shkolakz.ru 1 2


На правах рукописи


Кузнецова Ирина Васильевна


Диагностика камнесамоцветного сырья для производства ювелирных изделий


Специальность 17.00.06 – Техническая эстетика и дизайн


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Санкт-Петербург

2010


Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна» на кафедре технологии художественной обработки материалов и ювелирных изделий


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Жукова Любовь Тимофеевна


Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Мельников Евгений Павлович


кандидат технических наук, доцент Гой Мария Валентиновна


Ведущая организация: Иркутский государственный техничский университет

г. Иркутск


Защита состоится 20 декабря 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.04 в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, Инновационный центр, 1 этаж.


Текст автореферата размещен на сайте: http://www.sutd.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18.


Автореферат разослан 19 ноября 2010 г.




Ученый секретарь

диссертационного совета С. М. Ванькович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы

Высокая конкуренция на отечественном и международном рынках камнесамоцветного сырья вынуждает гранильные предприятия искать пути улучшения дизайна и снижения себестоимости выпускаемой продукции.

Сегодня это возможно только с применением современных наукоемких технологий и методов исследования, использованием передовой техники и высокоэффективного оборудования, материалов, обладающих свойствами, повышающими потребительский спрос и постоянным творческим поиском художественных образов в создании новых дизайнерских решений.

В настоящее время в мире существует большое количество различных методов исследования минерального сырья. В результате развития и совершенствования техники и технологий появились новые высококачественные приборы и другие технические средства для изучения и диагностики минералов. В современных условиях качественная техника стала доступной, что позволяет проводить комплексное исследование минерала за меньший промежуток времени. Развитие и расширение научно-технической базы не может не влиять на подход к минералу в целом, то есть при изучении и диагностике минерального объекта вместо нескольких методов достаточно использовать один или использовать такие методы, которые дадут наиболее полную информацию о минерале, в зависимости от поставленной перед исследователями задачи. На данный момент существуют различные методики оценки и диагностики минерального сырья. Следует отметить, что геммологической диагностике подлежит только ограночное минеральное сырье, в остальных случаях, как правило, приводится общая последовательность действий которая не даёт полной информации об объекте исследований и достаточно субъективна.

В настоящее время способы диагностики минералов и оценки их возможных ювелирных качеств существуют в виде методических указаний для работы с минеральным сырьем и в виде ТУ, которые, как правило, разработаны для конкретных видов минералов реальных месторождений.


Таким образом, актуальным вопросом является создание диагностическай методики, включающей в себя обоснованную схему действий и манипуляций производимых с минералом для его точной и полной идентификации и выявления в нем качеств потенциального ювелирного материала. Данная методика позволит оптимально подобрать перечень методов исследования минерала для каждого конкретного случая, так как в ней раскрыты особенности рассматриваемых методов, их преимущества и информативность. Преимуществом такой диагностики является его простота и наглядность. Схематическое решение данной диагностической методики сделает ее доступной для широкого круга пользователей.

Цель и задачи работы. Целью данной работы является разработка гибкой диагностической методики с целью выявления наиболее качественного и быстрого способа идентификации минерального объекта и определения его потенциальной перспективности в качестве ювелирного сырья.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Проанализировать отечественные и зарубежные методики оценки минералов, установленные стандарты для оценки камнесамоцветного сырья (Технические условия, стандарты GIA (геммологического института Америки) и т.д.), методические руководства и указания по аттестации основных показателей качества природных драгоценных минералов обработанных и в сырье, учебные и методические пособия.

2. Провести сравнительный анализ методов изучения и диагностики минералов с целью выявления методов, позволяющих проводить исследование за меньший промежуток времени с большей точностью.

3. Разработать методику диагностики самоцветов в сырье с использованием современных методов, позволяющих диагностировать как типичные ювелирные и ювелирно-поделочные камни, так и редкие или новые минералы, ювелирные характеристики которых ранее не рассматривались.

4. Провести сравнительный анализ гранатов рабочей коллекции гранатов по данным, полученным в процессе исследования для последующего определения их годности и принадлежности к конкретному типу самоцветных камней.


5. Разработать практические рекомендации по применению предлагаемой методики для камнесамоцветного сырья на примере минералов группы граната.

Объекты исследования:

- методики оценки минералов;

- минералы рабочей коллекции группы граната.

Методы исследования. Поставленные в диссертационной работе задачи решены на основе следующих методов исследования и диагностики минералов.

Микроскопическое исследование минералов группы граната проводилось с помощью поляризационного микроскопа ПОЛАМ РП-1 и Leica DFC-320. Оптические свойства изучались в высокопреломляющих иммерсионных жидкостях с показателем преломления в пределах от 1.734 до 2.000, при увеличении х20.

Химический состав изучался методом электронно-зондового микроанализа с использованием сканирующего электронного микроскопа JOEL JSM 6510 с энергодисперсионным детектором EDAX и электронно-зондового микроанализатора с волново-дисперсионным детектором Cameсa SX-20.

Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализы образцов проводилисьс использованием порошкового дифрактометра ДРОН-2; порошкового дифрактометра STOE Stadi P; монокристального дифрактометра STOE IPDS II.

Инфракрксные спектры поглощения получены на ИК-спектрофотометре Bruker Vertex 70.

Научная новизна. В представленной работе новыми являются следующие результаты:

1. Разработана комплексная методика диагностики для самоцветов в их природном (необработанном) состоянии с целью обнаружения качеств и свойств, соответствующих ювелирному сырью.

2. Экспериментально доказана целесообразность идентификации нетипичных и редких минералов, а также выявления новых.

3. Разработаны рекомендации по применению изученных минералов группы граната;

4. В процессе исследования минералов из рабочей коллекции обнаружен и детально исследован новый минерал, кальций-циркониевый гранат, керимасит (kerimasite) Ca3Zr2(Fe2Si)O12. Новый минерал и его название утверждены Комиссией по новым минералам и названиям минералов Международной Минералогической Ассоциации (CNMMN IMA), IMA # 2009-029.


Практическая значимость работы. Разработанная диагностическая методика позволяет значительно ускорить процесс определения минерала, его различных свойств и качеств, соответствующих ювелирному камню. Уже на начальной стадии исследования можно определить оптимальные методы для решения конкретной задачи.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: научно-технических конференциях и семинарах СПГУТД (СПб., 2009, 2010); заседаниях кафедры технологии художественной обработки материалов и ювелирных изделий СПГУТД (СПб., 2008─20010); Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии» ТПУ (Томск, 2009); ХХV1 Международной конференции "Geochemistry of Magmatic Rocks / School Geochemistry of Alkaline Rocks" (Москва, 2009).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, пяти приложений. Текст работы изложен на 150 страницах, содержит 38 рисунков, 12 таблиц. Список использованных источников включает 67 наименований.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В главе 1 приведен обзор отечественных и зарубежных литературных источников. В процессе анализа литературных данных было установлено, что применение в ювелирном производстве ювелирного и ювелирно-поделочного сырья определяется различными качествами, свойствами и эффектами, влияющими на общую ценность минерала как эстетического объекта. Вместе с этим значительными являются прочностные характеристики камня, позволяющие осуществить ювелирную обработку минерала. Таким образом, основополагающими для камней, используемых в ювелирном деле, являются следующие особенности: красота, редкость и долговечность.


Красота определяется художественно-эстетической восприимчивостью человека внешнего облика минерала и является субъективной, так как степень выраженности и причины визуальных раздражителей в минералах различны.

Редкость камня, свидетельствует не только о его недоступности для широкого круга ценителей ювелирных камней, но часто и о его уникальности, что значительно повышает цену такого минерала. Редкими следует считать не только камни ювелирного качества редких минеральных видов, но и достаточно распространенные минералы необычных для какого-либо конкретного вида цветов и (или) обладающих визуальными (оптическими, световыми) эффектами, также положительно влияющими на стоимость обработанного минерала.

Долговечность характеризуется возможностью осуществить ювелирную обработку минерала и его дальнейшей сохранностью в готовом ювелирном изделии на протяжении долгого времени.

Эти особенности камнесамоцветного сырья определяются следующими свойствами минералов. Красота камня зависит от цвета (окраски) минерала, чистоты, наличия световых и оптических эффектов, блеска. Редкость самоцвета выражается в отличии от традиционных характеристик распространенных минералов или редкости определенного минерального вида соответствующего ювелирного качества. Долговечность напрямую связана с физическими особенностями камня: его твердостью, вязкостью, текстурно-структурными особенностями (выраженной спайностью, зональностью и пр.). На выявлении именно этих свойств базируется современная оценка ювелирных камней, тогда как для диагностики минералов необходимо использовать специальные методы для определения минерального и химического состава. Появление новых технических методов исследования минералов делает необходимыми корректировки в классических схемах действий при диагностике и выявлении ювелирных свойств минералов, существующих разрозненно и не представляющих на сегодняшний день единой методики.

Под диагностикой минерала понимается определение его различных свойств (твердости, показателей преломления, кристаллохимических особенностей и т. д.), позволяющих установить принадлежность исследуемого минерала к конкретному минеральному виду, то есть идентифицировать минерал.


В главе 2 определены факторы, благодаря которым группа граната выбрана в качестве модели для разработки методики диагностики и определения пригодности минерального сырья для ювелирной обработки. Описан широкий цветовой диапазон гранатов, представленных в рабочей коллекции (Табл. 1), раскрыты причины, обуславливающие столь значительную вариативность окрасок минералов этой группы. Минералы группы граната имеют общую формулу R32+R23+[XO4]3, где R2+ = Ca, Fe2+, Mg, Mn2+; R3+ = Al, Fe3+, Cr, реже Ti4+, Zr и V3+; X = Si, реже Al, Fe3+. В данной группе традиционно выделяются две подгруппы, объединяющие бóльшую часть известных в природе гранатов:

пироп Mg3Al2[SiO4]3;

альмандин Fе3Al2[SiO4]3;

спессартин Mn3Al2[SiO4]3;

кноррингит Mg3Cr2[SiO4]3;

кальдерит Mn3Fe2[SiO4]3.


Данная подгруппа носит название пиральспиты, по названиям трёх наиболее распространённых её представителей – пиропу, альмандину и спессартину. Вторая подгруппа отличается постоянным катионом R2+, всегда представленным кальцием, с разнообразными изоморфными замещениями катионов R3+:

уваровит Ca3Cr2[SiO4]3;

гроссуляр Ca3Al2[SiO4]3;

андрадит Са3Fе2[SiO4]3;

голдманит Са3V2[SiO4]3.

Аналогично подгруппе пиральспитов, данная подгруппа носит название уграндиты, по первым буквам названий трёх наиболее распространённых членов – уваровита, гроссуляра и андрадита. Наиболее известные ювелирные гранаты относятся, как правило, к одной из данных подгрупп. Ряд редких гранатов, таких как Ti, Zr и Sn-содержащие гранаты, не может быть отнесен к вышеперечисленным подгруппам. Как правило, эти гранаты не рассматриваются в качестве ювелирного сырья. Однако их физические характеристики (твёрдость, цвет, прозрачность, показатель преломления) позволяет рассматривать эти минералы в качестве ограночного материала, в случае нахождения кристаллов, достаточно крупных для выполнения огранки.


Гранаты наиболее подходят для решения задач, поставленных в работе, так как благодаря разнообразию химического состава обладают рядом свойств, делающих эти минералы хорошей моделью для разработки общей методики диагностики и оценки минерального сырья. К таким особенностям относятся:


  1. Высокая твёрдость, лежащая в пределах от 6,5 до 7,5 по шкале Мооса.

2) Широкий диапазон цветов, обусловленный широким изоморфизмом и наличием элементов-хромофоров (исключение составляет только синий цвет, не встречающийся среди природных гранатов).

3) Кристаллическая структура граната при значительных вариациях химического состава остается неизменной, кубическая структура обеспечивает одинаковость физических свойств по разным направлениям в кристалле.

4) Наличие включений, различных по типу и составу.

5) Возможность отнесения гранатов ко всем типам камнесамоцветного сырья.


Таблица 1− Цветовые характеристики гранатов исследуемой коллекции


Название минерала

Месторождение

Цвет

Пироп

Богемия

Малиново-красный

Пироп

Кимберлитовая трубка «Гриб»

Густо-красный

Пироп

Дора-Майра

Светло-розовый

Андрадит

Питкяранта

Буро-черный

Андрадит


Питкяранта

Кричневый

Андрадит

Дашкесан

Красновато-коричнево, темный

Шерломит

Ковдор

Черный, на сколах - красно-черный

Гроссуляр 01

Асбест

Оранжево-желтый

Гроссуляр 02

Асбест

Бело-розовый

Гроссуляр 04

Асбест

От светло-зеленого до яблочно-зеленого

Гроссуляр 05

Асбест

Розовый

Гроссуляр 01

Вилюй

Коричневый, бурый

Гроссуляр 02

Вилюй

Коричневато-зеленый, светлый

Гроссуляр

Мончегорск

Ярко-зеленый

Гидроморимотоит

Хибинский массив

Светло-коричневый

Альмандин

Кителя


Бордовый

Альмандин

Шуерецкое

Коричневато-красный

Спессартин

Грубепендты

Бордово-сиреневато-красный

Уваровит

Сарановское

Яркий травянисто-зеленый

Уваровит

Рай-Из

Светло-зеленый

Кимцеит

Танзания

Коричневый, красновато-коричневый, бурый, темный

Керимасит

Танзания

Красноватоо-коричневый, желто-коричневый, светлый и темный

Пироп-Кноррингит

Кимберлитовая трубка «Ботуобинская»

Александритовый эффект: Фиолетово-красный (свет лампы накаливания), темно-зеленый (дневной свет)

Минералы гранатовой группы, к сожалению, недооцениваются российским потребителем, хотя за рубежом пользуются высоким спросом тсавориты (ярко зеленая разновидность гроссуляра), спессартины яркого красно-оранжевого цвета и другие гранаты. Эта группа самоцветов обладает яркими, насыщенными и разнообразными окрасками, что позволяет осуществлять самые разнообразные творческие замыслы мастеров ювелирного искусства. Такие гранаты по классификации Е. Я. Киевленко (1983 г.) относятся к III порядку первой группы — ювелирные (драгоценные) камни.



следующая страница >>