fbpx
Tư vấn: 0909.189.211

KIM CƯƠNG – VUA CỦA CÁC LOẠI NGỌC

Trong lĩnh vực mỹ nghệ kim hoàn, kim cương được công nhận là vua của các loại ngọc. Vì sao vậy? Rất đơn giản vì kim cương có những tính chất đặc biệt hấp dẫn hơn hẳn các loại ngọc khác.

Đặc điểm chung của kim cương:

Loại hình: Khoáng vật tự sinh

Công thức hóa học: C

Độ cứng: 10

Tinh hệ: Lập phương

Cát khai: Hoàn toàn theo (111)

Vết vỡ: Vỏ sò, không đều

Vết vạch: Không màu

Ánh: Kim cương

Độ trong suốt: Trong suốt, bán trong

Chiết suất: 2,417 – 2,419

Biến thiên chiết suất cao: 0,044

Màu sắc: Không màu, vàng, lục, lơ, hồng, nâu, đen

Hình dạng một số tinh thể kim cương

                                                             Hình dạng một số tinh thể kim cương

Kim cương có độ cứng tuyệt đối gấp hàng chục lần so với đá corindon và hàng nghìn lần so với các khoáng vật và đá khác có trong Trái Đất nên rất bền, tồn tại mãi trong thiên nhiên mà không bị quá trình phong hóa gió táp mưa sa làm hao mòn.

Thành phần hoá học của kim cương rất đơn giản, chỉ là carbon (C) như than đá, than chì, nhưng khác chúng là kim cương được hình thành và kết tinh từ dưới sâu trong lòng đất hàng trăm kilomet với nhiệt độ cao và áp suất rất lớn đến hàng chục nghìn atmotphe. Các nguyên tử C trong điều kiện như vây được thiên nhiên sắp xếp chồng khít trong ô mạng tinh thể hình lập phương rất chặt chẽ nên có tỷ trọng tới 3,5 – 3,53, chiết suất 2,417 – 2,419, biến thiên chiết suất 0,044.

Một số đặc tính của kim cương là cát khai hoàn toàn; vết vỡ vỏ sò không đều; ánh kim cương điển hình; màu sắc từ không màu đến trắng, vàng, lơ, lục, hồng, nâu, đen; phát quang rất nhiều màu: lơ, phớt, lục, nâu.

Tiêu chuẩn đầu tiên đánh giá viên ngọc kim cương là màu sắc. Để phân biệt rõ màu sắc kim cương, hiện nạy người ta sử dụng chủ_yếu bảng phân màu của Viện ngọc học Mỹ (Gemological Institute of America – GIA) với các cấp D, E, F, G, H, I, I, K, L, M, N, 0,…Z. Trong phòng thí nghiệm, người ta dùng máy đo màu (quang phổ kế) để phân biệt màu sắc kim cương.

Kim cương có thể có tất cả các màu của phổ ánh sáng nhưng thường là màu nhạt, chủ yếu là phớt vàng, phớt nâu, phớt xám… Người ta thường ưa chuộng kim cương màu đỏ, sau đó đến các màu lục, lam, tím, nâu, vàng.

Độ tinh khiết của kim cương:

Độ tinh khiết của viên kim cương phụ thuộc vào quá trình sinh thành kết tinh của nó. Các nhà ngọc học chia độ tinh khiết của kim cương ra các cấp sau đây:

IF – Hoàn toàn tinh khiết, không có khuyết tật bên trong

WSI – Có khuyết tật nhưng vô cùng nhỏ

WS2 – Có khuyết tật và có thể được phát hiện được bằng kính lúp X 10

VSI – Có khuyêt tật rất nhỏ, dễ phát hiện bằng kính lúp X 10

VS2 – Có khuyết tật nhỏ, có thể nhìn thấy bằng mắt thường

Sll, SI2, SI3 – Có khuyết tật, thấy được bằng mắt thường

l|, l2. I3 – Có khuyết tật, dễ thấy bằng mắt thường

Trên thực tế, kim cương thiên nhiên rất hiếm loại hoàn toàn tinh khiết, mà thường có thể gặp các bao thể là khoáng vật olivin, granat, cromspinel, diopsit, rutil, zircon,… Hầu như không gặp các bao thể khí, lỏng trong kim cương.

Clip so sánh độ tinh khiết Kim cương

Gia công chế tác kim cương:

Kim cương đã được biết đến như một loại trang sức từ hơn 2.000 năm nay, nhưng chỉ được cắt, mài đánh bóng để làm tăng hiệu ứng quang học từ thế kỷ 14. Ban đầu chỉ mài nhẵn những mặt có sẵn của tinh thể ở phần trên, sau mài sửa thêm các mặt ở dưới. Mãi đến cuối thế kỷ 15 mới bắt đầu cắt mài thêm các mặt để hoàn thiện về hình dáng và tăng thêm tính phát quang. Khoảng giữa thế kỷ 16, việc cắt mài kim cương thành nhiều mặt theo tính toán để làm tăng phản quang đã trở nên phổ biến. Hồi đó viên kim cương mài 18 mặt hình quả trứng được đánh giá cao và có tên gọi là cắt kiểu cổ đơn giản (old single cut). Năm 1650, French Cardinal Mazarin cắt được viên kim cương 34 mặt là một tiến bộ được ghi nhận và được gọi là viên kim cương Mazarin. Đến năm 1910, việc cắt mài kim cương mới tạm được coi là hoàn chỉnh. Đó là cắt hình tròn, 32 mặt trên cộng mặt phẳng và 24 mặt đáy, tổng cộng 57 mặt.

Các kiểu cắt kim cương được chấp nhận hiện nay là hình tròn, oval, quả trám, quả lê, trái tim, chữ nhật xén góc. Ngoài những hình trên, các hình khác gần như không được chấp nhận. Tùy theo hình thể viên ngọc kim cương thô ban đầu mà lựa chọn hình cắt mài để vừa giữ được trọng lượng, vừa đạt hiệu quả phản quang tốt nhất.

Có rất nhiều công trình nghiên cứu công thức cắt mài kim cương nhằm làm ánh sáng phản xạ được nhiều nhất. Một trong số đó là công trình của nhà toán học yêu thích khoáng vật Marcel Tolkowsky. Năm 1919, ông đã tính toán cắt kiểu hình tròn và đã đề ra các tỷ lệ thích hợp cho viên kim cương hiện đại 57 mặt. Từ đó, kỹ thuật cắt mài kim cương liên tục phát triển. Các viên kim cương nhiều mặt đạt chất lượng cao gồm: cắt kiểu Vua (King cut, 1940), với 86 mặt, Kiểu Magra (Magra cut, 1949) với 102 mặt, cắt ánh sáng cao (Highlight cut, 1963) với 74 mặt, kiểu Hoàng tử 144 (Princes- 144 cut, 1965) với 146 mặt.

Viên kim cương được cắt với số mặt nhiều nhất là viên Centenaiy, với 75 mặt ở mũ trên, 89 mặt ở phần đáy, 83 mặt ở rìa, tổng cộng 247 mặt. Trọng lượng 273,85 carat.

Tolkowsky đã đưa ra công thức cắt kim cương sau:

  • Tỷ lệ giữa đường kính mặt trên cùng và đường kính mặt giữa: 53%.
  • Tỷ lệ giữa độ sâu và đường kính mặt giữa: 59,3%.
  • Góc giữa mặt dưới và phương ngang: 40,75%.
  • Góc giữa mặt trên và phương ngang: 34,5%.
  • Tỳ lệ giữa độ sâu phần dưới và đường kính mặt giữa: 43,1%.
  • Tỷ lệ giữa độ sâu phần trên và đường kính mặt trên: 16,2%.

    Kim cương với công thức cắt chuẩn
    Kim cương với công thức cắt chuẩn

Hiện nay viên kim cương cắt chuẩn được đánh giá theo công thức (nếu lấy đường kính mặt giữa là 100%)

  • Tỷ lệ giữa đường kính mặt trên cùng và đường kính mặt giữa là 56%
  • Tỷ lệ giữa độ sâu và đường kính mặt giữa là 43,2 %
  • Tỷ lệ giữa độ dày mặt trên và mặt giữa là 14,4%.
  • Góc giữa mặt dưới và phương ngang là 40,8 độ.
  • Góc giữa mặt trên và phương ngang là 33,2 độ.
  • Bề dày mặt giữa từ 1,4 đến 6,3%.

Ngoài ra, ở chóp dưới viên kim cương phải nhọn, nếu không thì ánh sáng sẽ đi qua dễ dàng. Thế nhưng trong thực tế thì người ta thường làm với đường kính bằng 1-2% đường kính mặt giữa.

Trong xã hội hiện đại, một số người coi trọng đến khối lượng của viên kim cương, dẫn đến việc những viên kim cương được gọt giũa rất ẩu để tăng khối lượng của chúng. Làm ra viên kim cương có khối lượng là 1 carat thì sẽ kiếm được món tiền lớn hơn nhiều so với làm ra viên 0,95 carat, Vì vậy, người ta thường làm phần dưới có độ sâu lớn. Do đó, một viên kim cương cắt không đạt công thức cắt nặng 1 carat sẽ có đường kính chỉ bằng một viên 0,85 carat cắt đúng công thức. Trên thương trường, người ta dựa vào đường kính (mm) mặt giữa để xác định trọng lượng (carat) viên kim cương.

Tỷ lệ giữa đường kính và trọng lượng viên ngọc kim cương mài chuẩn
Tỷ lệ giữa đường kính và trọng lượng viên ngọc kim cương mài chuẩn

Phân loại kim cương theo độ tinh khiết

Phận loại kim cương theo độ tinh khiết
Phận loại kim cương theo độ tinh khiết

Các nhà ngọc học đã chia kim cương ra bốn loại theo độ tinh khiết: la, Ib, IIa và llb.

Loại I có chứa tạp chất N có thể đến 0,1%. Trên 98% kim cương thiên nhiên có kích thước lớn, trong suốt, thuộc loại la. Kim cương loại Ib chứa ít N và hiếm gặp trong tự nhiên.

Loại II không chứa tạp chất N, trong đó các kim cương loại Ila hoàn toàn tinh khiết, không màu, còn loại llb có chứa B, thường có màu xanh, xám hoặc nâu và rất hiếm trong tự nhiên.

Thông thường chất lượng của một viên kim cương được đánh giá bằng tiêu chuẩn 4C, theo tiếng Anh là: Colour: Màu sắc; Cut: Chế tác; Clarity: Độ tinh khiết; Carat: Khối lượng theo carat (I carat = 0,2g). Một viên kim cương tốt khi được cắt chuẩn nhìn từ trên xuống phải có màu trắng. Nếu được cắt không sai, khi nhìn từ trên cao xuống sẽ có màu đen ở chính giữa và đôi khi có một cái bóng ở đỉnh viên kim cương.

Nguồn gốc của kim cương:

Kim cương là khoáng vật cấu tạo bởi một nguyên tố hóa học carbon (C). Kim cương được hình thành từ dưới sâu trong lòng đất đến hàng trăm km, trong điều kiện nhiệt độ và áp suất rất cao. Trong quá trình hoạt động kiến tạo của vỏ Trái Đất, kim cương được các dung nham magma cuốn lên theo các ống nổ, tạo nên các đá kimberlit màu xanh rêu sẫm có chứa kim cương. Người ta thấy kim cương ở trong đá gốc kimberlit và ở nơi nào có kimberlit thì ở đó có thể tìm thấy kim cương.

Trong đá kimberlit chứa kim cương thường gặp khoáng vật pyrop – người bạn đồng hành của kim cương. Chính nhờ tiêu chí này mà nữ kỹ sư người Nga Popugaeva năm 1954 đã tìm ra kim cương đầu tiên của nước Nga trong kimberlit ở vùng rừng giá lạnh Yakutia. Từ đây mở ra trang sử mới đầy huyền thoại về kho báu kim cương của Nga, đưa nước này vào hàng ngũ các nước có tiềm năng và sản xuất kim cương có tiếng trên thế giới. Qua quá trình phong hoá đá gốc kimberlit, kim cương được gió mưa và các dòng nước vận chuyển xuống lòng sông, suối, hình thành các sa khoáng kim cương. Vì vậy mà ở những vùng rừng núi có đá kimberlit, khi đi trong lòng sông suối, bạn có thể thu lượm được các hạt cát kim cương, từ đó tìm ra các mỏ kim cương gốc.

Sự tạo thành kim cương trong thiên nhiên
Sự tạo thành kim cương trong thiên nhiên

Các nhà khoa học địa chất nghiên cứu về nguồn gốc của kim cương đã chứng minh rằng các đá kimberlit hoặc lamproit thực chất không chứa kim cương, không liên quan đến nguồn gốc của kim cương mà chỉ là các đá mang kim cương từ dưới sâu lòng đất lên bề mặt vỏ Trái Đất. Tuổi của kim cương rất cổ, khoảng từ 900 đến 3.300 triệu năm; trong khi đó tuổi của các đá kimberlit và lamproit mang theo kim cương chi khoảng 100 đến 1.200 triệu năm.

Gần đây các nhà địa chất còn chứng minh sự hình thành kim cương liên quan các kiểu đá peridotit và eclogit. Nghiên cứu đông vị C đã chứng minh rằng C từ kim cương kết tinh trong peridotit cùng nguồn với manti của Trái Đất, còn C từ kim cương trong eclogit là nguồn từ trên vỏ Trái Đất bị hút chìm xuống sâu theo đới hút chìm trên cơ sở thuyết kiến tạo mảng.

Kim cương có kích thước cực kỳ nhỏ đã được tìm thấy trong thiên thạch. Có thể đó là do khi thiên thạch lao cắm vào Trái Đất tạo nên một vùng có áp suất và nhiệt độ cao để hình thành kim cương. Các nhà khoa học cũng dựa vào các hạt bụi kim cương để xác định địa điểm các thiên thạch va vào Trái Đất.

Việt Nam đến nay đã phát hiện nhiều loại khoáng sản khác nhau, nhưng chưa phát hiện kim cương, và cũng chưa thấy dấu hiệu khả quan nào để định hướng cho công tác nghiên cứu trong tương lai.
Clip khai thác Kim cương

Kim cương đỏ – Một loại kim cương cực hiếm

Kim cương đỏ là một dạng kim cương rất hiếm gặp trong thiên nhiên.

Trên thế giới đến nay mới chỉ thấy một ít viên ngọc kim cương đỏ và rất ít người được chiêm ngưỡng loại ngọc này. Người ta mới chỉ thấy loại ngọc này ở mỏ Argyle Australia, nhưng với số lượng rất ít. Giá ngọc kim cương đỏ rất đắt, đến 2,5 triệu USD/carat.

Viên kim cương đỏ lớn nhất đã tìm thấy được đặt tên là Red Moussaieff chỉ nặng 5,11 carat. (1 carat = 0,2 gr)

Kim cương đỏ cực hiếm trên thế giới
Kim cương đỏ cực hiếm trên thế giới

10 mỏ kim cương lớn nhất thế giới

Tạp chí Wall Street (2011) đã đưa ra danh sách 10 mỏ kim cương lớn nhất thế giới dựa trên sản lượng khai thác năm 2009 và 2010 như sau:

  1. Ivvaneng (Botswana): 11,5 triệu ct (2009). Khai thác từ năm 1982.
  2. Argyle (Australia): 9,8 triệu ct (2010). Khai thác từ năm 1985.
  3. Orapa (Botswana): 9,53 triệu ct (2010). Khai thác từ năm 1971.
  4. Catoca (Angola): 7,5 triệu ct (2009). Khai thác từ năm 1997.
  5. Diavik (Canada): 6,5 triệu ct (2010). Khai thác từ năm 2003.
  6. Venetia (Nam Phi): 4,3 triệu ct (2010). Khai thác từ năm 1992.
  7. Ekati (Canada): 3 triệu ct (2010). Khai thác từ năm 1898.
  8. Finsch (Nam Phi): 1,3 triệu ct (2010). Khai thác từ năm 1978.
  9. Letlhakane (Botswana): 1,2 triệu ct (2010). Khai thác từ năm 1975.
  10. Kimberlẹy (Nam Phi): 100.000 ct (2010). Khai thác từ năm 1871.
Mỏ kim cương Kimberley, Northem Cape, Nam Phi
Mỏ kim cương Kimberley, Northem Cape, Nam Phi

Kim cương nhân tạo

Cũng như các khoáng sản khác, kim cương tự nhiên trong vỏ Trái Đất là tài nguyên không tái tạo. Trữ lượng kim cương không nhiều lắm lại được khai thác sử dụng cấp tập trong nhiều năm nên ngày càng cạn kiệt. Hiện nay, nhu cầu sử dụng kim cương ngày càng cao trong công nghiệp, Quốc phòng và cả trong ngành trang sức. Do đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu chế tạo kim cương trong phòng thí nghiệm, tiến tới sản xuất đại trà phục vụ cho đời sống của con người.

Những nhà khoa học đầu tiên trên thế giới chế tạo thành công kim cương là James B. Hannay, năm 1879, và Ferdinand F. Henri Moissan năm 1893. Sau đó, nhiều nhà khoa học khác đã chế tạo thành công kim cương nhân tạo.

Kim cương nhân tạo
Kim cương nhân tạo

Kim cương nhân tạo được chế tạo theo hai phương pháp:

  • Phương pháp cao áp cao nhiệt (High Pressure High Temperature – viết tắt là HPHT) sử dụng áp suất cao gần 5 gigapascal (GPa) và nhiệt độ cao gần 3.000°C nhằm tạo môi trường giống như môi trường thành tạo kim cương tự nhiên.
  • Phương pháp bốc hơi lắng tụ hóa học (Chemical Vapor Deposition – viết tắt là CVD) sử dụng sự bốc hơi hóa học của hợp chất khí carbon dưới tác động của tia nhiệt plasma tạo sự phân chia phân tử khí cho đến khi chỉ còn lại nguyên tố C lắng tụ lại.

Kim cương nhân tạo có các đặc tính giống kim cương tự nhiên nên được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ cao và ngành trang sức.

Giá thành kim cương nhân tạo lúc đầu rất cao vì việc tạo ra môi trường giống như môi trường tự nhiên trong lòng đất để tạo ra kim cương vô cùng tốn kém. Thời gian đầu, giá kim cương nhân tạo đắt hơn kim cương tự nhiên. Năm 1953, người ta đã sản xuất ra kim cương nhân tạo với giá thành chỉ bằng 50% giá kim cương tự nhiên và hiện nay chỉ còn <30%.

Hiện tại đã có 15 nước sản xuất được kim cương nhân tạo với sản lượng hàng năm đạt gần 5 tỷ carat. Những nước sản xuất nhiều kim cương nhân tạo hàng đầu là Trung Quốc (4 tỷ carat/năm), sau đó là Belarus, Ireland, Nhật, Nga, Nam Phi, Thụy Điển, Mỹ,…

Những đá giả kim cương

Trên thị trường kim cương ở Việt Nam trong vài năm gần đây xuất hiện một số đá nhân tạo được mệnh danh là kim cương nhân tạo. Người tiêu dùng đang bị đánh lừa mà không biết. Thực chất những đá giả kim cương là gì ? Đó là moissanit và zirconia

Moissanite. Năm 1893, khi nghiên cứu các mẫu đá thiên thạch ở vùng Canyon Diablo, Arizona, nhà khoa học Henri Moissan đã phát hiện ra một khoáng vật lạ, hiếm. Ông rất vui mừng vì tưởng đó là kim cương, nhưng sau đó, năm 1904, H. Moissan đã xác định lại và kết luận đó không phải là kim cương mà là tinh thể Carbide Silicon có thành phần là SiC.

Sau này, người ta lấy tên ông để đặt tên cho khoáng vật do ông phát hiện là moissanite.

Moissanite có các đặc điểm sau: công thức hóa học là SiC; màu: lục vàng: tinh hệ sáu phương; độ cứng 9,5; cát khai không rõ; vết vỡ vỏ sò; ánh kim cương đến kim loại; vết vạch: xám lục; trong suốt; tỷ trọng: 3,22; chiết suất: 2,654 – 2,967; lưỡng chất 0,313; huỳnh quang: xanh lục, vàng; không từ tính; không phóng xạ.

Moissanite cực kỳ hiếm trong tự nhiên. Trước năm 1950, người ta mới chỉ thấy moissanite có trong thiên thạch. Sau này, vào năm 1959, người ta đã tìm thấy moissanite ở dạng bao thể trong đá kimberlite ở mỏ kim cương Yakutia, Nga.

Moissanite tự nhiên hiếm nên các nhà khoa học đã tìm cách chế tạo moissanite trong phòng thí nghiệm. Năm 1823, J. J. Berzelius đã có ý tưởng chế tạo SiC và năm 1891, G. Acheson đã chế tạo thành công moissanite.

Ngày nay, người ta đã sản xuất được moissanite để dùng thay cho kim cương trong các ngành công nghiệp và trang sức. Vậy đó là đá moissanite nhân tạo chứ không phải là kim cương nhân tạo.

Clip so sánh Kim cương và Moissanite

Cubic Zircon còn gọi tắt là đá CZ

Cubic zircon hay còn gọi là zirconia, có thành phần hóa học là ZrO2 ở dạng tinh thể lập phương (isometric) do con người tạo ra. Hợp chất tương tự trong tự nhiên là khoáng vật badddeyite, rất hiếm gặp.

Cubic zircon có độ cứng là 8 – 8,5; tỷ trọng 5,68; chiết suất 2,13, được dùng trong công nghiệp và trong ngành trang sức vì có độ cứng cao và độ chiếu sáng tốt.

Trong tự nhiên rất hiếm gặp khoáng vật baddeleyite nên các nhà khoa học đã cố gắng nghiên cứu chế tạo khoáng vật này trong phòng thí nghiệm.

Năm 1937, tại Viện Lebedev – Viện Vật lý FIAN thuộc Viện Hàn lâm khoa học Nga, lần đầu tiên người ta đã chế tạo thành công khoáng vật này và đặt tên là fianite, nhưng tên này chỉ dùng ở trong nước Nga. Từ năm 1976, người ta đã sản xuất đại trà zirconia, năm 1980 đã sản xuất được 10 tấn zirconia với giá rất rẻ.

Cubic zircon thường không màu, nhưng nếu bổ sung một số oxyt kim loại vào trong quá trình chế tạo có thể tạo ra các màu như: xanh (có Cr), vàng (có Ti), hồng (có Er), tím (có Nd), cam (có Ce),…

Cubic zircon có độ cứng cao, độ chiếu sáng gần giống kim cương, giá thành rất rẻ nên được dùng nhiều trong ngành trang sức.

Cubic zircon (Zirconia) là đá nhân tạo nhưng không phải là kim cương nhân tạo.

Clip so sánh Kim cương và Cubic Zircon

Nguồn: ĐÁ NGỌC

TS. Hoàng Thế Ngữ – Chủ tịch Hội đá quý Việt Nam

PGS. TS. Nguyễn Khắc Vinh – Chủ tịch Tổng hội Địa chất Việt Nam

Call Now