Nâng cao chất lượng đá ruby, saphia bằng công nghệ xử lý nhiệt

Trao đổi với chúng tôi, TS Nguyễn Ngọc Khôi cho biết hiện nay, đá quý dạng thô ở nước ta có chất lượng thấp. Chính vì vậy, việc xây dựng, quy trình công nghệ xử lý thích hợp để nâng cao chất lượng ruby, saphia khai thác có một ý nghĩa kinh tế rất lớn và được xây dựng thành đề tài "Nghiên cứu công nghệ nhiệt nhằm nâng cao chất lượng ruby, saphia Việt Nam để tăng giá trị sản phẩm, tận thu triệt để tài nguyên khoáng sản ở các mỏ đá quý Việt Nam" do Bộ công nghiệp chủ trì.

Sở dĩ, nhóm nghiên cứu chọn phương án xử lý nhiệt vì theo TS Nguyễn Ngọc Khôi, cả hai loại đá quý trên đều thuộc cùng một khoáng vật của nhôm oxit (Al203), được gọi chung là corindon. Mầu sắc của chúng chủ yếu là do sự có mặt của ba nguyên tố tạo mầu crom (Cr), sắt (Fe) và titan (Ti), theo các tỷ lệ khác nhau cho ra những mầu khác nhau. Ruby đỏ và saphia hồng chủ yếu có crom, saphia lam chứa cả sắt và than, còn saphia mầu tím, tím hồng lại có đồng thời cả ba nguyên tố trên. Ngoài ba mầu trên, corindon còn có thể có rất nhiều mầu khác nữa như vàng, tím, lục, da cam tạo các sắc thái rất khác nhau.

TS Khôi cho biết: trên thực tế, corindon tự nhiên ít khi có mầu tinh khiết nào đó mà thường là pha trộn của nhiều sắc thái mầu. Các nghiên cứu cho thấy rằng, chỉ cần sự có mặt của ba nguyên tố tạo mầu là Cr, Fe, Ti theo các tỷ lệ khác này là corindon có thể có rất nhiều mầu khác nhau: đỏ, hồng, lam, lam tím, tím sáng, tím sẫm, đỏ tía... Hiện tượng nhiều mầu, phân đới mầu cũng rất đặc trưng cho corindo Việt Nam.

Từ những đặc điểm trên, kết hợp với việc lấy mẫu nguyên liệu từ các vùng mỏ ruby, saphia khác nhau tại Việt Nam như Lục Yên, Quỳ Châu, Tân Hương... nhóm nghiên cứu đã đưa ra quy trình xử lý nhiệt ruby và saphia hồng ánh tím hoặc sắc nâu.

Quy trình này bao gồm việc kết hợp nhiệt độ cao và môi trường xử lý thích hợp để làm thay đổi trạng thái hoá trị của các nguyên tố tạo mầu và tái phân bố chúng trong cấu trúc corindon, từ đó mầu sắc của corindon cũng sẽ thay đổi theo. Theo đó, dùng nhiệt độ cao tác động lên ruby và saphia trong môi trường thích hợp (ô-xy hóa hoặc khử) để làm thay đổi tính chất (hóa trị) và sự phân bố của các nguyên tố tạo mầu trong corindon, dẫn đến sự thay đổi mầu sắc của viên đá. Khi gặp nhiệt độ, không gian nguyên tử của tinh thể corindon được mở rộng, thúc đẩy quá trình khuếch tán đều các nguyên tố tạo mầu, đồng thời thúc đẩy các phản ứng hóa học.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, nếu trong tinh thể ruby và saphia hồng ngoài Cr3+ có lẫn thêm Fe2+ và Ti4+ thì chúng sẽ có mầu ánh tím, tím/lam và ánh lam. Ngược lại, nếu có lẫn thêm Fe3+ mầu của chúng sẽ có sắc nâu, làm cho viên đá xỉn đi. Chẳng hạn, nung ruby và saphia hồng ánh tím trong môi trường ô-xy hóa, ánh tím sẽ giảm xuống, còn nếu nung trong môi trường khử, ánh tím sẽ tăng lên (do Fe2+ chuyển thành Fe3+ và ngược lại). Nhiệt độ ở đây chủ yếu thúc đẩy quá trình ô-xy hóa, khử. Khi nung ruby, saphia hồng có sắc nâu trong môi trường ô-xy hóa, sắc nâu sẽ tăng lên, còn nếu nung trong môi trường khử thì sắc nâu sẽ giảm xuống. Vậy, muốn làm giảm hoặc loại bỏ sắc tím cho ruby và saphia, cần nung chúng trong môi trường ô-xy hóa, còn muốn loại bỏ sắc nâu, phải nung trong môi trường khử.

Hiện nay, công nghệ trên đã được áp dụng ở hầu hết các nước có ngành công nghiệp đá quý phát triển như Nhật Bản, Mỹ, Thái-lan..., song họ luôn giữ bí mật, không chuyển giao cho ai. Cũng theo TS Nguyễn Ngọc Khôi, việc nắm bắt được công nghệ này bằng chất xám Việt Nam đã giúp đẩy lùi sự bắt bí của các nước có ngành công nghệ đá quý phát triển cũng như kích thích sự phát triển của ngành chế tác đá quý của Việt Nam.

Bên cạnh việc nâng cao chất lượng đá quý, khi loại bỏ được mầu tạp chất, giá thành sản phẩm có thể tăng từ 30% đến 100%, thậm chí cao hơn nhiều. Công nghệ này cũng khắc phục được nhược điểm của công nghệ nhuộm mầu (mầu không bền, không bảo đảm tự nhiên, ít được người tiêu dùng chấp nhận) mà trước đây vẫn hay sử dụng khi xử lý đá nhiễm tạp chất. Với kỹ thuật mới, sản phẩm vẫn bảo đảm được mầu tự nhiên cũng như chất lượng, kích thước, thành phần của viên đá.

Hiện tại, công nghệ này đã được áp dụng đối với ruby, saphia của các mỏ Lục Yên, Quỳ Châu và Tân Hương ở Việt Nam. TS Nguyễn Ngọc Khôi cho biết hướng nghiên cứu tiếp theo của nhóm là ruby, saphia ở miền Nam như Đác Nông, Ngọc Yêu, Eaka, Hàm Tân... và tương lai sẽ có nhiều công nghệ xử lý nâng cao chất lượng đá quý ra đời.