Click để về mục lục

THẠCH ANH (QUARTZ)

Thạch anh là khoáng vật phổ biến nhất trong vỏ trái đất và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau điện tử, quang học,... và trong ngọc học. Với nhiều màu sắc, hình dạng và cấu trúc khác nhau, thạch anh ngày càng được ưa chuộng không những trong trang sức mà còn trong lĩnh vực trưng bày và phong thuỷ. Ametit (thạch anh màu tím) là đá quý biểu tượng cho những người sinh tháng 2.

1. Khái quát chung

Tên quartz được xuất xứ từ chữ Đức cổ và không rõ nghĩa và nó được sử dụng rộng rãi từ thế kỷ 16.

Các tinh thể thạch anh trong suốt có màu sắc đa dạng: tím, hồng, đen, vàng... và được sử dụng làm đồ trang sức từ rất xa xưa.

Ametit loại biến thể màu tím của thạch anh được coi là đá quý của tháng hai và là loại được ưa chuộng nhất của họ thạch anh.

2. Thành chất hoá học và cấu trúc tinh thể:

2.1. Thành phần hoá học: Các khoáng vật của nhóm thạch anh có công thức rất đơn giản SiO₂, là một loạt biến thể đa hình gồm 3 biến thể độc lập: thạch anh, tridimit và cristobalit và chúng biến chuyển theo sơ đồ:

                        aThạch anh « bThạch anh « b Tridimit « b Cristobalit « nóng chảy

                       573⁰            870⁰           1470⁰             1713⁰

Ngoài ra đối với tridimit và cristobalit ở nhiệt độ thấp khi bị nguội đi đột ngột ta có các dạng song biến:

                  a tridimit  «  b tridimit      và         a cristobalit  «  b cristobalit

                           130⁰                                          180 - 270⁰

Trong thành phần của thạch anh ngoài thành phần chính còn có thể chứa một số chất hơi, chất lỏng: CO₂, H₂O, NaCl, CaCO₃...

2.2. Cấu trúc tinh thể

- Tinh hệ: Biến thể nhiệt độ cao của thạch anh kết tinh trong hệ lục phương, biến thể thạch anh vững bền ở nhiệt độ dưới 573⁰C kết tinh trong hệ tam phương.

Mô hình cấu trúc của tinh hệ sáu phương (bên trái) và ba phương (bên phải)

- Dạng tinh thể: Thường hay gặp dạng lưỡng tháp lục phương với các mặt lăng trụ rất ngắn hoặc không có. Thạch anh chỉ thành những tinh thể đẹp trong các hỗng hoặc các môi trường hở, có trường hợp gặp các tinh thể nặng tới 1 vài tấn có khi tới 40 tấn. Dạng tinh thể của thạch anh khá đa dạng nhưng đặc trưng là thường gặp các mặt m [0111], và có vết khía ngang trên mặt, mặt khối thoi r [1011] và z [0111], lưỡng tháp phức tam phương s [1121], khối mặt thang x [5161] ...

Dạng tinh thể lý tưởng của thạch anh và các mặt của nó

Dạng tinh thể lý tưởng của thạch anh là dạng tinh thể lăng trụ sáu phương với các mặt lưỡng tháp ở hai đầu. Tuy nhiên khi được thành tạo trong môi trường địa chất chúng thường gắn một đầu vào đá vây quanh do vậy chúng ta thường gặp hơn cả là dạng lăng trụ sáu phương với mặt tháp ở phía trên.

Các trục đối xứng của tinh thể thạch anh

Ngoài hai biến thể kết tinh thạch anh còn có thứ ẩn tinh có kiến trúc tóc, canxedon và quartz khác nhau chỉ do quang tính.

Các dạng tinh thể của thạch anh

3. Các tính chất vật lý và quang học

3.1. Các tính chất vật lý

- Độ cứng :  7

- Tỷ trọng : 2,5 - 2,8

- Cát khai : Không có hoặc rất không hoàn toàn theo mặt thoi, vết vỡ vỏ sò.

3.2. Tính chất quang học:

- Chiết suất :  1,53 - 1,54

- Lưỡng chiết suất : 0,009

- Tính đa sắc : Thay đổi tuỳ thuộc vào màu của viên đá

- Tính phát quang : Loại rose quartz phát qunag màu tím lam nhạt, các biến thể của thạch anh trơ dưới tia cực tím.

- Màu : Màu sắc của thạch anh rất đa dạng nhưng phổ biến nhất là những thứ không màu, màu trắng sữa và màu xám và theo màu sắc thạch anh mang các tên khác nhau:

+ Pha lê: Là những tinh thể thạch anh không màu trong suốt.

+ Ametit: màu tím

              

                + Citrin: Màu vàng

+ Smoky quartz: loại thạch anh có màu ám khói, khi rất tối gọi là “morion”.

Tinh đám morion nặng hơn 20kg tại ldjewellery.com

+ Rose quartz : có màu đỏ, hồng

+ Aventurin quartz : có màu lục

                                           Mắt hổ                          Aventurin

+ Dumortierit quartz: có màu lam đậm hoặc lam tím.

+ Milky quartz : có màu trắng tới màu xám.

+ Siderit hoặc sapphire quartz: rất ít gặp chúng thường có màu lam pha chàm.

- Phổ hấp thụ :  Không đặc trưng

- Các hiệu ứng quang học đặc biệt:

+ Hiệu ứng mắt hổ (tiger’s eye): Là một hiệu ứng đặc biệt thường thấy ở các biến thể của thạch anh và đặc trưng cho các biến thể có màu từ vàng nâu nhạt tới nâu và đỏ nhạt, lam nhạt hoặc thậm chí màu đỏ và ở các loại bán trong. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự sắp xếp có định hướng của các bao thể dạng sợi trong lòng viên đá. Khi viên đá được mài cabochon sự phản xạ của ánh sáng trên bề mặt sẽ cho ta hiệu ứng “mắt hổ” rất đẹp.

+ Hiệu ứng mắt mèo “cat’s eye”: Cũng giống như hiệu ứng mắt hổ nhưng chúng thể hiện đẹp hơn và rõ nét hơn và thường gặp trong các biến thể bán trong và có màu trắng tới màu xám nâu vàng lục nhạt, đen hoặc màu lục oliu tối.

+ Hiệu ứng sao: Thạch anh hồng và một số biến thể màu xám hoặc màu sữa thường có hiện tượng sao 6 cánh giống như hiệu ứng sao trong ruby và saphia.

 Hiệu ứng sao trong thạch anh hồng

4. Đặc điểm bao thể:

Các bao thể hay gặp nhất trong thạch anh là các bao thể khí lỏng tạo thành bao thể hai pha. Các bao thể rắn thường gặp nhất là các bao thể kim que của rutin tạo thành những đám bao thể dạng búi tóc hay dạng “tóc thần vệ nữ” . Loại thạch anh này được gọi là rutillated quartz. Ngoài ra ta cũng hay gặp các bao thể kim, que của một số khoáng vật khác như tuamalin, actinolit dạng sợi, clorit màu lục, gơtit, hematit màu nâu đỏ và màu cam và một số các bao thể khác nữa. Khi đó chúng được gọi là thạch anh tóc xanh, thạch anh tóc nâu, thạch anh tóc đỏ,...theo các màu tương ứng.

Các bao thể rutil, anatas, brookit:

         Thạch anh tóc vàng với các bao thể rutil

Bao thể anatas và brookit trong thạch anh pha lê

Các bao thể nhóm amphibol (actinolit)

Bao thể clorit (thạch anh tóc xanh)

Các bao thể hay gặp khác trong thạch anh như granat, hematit,...

Bao thể granat (bên trái) và bao thể hematit (bên phải)


Bao thể tuamalin (bên trái) và bao thể dạng tinh thể âm chứa pha lỏng (bên phải)

5. Các phương pháp xử lý và tổng hợp

- Xử lý nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao ametit, citrin, thạch anh ám khói và thạch anh hồng đều có khuynh hướng chuyển sang không màu. Bằng phương pháp xử lý nhiệt có thể chuyển các loại thạch anh có chất lượng thấp màu tím và ám khói sang loại có màu vàng nhạt hoặc cam đỏ nhạt với chất lượng cao hơn và được thị trường ưa chuộng hơn.

+ Đối với ametit dưới tác dụng của nhiệt độ chúng sẽ chuyển sang màu vàng phớt nâu.

+ Thạch anh ám khói khi nung ở nhiệt độ 572 - 752⁰C màu sẽ bị nhạt đi.

+ Ametit khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ 878 - 1382⁰C sẽ cho màu vàng sáng, nâu đỏ hoặc màu lục hoặc không màu. Một số loại ametit bị mất màu ở ánh sáng bình thường và màu sẽ khôi phục khi chiếu xạ tia X.

+ Citrin tự nhiên khá hiếm trên thương trường và lượng chủ yếu citrin là do ametit hoặc thạch anh ám khói bị xử lý nhiệt. Ametit chuyển sang vàng nhạt ở nhiệt độ 470⁰C và màu vàng tối tới màu nâu nhạt ở nhiệt độ 550 - 560⁰C. Thạch anh ám khói chuyển sang màu vàng sớm hơn ở nhiệt độ khoảng 300 - 400⁰C. Đa số citrin tự nhiên có màu vàng rất nhạt và khi bị xử lý sẽ không còn tính đa sắc, trong khi đó citrin tự nhiên có tính đa sắc yếu.

- Chiếu xạ: Bằng phương pháp chiếu xạ có thể chuyển loại thạch anh không màu sang có màu.

- Tổng hợp: Thạch anh cũng được tổng hợp trong công nghiệp với các tinh thể lớn dùng trong công nghiệp, và một số biến thể hiếm gặp trong tự nhiên như ametrin (có hai màu của ametit và citrin), hoặc thạch anh màu lam.

                            Ametrin (bên trái) và thạch anh màu lam (bên phải) là hai loại

thường được tổng hợp trong công nghiệp

 

6. Nguồn gốc và phân bố

6.1. Đặc điểm nguồn gốc

Thạch anh là khoáng vật rất phổ biến trong tự nhiên và là thành phần của rất nhiều loại đá và khoáng sàng quặng.

- Thạch anh thành phần chính của nhiều loại đá macma axit xâm nhập và phún xuất.

- Các tinh thể lớn của thạch anh thường gặp trong các hỗng pecmatit cộng sinh với fenpat, muscovit, topaz, beryn, tuamalin và một số khoáng vật khác.

- Thạch anh cũng là khoáng vật phổ biến trong các khoáng sàng nhiệt dịch.

- Mã não và onyx thành hình hạnh nhân rất phổ biến trong nhiều đá phún xuất.

- Trong các quá trình ngoại sinh thạch anh và canxedon thành tạo do sự khử nước và tái kết tinh của keo silic, khi đó chúng tạo thành các tinh hốc với kích thước nhiều khi tới vài tấn.

      Tinh hốc ametit nặng hơn 2500kg               Tinh hốc ametit tại ldjewellery.com

- Trong các quá trình biến chất thạch anh hình thành do sự khử nước của các đá trầm tích chưa opal để thành tạo ngọc bích.

6.2. Phân bố trên thế giới và Việt Nam

Các khu vực khai thác ametit chủ yếu trên thế giới

Citrin được khai thác chủ yếu ở Braxin (Minas Gerais), Mỹ (Colorado), Nga (Ural), Pháp và Scotlen.

Ametit được khai thác chủ yếu ở Braxin, Urugoay...

Ở Việt Nam thạch anh tinh thể đẹp gặp rất nhiều ở nam Thanh Hoá, Pia oắc, miền sông Đà ở Vạn Yên có những tinh thể lặng trụ rất dài, thạch anh tím (ametit) được khai thác nhiều ở Kontum, thạch anh tinh thể, pha lê gặp nhiều ở Bảo Lộc, Gia Nghĩa...

7. Mài cắt

Thạch anh có thể được mài cắt ở các dạng khác nhau từ những dạng nguyên thuỷ nhất cho tới những dạng mới nhất hiện nay. Citrin và ametit thường được mài ở dạng bậc, kiểu kim cương hay kiểu hỗn hợp khi đó màu của viên đá có xu hướng trở nên đậm hơn.

Kiểu cabochon thường dùng cho aventurin, rose quartz, mắt hổ và mắt mèo. Thạch anh mắt hổ cũng thường được chạm khắc ở dạng “cameo”.

Đối với ametit màu của chúng thường không đều do vậy trong quá trình mài ta phải chú ý định hướng sao cho phần màu đẹp nhất nằm tại pavilion gần culet.

8. Một số công dụng của đá họ thạch anh

- Thạch anh tóc và tác dụng của nó.

- Tác dụng của các đá họ thạch anh.

9. Các đá giống thạch anh và phương pháp nhận biết:

Với giá trị chiết suất dao động trong khoảng 1,54 - 1,55 và tỷ trọng 2,65 - 2,66 thạch anh rất dễ phân biệt với các loại đá quý khác.

+ Để phân biệt với canxedon ta dùng dung dịch tỷ trọng 2,62 khi đó canxedon sẽ nổi còn thạch anh chìm.

+ Phân biệt với topaz và saphia bởi giá trị chiết suất. Phân biệt với thuỷ tinh bởi đặc tính quang học.

+ Aventurin màu lục thường nhầm với nefrit hoặc jadeit nhưng chúng có tỷ trọng và giá trị chiết suất thấp hơn.

Trong chiến tranh thế giới thứ 2 khi ruby và saphia tổng hợp mới xuất hiện trên thị trường và đang còn khan hiếm người ta thường dùng thạch anh để làm giả chúng khi đó thạch anh thường được xử lý để cho màu lam đậm và giả hình dạng của saphia, đối với loại này bằng việc xác định chiết suất và giám định dưới kính ta sẽ phân biệt được chúng.

+ Ametit rất dễ nhầm với berin, fluorit, thuỷ tinh, corindon tổng hợp, kunzit, spinen, topaz và tuamalin. Ametit tổng hợp cũng được sản xuất nhưng không phục vụ cho ngành trang sức.

+ Thạch anh ám khói rất dễ nhầm với anduluzit, sanidin, tuamalin.

+ Citrin rất dễ nhầm với berin màu vàng, octoclas, topa vàng và tuamalin vàng.

TS. Phạm Văn Long