Authors:	Wanthanachaisaeng, Bhuwadol
Title:	The influence of heat treatment on the phase relations in mineral growth systems
Online publication date:	20-Nov-2007
Year of first publication:	2007
Language:	english
Abstract:	ABSTRACT Corundum is one of the most famous gems materials. Different heat treatment methods for enhancement purposes are commonly applied and accepted in the gem market. With this reason, the identification of the natural, unheated corundum is intensively investigated. In this study, aluminium hydroxide minerals and zircon are focused to observe the crystallization and phase change of these minerals during heat treatment procedures. Aluminium hydroxide minerals can be transformed to alumina with the corundum structure by heating. The reaction history of aluminium hydroxide minerals containing corundum was investigated comparing it with diaspore, boehmite, gibbsite and bayerite by TG and DTA methods. These hydroxide minerals were entirely transformed to corundum after heating at 600°C. Zircon inclusions in corundums from Ilakaka, Madagascar, were investigated for the influence of different heat-treatment temperatures on the recovery of their crystalline structure and on possible reactions within and with the host crystals. The host corundum was heated at 500, 800, 1000, 1200, 1400, 1600 and 1800°C. The crystallinity, the trapped pressure, and the decomposition of the zircon inclusions within the host corundum have been investigated by Raman spectroscopy. Radiation-damaged zircon inclusions may be used as an indicator for unheated Ilakaka corundum crystals. They are fully recrystallized after heating at 1000°C influencing the lowering of the 3 Raman band shift, the decreasing of FWHM of the 3 Raman band and the decreasing of the trapped pressure between the inclusion and the host corundum. Under microscopic observation, surface alterations of the inclusions can be firstly seen from transparent into frosted-like appearance at 1400°C. Then, between 1600°C and 1800 °C, the inclusion becomes partly or even completely molten. The decomposition of the zircon inclusion to m-ZrO2 and SiO2-glass phases begins at the rim of the inclusion after heating from 1200°C to 1600°C which can be detected by the surface change, the increase of the 3 Raman band position and the trapped pressure. At 1800°C, the zircon inclusions entirely melt transforming to solid phases during cooling like m-ZrO2 and SiO2-glass accompanied by an increase of pressure between the transformed inclusion and its host. Zusammenfassung Die Farbvarietäten von Korund (gelbe, blaue und grüne Saphire, Rubin und Padparadscha) gehören zu den bekanntesten Farbedelsteinen. Sie werden im kommerziellen Bereich häufig einer Temperaturbehandlung unterzogen, um sie farblich zu verbessern. Auch wenn dieses Verfahren im Edelsteinhandel akzeptiert ist, ist insbesondere bei wertvolleren Steinen ein Preisunterschied zwischen behandelten und unbehandelten Steinen festzustellen. Der Nachweis einer Temperaturbehandlung erfolgt über die Veränderung des Einschlussbildes. In der vorliegenden Arbeit wurde insbesondere die Veränderung von Aluminiumhydroxiden und die Kristallinität von Zirkon und dessen Phasenumwandlung untersucht. Aluminiumhydroxideinschlüsse wurden mit der DTA und TG untersucht und die Diagramme mit denen von Diaspor, Boehmit, Gibbsit und Bayerit verglichen. Zirkon-Einschlüsse in chromhaltigen Korunden von Ilakaka (Madagaskar) wurden vor einer Temperaturbehandlung auf ihre Strahlungsschäden mit Hilfe der Raman-Spektroskopie und Umgebungsdrücke mit Hilfe des Cr3+ Fluoreszenz-shifts untersucht. Anschließend wurden die gleichen Steine einer Temperaturbehandlungen bei 500, 800, 1000, 1200, 1400, 1600 und 1800°C unterzogen, je 3 Stunden bei jeder Stufe getempert und nach jeder Stufe charakterisiert. Nach der Behandlung bei 1000°C zeigt die 3 Raman-Bande der Zirkone die geringste Halbwertsbreite, die niedrigste Raman-Bandenverschiebung und den niedrigsten Umgebungsdruck. Somit ist eine Hitzebehandlung unter den verwendeten Bedingungen bereits sicher ab 1000°C Raman-spektroskopisch nachweisbar. Mikroskopisch verändern sich die Einschlüsse erst ab 1400°C, sie zeigen dann eine weißliche Oberfläche. Diese „frostige“ Oberfläche zeigt die Zersetzung des Zirkons in m-ZrO2 und einem SiO2-haltiges Glas an, die bereits ab 1200°C Raman-spektroskopisch nachweisbar ist. In Verbindung mit der Zersetzung des Zirkons, steigt der Umgebungsdruck um den Einschluss und die Raman-Bandenverschiebung des 3-Peaks. Nach der Behandlung bei 1800°C kann man nur noch ehemals geschmolzene Einschlüsse erkennen, sie sind komplett in m-ZrO2 und ein SiO2-haltiges Glas umgewandelt worden.
DDC:	550 Geowissenschaften 550 Earth sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1690
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-14639
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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