1. Khái quát

Từ “corundum” phát sinh từ tiếng Hy lạp “Kerand” hoặc “Kuruvinda”, sau này tên gọi corindon được người Ấn Độ miêu tả thành 2 thể loại, tuỳ theo màu sắc của nó: Ruby (rubinus) có nghĩa là màu đỏ và saphia (saphiarus) có nghĩa là màu lam.

Mãi đến năm 1800 người ta mới biết rằng ruby và saphia cùng thuộc về một nhóm. Tên saphia cũng theo tiếng Hy lạp, saphiarus có nghĩa là màu xanh lam.
Ngày nay chúng ta cũng quan niệm rằng loại có màu đỏ được gọi là ruby và màu lam gọi là saphia, còn những loại màu pha trộn khác gọi chung là corindon, hoặc saphia kèm theo tính từ chỉ màu sắc. Ví dụ: saphia lục, saphia vàng.

 

2. Thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể

2.1. Thành phần hóa học

Thành phần hóa học của corindon là alumin Al2O3. Khi nó tinh khiết là saphia không màu, kết quả màu sắc của ruby là do lượng rất nhỏ (vết) của oxit crôm, và màu xanh của saphia là do một lượng nhỏ của nguyên tố sắt và titan. Năm 1986 Heilmann và Henn đã phân tích thành phần hóa học của corindon bằng phương pháp hiện đại cho kết quả thay đổi như sau: Phần lớn các mẫu có hàm lượng Al2O3> 99,4%, SiO2 từ 0,03 – 0,06%; Na2O từ vết – 0,01; K2O từ vết – 0,02; MgO: từ vết – 0,05%; CaO: từ vết – 0,02; Fe từ 0,12 – 0,22; MnO từ vết – 0,03; TiO2 0,01 – 0,02.

2.2. Cấu trúc tinh thể:

Corindon nằm trong nhóm hematit (X2O3), cấu trúc của nhóm khoáng vật này dựa trên hình 6 phương khép kín của nguyên tử oxy với các cation trong khối tám mặt giữa chúng. Trên cơ sở hình chiếu của cấu trúc corindon chỉ ra rằng có 2/3 khoảng trống của tám mặt là được lấp bởi cation Al3+. Liên kết hóa trị tĩnh điện (ev) hoặc lực lượng liên kết của mối liên kết Al3+. Bởi vì ion Al3+ được bao quanh bởi 6 ion oxy, hóa trị tĩnh điệncủa mỗi sáu liên kết nguyên tử Al-O trong phân tử bằgn 1/2. Mỗi ion oxy được chia sẻ giữa 4 khối tám mặt, nghĩa là 4 liên kết nguyên tử trong phân tử điện hóa trị bằng 1/2 lượng tỏa ra từ một vị trí oxy. Trong mặt cơ sở (0001) điều này cho phép chỉ 2 cặp Al-O liên kết từ mỗi oxy, mà chỉ ra bởi hai khối tám mặt chung nhau một oxy ở góc.

 

 

Một tinh thể ruby

Mỗi khối tám mặt chung 1 mặt giữa 2 lớp kề cận theo chiều thẳng đứng của các chồng khối tám mặt (sắp xếp chồng lên nhau). Crôm tham gia vào mạng của corindon dưới dạng 1 ion hoá trị 3 (Cr+3) thay thế đồng hình ion Al3+.

Đặc tính tinh thể học của corindon: Corindon kết tinh trong biến thể ba phương của tinh hệ 6 phương, thuộc lớp 32/m với các yếu tố đối xứng sau:

• Một trục đối xứng bậc ba, mà cũng tượng trưng cho 1 trục bậc 3 đảo.
• Ba trục đối xứng bậc 2 vuông góc với trục bậc 3.
• Ba mặt phẳng đối xứng vuông góc với trục bậc 2 và cắt nhau dọc theo trục có thứ tự cao.
• Một tâm đối xứng.

Corindon là một khoáng vật của nhôm: Al2O3, kết tinh ở hệ lục phương, có hình dạng thường gặp là lăng trụ, hình tấm 6 mặt, hai tháp 6 phương.

Corindon có các biến thể sau:

• Al2O3 tam phương là một biến thể vững chắc nhất trong tự nhiên, thành tạo trong khoảng nhiệt độ 500 – 15000C.
• Al2O3 lục phương vững bền ở nhiệt độ cao, sự chuyển  Al2O3 thành  Al2O3 thực hiện ở nhiệt độ 1500 – 18000C.

3. Các tính chất vật lý và quang học

3.1. Tính chất vật lý

• Cát khai: Ruby, saphia không có cát khai, nhưng có thể tách theo một số hướng nhất định.
• Vết vỡ: vỏ sò.
• Độ cứng: Ruby, saphia có độ cứng tương đối là 9 (theo thang Mohs), chỉ đứng sau kim cương. Độ cứng của ruby, saphia cũng biến đổi theo các hướng khác nhau.
• Màu vết vạch: trắng
• Tỷ trọng: Ruby: 3,95 – 4,05, thường là 4,00

3.2. Tính chất quang học

Độ trong suốt: Từ trong suốt đến đục

Ánh: Mặt vỡ thường có ánh thuỷ tinh; mặt mài bóng thường có ánh từ thuỷ tinh đến gần ánh lửa.

Tính đa sắc: ruby: mạnh; đỏ phớt tía/ đỏ da cam

Saphia: mạnh; lam phớt tím/ lam phớt lục

Saphia vàng: yếu đến rõ; vàng/ vàng nhạt.

Saphia lục: mạnh; lục/ vàng lục

Saphia tím: mạnh; tím/ da cam
– Chiết suất: 1,766 – 1,774
– Lưỡng chiết suất: 0,008
– Độ tán sắc: 0,018
– Phổ hấp thụ: Ruby: 6942, 6928, 6680, 6592, 6100, 5000,
4765, 4750, 4685.

Saphia lam: màulam của Sri Lanka: 4701, 4600, 4550, 4500, 3790.

Saphia vàng: 4710, 4600, 4500, nhưng yếu hơn.

Saphia lục: 4710, 4600, 4500, nhưng hơi mạnh hơn.

Saphia tím: có thể có cả phổ của ruby (Cr) và saphia (Fe).

– Lọc Chelsea: Ruby: đỏ mạnh

Saphia lục: màu lục
Saphia lam : hơi đen
Saphia tím và lam tím: có thể hơi đỏ.

– Tính phát quang: Ruby : mạnh, đỏ phớt tím (huỳnh quang khác nhau theo những vùng mỏ). Saphia: Không có sự phát huỳnh quang đặc trưng cho mọi loại saphia, nó phụ thuộc vào màu sắc và xuất xứ của viên đá.

– Các hiệu ứng quang học: Hiện tượng ánh sao là đặc trưng nhất, hiện tượng mắt mèo thì ít gặp hơn. Ngoài ra còn gặp hiệu ứng đổi màu (hiệu ứng Alexandrit), màu viên đá thay đổi từ lam đến tía hoặc hiếm hơn từ lục đến nâu phớt đỏ.

4. Đặc điểm bao thể

Trong ruby sự có mặt phổ biến các bao thể ở các dạng khác nhau. Điều đó giúp phân biệt giữa ruby tự nhiên và ruby nhân tạo.
Nếu viên đá chứa bao thể rutin hình kim que với số lượng khá lớn thì viên đá có ánh bên trong mềm mại (gọi là ánh lụa), nếu ta cắt theo kiểu cabochon thì có thể được viên ruby có hiện tượng mắt mèo hoặc hình sao.
Giống như các loại đá khác ruby cũng có nhiều loại bao thể như: lỏng, khí, bao thể “rắn” và “hỗn hợp”: rutin, granat, biotit, apatit, fenspat, canxit,…

5. Các phương pháp xử lý

5.1. Tác dụng của các tác nhân

• Nhiệt độ: Dưới tác dụng của nhiệt độ, màu sắc và độ tinh khiết của ruby, saphia có thể có những biến đổi khác nhau.
• Axit: Rất khó tác dụng. Các chất bột hàn và dung dịch muối dấm chứa Bo có thể hòa tan bề mặt của viên corindon.
• Chiếu xạ: Có thể tạo màu vàng đến vàng nâu từ loại saphia vàng nhạt.

5.2. Các phương pháp xử lý và tổng hợp

• Xử lý nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao và môi trường xử lý thích hợp có thể làm tăng chất lượng của ruby, saphia. Tăng độ đồng đều của màu, giảm các hiệu ứng màng mây, màng sữa và làm tăng độ tinh khiết. Hiện nay trên thị trường thì hơn 95% ruby và saphia đều đã qua xử lý nhiệt và được thị trường chấp nhận coi như là ruby, saphia tự nhiên.
• Các phương pháp xử lý khác: Ngoài ra chúng còn được xử lý bằng cách khuyếch tán nhiệt, sửa bề mặt, chiếu xạ, nhuộm màu và sơn dầu.
• Tổng hợp: Ruby và saphia được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau: nóng chảy trong ngọn lửa, chất trợ dung hoặc phương pháp nhiệt dịch.

6. Nguồn gốc và phân bố

– Nguồn gốc: Corindon có nguồn gốc chủ yếu là biến chất, skarn, nhiệt dịch và magma. Tuy nhiên loại có giá trị thương phẩm chủ yếu được khai thác trong các kiểu nguồn gốc biến chất và skarn.
– Ngày nay trên thế giới đã có nhều vùng mỏ ruby, saphia được khai thác như: Miến Điện, Sri Lanka, Thái Lan, Nam Phi, Campuchia, Bắc Mỹ, Pakistan,…

 

Ruby trong zoisit Tanzania

– Ở Việt nam, chúng ta cũng lần lượt khai thác ruby, saphia từ các vùng mỏ Quỳ Châu (Nghệ An), Tân Hương, Lục Yên (Yên Bái), miền nam Việt Nam (Bảo Lộc, Di Linh, Tiên Cô, Đá Bàn, Đak Nông,…).

7. Chế tác

Ruby cũng như saphia có thể cắt theo nhiều kiểu khác nhau, song phổ biến nhất là kiểu cắt hỗn hợp: Phần đỉnh cắt kiểu kim cương (brilliant), còn phần đáy cắt bậc, đối với viên ruby và saphia chất lượng hảo hạng, người ta cũng hay dùng kiểu cắt bậc vừa để đảm bảo trọng lượng vừa để duy trì được các hiệu ứng quang học.

Chỉ corindon màu đỏ được gọi là ruby,

còn corindon các màu khác được gọi là saphia màu

Còn các kiểu chế tác đáy tầng và kiểu kim cương cũng gặp nhưng hiếm hơn nhiều. Khi chế tác corindon ta cần phải lưu ý đến các đặc điểm sau:

• Định hướng trục quang (cả đối với kiểu mài giác lẫn kiểu mài cabochon sao).
• Tính phân bố màu sắc.
• Độ đậm nhạt của màu (màu càng nhạt thì càng phải nhiều tầng, mỗi tầng càng phải nhiều giác và các giác càng phải nhỏ).
• Đặc điểm phân bố khuyết tật v.v

Nếu các viên đá có chất lượng kém hoặc nhiều khuyết tật thì người ta có thể cắt thành các hạt hình tròn, kiểu cabochon hoặc dùng để chạm khắc. Riêng viên đá có hiệu ứng sao được cắt theo kiểu cabochon để phô bày hiệu ứng quang học hấp dẫn đó.

Ngoài ra, tùy hình dáng, kích thước người ta có thể cắt ruby, saphia thành các kiểu khác nhau tùy ý thích của người tiêu dùng nhằm giữ được trọng lượng tối đa như đối với kim cương: Đó là kiểu emơrôt, kiểu baguette, hình tim, hình tam giác, hình hạt dưa, hình thang, hình chữ nhật, v.v

8. Phân biệt

• Hiện nay 95% lượng ruby, saphia trên thị trường đã qua xử lý bằng các phương pháp khác nhau.
• Nhận biết ruby, saphia xử lý nhiệt: Ruby, saphia có thể được xử lý nhiệt bằng phương pháp thông thường (chỉ dung nhiệt độ cao tác động lên viên đá làm thay đổi màu sắc và độ tinh khiết), hoặc xử lý nhiệt kèm lấp đầy khe nứt (dùng thuỷ tinh chì để lấp đầy vào các khe nứt trong quá trình xử lý nhiệt). Để nhận biết chúng phải quan sát các đặc điểm bên trong, các biến đổi của bao thể do tác động của nhiệt độ, phát hiện thuỷ tinh lấp đầy bằng các bọt khí,…
• Nhận biết ruby, saphia tổng hợp: Hiện nay, ngoài phương pháp nóng chảy trong ngọn lửa Verneuil, người ta còn sử dụng các phương pháp dùng chất trợ dung như: phương pháp Chatham, Kashan, Knischka, Ramaura, v.v. để sản xuất ruby, saphia tổng hợp. Tất cả các phương pháp này đều mô phỏng các quá trình thành tạo ruby, saphia trong tự nhiên do vậy chúng mang nhiều các đặc điểm giống với ruby, saphia tự nhiên. Để có thể phân biệt được chúng phải dựa vào các đặc điểm bên trong. Ví dụ: đường tăng trưởng, bọt khí, bao thể dạng vân tay, tinh thể platin, tinh thể âm v.v cùng với nhiều dấu vết khác.
• Phân biệt ruby, saphia với các đá tương tự: Việc giám định ruby, saphia có khó khăn là có rất nhiều khoáng vật được sử dụng để thay thế và bắt chước chúng. Ruby có thể nhầm lẫn với spinen, granat, hoặc tuamalin màu đỏ, một vài loại topaz. Ruby khác tất cả các khoáng vật này ở độ cứng cao. Tính lưỡng chiết và đa sắc mạnh cũng là các dấu hiệu để phân biệt với spinen và granat.
• Ngoài ra ruby còn phát quang mạnh (đỏ tươi) dưới tia cực tím và màu đỏ dưới kính lọc Chelsea.
• Saphia có thể bị nhầm lẫn với nhiều loại đá khác như : benitoit, iolit, kyanit, spinen,topaz, tuamalin, zircon và thuỷ tinh màu lam.

9. Chất lượng và giá trị

Đối với ruby thì loại có màu đỏ, đỏ hơi phớt tím là có giá trị cao nhất. Ánh tím càng tăng và sự có mặt của sắc màu da cam sẽ làm giảm giá trị của viên đá xuống. Loại có sắc màu nâu có giá trị thấp nhất. Xét về độ sáng tối (ton) của màu thì những viên có tông màu tối vừa là có giá nhất, sau đó là tông sáng và tông tối. Màu không đều cũng làm giảm giá trị của viên đá.

Giá trị của ruby, saphia còn chịu ảnh hưởng của các tì vết bên ngoài và các khuyết tật bên bên trong (rạn nứt, bao thể) song ở mức độ ít hơn nhiều so với màu sắc.
Theo các số liệu của thập kỷ 90, giá của các loại ruby (tùy thuộc vào màu sắc, độ tinh khiết và chất lượng chế tác) như sau:

• Ruby Thái lan: 500 – 3000 USD/ cts
• Ruby Miến điện: cao hơn vài lần
• Còn trên thị trường bán buôn ở Mỹ thì giá những viên ruby nặng 1cara là:
• Ruby Thái : 1200 – 3500 USD/cts
• Saphia hồng: 500 USD/cts

Đối với saphia, màu được ưa chuộng nhất là màu lam hơi phớt tím với tông màu tối vừa. Những viên có sắc màu lục và đa sắc mạnh (Australia, Kenya, miền Nam Việt nam) đều ít được ưa chuộng hơn. Giá bán buôn trên thị trường Mỹ đối với những viên 1ct như sau (loại từ màu lam đến lục):

• 1500 – 2000 USD/cts (Miến điện)
• 450 – 200 USD/cts (Sri Lanka)
• 250 – 400 USD (Thái lan, Campuchia);
• Màu lục xám: 25USD/cts;
• Da cam (padparadscha): 250 – 1200/cts (loại chất lượng trung bình) và 2000USD/cts (chất lượng tốt);
• Màu vàng: viên từ 1- 5ct: 89 – 150 USD/cts.