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关键词:柴油机;管路;四合一;常温磷化;工艺;
中图分类号:U664.121
0 前言
船用柴油机的管路不论是滑油管路还是燃油管路和水管路,在进行装配和涂装前都需要进行磷化处理。磷化是指金属表面与含磷酸二氢盐的酸性溶液接触,通过化学与电化学反应形成稳定和不溶性的无机化合物膜层的一种表面化学处理方法。经过磷化处理的管路,具有抗热性、抗腐蚀性,降低管路摩擦系数的优点,同时还可提高管路表面与油漆的结合力。
我公司早期采用分步法磷化工艺,即:除油、去锈、磷化、钝化,这种工艺方法生产周期长,工人劳动强度大,随着产量的不断增加,磷化任务量大,原有的磷化工艺已不适应生产需求。为保证正常柴油机的装配试车,根据我公司的管路磷化情况,需要磷化的管路为轻度级油污和锈蚀,经过技术调研和试验,在保证管路磷化质量的前提下,决定配制常温“四合一”磷化液,直接对管路进行磷化处理。
1 机理探讨
1.1 除油
用于管路制作的钢管表面的油污主要是矿物油,不予去除将直接影响涂装、磷化质量,新配制的处理液的除油功能是通过加入表面活性剂实现的。表面活性剂可以显著地降低溶液的表面张力,再加上表面活性的复合作用,具有良好的润湿、分散、乳化、增溶等效果,将油污乳化易溶于水,进而达到除油目的。另外酸洗去油除锈作用产生的氢气,冲击工件表面,加快了除油过程。
1.2 除锈
铁锈的主要成分是铁的各类氧化物(、、)等,磷酸极易与其反应,从而将铁锈除去。在除锈过程中,因处理液pH值较低,过腐蚀现象易于发生,使除锈时间过长,为此,需要加入一些添加剂如酒石酸、柠檬酸。不过,因综合处理液一次性磷化,在除铁锈时,形成新生表面铁后,磷化剂即发生反应,在基体表面形成一层磷化膜,防止了过腐蚀现象的产生。
1.3 磷化
1)钢铁的溶解过程,即与磷化液中的游离酸发生反应:
2)磷酸及盐的水解
磷化液的基本成分是一种或多种金属的酸式磷酸盐, 其分子式为,这些酸式磷酸盐溶于水,在一定浓度及pH值下发生水解,产生游离磷酸:
由于金属表面的氢离子浓度急剧下降导致磷酸根各级离解平衡向右移动最终成为磷酸根。
3)磷化膜的形成
当金属表面离解出的与磷化槽液中的金属离子、、达到饱和时,即结晶沉积在金属工件表面,晶粒持续增长,直到在金属工件表面生成连续不溶于水的牢固的磷化膜:
金属工件溶解出的一部分作为磷化膜的组成部分被消耗掉,而残留在磷化槽液中的则氧化成,生成沉淀,即磷化沉渣的主要成分之一。 上述磷化原理可解释锌系磷化、锌钙系磷化、锰系磷化的成膜过程。
1.4 钝化
钝化就是一种活性金属或合金,其中化学活性大大降低,而成为贵金属状态的现象。为增强除锈效果,往往还需要对工件做进一步的钝化处理。本处理液的钝化功能主要是利用缓蚀剂具有的钝化作用,再加上其它组分的协同效应,钝化效果较好。由于处理液中不含有等有害离子,不会对环境造成污染。
2 工艺简述
2.1 配方
磷酸 25%; 氧化锌 1%;磷酸二氢锌 5.5%; 氯酸钾 0.7%;硝酸钠 0.3%
氟硅酸 0.5%;聚氧乙烯烷基醚 2%;硫脲 0.1%;柠檬酸 1.5%;水(软化处理) 余量
2.2 主要成分作用
(1)磷酸 磷酸与金属离子形成磷酸盐,是磷化膜的主要成分,其含量直接影响膜的质量。
(2)氧化锌 与磷酸反应形成磷化膜,可提高磷化膜的耐蚀性。
(3)磷酸二氢锌 磷酸二氢锌为成膜助成剂,锌离子能加快成膜速度,也可调节和稳定磷化液的PH值。
(4)氯酸钾 具有较强的氧化性,有助于磷化的顺利进行,使钢铁表面生成一层氧化钝化膜,提高钢铁表面的防腐和耐蚀性。
(5)硝酸钠 为磷化过程的催化剂,加快磷化速度。
(6)氟硅酸 磷化液低温操作调节剂,使结晶细化,增强膜的致密性。
(7)聚氧乙烯烷基醚 磷化时的表面活性剂,清除工件表面油污。
(8)硫脲 对磷化具有缓蚀作用,防止工件的过腐蚀。
(9)檬酸 能促进磷酸的除锈作用,另外,作为络合剂可减少磷化过程中沉渣的生成。
2.3 处理工艺
预处理(人工方法)?常温四合一磷化液?干燥
预处理为在常温四合一磷化液处理工件前用人工方法或化学方法清除工件表面的重油污和重锈蚀,在处理过程中适当升高槽液温度,可提高除油除锈磷化钝化的处理速度及效果。在涂装前应用软布条或用压缩空气清理工件表面的残留物质并确认被处理工件已经干燥,以免影响涂装质量。
3 故障及解决办法
在柴油机管路磷化过程中,出现的磷化故障以及解决办法见表2.
4 结束语
采用“四合一”磷化液进行常温磷化替代了之前一直采用的分步法磷化工艺,不仅能保证船用柴油机的管路磷化膜质量,更为重要的是简化了工序步骤提高了工作效率,改善了劳动环境,减少了环境污染。
参 考 文 献
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关键词:机械力化学;机械活化;纳米材料;高分子材料;环境保护
文章编号:1005-6629(2008)05-0050-04中图分类号:TQ170文献标识码:E
20世纪20年代~50年代,德国学者W.Osywald从分类学的角度提出了以机械方式诱发化学反应的学科―机械力化学(mechanochemisty)。1962年奥地利学者K.Peters在第一届欧洲粉碎会议上首次发表了题为《机械力化学反应》的论文,把机械力化学定义为:“物质受机械力的作用而发生化学变化或者物理化学变化的现象”。如今,机械力化学被认为是关于施加于固体、液体和气体物质上的各种形式的机械能―如压缩、剪切、冲击、摩擦、拉伸、弯曲等引起的物质物理化学性质变化等一系列的化学现象。如研磨HgCl2时观察到少量Cl2逸出,粉碎碳酸盐时有二氧化碳气体产生,石膏细磨时脱水,石英受冲击后无定形化等,这些都是典型的机械力化学反应。
1 机械力化学效应
机械力化学效应是通过对物质施加机械力而引起物质发生结构及物理化学性质变化的过程。在机械力的不断作用下,起始阶段主要是物质颗粒尺寸的减小和比表面积的增大,但是达到一定程度后,由于小颗粒的聚集而出现粉磨平衡,但并不意味着粉磨过程中粉体的性质不变,事实上它会发生诸多的机械力化学效应。
1.1 晶体结构的变化
在超细粉碎过程中,随着机械力的持续作用,矿物的晶体结构和性质会发生多种变化,如颗粒表面层离子的极化变形与重排,使粉体表面结构产生晶格缺陷、晶格畸变、晶型转变、结晶程度降低甚至无定形化等。例如
γ-Fe2O3α-Fe2O3
石英 硅石
晶型转变是压力和剪切力共同作用的结果。它使物质不断吸收和积累能量,提供了晶型转变所需的热力学条件,产生晶格形变和缺陷,使之向产物结构转变。
1.2 物质物理化学性质的变化
机械力作用引起物质颗粒细化、产生裂纹、比表面积增加等。这些变化最终会引起物质的分散度、溶解度、溶解速率、密度、吸附性、导电性、催化性、烧结性、离子交换能力和置换能力、表面自由能等理化性质的改变。如粘土矿物经过超细磨后,可产生具有非饱和剩余电荷的活性点,导致高岭土的离子交换容量、吸附量、膨胀指数、溶解度、反应能力等都发生了变化。
1.3 机械力化学反应
机械力的作用可引起物质化学键的断裂,生成不饱和基团、自由离子和电子,产生新的表面,造成晶格缺陷,使物质内能增高,处于一种不稳定的化学活性状态,并使许多在常压、室温条件下不能发生的反应成为可能。根据原料的状态可以将反应体系划分为固-固、固-液、固-气三大类。
1.3.1 固-固反应体系
固-固反应体系可以分为以下几种类型
(1)金属与金属氧化物、氯化物之间的固态化学反应。
Me+Me'O(Cl、S)MeO(Cl、S)+ Me'
已研究过的反应体系有:Ag2O/Al,Cr2O3/Zn,ZnS/Al,NiCl2/Mg等。
(2)金属与C、Si、B之间的化学反应,生成高温化合物相。
Me+XMeX
(3)金属与陶瓷之间的化学反应。
Me+X1X2MeX1+MeX2
如Ti+Si3N4TiN+TiSi2
(4)金属氧化物之间的化合反应。
MeO+Me'O MeMe'O
如Fe2O3+MeOMeFe2O3(Me=Zn、Ni、Cu、Mg等)
(5)纯金属间的放热化学反应。如Al/Ni、Al/Ti等反应体系。
(6)化合物之间的固态化学反应。如
ZrCl4+2CaOZrO2+2CaCl2
1.3.2 固-液反应体系
如NiS+H2O=NiO+H2S
固-液反应系统主要是金属与有机溶剂之间的化学反应。液相反应剂一般是含碳或含氮有机物,如庚烷、苯胺等,通过反应可以生成金属碳化物或氮化物粒子。
1.3.3 固-气反应体系
如3SiO2+4N22α-Si3N4+3O2
固-气反应仅适合于活性高、氮化或碳化反应焓很高的体系。一般可选择氮气、分解氨、氨气作为氮源。
2 机械力化学的作用机理
机械力化学反应历程可由图1表示
从图中可看到:无机械力作用时,反应只以很小的速度进行,引入机械作用后,反应迅速增强并随后达到稳态,停止机械作用后,反应速度迅速下降。影响机械力化学反应历程的因素很多,各种因素间的相互作用,加之研究手段不全面,关于机械力化学的机理尚没有一个统一的界定,目前主要有以下几种理论。
(1)等离子体模型。Thiessen等认为,机械力作用导致晶格松弛与结构裂解,激发出高能电子和等离子区。一般的热化学反应温度在高于1000℃时,电子能量也不会超过4eV,即使光化学的紫外电子的能量也不会超过6eV。而机械力作用下,高激发状态诱发的等离子体产生的电子能量可超过10eV,因此机械力化学有可能进行通常情况下热化学所不能进行的反应,使固体物质的热化学反应温度降低,反应速度加快。
(2)固态合成反应模型。席生岐等从扩散理论出发,分析了高能球磨过程中的扩散特点,提出了固态合成反应模型并进行分析计算,结果表明:高能球磨过程中固态反应能否进行,取决于体系在球磨过程中能量升高的程度,而反应完成与否受体系中的扩散过程控制,即受制于晶粒细化程度和粉末碰撞温度。一方面由于颗粒在超细磨过程中,被强烈塑性变形,产生应力和应变,颗粒内产生晶格缺陷和晶形转变、非晶化,能显著降低元素的扩散激活能, 使得组元间在室温下可显著进行原子或离子扩散,颗粒不断冷焊、断裂、组织细化,形成了无数的扩散-反应偶;另一方面,因颗粒表面化学键断裂而产生不饱和键、自由离子和电子等原因,导致晶体内能增高,物质内部迅速发展的裂纹使其顶端温度和压力增高,最终导致物质反应的平衡常数和反应速度常数显著增大。应力、应变、缺陷和大量纳米晶界、相界的产生使系统储能很高,提高了粉末活性,从而有可能引起纳米尺寸下的固相反应,有时甚至可以诱发多相化学反应。
(3)热点理论。机械力作用在固体颗粒上造成的弹性应力是机械力化学效应的重要因素,弹性应力能引起原子水平的应力集中,一般由此而改变原子间的结合常数,从而改变它们本来的振动频率,也改变了原子间距和价键角度,结果改变了化学结合能,使反应能力增大。弹性应力还可引发驰豫,由此形成激化的振动状态可导致化学反应的发生,这种能量在应力点以“热点”的形式出现。虽然宏观温度一般不会超过60℃,但局部碰撞点的温度要远高于60℃,这样的温度将引起纳米尺寸的化学反应,在碰撞点处产生极高的碰撞力,高达3.30GPa~6.18GPa,如此高的碰撞力有助于晶体缺陷和畸变的扩散以及原子的重排,所以局部碰撞点的升温可能是导致机械力化学反应的一个促进因素。
3机械力化学效应的应用
3.1矿物活化与改性
矿物机械活化是指机械作用使矿物局部形成晶格畸变,发生位错,使晶格点阵中粒子排列部分失去周期性,形成晶格缺陷,导致晶格内能增高,表面改性、反应活性增强,以便于矿物浮选富集和提取,从而改善浸出过程。如细磨使铜、铅与锌的分选效率显著提高;氟磷灰石 Ca5F(PO4)3 经机械活化后,氟杂质与混入的SiO2发生机械力化学反应,约有80%的氟以 SiF4 的形式挥发掉,在柠檬酸溶液中的溶解率达到85%,这种脱氟的磷矿石可用作优质的化学肥料。球磨CuFeS2和CuO混合物可形成CuSO4,只要经过水洗,就可以将矿物中的纯铜分离出来。
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机械力化学改性则采用搅拌、冲击、研磨等机械作用使改性剂在被改性的颗粒表面均匀分布包覆,并使颗粒与改性剂之间发生化学作用,以增加它们之间的结合力,从而改变矿物粉体颗粒的表面状态,达到改性的目的。吴辉等以气流磨所产生的超音速气流作为机械力,对硅酸盐矿物硅灰石与硬脂酸进行超细粉碎表面改性。当硅灰石粉碎时,晶体裂开并发生如下变化
2Ca3[Si3O9] Ca3[Si3O9]++Ca3[Si3O9]-
而硬脂酸在粉碎过程中则发生如下变化
CH3(CH2)16COOHCH3(CH2)16COO-
+H+
由于硅灰石与硬脂酸的粉碎、断键是在同一时间同一粉碎腔内进行的,故可能发生如下反应
Ca3[Si3O9]++CH3(CH2)16COO-CH3(CH2)16COOCa3[Si3O9]
经改性后的硅灰石由亲水性变为疏水性,把它添加到高分子材料中,增加矿物与有机高分子材料的相容性,提高矿物粉料在高分子材料中的分散程度,改善工艺加工条件和制品的性能。
3.2 合成纳米材料
机械力化学法制备纳米材料可采用常用的化学原料,具有工艺简单、成本低、易于工业化等特点,是一种具有广阔应用前景的纳米材料制备方法。
如钛酸钡陶瓷具有良好的介电性能,是电子陶瓷领域应用最为广泛的材料之一。传统的钛酸钡合成方法是用BaO或BaCO3和TiO2经高温灼烧(≥900℃)而成, 粒度大、不均匀,难以制备纳米粉体材料。吴其胜等采用高能球磨BaO,锐钛矿型TiO2混合粉体(在氮气保护下),机械力化学法合成了纳米晶BaTiO3,反应式为
BaO+TiO2BaTiO3
反应过程分三个阶段进行:粉磨初期为无定形形成期(0h~15h),混合物颗粒粒度减小,晶格畸变,转变为无定形,并可能形成BaTiO3晶核;粉磨中期为固相反应期(15h~30h), BaO与TiO2在机械力作用下产生固相反应生成BaTiO3,同时BaTiO3晶粒长大;粉磨后期为动态平衡期(30h以后),此时,固相反应基本结束,晶粒成长与粉磨引起的晶粒减小处于动态平衡,由此得到颗粒尺寸为10nm~30nm的BaTiO3。
采用球磨金属氯化物和Na、Mg等还原剂的方法可制备纯金属纳米材料和合金纳米材料,已制得的体系有Fe、Ni、Co、Cu和Fe-Cu合金。
近几年来,把金属与陶瓷(如纳米氧化物、碳化物等)通过机械力复合在一起,已获得具有特殊性质的新型纳米复合材料。Nicholas 等采用机械力化学原理制备Al2O3基TiC、TiN等纳米复合材料,反应式分别如下
1.5TiO2+2Al+1.5C1.5TiC+Al2O3
1.5TiO2+2Al+0.75N21.5TiN+Al2O3
制得的复合粉末经1000℃退火1h、热压成型制备纳米复合材料,其硬度达19GPa~30GPa,Al2O3晶粒尺寸为30nm~50nm,钛相为25nm~50nm。
3.3 合成高分子材料
机械力化学在有机高分子合成中的应用主要有3个方面:高分子聚合、高分子缩合及无机材料表面接枝高分子聚合物。
(1)高分子聚合。机械力化学在高分子聚合中可代替引发剂引发聚合反应。一般的高分子聚合中往往要加入引发剂,作用是在外因作用下首先发生分解或氧化还原产生自由基或正负离子,引发单体聚合。Oprea等用实验证实不用任何引发剂或催化剂,就可以用振动磨将丙烯腈单体制得聚丙烯腈高聚物。主要原因是在机械力及单体的腐蚀作用下,设备表面的金属产生活化作用并产生金属细末,参与聚合物的合成;另一方面金属活化过程中产生激发电子,使得已被振动磨部分活化的聚丙烯腈生成自由基和负离子,可引发其他丙烯腈高分子的聚合。
(2)高分子缩合。高聚物在机械力作用下,键可发生断裂,生成大分子自由基,这时若遇合适的小分子,可发生高分子缩聚。Christofor Simionescu等用超声波使聚对苯二甲酸乙二酯和乙二胺通过机械力化学缩聚形成聚酯-聚酰胺碎片,然后与三价V3+作用,形成以三价钒为中心的复合物。
(3)高聚物接枝。现代新技术的发展对高分子材料提出了更高的要求,如耐高温、导热导电、防辐射、具有铁磁性等,解决这一问题的方法之一就是在高分子中引入无机物。把无机材料和高聚物一起研磨,通过机械力化学作用,高分子聚合物可发生裂解、环化、离子化、异构化等化学变化,无机材料表面产生晶格畸变和缺陷,表面自由能增大,引起化合键断裂和重组,可以在新鲜断裂表面出现不饱和键和带正电和负电的结构单元,这样聚合物链键断裂产生的游离基或正负离子遇到无机材料经机械力活化产生的新鲜表面,就可能形成接枝高聚物。
无机材料的高聚物接枝改性方法有两种:一种是将无机材料与聚苯乙烯、聚丙烯等高聚物一起研磨;一种是将无机材料与单体研磨共聚,如在苯乙烯单体中研磨碳酸钙。这两种方法都能得到疏水性极好的无机粉体,在涂料与塑料工业中得到广泛应用,效果良好。
3.4有毒废物降解
采用机械力化学方法处理有毒废物,有可能开发出在常温、常压下处理剧毒物的新方法,使有毒废弃物能就地得到及时有效处理,避免其长期堆放污染环境。如难处理的有机氯合物,如PVC、多氯联苯、DDT等。机械力化学法不仅可破坏它们的结构,还可诱发它们和CaO或其他合适的反应剂之间的化学反应,形成无毒的无机氯化物。许多塑料制品经机械力化学处理后,发生机械力化学分解,聚合度可下降80%。通过高能量机械力的作用还可破坏蛋白质的高分子结构,从而使它能从废液中较快地沉降下来,便于焚烧处理。用机械力化学法处理含镉废水可使镉的还原速率加快数倍。
4 展望
机械力化学理论的提出已有数十年时间了,但由于实验条件的不可比性,使得难以归纳总结上升到更高的理论层次;另外,人们的工作多限于针对某一现象或某一应用课题的研究,却少有关于各种机械力化学现象背后普遍规律的探讨;机械力化学法通常需要长时间的机械处理,能量消耗大,研磨介质的磨损,还会造成对物料的污染。因此,设计新的高效机械活化设备,以最小的能耗获得最大活化效果也是值得研究的课题。可以预见,随着研究的深入,机械力化学将具有广阔的工业应用前景。
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是的,宝石是西方人非常喜爱的饰品,同我们东方人喜欢玉石一样。
而在众多宝石中,最珍贵则要属红宝石了。
红宝石的“Ruby”一词来源于拉丁语“Rubens”,意为红色,是指颜色呈红色的刚玉。它与蓝宝石同属于刚玉族,但不是自然界所有红色的宝石都是红宝石,只有由Cr(铬)致色的红色的刚玉才能够叫作红宝石。它属三方晶系、复三方偏方面体晶类。晶体形态常呈桶状、短柱状、板状等。集合体多为粒状或致密块状。摩氏硬度为9,是仅次于钻石的自然界中第二硬的天然矿物。同时它可以承受约2000摄氏度的高温而不熔化,这要比钻石不到1000摄氏度的熔点高出许多。红宝石的颜色主要有红色、玫瑰红色等。透明度为透明至半透明,一般呈现较强的半金刚光泽。折射率在1.762~1.770之间,双折射率为0.008~0.010。二色性明显,常表现为:紫红/褐红,深红/红,红/橙红,玫瑰红/粉红。部分具有特殊光学效应――星光效应(红宝石中常含有大量的呈针状的金红石包体,当这些包体作规则的定向排列时,在光线的照射下会反射出迷人的六射星光)。同时也有由钛原子引起的变色效应。
红宝石的产地及价值
红宝石的红色无与伦比,虽然在自然界中红色的宝石有很多种,但唯有红宝石的红色能够给人带来足够的震撼与视觉冲击。它既温暖又热烈,那抹红色有人说像是血液在宝石里燃烧,很是形象。在欧洲,红宝石更多时候被用来装饰皇冠,代表着无上忠诚,是皇家尊严的象征。同时人们还用它来代表如火的爱情。它是“宝石之王”。
天然的红宝石大多来自缅甸、莫桑比克、泰国和斯里兰卡几个地区,另外,澳大利亚,美国蒙大拿州和南卡罗莱那州也有少量产出。
全球最著名的红宝石产地是缅甸抹谷,其以产出鸽血红闻名于世,以至于“缅甸红宝石”现在已经成为宝石市场优质红宝石的代名词。缅甸抹谷红宝石具有鲜艳的玫瑰红色,其红色的最高品级被形象地称为“鸽血红”,即红色纯正,且饱和度很高,日光下显现荧光效应,其各个刻面均呈鲜红色,熠熠生辉,非常美丽。鸽血红宝石又常含丰富的细小金红石针雾,形成星光,更加美不胜收。
相较缅甸抹谷,非洲莫桑比克作为高品质红宝石的新兴产地,所产出的高品质红宝石近年逐渐引起世界各国藏家的关注。莫桑比克红宝石在颜色和品质上非常接近缅甸顶级产区所出产的红宝石,其净度尤为优异,是迄今所知仅次于缅甸红宝石品质的高级别红宝石,且目前其价格略低于缅甸红宝石,尚处在高性价比阶段。
泰国也是红宝石的重要产出国和交易中心,产地位于泰国东南部的占他武里。泰国红宝石中铁元素含量高,颜色较深,透明度较低,多呈暗红色至棕红色。日光下不具荧光效应,只是在光线直射下的刻面看起来较为鲜艳,其他刻面则发黑。颜色比较均匀,少灵动。缺失金红石状包裹体,所以无星光效应。属于普通的红宝石。但其毕竟属红宝石类,因而到泰国淘红宝石的人多年来络绎不绝,以致泰国的宝石市场比较混乱,真伪混杂。
红宝石的分级评价标准
红宝石作为天然宝石品种,自然颜色形态各异,不同的红宝石颜色、颗粒、净度每差一个级别,市场价格就差别很大。因此要收藏红宝石就必须了解什么样的红宝石才是好的红宝石。
红宝石的分级评价目前并没有统一的标准,主要是依据1T和4C:即透明度(Transparency)、颜色(Colour)、净度(Clarity)、切工(Cut)、克拉重量(Carat)来衡量、评价。
1.透明度。指宝石允许可见光透过的程度。在红宝石的肉眼鉴定中,一般将透明度分为透明、亚透明、半透明、亚半透明、不透明5个级别。达到透明级的红宝石最具美感,价格自然也最为昂贵。以此类推,亚透明次之,亚半透明再次之。同翡翠“水高一分,价高十倍”一样,透明度极佳的红宝石,价格是相当高的,往往高一级别会比低一级别高出数倍价格。
2.颜色。这里具体指宝石所呈现的色彩。红宝石的红色要求发色要纯正,不能有邪色,或含有其他色调,色泽要求饱满。其中以“鸽血红”最具收藏价值,这是一种几乎可称为深红色的鲜艳强烈的色彩,能够把红宝石的美表露无遗。它的红色除了纯正外,饱和度也很高,给人以“燃烧火焰”的感觉。但鸽血红宝石产量极为稀少。鸽血红之下,艳红色红宝石最佳,玫瑰红、粉红色次之。需要特别说明的是:由于光源会对红宝石的颜色产生很大的影响,因此对红宝石颜色的观察方法是有明确要求的。
3.净度。红宝石是一种杂质相对较多的宝石,大多数红宝石均有裂缝、瑕疵、绺裂等。但也正是因为杂质多的缘故,纯净度高的红宝石才显得更为珍贵。红宝石的内含物并不一定绝对影响着它的品质与价格,主要还是要看这些瑕疵处于宝石内的位置及其是否影响了宝石的眼观效果。相反,内含物还可以看作是一颗红宝石天然形成的特征。
4.切工。红宝石的切工相当重要,只有精妙绝伦、巧夺天工的切割才能将红宝石这位“宝石之王”最耀眼、最迷人的光芒呈现给世人。红宝石标准的切割方式与钻石不同,加工者不会为达到最大灿烂光芒而按几何设计切割,而是会强调还原红宝石本身之美。对于颜色较浓的红宝石,最佳切割会比平均水准浅一些,以便更多光线透过宝石;而对颜色较浅的,较深的切割有利于反映颜色。切割良好的红宝石在整个表面上均匀反射光线,光线间相互作用,热烈丰富,又富含动感。中国古代对宝石认识不足,有很多因为不懂切割加工而造成天物暴殄的憾事,今天已经不存在了。
5.克拉重量。同钻石一样,红宝石在同等品质下,重量越大价格越高,尤其是1克拉以上的优质红宝石。3克拉以上属非常稀见之品,5克拉以上就更不用说了。造成大克拉红宝石稀少的原因,是因为百万年前,在地心深处红宝石的形成过程中,Cr赋予了它鲜艳的红色,但与此同时,也是Cr元素造成了红宝石晶体上的细纹和裂缝。因此,极少量的红宝石晶体能在那样的条件下生长到足够的大小并结晶形成。
红宝石的鉴定步骤
1.辨别是否为替代品。在宝石鉴定中,首先要确定宝石的品种,尤其是面对红宝石这种高档宝石时更要注意,谨防相似红色宝石如红色尖晶石、镁铝榴石等冒充红宝石。红色尖晶石与红宝石的区别在于红色尖晶石颜色均一,无二色性。镁铝榴石同样,颜色均一,也无二色性。此外,红碧玺有气液包体,可见棱面刻面重影。又如红玻璃,有气体包体,密度小,手掂轻,呈玻璃光泽。
相较以上几种相似物,最易迷惑我们的是人造红宝石,其在比重、硬度、颜色等方面与天然红宝石极为相似。但是也有破绽,比如人造红宝石过于完美,星光过于诱人,质地太过匀净,无天然杂质,色匀又正,荧光性强,且常常颗粒较大,缺少自然感。
2.分析确定产地。不同产地的红宝石具有不同的特征。缅甸红宝石颜色呈鸽血红色、玫瑰红色等,颜色鲜艳而不均一,多色性明显,呈红色糖浆状。常见星光效应。常见的固体包体有尖晶石、方解石、榍石、赤铁矿等,这些矿物多呈圆滑状分布。泰国红宝石颜色呈带褐色调的红色或玫瑰红色,色带与生长纹平直,包裹体较少。斯里兰卡红宝石颜色浅,包体少,透明度好。越南红宝石颜色呈浅粉色、粉红色和玫瑰红色,可见云雾状包体。我国云南红宝石颜色呈红色和玫瑰红色,含有气液包体。不同产地的红宝石价格差距很大。
3.判断是否经过加热优化。目前市面上所见80%~90%的红宝石都是经过热处理的,可是笔者发现在很多鉴定证书上并不注明,一些无良商家就把这些红宝石当天然的卖。实际上,把红宝石加热到一定温度时,可使其颜色得到改善,透明度提高,还可消除部分色带和某些内含杂质,愈合某些裂隙,使本来较低品质的红宝石的观感得到改善,国人俗称“烧过了”。但热处理后的红宝石不等于假宝石,只是对其进行了优化而已。这一技术在今天已十分普及,而业界内其实也已经接受红宝石的加热优化。
经热处理的红宝石,其内部的针状金红石包裹体变得短而粗,并且部分已发生熔融。有些固态包裹体周围可见到呈断续圆环状或不规则状的应力裂隙,这些裂隙在合适的光照条件下可见到干涉条纹。还可见气液包裹体爆裂的现象。在宝石腰棱及其附近的小面上,亦常见热处理形成的一些熔蚀坑和麻点。此外,仔细观察,经热处理的宝石局部有颜色不均匀现象,红色基底上有橙红色的色斑。
4.是否经染色处理。主要是采用扩散处理技术染色。扩散法是通过化学处理的手段,让化学试剂中的氧化铬涌入刚玉的晶格中去,从而使那些无色的刚玉产生红色。虽然它的呈色机理与天然红宝石完全一样,而且也不会随时间而褪色,但人们还是把这种方法视为一种后期处理,被这样染色处理过的红宝石不能等同于天然红宝石。扩散红宝石的颜色呈不规则的蛛网状、网状、斑纹状分布,宝石棱角处、裂隙处颜色深,其他地方颜色浅,可以在鉴定时重点观察。
另一种染色处理的手段是试剂染色,是将无色或淡色裂隙发育的天然刚玉,加热后浸入到染色剂中浸泡染红。这种染色红宝石的颜色不如天然红宝石色彩自然,颜色发暗、发邪。将其浸入水中用放大40倍显微镜观察,可见红色染色剂在网状裂隙中富集,即颜色沿裂隙分布。染色红宝石在长紫外线下无天然红宝石所特有的红色荧光,而是在裂隙发育处有黄色荧光,对短紫外线反应不敏感。染色红宝石的吸收光谱能力比天然红宝石要弱,尤其是红区的铬线不清晰。其实,面对这类染色处理,最简单的是用电子探针分析其表面化学成分就可发现染色剂的存在。