что такое облагороженные камни
Облагораживание минералов. Общая оценка
В крайне редких случаях природные минералы могут быть использованы для ювелирных изделий в их абсолютно натуральном состоянии, то есть в таком виде, в каком они были извлечены из недр. Во всем мире принята механическая обработка минерального сырья, такая как распиливание, шлифовка и полировка с целью максимально выявить красоту камня и улучшить такие показатели внешнего вида, как блеск, цвет, прозрачность, чистота, бриллиантовая игра. Специалист по огранке видит скрытую внутреннюю красоту в куске необработанного минерала и с помощью своего искусства проявляет эту красоту, делает видимой для всех. Ограночные предприятия стараются, чтобы информация об их деятельности достигала конечного потребителя. Производителю важно, чтобы камни с его огранкой отличались от камней, ограненных конкурентами, были бы узнаваемы и популярны у потребителей.
Предприятия, занимающиеся облагораживанием, также тем или иным образом обрабатывают минеральное сырье с целью улучшить показатели внешнего вида (цвет, блеск, прозрачность, чистоту, бриллиантовую игру), а в некоторых случаях дополнительно еще и повысить механические свойства материала. Однако об этом виде деятельности большинство покупателей не знает.
Облагораживанием называют специальную обработку ювелирного сырья или ограненных камней, в результате которой под влиянием ряда физико-химических воздействий происходит улучшение некоторых потребительских свойств.
Использование в ювелирном деле облагороженных камней не считается фальсификацией, однако согласно российскому законодательству продавцы обязаны оповестить покупателя о применении в реализуемом изделии облагороженных камней и методе их облагораживания, поскольку цена облагороженного камня ниже, чем сравнимого с ним по качеству необлагороженного.
В международной торговле деятельность по облагораживанию камней и реализация таких продуктов на рынке регулируется правилами Международной ювелирной конфедерации CIBJO, известными под названием «Blue Book». Согласно этим правилам, все облагороженные вставки разделяются на две группы: камни, для которых достаточно общей информации, и камни, в наименовании которых обязательно должны присутствовать слово «облагороженные» и метод облагораживания. К первой группе относятся вставки, облагороженные исторически сложившимися методами, такими как: залечивание трещин неокрашенными веществами типа масел, воска, смол (кроме стекла и синтетических материалов); парафинирование; термическая обработка и обесцвечивание (осветление). Ко второй группе относят вставки, облагороженные методами, открытыми сравнительно недавно, например, такими как: облучение, лазерная обработка, диффузионная обработка, НРНТ-обработка, окрашивание, нанесение специальных покрытий, цементация с помощью стекла, пластмасс или синтетических смол и др.
Например, при совершении торговых операций с сапфиром, цвет которого улучшен с помощью термической обработки (так называемые «прогретые камни»), допустимо наименование «сапфир», поскольку в соответствии с правилами CIBJO, он относится к первой группе. Если же сделка совершается с сапфиром, облагороженным методом диффузионной обработки, то его наименование должно быть «сапфир, облагороженный с помощью диффузионной обработки», поскольку данная вставка, в соответствии с правилами CIBJO, относится ко второй группе, но которой обязательно сообщение специальной информации.
Кроме описанного правила CIBJO, для облегчения коммуникации между специалистами ювелирного бизнеса из различных стран в международной торговле существует так называемый NET-код. Рядом с названием ограненной вставки проставляется одна из трех букв этого кода:
Облагораживание камней предполагает использование некоторых физико-химических воздействий, результатом которых является повышение определенных потребительских свойств природного камня. Выбор того или иного метода облагораживания, в большой мере, определяется видом драгоценного камня и его индивидуальными характеристиками. В таблице показано, какие методы облагораживания могут применяться для тех или иных ювелирных минералов.
Применяемость различных методов облагораживания
Минерал
Термическая
обработка
Диффузионная
обработка
Облучение
Обесцвечивание
Залечивание
поверхности
Заполнение трещин стеклом
Окрашивание
Поверхностная
обработка
Лазерное
сверление
Бериллы:
Гранаты:
Кварцы:
корунды:
Термическая обработка
Насколько древним является этот способ облагораживания, можно только предполагать. Скорее всего, он был открыт задолго до новой эры. Так, в украшениях, изготовленных в Древнем Египте, были обнаружены «прогретые» карнеолы. Первые письменные упоминания подобных камней уже встречаются в книгах XI века. Однако первый научный источник, содержащий описание метода термического облагораживания аметистов и цитринов, относится ко второй половине XIX века. Развитие промышленного производства таких вставок начинается примерно в 70-х годах XX века с облагораживания рубинов и сапфиров.
С помощью температурных воздействий возможно получить:
— улучшение окраски (в т.ч. обесцвечивание);
— частичное повышение прозрачности;
— образование эффектов иризации или астеризма;
Например, в природе встречаются аметисты, имеющие цвет от насыщенного фиолетового до слабо-голубого, почти бесцветного. Слабоокрашенные аметисты практически не находят применения, однако с помощью температурных воздействий можно получить ювелирные вставки с высокими потребительскими свойствами.
Термическую обработку используют не только для аметистов. Так, неяркие бледно-зеленые бериллы в ходе нагрева (при использовании температур в диапазоне от 400 до 700 °С) приобретают небесно-голубую аквамариновую окраску.
Хромсодержащие коричневые и красно-коричневые топазы из Бразилии при нагревании до температуры 500 °С сначала обесцвечиваются, а затем при медленном охлаждении приобретают красивый розовый цвет (розовые топазы крайне редко встречаются в природе). Такой же эффект можно получить для некоторых топазов из месторождений России, США и Японии. К сожалению, красивая насыщенно-розовая окраска топазов, полученная таким способом, нестойка, под действием солнечных лучей она выгорает.
Термическая обработка также широко применяется для улучшения уже имеющегося цвета, усиления или ослабления тона или интенсивности окраски. Так, сапфиры и рубины, содержащие избыток железа, которое снижает оптические характеристики самоцветов, после нагревания (при 700 °С) приобретают более привлекательный внешний вид, становясь более «чистоокрашенными» и прозрачными. Темноокрашенные (так называемые «чернильные») сапфиры из Австралии при нагревании до температур порядка 1500 °С в среде, насыщенной кислородом, частично обесцвечиваются и становятся ярко-синими, прозрачными. Также для обесцвечивания и получения более красивой изумрудной окраски используется термическая обработка темно-зеленых и темно-сине-зеленых турмалинов.
Обесцвечивание широко применяется для цирконов. Дело в том, что циркон считается лучшей природной имитацией бриллианта, но бесцветные прозрачные цирконы в природе встречаются крайне редко (в настоящий момент не известно ни одного промышленно разрабатываемого месторождения), поэтому для имитации бриллиантов бесцветные прозрачные цирконы изготавливаются методом нагрева желтых и коричневых до температур 850-950 °С.
Кроме того, термическая обработка может использоваться для повышения показателя чистоты. Например, нагревание корундов до температур 1600-1900 °С с последующим быстрым охлаждением в специальных средах способствует исчезновению характерных облакообразных включений рутила. Однако, нагрев до 1300 °С и последующее медленное охлаждение при регулируемых температурах способствует перекристаллизации рутила в форму иглоподобных кристаллов и возникновению эффекта астеризма. При термической обработке цирконов из Шри-Ланки иногда случайным образом возникает эффект «кошачьего глаза».
Термическое облагораживание применяется практически всегда для янтаря. При медленном нагревании в янтаре завариваются поры и пузырьки, что ведет к значительному повышению прозрачности. Кроме того, на поверхности янтаря при этом часто наблюдается возникновение более темной медовокоричневой окраски.
Создание на поверхности минералов эффекта «кракле» в основном применяется для минералов кварцевой группы и наиболее распространена для горного хрусталя. Причем, этот рисунок из микротрещин может быть заполнен в дальнейшем какими-то красителями или же бесцветными синтетическими смолами, способными создавать в камне эффект иризации.
Таким образом, при определенном подборе условий термической обработки (температуры, времени и скорости нагрева, среды, в которой происходит процесс) могут быть улучшены потребительские характеристики минерала, а кроме того, из самоцветов одной разновидности могут быть получены более прозрачные камни различных, не характерных для данного вида ювелирных камней цветов, или с нехарактерными оптическими эффектами, а поэтому более ценные.
Диффузионная обработка
Этот вид облагораживания можно рассматривать как самостоятельный метод или как разновидность термической обработки. Сущность диффузионного метода заключается в том, что камни контактируют со специальными субстанциями, содержащими элементы, отвечающие за образование в минералах окраски (например, железо, титан, хром, марганец и др.). При нагревании эти элементы диффундируют в кристаллическую решетку минерала, образуя центры окраски и изменяя цвет минерала.
Считается, что метод был открыт в 1949 г. во время опытов с синтетическими корундами Вернейля, при попытках создать синтетические корунды с эффектом астеризма. Широкое коммерческое использование метода начинается в конце 70-х годов XX века с появлением на рынке в 1975 году первых диффузионно обработанных сапфиров с ярко-синей насыщенной окраской.
Диффузионная обработка слабоокрашенных корундов осуществляется при температурах 1750-1900 °С, при этом при диффузии в кристаллическую решетку ионов железа и титана получается насыщенная голубая или синяя окраска, при диффузии ионов хрома (в зависимости от их концентрации и свойств исходного минерала) можно получить красную, розовую или оранжевую окраску. В 2001 году на рынке в большом количестве появились ярко-оранжевые корунды, окраска которых была обусловлена ионами бериллия. Кроме бериллия стали также использовать ионы лития для получения «золотых» сапфиров.
НРНТ-обработка
Данный метод облагораживания был предложен производителями синтетических бриллиантов. Его суть в том, что при одновременном воздействии высоких давлений и высоких температур в течение нескольких минут, бриллианты способны изменять окраску. Первые образцы, облагороженные обработкой с помощью высоких давлений и высоких температур, впервые появились на рынке в 1996 году. Это были бриллианты, в дальнейшем известные под торговым названием «Nova». Изначально такие бриллианты имели выраженные желтые и коричневые оттенки (которые понижают группу цветности, а следовательно и стоимость бриллианта), но после воздействия в течение 3-х минут температур порядка 2 000-2 200 °С и давления 55-60 кБар, они изменяли окраску на зеленую и желто-зеленую. Немного изменяя условия обработки можно получать голубую и розовую окраски.
С 1999 года американская фирма General Electric Со использует данный метод для обесцвечивания бриллиантов низких групп цветности. Такие камни известны на рынке под названием «Ge Pol», поскольку фирма маркирует свои бриллианты, нанося на рундист с помощью лазера данную надпись.
Метод высоких давлений и высоких температур может быть также использован для получения черной окраски бриллиантов.
Облучение
То, что с помощью воздействия на минералы волновых источников энергии можно изменить их цвет, известно с начала XIX века, однако коммерческое значение этот метод облагораживания получает только во второй половине XX века, главным образом, для получения бриллиантов фантазийных цветов.
Первые опыты по созданию методик облагораживания с помощью различного вида излучений проводились в США. При облучении бесцветных бриллиантов α-частицами получалась насыщенная зеленая окраска (подобная окраске верделита), которая с помощью дальнейшей температурной обработки (537 °С) могла быть превращена в золотисто-желтую. В это же время осуществлялись попытки воздействовать на бриллианты нейтронным излучением, при этом получая светло-зеленую окраску, которая при последующем нагреве бриллианта до температур порядка 800 °С становилась золотисто-коричневой. С помощью воздействия электронами получали светло-голубые и светло-зеленые бриллианты; γ-облучение окрашивает камни в зелено-голубой цвет.
Невзрачные, почти бесцветные или бесцветные образцы топазов под действием радиоактивного облучения превращаются в насыщенно-голубые, желтые, желто-коричневые, оранжевые, розовые или зеленые. Для топазов применение находят γ-облучение, а также облучение электронами и нейтронами. Первые два способа позволяют получать светло-голубые камни. При воздействии нейтронами получают зеленовато-голубую окраску, которая при последующем отжиге становится насыщенной ярко-синей. Торговое название таких топазов «Лондонская лазурь» (London Blue). При комбинированной обработке нейтронами и электронами одновременно также получают насыщенный синий цвет, немного более светлый по тону, чем при нейтронной обработке. Данные камни известны на рынке под названием «Швейцарская лазурь» (Swiss Blue). Реализация топазов, прошедших облагораживание с применением нейтронного облучения, во многих странах ограничена, так как такие камни после обработки становятся радиоактивными.
Для облагораживания турмалинов применяется γ-облучение. С помощью такого воздействия усиливают окраску розовых и желтых минералов, а темно-зеленым камням можно придать пурпурную или насыщенную персиковую окраску.
Этот же вид облучения может использоваться для кварцев. С помощью γ-облучения бесцветные или слабоокрашенные кварцы приобретают насыщенную темно-коричневую окраску раухтопазов. В процессе дальнейшей термической обработки при температурах от 140 до 280 °С кварцы приобретают насыщенный зеленовато-желтый цвет. На рынке эти камни известны под торговым названием «лимонные цитрины». Бесцветные железосодержащие кварцы (которые, правда, в природе встречаются не часто) с помощью данного вида облучения приобретают аметистовую окраску.
Для облагораживания кварцев также может использоваться ультрафиолетовое воздействие. Так, при воздействии ультрафиолетового излучения слабоокрашенные грязновато-серые или грязно-зеленоватые слои агатов вследствие окисления и дегидратации гидроксидов железа могут приобретать насыщенную ярко-красную или красно-коричневую окраску.
Кроме уже упоминавшегося недостатка данного метода облагораживания, а именно, возникновения в некоторых случаях радиоактивности, имеются и другие. Часто окраска, полученная методом облучения, неустойчива, и камни могут обесцвечиваться под действием температуры или солнечного света. Кроме того, проводить облагораживание данным методом имеет смысл только для крупных кристаллов, так как затраты на облагораживание подобным способом мелких кристаллов не перекрываются их возросшей новой ценой.
Лазерное сверление
В качестве вещества, заполняющего выжженные пустоты в облагороженном алмазе, в 70-80-х гг. XX в. применялись специальные масла, которые закачивались в канал ствола. Поскольку лазерный канал очень узок и фактически представляет собой капилляр, масло из него не вытекает. Данный наполнитель имеет ряд недостатков: со временем масло стареет и испаряется (особенно при нагревании, даже не очень большом), бриллиант теряет свой блеск, и результаты лазерного воздействия становятся видимыми. Поэтому от масла в качестве заполняющего вещества отказались. В последнее время пустоты стали заполнять специальными полимерами, которые обеспечивают более надежную маскировку. Намного реже для заполнения применяют жидкое стекло специального состава.
Обесцвечивание
Улучшение окраски и чистоты ювелирной вставки может производиться методом обесцвечивания с помощью применения различных химических веществ. При этом возможно уменьшить зональность в окраске, а также одновременно удалить мешающие вещества, находящиеся в трещинах, рисках, порах и т. д., снижающие показатели качества и ухудшающие внешний вид. Наибольшее значение этот метод облагораживания имеет для жемчуга, кораллов и минералов группы жадов (нефрит и жадеит).
Минералы группы жадов очень пористые, в порах и трещинах этих минералов часто встречаются железосодержащие вещества, изменяющие (или зонально изменяющие) зеленую окраску жадов на грязно-желтую и желто-коричневую. В таких случаях камень помещается в раствор соляной кислоты и находится там от нескольких дней до нескольких недель, пока желтые и коричневые включения полностью не растворятся. После обработки минералы приобретают чистый белый или светло-зеленый цвет.
Обесцвечивание также может применяться как подготовительная операция перед проведением окрашивания, парафинирования, промасливания, заполнения трещин и цементации.
Залечивание поверхности
Залечивание поверхности минералов широко использовалось еще в Древнем Риме. Известно, что мрамор римляне часто облагораживали, заполняя трещины и риски веществами, способными сделать эти дефекты невидимыми невооруженным глазом. В то время в качестве «лекарств» использовали, главным образом, воск и древесную смолу; в настоящее время это преимущественно синтетические полимеры и стекло.
Залечивание поверхности ювелирных вставок, позволяет добиться следующих эффектов.
Для залечивания поверхности могут применяться следующие вещества: масла (пальмовое, кедровое, оливковое и др.); пчелиный воск; натуральные древесные смолы; искусственные и синтетические смолы; стекло.
Так называемое промасливание изумрудов было первым методом облагораживания, описанным в литературных источниках. Плиний в книге «Естественная история» уже в 55 г. н. э. дал описание получения таких камней.
Изумруды являются одними из самых хрупких минералов и, как правило, имеют значительное количество трещин и пустот, заполненных, главным образом, жидкими и газово-жидкими включениями. Коэффициент преломления таких включений намного ниже, чем изумруда, поэтому дефекты хорошо просматриваются в камне даже невооруженным глазом. В процессе промасливания природные (хорошо заметные) включения изумрудов вытесняются другими, специально введенными веществами. Эти вещества не имеют цвета и их показатель преломления близок к показателю преломления изумруда, поэтому их достаточно сложно увидеть, и камень выглядит как практически бездефектный. До начала XX века лучшим веществом для залечивания изумрудов считалось кедровое масло, которое широко использовалось русскими мастерами на Урале. Коэффициент преломления кедрового масла лежит в пределах примерно от 1,51 до 1,59 (коэффициент преломления изумрудов от 1,57 до 1,59) и считается наиболее близким минералу, по сравнению с другими природными маслами.
В настоящее время облагораживание изумрудов методом промасливания состоит из следующих технологических операций: минеральное сырье (еще до механической обработки) помещается в этиловый или метиловый спирт, нагревается в нем и выдерживается определенное время. При этом из кристаллов удаляются мешающие жидкие и газово-жидкие включения. Затем осуществляется механическая обработка (распиливание, шлифовка и полировка граней). После огранки изумруды проходят травление в концентрированной соляной кислоте, которая очищает трещины и пустоты от веществ, попавших в них на этапе механической обработки. Далее кислота удаляется из пустот с помощью спирта, и изумруды помещаются в «масляную ванну», где выдерживаются при температуре порядка 83 °С. После извлечения из ванны избыток масла удаляется обертыванием в хлопчатобумажную ткань. На современном производстве используются, главным образом, синтетические окрашенные масла, которые зрительно улучшают не только чистоту камня, но и повышают интенсивность его окраски. Такая же технология промасливания используется и для других минералов группы бериллов, например, аквамарина, гелиодора или морганита.
Залечивание трещин на поверхности ювелирных камней с помощью полимеров широко используется для бриллиантов, бериллов и жемчуга. Цель этой обработки такая же, как и при промасливании, то есть заполнить мелкие трещинки, имеющиеся в камне, веществом по цвету и коэффициенту преломления сходному с минералом, для того, чтобы сделать их невидимыми для человеческого глаза. Данный метод облагораживания состоит из трех этапов. Сначала при помощи травления удаляются все посторонние вещества, находящиеся в трещинах и пустотах. Затем камни помещаются в синтетические смолы и выдерживаются в печи при температурах 90-95 °С. После этого поверхность камня тем или иным образом обрабатывается с целью закрыть заполненные смолами трещины. В настоящее время чаще всего используют отверждение смол при обработке поверхности УФ-облучением.
Стекло специального состава (с высоким коэффициентом преломления) для заполнения трещин начали использовать в 80-х годах XX века, особенно для корундов. Однако промышленное изготовление таких вставок, имеющее коммерческое значение, началось примерно с наступлением XXI века. Так, в 2004 году на рынке появились Мадагаскарские рубины с залеченными стеклом трещинами. При этом способе облагораживания дефектные исходные кристаллы сначала отжигаются при температурах от 900 до 1 400 °С с целью улучшить окраску и удалить имеющиеся в камне коричневые или синие тона. После этого трещины заполняются специальными веществами, и камни еще раз отжигаются (температуры порядка 900 °С). Во время второго отжига образуется свинцовое стекло, полностью заполняющее трещины. Данная операция улучшает не только цвет и чистоту рубина, но и его способность к механической обработке.
Стабилизация бирюзы известна уже несколько столетий. Бирюза очень неустойчива к внешним воздействиям: солнечный свет, тепло, различные химические вещества в виде кремов и иной косметики, а также кожный жир и пот влияют на окраску минерала. Под действием этих реагентов бирюза выцветает (теряет интенсивность окраски) и может приобретать так называемую пятнистость (интенсивность окраски изменяется неравномерно на различных участках поверхности). В настоящее время облагораживание бирюзы стало вполне обычным явлением, почти 100% попадающей на рынок бирюзы облагорожено. Для стабилизации бирюзы применяют масла, воск, парафин и различные синтетические смолы. Обработка бирюзы с помощью данных веществ улучшает окраску и блеск камня, повышает его способность к механической обработке и полировке, а также увеличивает долговечность и способность противостоять внешним воздействиям.
Обработка парафином (парафинирование) чаще всего применяется для китайской бирюзы. Невзрачные камни нагреваются в окрашенном воске или парафине, что позволяет заполнить поры, пустоты и трещины, улучшить блеск, а также окрасить поверхностный слой в насыщенный голубой или зелено-голубой цвет. Определить парафинированную бирюзу несложно: при нагревании или освещении в течение некоторого времени узким пучком света камень «потеет».
Для облагораживания бирюзы, например, в США, Мексике и Перу применяют метод пропитки поверхностных слоев синтетическими смолами и силикатом натрия (цементация). Обработка химическими реагентами может улучшить не только цвет, блеск и декоративность камня, но и его физические характеристики. Так, цементация известковой бирюзы из штата Аризона (США) алкидными смолами позволяет увеличить твердость образцов примерно в полтора-два раза. Еще более приближается по внешнему виду и физическим характеристикам к высококачественным природным образцам бирюза, сцементированная кремнеземом, хотя при сравнении с камнями, обработанными алкидными смолами, она выглядит более бледной.
Поверхностная обработка
Самым простым видом поверхностной обработки является механическая, которая может применяться для удаления поверхностных дефектов некоторых самоцветов. Например, с этой целью жемчужины подвергают полированию.
Еще одним и давно известным способом является наклеивание на павильон ограненного камня металлической фольги (например, из серебра, алюминия или цинка). После закрепления камня в глухую оправу, такая фольга усиливала блеск, окрашенная фольга могла изменять или улучшать цвет камня. Использование на такой фольге определенной гравировки могло создавать оптическую иллюзию астеризма или иризации.
Окрашивание
Травление агатов
Травление со времен античности применяется для облагораживания агатов. Известно, что различные слои этого самоцвета имеют разную плотность и пористость. Поэтому различные зоны камня в разной степени поглощают те или иные вещества. На этой особенности и основан данный метод. Суть его заключается в пропитывании камня раствором меда или сахаров с последующим окислением этих органических соединений с помощью кипячения в серной кислоте. При этом непористые слои агата сохраняют свою первоначальную слабую окраску, более пористые слои приобретают более выраженную окраску, сходную по цвету, но отличающуюся по тону, а совсем рыхлые зоны, впитавшие значительное количество органического вещества, окрашиваются в цвета от темно-коричневого до угольночерного.
Этот метод позволяет повысить качество агатов за счет получения более контрастно и четко окрашенных контуров в различных слоях его текстуры. При этом также может наблюдаться вторичное прокрашивание агатов с преимущественной окраской вдоль мелких трещин, что формирует на камне сложный неповторимый узор и придает эффект моховатости.