة.
تستخدم أفران الوقود الغازي الغازية الغازات القابلة للاحتراق (مثل غاز الفحم والغاز الطبيعي وغاز البترول المسال، إلخ) كوقود. ونظرًا لأن الغازات القابلة للاحتراق تختلط بسهولة مع الهواء وتحترق تمامًا، تكون درجة حرارة الفرن أكثر اتساقًا من أفران الوقود الصلب، مما يجعلها مناسبة للمعالجة الروتينية للأحجار الكريمة في المختبر. ومع ذلك، يمكن تحسين دقة قياس درجة الحرارة داخل الفرن.
تستخدم أفران الوقود السائل الديزل أو الزيت الثقيل كوقود، وهيكلها مشابه لأفران الغاز. والفرق الوحيد بين الاثنين هو في هيكل جهاز الاحتراق.
(2) فرن الغلاف الجوي المتحكم فيه
يتم حقن الأكسجين أو الغاز المختزل في فرن الغلاف الجوي المتحكم فيه لتحسين لون ومظهر الأحجار الكريمة من خلال التحكم في الأكسدة أو الغلاف الجوي المختزل. يتألف فرن الغلاف الجوي المتحكم فيه عادةً من جزأين: فرن العمل في الغلاف الجوي المتحكم فيه وجهاز توليد الغلاف الجوي المتحكم فيه.
① فرن عمل في جو متحكم فيه:
هذا النوع من الأفران هو بشكل عام نسخة محسنة من فرن المقاومة، ويمكن استخدام كل من الأفران من النوع الصندوقي والأنبوبي كأفران ذات جو قابل للتحكم. يمكن تشكيل فرن الغلاف الجوي المتحكم به عن طريق إضافة ملحق غلاف جوي قابل للتحكم يسمح بدخول الغاز إلى حجرة الفرن وإغلاقه في فرن المقاومة. ويستخدم عادةً للتحكم في جو المعالجة الحرارية، مثل الأكسدة أو الاختزال أو المحايدة. وتشمل غازات الأكسدة التي يتم إدخالها بشكل عام الأكسجين والهواء وما إلى ذلك؛ وتشمل غازات الاختزال بشكل عام H2، CO، N2CH4إلخ، وبعض هذه الغازات قابلة للاشتعال، لذا يجب توخي مزيد من الحذر أثناء التشغيل. لمنع الانفجارات، فإن أفضل طريقة هي تطهير حجرة الفرن بغاز N2 (أو ثاني أكسيد الكربون2) الغازات قبل إدخال الغاز أو إغلاق الفرن، حيث تكون كمية الغاز التي يتم إدخالها بشكل عام 4 إلى 5 أضعاف حجم حجرة الفرن. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الغاز الذي يتم إدخاله في بعض الأحيان على نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون، والذي يمكن أن يسمم المشغلين بسهولة، لذلك من المهم ضمان التهوية الجيدة والتحقق بانتظام من إحكام إغلاق جسم الفرن وخطوط الأنابيب. يجب إشعال غاز النفايات المفرغ أو إطلاقه في الهواء الطلق.
② جهاز توليد جو متحكم فيه
- جهاز توليد الغلاف الجوي المخفض (المعروف أيضاً باسم مولد الغلاف الجوي الماص للحرارة): يمزج هذا الجهاز الغازات الخام (الغاز الطبيعي، غاز البترول المسال، غاز الفحم، إلخ) مع الهواء بنسبة معينة. وتحت تأثير مصدر حراري خارجي ومحفز، يتم إنتاجه من خلال احتراق غير كامل وسلسلة من التفاعلات. الغاز المتولد هو جو مختزل جيد يتم التحكم فيه بشكل صارم ومستقر، ولكن هيكل المعدات معقد، والتكلفة مرتفعة نسبيًا.
- مولد تحلل الأمونيا: في عملية المعالجة الحرارية، يجب إدخال أجواء مختلفة وفقًا لأسباب تكوين لون الأحجار الكريمة، مثل الجو المؤكسد والجو المختزل، وما إلى ذلك. يتم تحقيق الجو المختزل شائع الاستخدام من خلال مولد تحلل الأمونيا.
يتم توليد جو مختزل باستخدام جهاز يحلل غاز الأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين، كما هو موضح في الشكل 4-9. تتدفق الأمونيا السائلة من زجاجة الأمونيا إلى جهاز التبخير 1، حيث يتم تسخينها وتبخيرها، ثم تدخل إلى خزان التفاعل 2، حيث تتحلل تحت درجة حرارة عالية وبفعل عامل حفاز. يتم تنقية غاز تحلل الأمونيا المبرد في جهاز التنقية 3، حيث تتم إزالة الأكسجين المتبقي وبخار الماء ويمكن بعد ذلك إدخاله في فرن المعالجة الحرارية للاستخدام. الغاز بعد التحلل H2:N2 هو 3:1، وهو جو مختزل.
(3) فرن المعالجة الحرارية بالتفريغ
المعالجة الحرارية بالتفريغ هي طريقة معالجة حرارية حيث تحدث عملية التسخين أو التبريد للعينة في حالة فراغ (ضغط سلبي)، ويسمى الفرن المستخدم لهذه المعالجة فرن المعالجة الحرارية بالتفريغ.
وتستخدم المعالجة الحرارية بالتفريغ في ظروف المعالجة الحرارية الخاصة، مثل معالجة الزركونيا المكعبة السوداء، كما أن درجة الحرارة في فرن التفريغ مرتفعة نسبيًا. ونظرًا للمخاوف بشأن أكسدة العناصر غير المسخنة، يمكن استخدام المعادن عالية الحرارة مثل الألومنيوم والولفرام والتنتالوم ومنتجات الجرافيت كعناصر تسخين. ومع ذلك، فهي أقل استخدامًا في عمليات تحسين الأحجار الكريمة من أفران الغلاف الجوي الخاضعة للتحكم.
(4) جهاز المعالجة الحرارية بالليزر وشعاع الإلكترون
تطورت تقنيات المعالجة الحرارية بالليزر والحزمة الإلكترونية في السنوات الأخيرة. وتتميز هذه التقنيات بسرعة التسخين السريع ودرجة الحرارة العالية وعدم التأكسد، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للمعالجة الحرارية الموضعية. ومع ذلك، وبسبب التسخين غير المتكافئ لهذه المعدات ومعدل التبريد السريع والتكاليف الاستثمارية العالية، فإنها تستخدم بشكل أقل في المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة، وغالباً ما يتم تطبيقها لمعالجة الشوائب الداكنة في الماس.
تشير حزمة الإلكترونات إلى حزمة عالية الكثافة من الطاقة من الإلكترونات المنبعثة من خيوط الكاثود المسخنة، والتي يتم تسريعها بواسطة "أنود"، وتركيزها بواسطة عدسة مغناطيسية. عندما تلامس هذه الحزمة الإلكترونية سطح العينة، فإنها تحول طاقة الإلكترونات على الفور إلى طاقة حرارية، مما يؤدي إلى تسخين العينة وحتى صهر المعادن. ويسمى الجهاز الذي يولد شعاع الإلكترون مدفع شعاع الإلكترون. ويُستخدم هذا الجهاز عموماً في التعزيز الموضعي للمعالجة الحرارية للأحجار الكريمة.
1.2 الأدوات والأجهزة المساعدة للمعالجة الحرارية
(1) المزدوجة الحرارية
المزدوجات الحرارية هي عناصر استشعار درجة الحرارة الأكثر استخدامًا في قياس درجة الحرارة. وهي ذات بنية بسيطة، وسهلة الاستخدام، وتتمتع بدقة وثبات عاليين، ولها نطاق واسع لقياس درجة الحرارة، وتلعب دورًا مهمًا في قياس درجة الحرارة.
① مبدأ قياس المزدوجة الحرارية:
وهي تتضمن توصيل سلكين معدنيين (A وB) بتركيبات كيميائية مختلفة لتكوين حلقة مغلقة، وهي عبارة عن مزدوجة حرارية. عندما تختلف درجات الحرارة عند تقاطعي هذين السلكين، تتولد قوة دافعة كهربائية، تُعرف باسم الجهد الكهروحراري في الدائرة.
ويرتبط مقدار الجهد الكهروحراري للمزدوجة الحرارية بخصائص مادة الموصلات ودرجات الحرارة عند الوصلتين. عندما تكون مادة الموصل ثابتة، كلما زاد الفرق في درجة الحرارة بين الوصلتين، زاد الجهد الكهروحراري الحراري. يمكن قياس درجة الحرارة بقياس مقدار الجهد الكهروحراري الحراري.
② هيكل المزدوجات الحرارية وأنواعها:
تتألف المزدوجة الحرارية من سلكين موصلين مختلفين، A وB، يُطلق عليهما اسم القطبين الحراريين. ويسمى الطرف الملحوم الطرف العامل، ويعرف أيضًا بالطرف الساخن، ويوضع في الوسط المقيس؛ ويسمى الطرف الآخر الطرف المرجعي، ويعرف أيضًا بالطرف الحر أو البارد، ويتم توصيله بالأداة.
عندما تختلف درجات حرارة الطرف الساخن والبارد، يمكن الإشارة إلى الجهد الكهروحراري الذي تولده المزدوجة الحرارية أو تسجيله بواسطة الجهاز وفقًا لمقياس درجة الحرارة. يظهر رسم تخطيطي للمزدوجة الحرارية في الشكل 4-10.
ويغطى السلكان المزدوجان الحراريان بأنابيب عازلة لمنع حدوث ماس كهربائي قصير، وهما محميّان بأنابيب من السيراميك أو أنابيب فولاذية مقاومة للحرارة لمنع التآكل من المواد الضارة. يظهر هيكل المزدوجة الحرارية في الشكل 4-11.
الشكل 4-11 هيكل المزدوجة الحرارية
1-الأسلاك المزدوجة الحرارية؛ 2-الأنبوب العازل؛ 3-الأنبوب الواقي؛ 4-صندوق التوصيل؛ 5-سلك الرصاص المعوض
③ سلك تعويض المزدوجة الحرارية:
لا يمكن للجهد الحراري الكهروحراري الناتج عن المزدوج الحراري أن يعكس درجة الحرارة في الطرف الساخن مباشرةً إلا عندما يكون الطرف البارد عند 0 ℃.
ومع ذلك، في الاستخدام العملي للمزدوجات الحرارية، نظرًا للحرارة التي تجريها المزدوجة الحرارية نفسها وتأثير درجة حرارة البيئة المحيطة، غالبًا ما تختلف درجة حرارة الطرف البارد، مما يؤدي إلى قراءات غير دقيقة لدرجة الحرارة بواسطة أداة القياس.
للتغلب على هذا التأثير، غالبًا ما يتم استخدام أسلاك التعويض لتمديد الطرف البارد للمزدوجة الحرارية إلى موقع بدرجة حرارة أكثر ثباتًا، مما يسمح باتخاذ تدابير تعويضية.
أسلاك التعويض عبارة عن زوج من الأسلاك المعدنية بتركيبات كيميائية مختلفة. ولها نفس الخصائص الكهروحرارية مثل المزدوجة الحرارية التي تتصل بها في نطاق 0-100 ℃ ولكنها أرخص بكثير. يظهر توصيل أسلاك التعويض في الشكل 4-12.
تكون أسلاك التعويض ثنائية النواة أو أحادية الخيط أو متعددة الخيوط، وتميز الألوان المختلفة طبقات العزل الداخلية للإشارة إلى القطبية الموجبة والسالبة. عند الاستخدام، تجدر الإشارة إلى أن المزدوجات الحرارية المختلفة يجب أن تستخدم أسلاك التعويض المقابلة للتوصيل؛ يجب الحفاظ على درجة الحرارة في نهايات التوصيل لسلك التعويض والمزدوجة الحرارية أقل من 100 ℃؛ يجب أن يظل الطرف البارد الجديد الممتد عبر سلك التعويض معوضًا باستخدام طرق مثل درجة الحرارة الثابتة أو الحساب؛ يجب توصيل الطرف الموجب لسلك التعويض بالطرف الموجب للمزدوجة الحرارية، والطرف السالب بالطرف السالب، لتجنب التوصيلات غير الصحيحة.
(2) موازين الحرارة الإشعاعية وموازين الحرارة الضوئية
① ميزان الحرارة الإشعاعي:
يتكون مقياس الحرارة الإشعاعي من مستشعر درجة حرارة الإشعاع وأداة عرض. أثناء الاستخدام، يجب أن تغطي صورة الجسم المقاس التي تُرى من خلال العدسة العينية الثرموبيل الحراري بالكامل [الشكل 4-13 (أ)] لضمان أن يستقبل الثرموبيل الحراري الطاقة الحرارية المشعة من الجسم المقاس بشكل كافٍ. إذا كانت صورة الجسم المقاس صغيرة جدًا أو منحرفة جدًا، فإن القيمة المقاسة ستكون أقل من القيمة الفعلية.
② البيرومتر البصري:
البيرومتر الضوئي هو أداة محمولة لقياس درجة الحرارة. والنوع الشائع الاستخدام هو البيرومتر الضوئي ذو الفتيل المنقرض. وهو يعمل على مبدأ وجود علاقة تناظرية بين سطوع الجسم المتوهج ودرجة حرارته، باستخدام طريقة مقارنة السطوع لقياس درجة الحرارة.
عند الاستخدام، صوِّب البيروميتر نحو الجسم المقيس وحرك العدسة ذهابًا وإيابًا. قارن سطوع الفتيل حتى يصبح سطوع الفتيل هو نفس سطوع الجسم المقيس؛ أي أن صورة الفتيل تختفي في صورة الجسم المقيس [الشكل 4-14 (ب)]، ثم يمكن الحصول على درجة حرارة الجسم المقيس، ودرجة الحرارة المشار إليها بالدرجة الفورية.
الشكل 4-14 حالة تصويب البيرومتر الضوئي (وو رويوا، 1994)
(أ) إذا كان الجسم المقيس أكثر سطوعًا من الفتيل، تكون درجة الحرارة المشار إليها منخفضة؛ (ج) إذا كان الجسم المقيس أغمق من الفتيل، تكون درجة الحرارة المشار إليها مرتفعة.
(3) البوتقة
البوتقات هي حاويات شائعة الاستخدام في عملية المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة. ونظراً لأن الأحجار الكريمة المعالجة بالحرارة غالباً ما تكتمل في درجات حرارة أعلى وتتلامس مباشرة مع البوتقة، فإن اختيار البوتقة يعد عاملاً حاسماً لنجاح المعالجة الحرارية. أثناء عملية المعالجة الحرارية، يجب أن يستوفي اختيار البوتقة الشروط التالية:
① يجب أن تتمتع مادة البوتقة بالقوة الكافية في درجات حرارة العمل ويجب ألا تتطور إلى تشققات على مدى فترات طويلة في درجات الحرارة العالية.
② في ظل أجواء العمل، يجب أن تكون مادة البوتقة مستقرة تمامًا فيما يتعلق بالأحجار الكريمة. ويجب ألا تتفاعل كيميائياً معها، ويجب إيلاء اهتمام خاص لنقاء مادة البوتقة لتجنب إدخال شوائب ضارة في بلورات الأحجار الكريمة.
③ يجب أن تكون مادة البوتقة ذات مسامية منخفضة وكثافة عالية للحفاظ على ضغط معين بعد إغلاق البوتقة.
④ نظرًا لأن البوتقات هي حاويات شائعة الاستخدام في المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة، يجب أن تكون مادة البوتقة سهلة المعالجة وغير مكلفة.
نسخ الكتابة على مجوهرات سوبلينج - مصنع مجوهرات حسب الطلب، مصنع مجوهرات OEM و ODM
2. مبادئ المعالجة الحرارية لتحسين الأحجار الكريمة
يمكن أن يؤدي تسخين الأحجار الكريمة الطبيعية في درجات حرارة معينة إلى تحسين لونها وشفافيتها ومظهرها. ويرجع السبب في ذلك بشكل أساسي إلى أنه من خلال المعالجة الحرارية، تتغير بنية الأحجار الكريمة وتكوينها، مما يعزز خصائص مظهرها ويزيد من قيمتها الجمالية والاقتصادية. لذلك، لفهم التغيرات التي تطرأ على خصائص مظهر الأحجار الكريمة، من الضروري تحليل المبادئ التي تحسّن المعالجة الحرارية من خلالها الأحجار الكريمة.
التسخين هو عملية الاستفادة من إمكانات الأحجار الكريمة وتعظيم الجمال الكامن فيها. ليس للأحجار الكريمة المعالجة أي اختلافات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية مقارنةً بالأحجار الكريمة الطبيعية. والمبدأ هو أن التسخين يسبب تغيرات في محتوى وحالة تكافؤ الأيونات الملونة الموجودة داخل الأحجار الكريمة، أو يخلق بعض العيوب الهيكلية التي تؤدي إلى تغيرات في الخصائص الفيزيائية للأحجار الكريمة، مثل اللون والشفافية.
معظم الأحجار الكريمة التي تحتوي على شوائب العناصر النزرة يتغير لونها أو شفافيتها بعد المعالجة الحرارية. إن المعدات المستخدمة عادةً في المعالجة الحرارية بسيطة وسهلة التشغيل، وهي مناسبة لمعظم الأحجار الكريمة ذات الألوان اللونية الكاملة، مثل الياقوت والياقوت والزمرد والتورمالين والزركون واليشم والعقيق. تنطبق هذه الطريقة على الأحجار الكريمة التي يكون لونها ناتجاً عن مكونات العناصر الانتقالية أو شوائب العناصر الانتقالية، وهي مناسبة أيضاً للأحجار الكريمة التي تحدث تغيرات لونية بسبب انتقال الشحنة. كما يمكن أن يتغير لون الأحجار الكريمة العضوية وشفافيتها من خلال المعالجة الحرارية؛ على سبيل المثال، يمكن أن يصبح الكهرمان شفافاً وشفافاً بعد المعالجة الحرارية عن طريق إزالة الفقاعات الداخلية.
وفقاً للخصائص الفيزيائية والكيميائية للأحجار الكريمة وآليات تلوينها، تتلخص مبادئ الأحجار الكريمة المعالجة عادةً على النحو التالي
(1) تغيير محتوى أو حالة تكافؤ أيونات الكروموفور في الأحجار الكريمة من خلال المعالجة الحرارية
وتتبع أيونات الشوائب، وتلوين بعض الأحجار الكريمة، واستخدام المعالجة الحرارية لأكسدة الكاتيونات منخفضة التكافؤ في الأحجار الكريمة إلى كاتيونات عالية التكافؤ، مما يؤدي إلى تغيير لون الأحجار الكريمة. على سبيل المثال، يتم تلوين العقيق الأحمر في المقام الأول بواسطة الحديد3+. من خلال المعالجة الحرارية 2+ في العقيق يمكن أن يتأكسد إلى حمض الحديد3+مما يزيد من محتوى ونسبة أيونات الحديد ثلاثي التكافؤ، وبالتالي يعزز اللون الأحمر للعقيق. وتقوّي المعالجة الحرارية للياقوت والجاديت الأحمر أيضاً لون الأحجار الكريمة من خلال هذا المبدأ. ويمكن أيضاً إزالة درجة اللون الأخضر من الزبرجد ذي اللون الأخضر من خلال المعالجة الحرارية، مما يعزز درجة اللون الأزرق للزبرجد. ويبين الشكل 4-15 أن الزبرجد (أ) يتسم بلون أزرق أعمق بكثير ولون أخضر أضعف بعد المعالجة الحرارية.
(2) تغيير تركيبة الأحجار الكريمة العضوية من خلال المعالجة الحرارية
بالنسبة للأحجار الكريمة العضوية مثل اللؤلؤ والعاج والمرجان والكهرمان، يمكن أن تؤدي المعالجة الحرارية إلى أكسدة المادة العضوية داخلها. وإذا كانت درجة الحرارة مرتفعة للغاية، يمكن أن ينتج عنها تلوين أسود، مما يؤدي إلى ظاهرة "كربنة" المادة العضوية. يمكن لهذا النوع من المعالجة الحرارية أن يحاكي "اليشم القديم" في صناعة الأحجار الكريمة، والمعروف باسم معالجة "الشيخوخة"، وغالباً ما يُطلق عليه اسم "التحميص اللوني"، وغالباً ما يُستخدم في الكهرمان والمرجان وغيرهما.
(3) تنتج المعالجة الحرارية (3) مراكز اللون
يرجع لون بعض الأحجار الكريمة بشكل أساسي إلى مراكز الألوان. يمكن للأحجار الكريمة أن تنتج مراكز لونية تمتصّ بعض الضوء وتولّد لوناً معيناً عن طريق المعالجة الحرارية. وعادة ما يتم تطبيق المعالجة الحرارية بعد معالجة الأحجار الكريمة بالإشعاع لإزالة مراكز الألوان غير المستقرة والاحتفاظ بالمراكز اللونية المستقرة. على سبيل المثال، يزيل التوباز المعالج بالحرارة مراكز اللون البني غير المستقرة مع الحفاظ على المراكز اللونية الزرقاء المستقرة. ويمكن تحقيق هدف تحسين لون الأحجار الكريمة من خلال إتقان درجة حرارة التسخين ومدة المعالجة الحرارية. كما أن تحول الجمشت إلى اللون الأصفر أو الأخضر وتحول الكوارتز الدخاني إلى اللون الأصفر والأخضر أو عديم اللون هي أيضاً نتائج استخدام المعالجة الحرارية لتغيير مراكز اللون.
(4) تسبب المعالجة الحرارية تغيرات لونية في الأحجار الكريمة المائية بسبب تأثيرات الجفاف
تحتوي بعض الأحجار الكريمة على ماء ممتز وماء هيكلي. يمكن لبعض الأحجار الكريمة تحسين لونها أثناء المعالجة الحرارية دون الإضرار بالماء الهيكلي. على سبيل المثال، يحتوي البريل على ماء هيكلي، ويمكن تحويل البريل البرتقالي الأصفر الذي يحتوي على الحديد والمنغنيز إلى بريل وردي جميل من خلال المعالجة الحرارية. يحتوي الأوبال على الماء الهيكلي، وإذا تم تسخين الأوبال إلى حوالي 300 درجة مئوية، سيختفي تأثير تغير اللون بسبب فقدان الماء. يفقد عين النمر الماء الهيكلي من خلال المعالجة الحرارية، مما ينتج عنه ألوان بنية عميقة أو بنية مائلة إلى الحمرة.
(5) تسبب المعالجة الحرارية تغيرات في البنية البلورية
يمكن أن تؤدي المعالجة الحرارية إلى إعادة تنظيم البنية الداخلية للبلورات، مما يحسّن من تبلورها وبالتالي يؤثر على لون البلورات. تشمل الأنواع الشائعة من الزركون الزركون من النوع المنخفض والزركون من النوع المتوسط والزركون من النوع العالي. من خلال المعالجة الحرارية، يمكن تحويل الزركون من النوع المنخفض إلى زركون من النوع المتوسط، ويمكن تحويل الزركون من النوع المتوسط إلى زركون من النوع العالي، إلخ. وفي الوقت نفسه، سيتغير لون البلورات أيضًا؛ ففي ظل الأجواء المختلفة، يمكن أن تتحول إلى ألوان مختلفة. على سبيل المثال، في ظل الظروف المخفضة، يمكن للمعالجة الحرارية أن تحسّن الزركون الأحمر المائل إلى البني وتحوله إلى زركون عديم اللون.
(6) تعمل المعالجة الحرارية على تحسين الشوائب الشبيهة بالحرير وتأثير ضوء النجوم في الأحجار الكريمة
تحتوي الأحجار الكريمة الشائعة، مثل الياقوت، على أيونات التيتانيوم في صورة الروتيل (TiO2)، والذي ينتج عنه تأثير الحرير الأبيض أو تأثير النجوم. يتم التحكم في تكوين الروتيل من خلال الظروف الجيولوجية عندما تشكل الحجر الكريم. وفي بعض أحجار الياقوت الطبيعي، يكون توزيع الخطوط النجمية غير متساوٍ، ويكون التأثير النجمي ضعيفاً. من خلال المعالجة الحرارية، يمكن إذابة الروتيل في الياقوت وإعادة ترتيبه، وبالتالي تحسين تأثير ضوء النجوم في الأحجار الكريمة الطبيعية. ويتم أيضاً إنتاج تأثير ضوء النجوم في الأحجار الكريمة الاصطناعية باستخدام هذا المبدأ.
3. شروط المعالجة الحرارية
أثناء عملية المعالجة الحرارية، من الضروري إتقان عوامل مختلفة مثل سرعة التسخين، وأعلى درجة حرارة يتم الوصول إليها في ظل الظروف التجريبية، وزمن الاحتفاظ، وسرعة التبريد، والجو والضغط داخل فرن التسخين. يجب النظر في هذه الشروط بشكل شامل.
(1) سرعة التسخين إلى درجة حرارة أعلى
نظرًا لضعف التوصيل الحراري لمعظم الأحجار الكريمة، يمكن أن تكون سرعة التسخين أثناء المعالجة الحرارية بطيئة بعض الشيء لتجنب التشققات الناجمة عن اختلاف كبير في درجة الحرارة بين داخل الحجر الكريم وخارجه. إذا كانت سرعة التسخين مرسومة على شكل منحنى، فإنها تمثل منحنى تسخين الحجر الكريم المعالج، وهو ما يتطلب سلاسة في التسخين، مما يعني أن معظم التسخين يجب أن يتم ببطء لمنع الحجر الكريم من التشقق.
(2) أعلى درجة حرارة يتم الوصول إليها أثناء المعالجة الحرارية
إن أعلى درجة حرارة يتم الوصول إليها أثناء المعالجة الحرارية هي أقصى درجة حرارة يمكن أن تحسن لون أو شفافية الحجر الكريم، وهي أيضاً درجة الحرارة المثلى لتغيير لون أو شفافية الحجر الكريم المعالج. وهذا هو الشرط الأهم الذي يجب استكشافه بشكل متكرر.
(3) وقت الانتظار
الوقت الذي يتم خلاله الحفاظ على الجوهرة في أعلى درجة حرارة، ويشار إليه عادةً بوقت الاحتفاظ، مع منحنى درجة حرارة مستقيم وثابت لدرجة الحرارة. ولضمان ثبات الجوهرة الكريمة بأكملها وتجانسها، غالباً ما يجب الاحتفاظ بها لفترة تسمح بحدوث تغيرات داخلية موحدة. ويجب تحديد وقت الاحتفاظ الأمثل من خلال التجارب المكثفة.
(4) منحنى التبريد
ويُعرف معدل التبريد من أعلى درجة حرارة والتدرج في درجة الحرارة التي يتم الحفاظ عليها أثناء التبريد باسم منحنى التبريد. وفي معظم الحالات، يكون التبريد بطيئاً نسبياً لمنع الجوهرة من التشقق، ولكن في بعض الأحيان تكون هناك متطلبات خاصة للتبريد السريع، مثل التخلص من الشوائب الشبيهة بالإبر في الكوراندوم؛ وقد يتطلب أحياناً الكوارتزيت واليشم السربنتيني تبريداً سريعاً لخلق أنماط تشقق قبل الصباغة.
(5) الغلاف الجوي في الفرن
يشير الغلاف الجوي في الفرن إلى التحكم في ظروف الأكسدة والاختزال أثناء عملية المعالجة الحرارية والتحميص بمكونات مفيدة. تتطلب بعض التجارب إضافة عوامل كيميائية للتحميص أو تسخين العينات المغمورة في كواشف سائلة معينة. على سبيل المثال، لإزالة اللون الأرجواني من الياقوت، من الضروري أكسدة الحديد2+ في الياقوت إلى في3+ تحت جو مؤكسد، مما يقلل من تأثير اللون الأرجواني على الياقوت؛ فعلى سبيل المثال، ينطوي حرق العقيق الأحمر على أكسدة الحديد2+ في العقيق إلى Fe3+ تحت جو مؤكسد، مما يعزز اللون الأحمر للعقيق.
(6) الضغط في الفرن
تتطلب بعض تجارب المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة التحكم في ضغط معين. على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم المعالجة الحرارية للماس ضغطًا مرتفعًا، بينما تتم المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة العادية مثل الياقوت والزبرجد والعقيق تحت ظروف الضغط العادي. وأثناء التجربة، يجب استكشاف ما إذا كان يجب استخدام الضغط العادي أو المخفض أو الضغط المرتفع، حيث تختلف ظروف الضغط المطلوبة لكل نوع من أنواع الأحجار الكريمة.
في المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة، يتم الحصول على هذه العوامل الستة من خلال الاستكشاف المتكرر في التجارب. تختلف الشروط التجريبية لكل نوع من أنواع الأحجار الكريمة. ومن بين شروط المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة، من المهم للغاية تحديد معدل التسخين، ومعدل التبريد، ودرجة الحرارة القصوى التي يتم الوصول إليها، وزمن الاحتفاظ (الشكل 4-16). يجب أن يكون كل من التسخين والتبريد أثناء عملية المعالجة الحرارية بطيئًا، وإلا فقد تحدث تشققات، مما يقلل من جودة الحجر الكريم. وغالبًا ما يمكن تحقيق المزيج الأمثل من هذه العوامل في عملية محددة.
الأحجار الكريمة المحسّنة هي مواد طبيعية من أصول مختلفة، أو تحتوي على مكونات شوائب مختلفة، أو خضعت لتاريخ مختلف. فالبيئة التاريخية والظروف الجيولوجية معقدة للغاية، وحتى الأحجار الكريمة التي تبدو متشابهة قد تكون لها طرق معالجة حرارية مختلفة جداً. وعلاوة على ذلك، يتم الحفاظ على سرية معظم عمليات المعالجة الحرارية بشكل صارم، ولا تتوفر ظروف تجريبية جاهزة؛ يجب على المرء أن يستكشف بنفسه.
فعلى سبيل المثال، يظهر الياقوت الأزرق المائل إلى الأصفر المائل إلى البني عند إخضاعه لنفس ظروف المعالجة الحرارية؛ فيتحول الياقوت القادم من هاينان إلى اللون الأزرق، بينما يتحول لون الياقوت القادم من شاندونغ إلى الأصفر المائل إلى البرتقالي. يجب إجراء التجارب تحت ظروف مختلفة لتحقيق لون معين من خلال المعالجة الحرارية. ويجب توخي الحذر مع جميع العينات لتجنب إتلاف المادة.
لمنع الأحجار الكريمة من التشقق أثناء المعالجة الحرارية، بالإضافة إلى التحكم الصارم في ظروف ارتفاع درجة الحرارة وانخفاضها، يجب أيضًا منع توسع التشققات. وتتمثل الطريقة المحددة في إزالة جميع المناطق التي بها تشققات بشكل مناسب قبل المعالجة الحرارية، ثم إعادة تلميعها بعد التسخين؛ ويمكن تسخين الأحجار الخام للحصول على جزيئات صغيرة من مادة الأحجار الكريمة الخالية من العيوب.
4. التأثيرات الحرارية في المعالجة الحرارية
هناك تأثيرات حرارية مختلفة في المعالجة الحرارية. إلا أنه من بين الأحجار الكريمة الشائعة، فإن أهم التأثيرات الحرارية على مواد الأحجار الكريمة هي الأنواع التسعة التي لخصها العالم الأمريكي ناسو، كما هو موضح في الجدول 4-1.
الجدول 4-1 آلية التأثيرات الحرارية وأمثلة عليها
| التأثير | الآلية | مثال على ذلك |
|---|---|---|
| سواد | يتأكسد ببطء ويتحول إلى اللون الأسود في الهواء | "تقادم" الكهرمان والعاج "المتقادم |
| تغيير اللون | تدمير القلب الملون | يتحول التوباز الأزرق أو البني إلى عديم اللون، والتوباز الوردي إلى أصفر، والجمشت إلى أصفر أو أخضر، والكوارتز الدخاني إلى أخضر مائل إلى الأصفر أو عديم اللون |
| تغيير اللون | التغييرات بسبب الترطيب أو التكثيف | ويتحول العقيق الوردي إلى اللون البرتقالي أو الأحمر أو البني؛ أما عين النمر المسخنة فتنتج اللون البني الغامق إلى البني المحمر |
| جسم متعدد السطوح متجانس | التغيرات الهيكلية الناجمة عن الإشعاع | يتغير الزركون "منخفض النوع" إلى زركون "عالي النوع" |
| تغيير اللون | التغير في الغلاف الجوي، المتعلق بتركيز الأكسجين | ويتحول الزبرجد الأخضر إلى اللون الأزرق، ويتحول الجمشت إلى توباز أصفر داكن، ويتحول الياقوت عديم اللون والأصفر والأخضر إلى اللون الأزرق، ويتحول الياقوت البني أو الأرجواني إلى اللون الأحمر. |
| التغييرات الهيكلية. | تغيرات درجة الحرارة، ترسيب البلورات أو ذوبانها. | توليد أو القضاء على التأثيرات الحريرية أو تأثيرات ضوء النجوم في الياقوت. |
| تراكب الألوان | انتشار الشوائب | انتشار أزرق وشبيه بالنجوم على سطح الياقوت الأزرق |
| الكسر | التغير المفاجئ في درجة الحرارة، كسر في الهيكل الداخلي | "هالة" حول الشوائب في الياقوت، الكوارتز "المتفجر" |
| التجديد والتنقية | الريولوجيا تحت الحرارة والضغط | تجديد الكهرمان وتنقيته؛ تجديد صدف السلحفاة |
يحذف الجدول 4-1 تلك التأثيرات الحرارية القابلة للانعكاس تمامًا أو القابلة للاستقرار. على سبيل المثال، عندما يتم تسخين الياقوت إلى حالة السخونة الحمراء يتحول إلى اللون الأخضر، وعندما يتم تبريده إلى درجة حرارة الغرفة يعود إلى لونه الأصلي؛ ويتحول الكوارتز الدخاني إلى اللون الأخضر المائل إلى الأزرق عند تسخينه ويعود إلى اللون الأصفر عند تبريده إلى درجة حرارة الغرفة.
يُستخدم تأثير السواد في الجدول 4-1 أحيانًا في "تعتيق" الكهرمان والعاج. ويعادل هذا التأثير عملية التفحيم البطيء. تُظهر الأبحاث أن الكهرمان يصبح داكن اللون حتى عند وضعه في غرفة تخزين مظلمة، مما يشير إلى أن المواد العضوية تتأكسد بسهولة. لذلك، من المعقول أن نتوقع أن تتسارع عملية الأكسدة أثناء التسخين البطيء.
ويوضح الجدول 4-1 أن تلف مركز اللون الناجم عن التسخين يمكن أن يؤدي إلى تلاشي أو اختفاء ألوان الأحجار الكريمة. على سبيل المثال، يمكن أن يصبح كل من التوباز البني والياقوت الأصفر والتورمالين الأحمر عديم اللون بعد المعالجة الحرارية؛ كما يمكن أن تصبح بعض أحجار الجمشت والسترين والكوارتز المدخن عديمة اللون.
قد يؤدي تدمير مراكز الألوان في بعض الأحيان إلى تغيرات لونية. على سبيل المثال، يمكن أن يتحول التوباز البني المشع إلى اللون الأزرق بعد المعالجة الحرارية؛ ويمكن أن يتحول الجمشت إلى السترين تحت درجات حرارة معالجة حرارية مضبوطة؛ ويمكن أن تتحول بعض أحجار التوباز البني إلى اللون الوردي بعد المعالجة الحرارية. ويمكن استعادة هذه التغيرات اللونية إلى ألوانها الأصلية من خلال المعالجة الإشعاعية.
وتتضمن تغيرات اللون الناتجة عن الإماهة أو التكثيف، كما هو موضح في الجدول 4-1، الشوائب مثل الحديد بشكل عام. يمكن أن ينتج عن تسخين الليمونيت هيماتيت برتقالي غامق أو بني أو أحمر.
في بعض مواد الكوارتز المحتوية على الحديد التي تتراوح ألوانها بين الرمادي والأصفر والبني، مثل العقيق والعقيق الأبيض وعين النمر، ينتج عن التسخين ألوانًا بنية عميقة إلى بنية مائلة إلى الحمرة بناءً على هذا المبدأ.
الأجسام متعددة الكريستالات المتجانسة في الجدول 4-1 هي تغيرات في بنية الأحجار الكريمة ناتجة عن تحول الأجسام متعددة الكريستالات المتجانسة تحت ظروف المعالجة الحرارية. على سبيل المثال، يمكن أن يتحول الجرافيت إلى ماس تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين؛ ويمكن أن يتحول الزركون "منخفض النوع" إلى "عالي النوع" في درجات حرارة عالية، إلخ.
وترتبط التغيرات اللونية للأحجار الكريمة الواردة في الجدول 4-1 الناجمة عن التغيرات في الجو المؤكسد أو المختزل في البيئة بشكل أساسي بتركيز الأكسجين في البيئة. فعلى سبيل المثال، يتحول لون الزبرجد الأخضر إلى اللون الأزرق في الظروف المختزلة؛ ويتحول الجمشت إلى السترين الداكن في الظروف المؤكسدة؛ ويتحول الياقوت عديم اللون والأصفر والأخضر إلى اللون الأزرق في الظروف المؤكسدة؛ ويتحول الياقوت البني أو الأرجواني إلى اللون الأحمر، إلخ.
تؤدي التغيرات الهيكلية الواردة في الجدول 4-1 إلى تأثيرات بصرية فيزيائية في الأحجار الكريمة. على سبيل المثال، في ظل ظروف المعالجة الحرارية، تذوب شوائب الروتيل في الياقوت النجمي في الياقوت الأزرق، مما يؤدي إلى اختفاء تأثير ضوء النجم. وعند التبريد، تترسب بلورات الروتيل ويتجدد تأثير ضوء النجم.
ويرجع تحسين اللون في الجدول 4-1 إلى إضافة أيونات التلوين التي تعمّق لون الأحجار الكريمة. على سبيل المثال، في الياقوت الأزرق المنتشر، تؤدي إضافة أيونات التلوين مثل الحديد والتيتانيوم إلى تعميق لون الياقوت ذي الألوان الفاتحة.
إن الكسور الواردة في الجدول 4-1 هي تغيرات في البنية الداخلية للأحجار الكريمة تحت ظروف المعالجة الحرارية، مثل خطوط الإجهاد المتولدة حول الشوائب في الياقوت وأنماط التشقق التي تحدث في الكوارتزيت المعالج حرارياً بشكل مصطنع تحت ظروف التبريد.
إن التجدد والتنقية في الجدول 4-1 هي تغيرات داخلية ناتجة عن تفاعلات الغاز والسائل تحت الحرارة والضغط. على سبيل المثال، تنفجر الفقاعات داخل الكهرمان تحت ظروف المعالجة الحرارية، مما يزيد من الشفافية؛ ويمكن أن تتجدد قشور السلاحف تحت ظروف حرارية مائية، إلخ.
5. الأكسدة والاختزال وانتشار الغازات
في عملية المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة، تعتبر ظروف الأكسدة والاختزال مهمة للغاية وهي عامل رئيسي في نجاح المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة. يمكن أن يؤدي التحكم في الجو المؤكسد أو المختزل أثناء المعالجة الحرارية إلى تغيير لون الجوهرة. ويرتبط الجو المؤكسد أو المختزل أثناء المعالجة الحرارية بدرجة حرارة الجوهرة وتركيز الأكسجين داخل الوعاء عند درجة الحرارة تلك.
(1) الأكسدة والاختزال
① الضغط الجزئي القياسي للأكسجين (Po)2) : عندما يتم تسخين الأحجار الكريمة المحتوية على الأكسجين في الهواء، تستقر الأحجار الكريمة عند نفس تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي. وهذا التركيز هو الضغط الجزئي للأكسجين القياسي للأحجار الكريمة عند درجة الحرارة هذه.
② في الغلاف الجوي المؤكسد، يكون الضغط الجزئي للأكسجين في الفرن أكبر من الضغط الجزئي القياسي للأكسجين لهذا الجوهر عند نفس درجة الحرارة Po2.
③ في الغلاف الجوي المختزل، يكون الضغط الجزئي للأكسجين في الفرن أقل من 002.
وبالإضافة إلى استخدام الهواء، يستخدم الغلاف الجوي المؤكسد القوي الأكسجين النقي؛ وفي بعض الأحيان، يزيد الهواء المضغوط من كثافة الأكسجين. وتُعتبر الغازات الخاملة كيميائياً (مثل النيتروجين) بشكل عام متعادلة، مما يشكل غلافاً جوياً متعادل. إذا كان بإمكانه تخفيف الغلاف الجوي وتقليل محتوى الأكسجين، فيمكن اعتباره أيضًا غازًا مختزلًا، على الرغم من أن قدرته على الاختزال ضعيفة جدًا.
وبالمثل، يمكن تحسين الغلاف الجوي عن طريق حرق الوقود. فعلى سبيل المثال، باستخدام الغاز الطبيعي أو البروبان أو البنزين أو الغازولين وما إلى ذلك، والتحكم في كمية الهواء أو الأكسجين المنفوخ، يمكن أن يحدث انخفاض في الكربون، ولكن ليس من السهل التحكم في ذلك.
هناك نوع آخر من أجواء الحماية بالتنقيط وهو تنقيط سائل عضوي مباشرة في الفرن للتفاعل مع الأكسجين للتحكم في الغلاف الجوي.
(2) انتشار الغازات
يتحقق تفاعل الأكسدة والاختزال من خلال انتشار الغازات. ولكي يعمل على العينة بأكملها، يجب أن ينتشر الأكسجين في داخل العينة الجوهرية على طول مسار معين، عادةً على مسافة تزيد عن 1 سم. يجب أن تتجاوز درجة حرارة الانتشار 1000 ℃، ويجب أن يكون الوقت عدة ساعات.
ونظرًا لخصائص بنية جوهرة الأكسيد، لا يحتاج الأكسجين إلى التحرك المسافة بأكملها لإحداث التأثير المطلوب، مما يسمح بحدوث هذا الانتشار بسرعة. على سبيل المثال، عملية انتشار الأكسجين في الغلاف الجوي في فراغات الأكسجين في أكسيد الألومنيوم الأكسيد الموضح في الشكل 4-17.
6- تصنيف طرق المعالجة الحرارية
وفقًا لنوع وطريقة المعالجة الحرارية، هناك ثلاث طرق شائعة للمعالجة الحرارية:
(1) طريقة المعالجة الحرارية العادية
تنطوي طريقة المعالجة الحرارية العادية على تسخين الحجر الكريم بشكل مباشر، مما يتسبب في حدوث تغييرات في محتوى أيونات التلوين وحالة التكافؤ. وفي بعض الأحيان، يمكن أن يؤدي ذلك أيضاً إلى تغيير العيوب الهيكلية الداخلية للبلورة، مما يؤدي إلى تغيير الخصائص الفيزيائية للأحجار الكريمة، مثل اللون والشفافية.
على سبيل المثال، تتحوّل أحجار الجيودا السريلانكية البيضاء الحليبية والبنية والصفراء الفاتحة إلى أحجار الياقوت، ويتحوّل حجر الزبرجد من اللون الأخضر إلى الأزرق الزبرجد، ويتحوّل التنزانيت إلى اللون الأزرق بعد المعالجة الحرارية، إلخ.
(2) طريقة التحميص بالكاشف الكيميائي
تشير طريقة التحميص بالكاشف الكيميائي، والمعروفة أيضاً باسم طريقة الانتشار، إلى استخدام كواشف كيميائية لتدمير البنية البلورية لسطح الحجر الكريم، مما يؤدي إلى تغير التركيب الكيميائي للطبقة السطحية على النحو المنشود. ويمكن أيضاً أن تتبادل الأيونات الملونة داخل الحجر الكريم من خلال الطبقة السطحية (الانتشار إلى الخارج أو الداخل)، مما يؤدي إلى تغير حالة التكافؤ أو المحتوى.
يتم الحصول على الياقوت الأزرق المنتشر والتوباز المنتشر والتورمالين المنتشر الرائج في السوق الدولية باستخدام هذه الطريقة. يمكن للأحجار الكريمة المحسّنة بهذه الطريقة تفتيح الأحجار الكريمة الداكنة، وتحويل الأحجار الكريمة الرمادية الفاتحة إلى أحجار كريمة زرقاء، وهكذا.
(3) طريقة التحليل الكهربي بالملح المنصهر
بعد خلط الملح المصهور، يُرجى وضعه في بوتقة من الجرافيت والمضي قدماً في عملية التحليل الكهربائي. يُستخدم سلك البلاتين (Pt) كمصعد، ويُستخدم سلك البلاتين (Pt) كمصعد، وتُلف عينة الأحجار الكريمة بسلك البلاتين بحيث يصبح الحجر الكريم هو المصعد وبوتقة الجرافيت بمثابة المهبط.
بعد ذوبان الإلكتروليت في الفرن، ضع الأنود والحجر الكريم معًا في الخلية الإلكتروليتية للتحليل الكهربائي، كما هو موضح في الشكل 4-18. يتم ضبط جهد خزان التحكم على 3.0 فولت، ويكون زمن التحليل الكهربي 40-45 دقيقة. بعد ذلك، يُزال الأنود والعينة. تغير عملية التحليل الكهربي حالة التكافؤ ومحتوى أيونات التلوين في الحجر الكريم، وبالتالي تغير لون الحجر الكريم وشفافيته. وتتمثل عيوب هذه الطريقة في أنه إذا تم اختيار الملح المنصهر بشكل غير صحيح، فقد يكون شديد التآكل للأحجار الكريمة.
الشكل 4-18 رسم تخطيطي لتجربة التحليل الكهربي للملح المنصهر
1-المزدوجة الحرارية؛ 2-بوتقة الجرافيت؛ 3-الأنود والعينة؛ 4-الإلكتروليت؛ 5-ذوبان الألومنيوم؛ 6-مصدر طاقة التيار المباشر
7. طرق المعالجة الحرارية الشائعة لتحسين ظروف الأحجار الكريمة
هناك العديد من أنواع الأحجار الكريمة المناسبة للتحسين من خلال المعالجة الحرارية، وتختلف درجات حرارة المعالجة الحرارية المطلوبة باختلاف الأحجار الكريمة. على سبيل المثال، تتطلب أحجار الياقوت درجة حرارة معالجة حرارية عالية، أعلى من 1300 درجة مئوية بشكل عام؛ ويتطلب الياقوت درجة حرارة معالجة حرارية أقل نسبياً، حوالي 1000 درجة مئوية؛ وتتطلب الأحجار الكريمة الأخرى مثل الزبرجد والكريستال والعقيق الأبيض درجات حرارة حوالي 700 درجة مئوية. يمكن تقسيم درجات الحرارة الخاضعة للتحكم إلى أربعة أقسام تقريبًا: الحرارة المنخفضة 200-400 درجة مئوية؛ والحرارة المتوسطة 400-700 درجة مئوية؛ والحرارة العالية 800 ~ 1300 درجة مئوية؛ والحرارة القوية فوق 1300 درجة مئوية. ترد شروط المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة الشائعة في الجدول 4-2.
الجدول 4-2 شروط المعالجة الحرارية للأحجار الكريمة الشائعة
| الأحجار الكريمة | الغرض من المعالجة الحرارية | اللون النهائي | درجة الحرارة | الاستخدام |
|---|---|---|---|---|
| روبي | إزالة الألوان المختلطة (البني والأرجواني) لاستبعاد أو تقليل المواد الخيطية وزيادة الشفافية. | أحمر | حوالي 1000 ℃ | في كثير من الأحيان |
| ياقوت أزرق | تعميق لون الكوراندوم المحتوي على الحديد والتيتانيوم، وتفتيح اللون الأزرق الغامق للكوراندوم | أزرق | حرارة قوية | في كثير من الأحيان |
| ياقوت أصفر | تسخين الكوراندوم المناسب ذي اللون الفاتح أو عديم اللون الذي يحتوي على الحديد | أصفر غامق | ارتفاع في درجة الحرارة | في كثير من الأحيان |
| ألوان مختلفة من الياقوت الأزرق | تسخين اكسيد الالمونيوم المناسب للتخلص من الشوائب "الليفية" أو "الشبيهة بالنجوم" | الزيادة | حرارة عالية جداً | في كثير من الأحيان |
| ضوء نجمي منتشر ياقوتي، ياقوت أزرق | تنتشر الشوائب على سطح الحجر الكريم عن طريق التسخين ( TiO2 )، تقديم ضوء النجوم | ياقوت، ياقوتة ياقوتة مضيئة بالنجوم | الحرارة القوية أولاً، ثم الحرارة العالية لفترة طويلة | لا تستخدم غالباً |
| انتشار الياقوت والياقوت الأزرق | تنتشر الأيونات الملونة على سطح الجوهرة من خلال التسخين، مما يُظهر اللون | اكسيد الالمونيوم الملون المتنوع | حرارة قوية | يشيع استخدامه للأزرق |
| زبرجد (عديم اللون أو أخضر) | استبعاد النغمات الصفراء باللون الأخضر | أزرق البحر | حمى منخفضة | شائعة الاستخدام |
| بريل برتقالي-أصفر برتقالي | استبعاد درجات اللون الأصفر من الأخضر | أحمر زاهي | حرارة منخفضة | لا تستخدم غالباً |
| التورمالين الأزرق الداكن أو الأخضر | تفتيح اللون | أزرق أو أخضر | حرارة متوسطة | شائعة الاستخدام |
| تورمالين أحمر داكن التورمالين | إزالة درجات اللون الأسود | وردي | حرارة منخفضة | شائعة الاستخدام |
| التورمالين الأخضر الدخاني التورماليني | إزالة اللون البني | أخضر ساطع | حرارة منخفضة | شائعة الاستخدام |
| كوارتز دخاني | تفتيح اللون | أبيض أو أصفر | حرارة منخفضة | شائعة الاستخدام |
| بعض الجمشت | تدفئة بنية اللون | برتقالي-أصفر أو أخضر | حرارة منخفضة | شائعة الاستخدام |
| زركون أخضر أو بني اللون | العلاج البني | عديم اللون أو أزرق | ارتفاع في درجة الحرارة | شائعة الاستخدام |
| العقيق والعقيق الأبيض والعقيق الأبيض وغيرها. | أصناف أيونات الحديد | أحمر | حمى متوسطة-مرتفعة | شائعة الاستخدام |
| كوارتز السوسن | إخماد بلورات الكوارتز المسخنة | يمكن صبغه بألوان مختلفة | حرارة متوسطة | استخدام أقل |
| تنزانيت | تسخين يحول الزوسيت الشفاف إلى أزرق | أزرق بنفسجي | حرارة متوسطة | واسع الانتشار |
القسم الرابع طرق التشعيع الإشعاعي
التشعيع هي العملية التي تنتشر من خلالها الجسيمات المجهرية من مصدر إشعاعي في جميع الاتجاهات عبر الفضاء، والتي يمكن أن تسبب تغيرات في الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد. ويعرض هذا القسم بشكل أساسي المعدات اللازمة للتشعيع الإشعاعي والاحتياطات اللازمة وعملية تكوين مراكز ألوان الأحجار الكريمة والتخلص منها بعد التشعيع.
1. أنواع الأشعة الإشعاعية ومصادر الإشعاع
A مصدر الإشعاع مادة أو جهاز يمكنه إنتاج إشعاع مؤين. وتشمل الأنواع الشائعة من مصادر الإشعاع ما يلي:
(1) الأشعة المنبعثة من العناصر المشعة
تنبعث من العناصر المشعة أشعة β وأشعة γ من خلال الاضمحلال، ومن بينها سبعة عناصر مشعة تستخدم بشكل أساسي في المعالجة الإشعاعية للأحجار الكريمة. على سبيل المثال، النظير المشع 60يمكن أن يعمل Co كمصدر للأشعة γ، حيث ينبعث منه نوعان من الأشعة عند 1.17 ميجا فولت و1.33 ميجا فولت بعمر نصف يبلغ 5.3 سنوات، ويُستخدم عادة كمصدر إشعاعي لإشعاع الأحجار الكريمة؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن النظير 137يمكن أيضًا استخدام عناصر Ce وعناصر الوقود النووي المستنفد كمصادر إشعاع أشعة γ.
عندما تضمحل العناصر المشعة، يمكن أن تنبعث منها أشعة γ ذات طاقة متقاربة. وتتمتع أشعة γ بقدرة اختراق قوية ويمكنها تغيير لون الأحجار الكريمة؛ ومع نصف عمر طويل، يمكن استخدامها في العلاج الإشعاعي لفترة طويلة.
(2) الأشعة التي تنتجها المسرعات الإلكترونية
أن مسرع الإلكترون هو جهاز كهربائي يقوم بتسريع الجسيمات المشحونة إلى طاقة عالية من خلال المجالات الكهرومغناطيسية. وتحصل معجلات الإلكترونات بشكل أساسي على طاقة عالية جداً من خلال المجالات الكهرومغناطيسية، ويمكن أن تنتج أنواع مختلفة من معجلات الإلكترونات حزم إلكترونية تتراوح بين عدة ميغا إلكترون فولت و300 ميغا فولت بما في ذلك معجلات الإلكترونات الساكنة وأنابيب الأشعة السينية ومعجلات الإلكترونات بالموجات الدقيقة وغيرها.
(3) الأشعة التي تنتجها المفاعلات النووية
A مفاعل نووي هو جهاز أو مادة تنتج إشعاعاً مؤيناً من خلال التحول النووي. وتستخدم النيوترونات المنتجة في المفاعلات النووية عموما في تشعيع الأحجار الكريمة، والتفاعل الشائع هو تفاعل جسيمات ألفا مع البريليوم ( 9كن + 4هو- هو- 12C + n)). ولذلك، يمكن أن ينتج عن خلط مصادر إشعاع جسيمات ألفا الطبيعية مع مسحوق البريليوم مصدر نيوتروني بطاقة موزعة حول 0-13 ميجا فولت تقريباً، وتبلغ طاقة النيوترون الأكثر وفرة حوالي 4 ميجا فولت. وبالتالي، عند معالجة الأحجار الكريمة بالإشعاع، من الأفضل استخدام عملية الانشطار في مفاعل نووي كمصدر للنيوترونات.
2. المعدات الشائعة لتشعيع الأحجار الكريمة
وتشمل المعدات الشائعة للتشعيع المفاعلات ومسرعات الإلكترون وأجهزة التشعيع بمصدر الكوبالت. وتُستخدم أنواع مختلفة من معدات التشعيع لأنواع مختلفة من الأحجار الكريمة.
(1) المفاعل
والنوع الشائع الاستخدام هو مفاعل الأبحاث، الذي يمكن أن يستخدم النشاط الإشعاعي لمكونات المفاعل لإشعاع الأحجار الكريمة. وهناك أربعة أنواع شائعة من المفاعلات البحثية: مفاعل أبحاث الماء الثقيل (HWRR)، ومفاعل حوض السباحة (SPR)، ومفاعل المصدر النيوتروني الصغير، والمفاعل النيوتروني السريع. ولا يُستخدم مفاعل المصدر النيوتروني الصغير عموماً في معالجة الأحجار الكريمة بالإشعاع.
توضع عينات الأحجار الكريمة في المفاعل للتشعيع، مع تحديد وقت التشعيع والجرعة حسب تحسين اللون المطلوب. وتشمل المفاعلات شائعة الاستخدام الأنواع التالية:
① مفاعل أبحاث الماء الثقيل (HWRR)
مفاعل بحوث الماء الثقيل هو جهاز لإجراء تشعيع النظائر، واختبار الوقود والمواد، والتطعيم النيوتروني للسيليكون أحادي البلورة، وتحليل التنشيط النيوتروني في المفاعل، والتشعيع لتعديل الأجهزة الإلكترونية، وأبحاث فيزيائية مختلفة. وتشعيع الأحجار الكريمة هو مجرد مجال واحد من مجالات التطبيق التي طورتها. ولمفاعلات الماء الثقيل المختلفة بارامترات مختلفة.
② مفاعل حوض السباحة (SPR)
وتستخدم مفاعلات أحواض السباحة على نطاق واسع، مع مزايا مثل التدفق العالي والتخطيط المرن ودرجات حرارة التشعيع المنخفضة تحت الماء. وبالإضافة إلى البحث العلمي، يمكن أن توفر تكنولوجيا التشعيع للزراعة والطب والطيران والإلكترونيات وما إلى ذلك، لتشعيع الأحجار الكريمة ولآلئ المياه العذبة والأجهزة الإلكترونية وغيرها.
③ المفاعل النيوتروني السريع
المفاعلات النيوترونية السريعة هي نوع متقدم نسبياً من المفاعلات النووية. ومعدل استخدام الوقود النووي فيها مرتفع جداً، حيث يصل إلى 60%-70%، في حين أن معدل استخدام وقود اليورانيوم في محطات الطاقة النووية العاملة بمفاعل الماء المضغوط لدينا هو 1%-2% فقط؛ وتستخدم المفاعلات النيوترونية السريعة البلوتونيوم الصناعي - 239 الناتج عن مفاعلات الماء المضغوط كشحنة أولية، محولة اليورانيوم 238 غير الانشطاري إلى وقود بلوتونيوم انشطاري، وتعرف أيضاً بمفاعلات التوليد النيوتروني.
(2) مسرعات الإلكترونات
المعجلات الإلكترونية لها مجموعة واسعة من التطبيقات في الفيزياء. ويشيع استخدام المعجل الكهروستاتيكي في تعريض الأحجار الكريمة للإشعاع.
① مضاعف الجهد العالي
تُستخدم مضاعفات الجهد العالي بشكل أساسي لقياس البيانات النووية والتفاعلات النووية النيوترونية والجسيمات المشحونة وتحليل التنشيط النيوتروني وتشعيع حزم الإلكترونات لمختلف المواد، مثل تعديل الأسلاك والكابلات وحفظ الأغذية والفواكه.
وتشمل جسيماتها المتسارعة البروتونات والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين وغيرها. حقن أقل من 5 كيلو فولت، N+ يمكن أن يغير خصائص المادة.
② المسرع الخطي الإلكتروني
يُستخدم المعجل الخطي الإلكتروني لدراسة تأثيرات التشعيع العابر، والتعديل الإشعاعي للمواد شبه الموصلة (بما في ذلك الأحجار الكريمة)، وحفظ الأغذية، إلخ. وتتمثل المزايا في الطاقة العالية (10 ~ 14 ميجا فولت) ومعدل الاختراق العالي.
③ المسرع الكهروستاتيكي
وتشمل الجسيمات التي يمكن تسريعها البروتونات والديوتيرونات والهيليوم والإلكترونات والأكسجين والنيتروجين. ونطاق طاقتها قابل للتعديل، وتستخدم بشكل رئيسي لقياس البيانات النووية، وتجارب التفاعل النووي النيوتروني والجسيمات المشحونة النووية، وتشعيع شعاع الإلكترونات، وزرع الأيونات، وما إلى ذلك، وهي مناسبة فقط لتشعيع الأحجار الكريمة المعدلة السطح مثل اللؤلؤ.
④ سيكلوترون
السيكلوترون هو معجل ذو طاقة ثابتة يستخدم بشكل رئيسي في التجارب التي تنطوي على تفاعلات نووية جسيمية مشحونة ولتحليل تنشيط الجسيمات المشحونة واختبار خصائص المواد، مع تطبيقات نادرة في أبحاث الجواهر.
(3) جهاز تشعيع مصدر الكوبالت
جهاز تشعيع مصدر الكوبالت هو أداة تستخدم الإشعاع المنبعث من النظير المشع 60Co والأشعة السبعة لدراسة تأثيرات الإشعاع على المواد (المعادن والبلورات والمواد العضوية والكائنات الحية وغيرها) وإجراء المعالجة الإشعاعية على هذه المواد.
ويتميز مصدر التشعيع هذا باستهلاك منخفض للطاقة، والحد الأدنى من التلوث، وعدم وجود بقايا مشعة. وقد تم تطبيقه في وقت مبكر في تشعيع الأحجار الكريمة، وهو مناسب بشكل خاص لتشعيع الكوارتز المدخن.
3. تقنية التشعيع
عند تعريض الأحجار الكريمة للإشعاع، توضع الأحجار الكريمة في صندوق عينات في المركز المادي للمفاعل. ويجب أن يقوم محرك بتدوير صندوق العينة باستمرار، ويجب أن يكون هناك أجهزة مدخل ومخرج للمياه لتبريد العينات، بحيث لا تتجاوز درجة حرارة الماء 50 ℃. معدات التشعيع والعملية موضحة في الشكل 4-19.
أثناء عملية التشعيع، وللحصول على أحجار كريمة ملونة بشكل موحد مع تدرجات لونية مناسبة، يجب الالتزام بالمسائل الفنية الرئيسية الأربعة التالية عند تشعيع الأحجار الكريمة
(1) لضمان لون موحد للمنتج، يجب تحقيق تشعيع موحد، ويجب تدوير الأحجار الكريمة بسرعة ثابتة أو قلبها بشكل متكرر أثناء التشعيع.
(2) لتجنب تكسير العينات أو ارتفاع درجة حرارتها بسبب الحرارة الزائدة أثناء التشعيع، ينبغي اتخاذ تدابير التبريد المناسبة. ويمكن أن يشمل ذلك إضافة مياه التبريد الدائرية أو تعريض العينات للهواء بشكل دوري للتبريد.
(3) يجب التحكم في عمق اللون بجرعة إشعاع كافية. ويكون التشعيع المتكرر ضرورياً إذا كانت هناك حاجة إلى لون أعمق للأحجار الكريمة. وقبل تشبع جرعة التشعيع، يتناسب عمق لون الجوهرة مع جرعة التشعيع؛ وكلما طالت مدة التشعيع، كلما كان لون الجوهرة أعمق.
(4) يكون اللون المحسّن بالإشعاع غير مستقر في بعض الأحيان وعرضة للبهتان عند تعرضه للضوء والحرارة. يمكن لطريقة التسخين بدرجة حرارة منخفضة أن تزيل مراكز الألوان غير المستقرة مع الاحتفاظ بالمراكز المستقرة. ومع ذلك، غالبًا ما تحدث تغيرات لونية بعد التسخين بدرجة حرارة منخفضة. على سبيل المثال، قد يتغير لون التوباز من البني إلى الأزرق والكريستال من البني إلى الأصفر. وإذا لم يتم التحكم في درجة حرارة التسخين بشكل جيد، فقد يتلاشى اللون تمامًا ويعود إلى اللون الذي كان عليه قبل التشعيع.
4. تكوين مراكز الألوان والتخلص منها أثناء التشعيع
يمكن أن يتسبب التشعيع في إنتاج بلورات عديمة اللون لإنتاج مراكز لونية شاغرة، مما ينتج عنه ألوان دخانية أو أرجوانية. يعتمد اللون والعمق المتكون في البلورة بعد التشعيع على نوع ومحتوى الشوائب الموجودة في البلورة. إذا كانت البلورة عديمة اللون تحتوي على Al3+ الشوائب، فإنها تتحول إلى اللون الأسود الدخاني بعد التشعيع؛ إذا كانت تحتوي على الحديد3+ الشوائب، سيتحول إلى اللون الأرجواني.
يرتبط عمق اللون بعد التشعيع بمحتوى الشوائب في الحجر الكريم. ينتج عن ارتفاع محتوى الشوائب لون أعمق، بينما ينتج عن انخفاض محتوى الشوائب لون أفتح.
(1) عملية تكوين مراكز الألوان والتخلص منها
بعد المعالجة بالإشعاع، تولد الأحجار الكريمة مراكز لونية داخليًا، مما يتسبب في تغير اللون. على سبيل المثال، في الكوارتز المدخن، يمكن رؤية عملية تكوين مراكز الألوان والتخلص منها في مخططات مستوى الطاقة من الشكل 4-20 (أ) إلى الشكل 4-20 (د). عند تكوين مركز اللون، تثار الإلكترونات من الحالة A إلى الحالة D ثم إلى الحالة B، وهو ما يتطلب الكثير من الطاقة. عند التخلص من مركز اللون أو التلاشي، تنتقل الإلكترونات من الحالة B إلى الحالة C ثم إلى الحالة A، وهو ما يتطلب أيضًا طاقة كبيرة. مراكز الألوان هذه، التي تتطلب الكثير من الطاقة لتكوينها والقضاء عليها، هي مراكز ألوان مستقرة في الضوء المرئي.
هناك أيضًا حالة أخرى كما هو موضح في الشكل 4-20 (هـ). يكوِّن النظام مركزًا لونيًّا عن طريق الإثارة من الحالة / إلى الحالة D ثم إلى الحالة B، وهو ما يتطلب الكثير من الطاقة؛ لكن الانتقال من الحالة B إلى الحالة C والعودة إلى الحالة A يتطلب طاقة قليلة جدًّا. يوضِّح الشكل 4-20 (و) أن تكوين مركز لوني من الحالة A إلى الحالة D والحالة B يتطلَّب طاقة قليلة جدًّا، والانتقال من الحالة B إلى الحالة C إلى الحالة A يتطلَّب أيضًا طاقة قليلة جدًّا.
تقع هذه الطاقة ضمن نطاق الضوء المرئي. يمكن للنظام التغلب على حاجز الطاقة C والتلاشي عند سطوع الضوء المرئي. تبقى خصائص امتصاص الضوء والانتقال إلى الحالتين المثارتين E وF دون تغيير، لكن هذه الألوان يمكن أن تتلاشى جميعها في الضوء المرئي. لذلك، تسمى مراكز الألوان في الشكلين 4-12 (هـ) و(و) مراكز الألوان غير المستقرة.
(2) استقرار مراكز الألوان
بشكل عام، يمكن استعادة لون الأحجار الكريمة بعد المعالجة بالإشعاع إلى لونها الأصلي من خلال التسخين. تتطلب الأحجار الكريمة ذات المراكز اللونية المستقرة درجات حرارة أعلى للمعالجة الحرارية، بينما تتطلب الأحجار الكريمة ذات المراكز اللونية غير المستقرة درجات حرارة أقل للمعالجة الحرارية. على سبيل المثال، يتطلب الكوارتز الدخاني عمومًا درجة حرارة معالجة حرارية تتراوح بين 140 و280 درجة مئوية لإزالة اللون الدخاني (الشكل 4-21)، بينما يتطلب الجمشت درجة حرارة معالجة حرارية أعلى، أعلى من 400 درجة مئوية عمومًا (الشكل 4-22). لذلك، فإن الجمشت المشع أكثر استقرارًا من الكوارتز الدخاني.
فمراكز ألوان الأحجار الكريمة ليست ثابتة؛ وتختلف درجة الحرارة التي تتلاشى عندها العينات بعد التشعيع باختلاف مصادر الإشعاع. ويختلف أيضًا ثبات مركز لون المادة نفسها الذي يتشكّل بأسباب مختلفة. على سبيل المثال، مركز اللون الأصفر في الياقوت الأصفر، الذي يتشكّل بالإشعاع الاصطناعي، غير مستقر للغاية ويتلاشى بسرعة في الضوء المرئي. ومع ذلك، فإن مركز اللون الأصفر في الياقوت الطبيعي يكون مستقرًا في الضوء المرئي ولا يتلاشى بسهولة.
يكون التشعيع الاصطناعي بجرعة عالية ومدة قصيرة، بينما يكون التشعيع في الطبيعة بجرعة منخفضة ومدة طويلة، مما يؤدي إلى ارتفاعات مختلفة لحواجز الطاقة C.
5. تغيرات اللون في الأحجار الكريمة الناتجة عن التشعيع
يُحدث التشعيع تأثيرات مختلفة على الأحجار الكريمة، مسبباً تغيرات مختلفة في أنواع مختلفة من الأحجار الكريمة. عندما تدخل الجسيمات المشعّة إلى حجر كريم، تتفاعل مع الذرات أو الأيونات الموجودة داخله، فتغيّر بنيته أو شحنته الأيونية، وبالتالي تغيّر لونه. وتشمل التغييرات في الأحجار الكريمة الناجمة عن الإشعاع الجوانب التالية.
(1) يتسبب في تكوين الأحجار الكريمة مراكز لونية طبيعية مكتشفة بالفعل.
يمكن أن ينتج التشعيع مراكز الألوان الموجودة بالفعل في الأحجار الكريمة الطبيعية، ولكنها ليست شائعة في الطبيعة بسبب ندرة الأحجار الكريمة الطبيعية. على سبيل المثال، التوباز الأزرق الطبيعي نادر الوجود. وعلى النقيض من ذلك، فإن لون التوباز الأزرق الذي يتم إنتاجه من خلال التشعيع يكون مستقرًا ضد الضوء والحرارة وعوامل أخرى، مع آلية تكوين مماثلة لآلية تكوين التوباز الأزرق الطبيعي. ولذلك، فإن التوباز الأزرق المشع له قيمة تجارية، وحالياً، لم يتم العثور على أي طريقة فعالة لتحديد الهوية للتمييز بين التوباز الأزرق الطبيعي والتوباز الأزرق المشعّ، باستثناء كمية صغيرة من البقايا المشعة؛ فهو يتمتع بنفس قيمة التوباز الأزرق الطبيعي.
(2) تعزيز مراكز الألوان الحالية
يمكن أن تعزز المعالجة بالإشعاع مراكز الألوان المتكونة في الأحجار الكريمة الطبيعية، مما يجعل ألوان الأحجار الكريمة أكثر حيوية. على سبيل المثال، يمكن أن ينتج الكوارتز الطبيعي ألواناً خضراء وأرجوانية بعد المعالجة بالإشعاع. ومن خلال التحكم في الجرعة ومدة التشعيع، يمكن الحصول على اللون المرغوب فيه، والذي يبقى مستقراً في درجة حرارة الغرفة ولا يؤثر على الاستخدام والتآكل.
(3) استعادة مراكز الألوان التي بهت لونها بسبب الحرارة والتعرض للضوء
يعتبر التشعيع والمعالجة الحرارية تفاعلات قابلة للانعكاس؛ وعمومًا، يمكن استعادة الألوان التي تشكلت عن طريق التشعيع إلى ألوان ما قبل التشعيع من خلال المعالجة الحرارية. وبالمثل، يمكن أن ينتج عن التشعيع الإضافي أيضًا الألوان المرغوبة.
(4) تحسين وإزالة الألوان التي لا علاقة لها بنواة اللون
وعموماً، عندما تخضع الأحجار الكريمة للمعالجة بالإشعاع، يمكن تغيير لون الأحجار الكريمة المشععة من خلال التحكم في ظروف التشعيع مثل الجرعة والوقت. ويُعد ثبات اللون بعد التشعيع عاملاً مهماً يؤثر على قيمة الأحجار الكريمة، وتُبذل الجهود لتحقيق نواة لونية مستقرة مع التخلص من النوى اللونية غير المستقرة في الأحجار الكريمة.
(5) تشكيل نوى ملونة طبيعية لم يتم اكتشافها من قبل
ومع تعمق فهم الناس لأسباب ألوان الأحجار الكريمة، تزداد باستمرار أنواع الأحجار الكريمة التي يمكن أن تخضع للمعالجة بالإشعاع، وتصبح التنويعات اللونية للأحجار الكريمة أكثر تنوعاً. ويُعتقد أن التشعيع يمكن أن ينتج نوى لونية لا تمتلكها الأحجار الكريمة الطبيعية، وبالتالي خلق أصناف جديدة وتشكيل آليات جديدة لألوان الأحجار الكريمة.
ويشيع حالياً استخدام أنواع عديدة من الأحجار الكريمة في المعالجة بالإشعاع، حيث يشيع نسبياً استخدام الماس والياقوت والتوباز والبريل والزركون والكريستال والتورمالين واللؤلؤ. ويبين الجدول 4-3 التغيرات اللونية لهذه الأحجار الكريمة بعد المعالجة بالإشعاع.
الجدول 4-3 الأنواع الشائعة من الأحجار الكريمة المشعّة وتغيرات اللون
| أنواع الأحجار الكريمة | تغيرات اللون قبل التشعيع وبعده |
|---|---|
| الماس | عديم اللون، أصفر فاتح، أخضر، أخضر، أزرق أو أسود، بني، وردي، أحمر |
| الياقوت | عديم اللون-أصفر (غير مستقر) |
| بيريل | عديم اللون-أصفر، وردي، أصفر ذهبي، أزرق أخضر، إلخ |
| الزبرجد | أزرق - أخضر، أزرق فاتح - أزرق غامق |
| توباز | عديم اللون - بني (غير مستقر)، أزرق؛ أصفر - وردي، أحمر برتقالي |
| التورمالين | عديم اللون، أصفر فاتح، بني، وردي، أحمر، أخضر، أزرق، إلخ |
| زركون | عديم اللون إلى البني، أحمر فاتح |
| الكريستال | عديم اللون إلى الأصفر والأصفر والأخضر والأخضر والأخضر والدخاني والأرجواني |
| الرخام | أبيض وأصفر وأزرق وأزرق وأرجواني |
| لؤلؤة | عديم اللون إلى الرمادي أو البني أو الأزرق أو الأسود |
6. تأثير المعالجة بالإشعاع على الأحجار الكريمة
عند تشعيع الأحجار الكريمة، من المهم مراعاة تأثيرات جرعة التشعيع والوقت الذي يستغرقه التشعيع عليها. يجب استخدام مصادر تشعيع مختلفة لأنواع مختلفة من الأحجار الكريمة، ويعتمد وقت التشعيع على اللون المطلوب. يجب ملاحظة النقاط التالية أثناء عملية التشعيع:
(1) يمكن أن تؤثر طاقة التشعيع المفرطة ووقت التشعيع الطويل سلبًا على تكوين مراكز الألوان في بلورات الأحجار الكريمة. وقد يؤديان في بعض الأحيان إلى تراكم الشواغر، مما يتسبب في ظهور الحجر الكريم باللون الرمادي أو الأسود.
(2) يكون تأثير التشعيع من السطح إلى الداخل، مع تعميق لون الحجر الكريم تدريجيًا من الخارج. وعندما تكون طاقة التشعيع عالية جداً، يمكن للأيونات الموجودة على سطح الحجر الكريم أن تمتص طاقة كافية لتنفصل عن السطح، مما يؤدي إلى تلف السطح.
(3) عندما تكون طاقة الإشعاع عالية جدًا، قد تتسبب في ارتفاع درجات الحرارة الموضعية في الأحجار الكريمة بسرعة، مما يؤدي إلى تقطيع السطح.
(4) ترتبط المخلفات المشعة الناتجة بعد المعالجة الإشعاعية للأحجار الكريمة بنوع الأشعة المشعة وجرعة التشعيع ونصف عمر النظائر المشعة. ويجب أن تستوفي المخلفات المشعة المعايير الوطنية قبل طرحها في السوق.
بعد التشعيع، يرتبط النشاط الإشعاعي المتبقي على سطح الأحجار الكريمة بنوع التعرض للإشعاع، وكمية التشعيع، وأنواع الشوائب ومحتوى الشوائب في العينة، ونصف عمر العناصر المشعة. يجب وضع الأحجار الكريمة المشععة لبعض الوقت، ويجب أن يكون نشاطها الإشعاعي المتبقي أقل من المعايير الوطنية قبل تسويقها. ووفقاً "لمعايير الحماية من الإشعاع" التي وضعتها اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع، فإن قيمة الإعفاء للنشاط النوعي للمواد المشعة الطبيعية هي نفسها في جميع البلدان. يجب أن يكون النشاط النوعي للمواد المشعة الطبيعية أقل من 350 بكريل/غرام في الغرام الواحد؛ وتختلف حدود الإعفاء للمواد المشعة الاصطناعية، حيث أن الحد الذي حددته المملكة المتحدة أقل من 100 بكريل/غرام، بينما حددت اليابان وفرنسا وإيطاليا حدود إعفاء المواد المشعة الاصطناعية بأقل من 74 بكريل/غرام. والمعيار الذي حددته الولايات المتحدة هو الأدنى، حيث يبلغ 15 بكريل/غرام.
القسم V طريقة المعالجة بالحرارة العالية والضغط العالي
تشمل معالجة تحسين لون الماس بشكل رئيسي المعالجة بالإشعاع والمعالجة بدرجة حرارة عالية وضغط عالٍ. ومنذ عام 1930، استُخدمت طرق المعالجة التجارية باستخدام الإشعاع عالي الطاقة لتحسين لون الماس ذي الجودة العالية. ونظراً لأن الإشعاع المتبقي من الألماس المشعّ قد يلحق ضرراً محتملاً بجسم الإنسان، مما يحد من قبول المستهلكين للأحجار الكريمة المشعّة، يعمل علماء الأحجار الكريمة على إيجاد طريقة معالجة غير ضارة ومجدية للون الألماس. وقد استُخدمت طريقة الضغط العالي والحرارة المرتفعة في البداية مع الألماس الاصطناعي، واكتُشف لاحقاً أن محاكاة ظروف نمو الألماس وبيئته يمكن أن تحسّن لونه.
1. تاريخ تعديل الألوان في درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي
في الطبيعة، معظم أحجار الألماس هي ألماس بني اللون من النوع Ia، ويندر وجود ألماس عديم اللون والملون عالي الجودة بشكل طبيعي. وقد أدّت ندرة الألماس ولونه وتألقه إلى زيادة الطلب على الألماس عالي الجودة. لطالما كان تعديل لون الألماس موضوع بحث للباحثين في مجال الأحجار الكريمة.
منذ ستينيات القرن العشرين، أجرت دول مثل الولايات المتحدة واليابان وروسيا أبحاثاً متتالية على تعديل لون الألماس في درجات الحرارة العالية والضغط العالي. وكانت شركة جنرال إلكتريك أول من اقترح إمكانية التنبؤ بتغيرات لون الألماس. وفي وقت لاحق، استخدم نيكيتين وآخرون (1969) أساليب المعالجة بالحرارة العالية والضغط العالي لتحويل الماس الأصفر الفاتح من النوع Ia إلى ماس أصفر وأخضر مائل إلى الأصفر والأصفر المائل إلى الأخضر.
نشرت شركتا جنرال إلكتريك ودي بيرز سلسلة من طرق تعديل لون الماس البني الطبيعي العالمي. غير أن معظم أحجار الألماس البني هذه هي من النوع IIa، والأدوات المستخدمة هي مكابس ذات وجهين، ما ينتج عنه ألماس معالج يكون في الغالب عديم اللون مع لون رمادي خفيف. وبحلول نهاية القرن العشرين، نجحت شركة نوفا في معالجة الألماس البني من النوع Ia من النوع الأول أ إلى ألماس أصفر-أخضر وأخضر-أصفر وأخضر-أزرق وأخضر وزهري اللون باستخدام مكابس منشورية. وفي القرن الحادي والعشرين، طبّق بعض العلماء والشركات طرق معالجة عالية الحرارة والضغط العالي لتحسين أو تغيير لون الألماس المركّب بالترسيب الكيميائي بالبخار الكيميائي، وعالجوه بشكل أساسي إلى درجات اللون الأصفر والبني الفاتح. ونجحت شركات الأحجار الكريمة في بلدان مثل روسيا والسويد أيضاً في اعتماد أساليب الحرارة العالية والضغط العالي لتحسين لون الألماس.
بدأت تكنولوجيا التعديل اللوني للماس في بلدنا في وقت متأخر نسبياً في تعديل لون الماس في درجات الحرارة العالية والضغط العالي في بلدنا، حيث لم تبدأ الأبحاث ذات الصلة إلا في نهاية القرن العشرين. وقد نجح بلدنا في إجراء بحوث تجريبية على تعديل لون الماس في درجات الحرارة العالية والضغط العالي. والمعدات المحلية الشائعة الاستخدام هي مكابس سداسية الجوانب، ولا تزال ظروف الضغط أقل من الظروف التجريبية المتقدمة في الخارج؛ ومع ذلك، طالما يتم التحكم في الظروف بشكل صحيح، لا يزال من الممكن تحويل الماس البني إلى ماس عديم اللون.
2. الأنواع الرئيسية المحسنة بواسطة درجة الحرارة العالية والضغط العالي
تتشابه طريقة تعديل اللون في درجات الحرارة العالية والضغط العالي مع شروط تعديل اللون في الماس الاصطناعي؛ حيث يحتاج ضغط العينات عادةً إلى أن يصل إلى 6 جيجا باسكال، ودرجة الحرارة حوالي 2100 درجة مئوية، والمدة قصيرة جدًا، لا تتجاوز 30 دقيقة.
وقد خضع نوعان شائعان من الماس للمعالجة اللونية في السوق: الماس البني من النوع IIa ذو المحتوى النيتروجيني المنخفض الذي يتحول إلى ماس أبيض، مع تفتيح لونه بعد المعالجة، ويمكن حتى تغيير لونه إلى درجات لونية E، F، G، إلخ. وعادةً ما يتم تمييزها بنقش "GE-POL" على حزام الألماس باستخدام الليزر ويشار إليها عادةً باسم ألماس GE-POL أو الألماس المعالج بالـ GE-POL؛ أما النوع الآخر فهو ألماس نوفا الذي يحوّل الألماس البني أو الأبيض المائل إلى الصفرة أو الأبيض غير النقي من النوع Ia الذي يحتوي على النيتروجين إلى ألماس ملون. ويُظهر الألماس المعالج مكوّناً أخضر مميزاً أو أصفر نابض بالحياة، ويندرج معظمه ضمن الطيف الأصفر المخضر إلى الأصفر المائل إلى الأخضر المائل إلى الصفرة، مع وجود عدد قليل منه أصفر أو أصفر مائل إلى البني، وغالباً ما يحتفظ بأنماط نمو ثماني السطوح باللون البني إلى الأصفر. ويمكن الاطلاع على شروط وسمات التعريف الرئيسية لهذين النوعين من الماس المعالج بدرجة حرارة عالية وضغط عالٍ في القسم الثالث (2) من طرق المعالجة المثلى للماس مع الموقع الإلكتروني: https://sobling.jewelry/unveiling-single-crystal-gemstones-like-sapphire-beryl-and-diamond/
منذ عام 2010، بدأت بعض شركات المجوهرات الكبيرة في إجراء أبحاث تجريبية على تعديل لون أحجار الياقوت الأزرق باستخدام طرق الضغط العالي والحرارة العالية. والضغط المطلوب للأحجار الكريمة الياقوتية منخفض نسبياً مقارنة بالألماس، وهو عادةً ما يكون حوالي 100 ميجا باسكال، مما يجعل لون الياقوت الأزرق أكثر حيوية. وكانت إحدى الشركات الألمانية أول من استخدم ضغطاً منخفضاً يبلغ 2.5 ميجا باسكال لمعالجة أحجار الياقوت الأزرق. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يحقق البريل ألوانًا أكثر حيوية من خلال التسخين بدرجة حرارة منخفضة وضغط منخفض.
