Zircon

TS. Phạm Văn Long

Zircon được biết đến như những khoáng vật quý, được sử dụng trên các đồ trang sức với nhiều màu sắc khác nhau, từ không màu tới màu vàng đỏ, da cam và nâu, lục nâu, lục sáng tời màu xanh da trời. Loại không màu; nâu vàng (vàng rơm) và xanh da trời là loại mới chỉ nói đến gần đây. Đó là những màu do xử lý nhiệt của zircon. Cùng với ánh kim cương nó có tầm quan trọng đáng kể trong ngành trang sức.

1. Khái quát chung

Tên gọi zircon được bắt nguồn từ các từ biệt ngữ, theo tiếng A Rập có nghĩa là màu đỏ son, và theo tiếng Iran là màu vàng. Cho đến nay zircon được biết nhiều tên khác nhau như “zargoon” hoặc “cerkonier”; tên đầu được bắt nguồn từ chữ gaicon tiếng Italian, có lẽ là biến tướng của biệt ngữ.

2. Thành phần hoá học và cấu trúc tinh thể

2.1. Thành phần hoá học

Thành phần hoá học của zircon là silicát của zirconni (ZrSiO₄). Thường xuyên có một ít Fe trong thành phần dưới dạng tạp chất và thay thế một phần Zr với hàm lượng thay đổi khoảng 0,5 – 4%.

Đôi khi chứa Al₂O₃ bao giờ cũng chứa Hafini (HFO₂) cuối cùng, thành phần zircon rất giàu chất phóng xạ Thorium và uranium.

2.2. Cấu trúc tinh thể

Zircon kết tinh trong hệ tứ phương,dạng đối xứng lưỡng tháp tứ phương. Hình dạng tinh thể thường là do sự kết hợp của lăng trụ vuông với tháp vuông ở hai đầu. hoặc kết hợp với những lăng trụ có độ nghiêng khác nhau ở hai đầu. Nếu phần lăng trụ nhỏ có thể dễ nhầm với hình 8 mặt.

3. Các tính chất vật lý và quang học

3.1. Các tính chất vật lý

– Độ cứng thay đổi từ 7 tới 7,5 theo độ cứng Mohs và không đồng nhất trong toàn viên đá, yếu tố này gây khó khăn cho việc đánh bóng.

– Cát khai không đáng kể hoặc rất không hoàn toàn.

– Vết vỡ dạng vỏ sò, tương đối giòn.

– Tỉ trọng của zircon có sự thay đổi đặc biệt, do trên thực tế không chỉ có một loại zircon mà là hai loại: zircon cao và zircon thấp; có nhiều tài liệu nói đến 3 loại, những loại trung gian thực ra cũng cùng một pha biến đổi với một trong hai loại kia.

+ Loại zircon cao được kết tinh đầy đủ và có tỉ trọng thay đổi từ 4,67 tới 4,70.

+ Loại zircon thứ hai gọi là loại thấp có tỉ trọng khoảng 4,0 (3,95 – 4,1) nó là kết quả từ những đá có nguồn gốc từ loại cao trong đó cấu trúc mạng tinh thể bị phá vỡ, vì vậy chúng chứa ít nhiều silic và zircon dạng vô định hình.

Sự phá vỡ cấu trúc mạng này do hiện tượng phá huỷ của các hạt X (hạt nhân của nguyên tố He) do các nguyên tố phóng xạ tỏng zircon. Đó có thể là do uranium hoặc thorinium, chúng có dấu vết như nhau trong zircon.

Chúng ta hiểu rằng sự phá vỡ mạng tinh thể zircon diễn ra không phải ngay lập tức, do vậy những viên zircon loại này là sản phẩm phân huỷ không toàn toàn, chỉ một phần hoàn toàn phân huỷ hoặc mới chỉ bắt đầu bằng phân huỷ.

Do vậy, zircon có nhiều tỉ trọng trong khoảng của loại cao và loại thấp. Những đã bị phân huỷ một phần này có thể gọi là loại chuyển tiếp.

3.2. Các tính chất quang học:

– Chiết suất: Giá trị chiết suất của zircon thay đổi đáng kể loại “cao” có giá trị chiết suất 1,92 đối với tia thường và 1,98 đối với tia bất thường, lưỡng chiết suất 0,059.

Chiết suất và lưỡng chiết suất giảm dần từ loại “cao” đến loại “thấp” giảm tới giá trị chiết suất 1,78. Những loại đặc biệt có tính đẳng hướng, có giá trị chiết suất đơn, và chúng có độ cứng thấp (6,5).

–  Tính đa sắc và độ tán sắc: Mặc dù zircon có khúc xạ kép rõ ràng, thông thường không thấy hiện tượng lưỡng sắc. Trừ loại màu xanh do xử lý nhiệt, nhưng đá này trên thực tế có lưỡng sắc mạnh; màu kép trong chúng là màu xanh da trời đậm theo phương bình thường và không màu theo phương bất thường.

– Phổ hấp thụ: Quang phổ được quan sát được ở zircon là những dải hẹp rất mạnh và những đường mịn từ đầu đến cuối quang phổ do phógn xạ uranium trong zircon có thể quan sát được.

Loại nâu phớt lục ở Buma biểu hiện quang phổ rất giàu, có thể thấy ở một viên đá hơn 40 vạch.

+ Loại zircon màu trắng và da cam từ Uran chỉ quan sát thấy vài dải.

+ Loại màu zircon đỏ của Pháp thường trống các dải.

+ Loại không màu, xanh da trời và vàng rơm đã xử lý nhiệt từ Đông Nam á cho thấy quang phổ cực kỳ yếu. Thường chỉ thấy mỗi đường mạnh là 6535 A⁰ là có thể nhìn thấy.

Các dải quang phổ chính của zircon là: 6910, 6830, 6625, 6605, 6535 (mạnh nhất) 6210, 6150, 5895, 5375… 4327 A^o.

Quang phổ của loại zircon “thấp” mà một phần vô định hình thì kém rõ ràng hơn, chỉ thấy một vạch ở dải sóng dài 6535A⁰.

Phổ hấp thụ là một đặc tính đặc trưng của zircon

– Tính phát quang : zircon phát quang dưới đèn cực tím cả sóng dài và sóng ngắn rất khác nhau.

Trên thực tế một số trơ và số khác phát quang rất mạnh. Màu phát quang thường là màu vàng có cường độ thay đổi.

Dưới tác dụng của tia X tính phát quang của zircon không những thay đổi về cường độ mà cả về màu sắc. Đa số các đá thấy màu hơi trắng hoặc xanh tím, nhưng vài loại khác thấy phớt lục hoặc lục sáng. Những loại đá đã qua xử lý nhiệt dưới bức xạ của một số tia sau thời gian dài sẽ trở về màu nâu gốc (màu ban đầu).

4. Đặc điểm bao thể:

Nhiều loại zircon, đặc biệt là loại zircon thấp có màu sắc tự nhiên, có bao thể dạng “sương mù” (khi kiểm tra viên đá trông như khói). Một số bao thể khoáng vật hay gặp như apatit, diopsit,…

Bao thể trong zircon rất ít đặc trưng, trừ loại zircon thấp thường có các vạch đới màu thẳng gấp góc, nhưng không hoàn toàn giống như đới màu trong saphia. Đôi khi zircon cho hiệu ứng mắt mèo.

Bao thể apatit (bên phải) và bao thể diopsit (bên trái) trong zircon

5. Các phương pháp xử lý

Một điều thú vị là ảnh hưởng của nhiệtvới các loại zircon khác nhau, đối với loại zircon “thấp”, loại “cao” và loại chuyển tiếp giữa chúng. Nếu nung đến 1450⁰C sẽ có xu hướng tăng tỉ trọng từ giá trị trung bình tới gần 4,7 cùng với giá trị chiết suất trung bình và tăng độ rõ của vạch quang phổ.

– Khi nung silic và Zr bị phân chia đã kết hợp lại như sự kết tinh zircon. Tổng lượng nhiệt cần thiết để đưa loại thấp quay về loại cao phụ thuộc hoàn toàn vào sự phân chia gốc.

Những loại zircon màu nâu, nâu phớt đỏ ở Đông Nam Á sau khi nung thành không màu, xanh da trời và màu vàng đều là những màu được ưa thích trên thị trường thế giới.

Zircon Việt Nam trước và sau xử lý

6. Nguồn gốc và phân bố

Zircon phân bố rộng rãi trên thế giới, thông thường nó là khoáng vật phụ của đá macma, nhưng loại đạt chất lượng ngọc thì được tìm thấy trong các vùng lân cận.

Một nguồn quan trọng nhất của zircon là khu vực Đông Nam Á. Đó là các mỏ ở Sri – Lanka, Champasac (Lào – Campuchia) và Pailin (Campuchia). Ở Việt Nam có khu vực Lâm Đồng, Đồng Nai, Bình Thuận.

7. Phân biệt zircon với các đá tự nhiên và đá tổng hợp khác:

7.1. Phân biệt với các đá tự nhiên:

Trước hết do nó có chiết suất cao và ánh đặc biệt, một phần có ánh mỡ và ánh nhựa do vài phản ứng đặc biệt với quá trình đánh bóng, thêm vào đó màu sắc vừa phải rõ ràng thường làm cho có thể nhận ra ngay khi mới nhìn.

– Dùng kính lúp quan sát gần sẽ nhận thấy những vết vỡ vụn ở cạnh faxet và dấu hiệu khúc xạ kép của cạnh đáy khi nhìn qua kính lúc từ trên mặt viên đá.

– Các đá tự nhiên có khúc xạ kép có thể nhầm với zircon là sphen, sinhalit, casiterit và peridot, nhưng sphen có độ lưỡng chiết lớn gấp 2 lần, độ cứng và tỉ trọng thấp hơn zircon còn sinhalit và peridot có chiết suất thấp hơn. Ngoài ra loại dematoit màu lục có ánh cao cũng có thể nhầm với zircon, tuy nhiên nó chỉ có chiết suất đơn.

7.2. Phân biệt với các đá nhân tạo:

– CZ (cubic zircon- zircon lập phương): CZ là oxit zirconi (ZrO₂) được tổng hợp ở nhiệt độ cao với một lượng cân đối của ôxit CaO hoặc Y₂O₃.

Tính chất của CZ biến đổi một chút tuỳ theo loại oxit được dùng:

+ Nếu chất ổn định là CaO thì nó có độ cứng là 8, tỷ trọng 5,65; chiết suất đơn 2,15 và độ tán sắc 0,06.

+ Nếu chất ổn định là Y₂O₃ thì tỉ trọng là 5,95.

Như vậy dựa vào chiết suất đơn và tỉ trọng lớn hơn là phân biệt được. Loại CZ không màu và tinh khiết là vật liệu thay thế kim cương có hiệu quả.

– Rutin tổng hợp: Là loại đá giống với zircon nhưng có chiết suất cao hơn (2,62 – 2,9) có khúc xạ kép lớn hơn và màu tán sắc quá mức.

– Spinen tổng hợp màu xanh lam: Không có khúc xạ kép, qua kính Chelsea có màu đỏ và phổ hấp thụ của coban.

8. Chế tác:

Thường được mài cắt kiểu brilliant có mặt faxet thứ 2 ở phần đáy. Đối với loại màu xanh và màu vàng, kiểu cắt 8 cạnh và cắt hộp bốn bên đang được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên các loại zircon tự nhiên có màu thường mài cắt kiểu hỗn hợp.