Spinen (Spinel)

1. Khái quát chung

Nguồn gốc tên gọi của spinen còn chưa chính xác nhưng có thể xuất phát từ tên Latinh “spoit” được hiểu “gai nhọn”, còn theo tiếng Hy Lạp từ “spark” có nghĩa là phát lửa.

Thời cổ xưa spinen màu đỏ được biết dưới cái tên “Balas ruby”, tên này có thể bắt nguồn từ địa danh Balascia ở miền Nam Ấn Độ. Trong lịch sử đã có những viên như “Ruby hoàng tử đen” được gắn trên vương miện Hoàng đế Anh, và viên “Timur Ruby” nặng 361 cts trong tài sản Hoàng gia Anh nhưng thực chất là những viên spinen.

Spinen được công nhận là một khoáng vật riêng biệt cách đây hơn 180 năm, trước đó nó được xếp vào nhóm Ruby do nó được tìm thấy cùng với ruby.

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

2.1. Thành phần hoá học:

Spinen là aluminat (oxit kép) của Mg - có công thức hoá học: MgAl₂O₄. Trong đó MgO: 28,2%; Al₂O₃: 71,8%. Trong spinen, Mg có thể thay thế bởi Fe⁺² hoặc Mn⁺² và Al bởi Fe⁺ hoặc Cr⁺³. Đôi khi thay thế các nguyên tố đó hoàn toàn tạo ra những khoáng vật có tên riêng biệt như ceylonit (Mg, Fe) Al₂O₄; garnit (Zn Al₂O₄)...

2.2. Cấu trúc tinh thể

- Tinh hệ: Lập phương, cấu trúc tinh thể của spinen khá phức tạp. Các ion oxy xếp chồng khít theo mặt song song với mặt bát diện. Các cation hoá trị 2 Mg⁺², F2⁺²,... có 4 ion oxy xung quanh theo vị trí tứ diện, còn các cation hoá trị 3: Al⁺³, Cr⁺³ thì có 6 ion oxy bao quanh theo góc của bát diện. Như vậy cứ mỗi ion oxy liên kết với 1 cation lưỡng trị và 3 cation tam trị. Như thế kiến trúc có đặc điểm là kết hợp các đơn vị kiến trúc tứ diện và bát diện, mỗi góc chung cho một tứ diện và ba bát diện (hình 13.1). Đặc điểm kiến trúc đó giải thích các tính chất như: đẳng hướng quang học, không cát khai, độ cứng cao, tính bền hoá học.

Các yếu tố đối xứng: 3L₄, 4L₃ 6L₂9PC.

Mô hình cấu trúc của tinh thể spinen

- Dạng tinh thể: Hay gặp dạng tinh thể tám mặt có các mặt bóng, một số tinh thể có các cạnh của mặt tám mặt bị cắt tạo 12 mặt và có song tinh trên bề mặt tạo ra những tam giác phẳng, kiểu kết hợp song tinh này gọi là “song tinh spinen”.

Tinh thể spinen dạng bát diện

3. Các tính chất vật lý và quang học

3.1. Các tính chất vật lý:

- Độ cứng: 8 (theo thang Mohs), nếu có F₂O₃ và Cr₂O₃ thì giảm xuống 7-7,5.

- Cát khai và vết vỡ: Các khai không hoàn toàn theo mặt (111).

- Vết vỡ dạng vỏ sò và dễ vỡ.

- Tỷ trọng: Thay đổi từ 3,58 - 3,98. Nhưng loại đạt chấ lượng ngọc thì tỷ trọng thay đổi ít hơn từ 3,58 đến 3,61. Loại giầu Fe (ceylonit): 3,63 - 3,9; loại giầu Zn (gahnospinen) -4,06.

- Điểm nóng chảy: 2135⁰C.

3.2. Các tính chất quang học:

- Chiết suất và ánh: Chiết suất: 1,72, nhưng có một số chiết suất cao: Ceylonit tới 1,8; ganospinen -1,715 - 1,753.

- Ánh: Thủy tinh

- Màu sắc: MgAl₂O₄ tinh khiết thì không màu, tuy nhiên một lượng nhỏ các nguyên tố mang màu thay thế cho Mg hoặc Al sẽ tạo ra các màu sắc khác nhau.

Spinen tìm thấy đủ các màu: màu đỏ máu, đỏ hoa hồng, nhưng phổ biến là màu nâu nhạt phớit đỏ, phớt tím hoặc phớt cam; lam nhạt, lam phớt tím; tím nhạt. spinen màu trắng tinh khiết chưa tìm thấy mà chúng thường có màu trắng phớt hồng và loại màu lục cũng thực sự hiếm.

Spinen hồng và một tinh thể spinen màu đen (gahnit)

- Phổ hấp thụ: Loại màu đỏ cho vạch phổ rõ ràng ở vùng lục và vàng tại 540 mm. Đặc biệt loại màu đỏ khi quan sát dưới điều kiện tối ưu có thể thấy 10 vạch giống như phím đàn Organ: trong đó 686 và 675.

Phổ hấp thụ của spinen màu đỏ

Màu lam: Có một dải mạnh có tâm ở 458 mm và một dải hẹp hơn ở 478.

- Tính phát quang: Sự phát quang của spinen khác nhau đáng kể:

Màu đỏ và màu hồng: đỏ sáng - mạnh dưới sóng dài, yếu hơn dưới sóng ngắn.

Màu lam, màu nâu nhạt, nâu tím hầu như trơ dưới mọi bức xạ;

Màu tím đỏ và tím hoa cà phát quang khác nhau dưới sóng dài, còn trợ dưới sóng ngắn.

- Hiệu ứng quang học: Spinen cho hiệu ứng sao nhưng rất hiếm gặp. Có thể gặp sao 4 cánh và sao 6 cánh.

4. Đặc điểm bao thể:

Cũng giống như corindon, trong spinen có các bao thể tiền sinh, đồng sinh và hậu sinh. Các bao thể đồng sinh và tiền sinh thường là các bao thể rắn như: apatit, albit, zircon, dolomit, calxit, olivin, bao thể dạng vân tay... các bao thể hậu sinh gồm rutil dạng kim phân bố thành từng đám, bơmit và hematit.

5. Các phương pháp xử lý và tổng hợp

Spinen màu tím và màu hồng chuyển sang màu vàng ở nhiệt độ 1000⁰C, nhưng có thể trở lại màu khi nguội lạnh. Màu xanh lam chuyển sang màu lục ở nhiệt độ 900⁰C và chuyển sang màu vàng ở 1200⁰C và các màu này không bị trở lại màu cũ.

Gần đây spinen màu đỏ phớt nâu đã làm tăng màu đỏ bằng cách xử lý tẩy đi thành phần màu nâu nhạt và giữ lại màu đỏ thuần khiết.

Spinen được tổng hợp bằng phương pháp nóng chảy trong ngọn lửa “flame fusion”.

6. Nguồn gốc và phân bố

- Spinen chủ yếu có nguồn gốc biến chất và skarn. Loại có giá trị thương phẩm chủ yếu được khai thác trong kiểu nguồn gốc skarn. Ngoài ra spinen còn được tìm thấy trong đá greis, pegmatit, và các đá khác. Thông thường nó cộng sinh với corindon, manhetit, granat, pyroxen, clorit. Phần lớn spinen tìm thấy trong aluvi dạng cuội sỏi.

Các mỏ chính bao gồm: Mỏ Mogok ở Miến Điện, spinen nằm trong aluvi ở các suối và trong đá vôi kết tinh.

Mỏ Ceylan ở Sri Lanka, spinen tìm thấy chủ yếu ở dạng cuội với nhiều màu sắc, đặc biệt là màu lam nhạt và lam tối.

Những mẫu spinen không đi cùng với ruby và saphia được tìm thấy ở Afganistan. Ngoài ra còn một số nước khác có spinen như Thái Lan, Úc, Braxin, Mỹ (mỏ New Jersey), Nga (Uran và Zabaican).

- Tại Việt Nam spinen được phát hiện nhiều đi cùng với ruby vùng Lục Yên, Tân Hương, Quỳ Châu. Tại mỏ Lục Yên phát hiện được các tinh thể spinen có kích thước lớn (hàng kg) trong đá hoa, tuy nhiên màu sắc của chúng thường không đẹp chỉ thích hợp làm mẫu sưu tập.

Spinen màu nâu đỏ cùng với humit trong đá hoa Lục Yên

Spinen thường có mặt cùng ruby trong aluvi và trong đá hoa, trong các sản phẩm khai thác được ở khu mỏ An Phú thì spinen chiếm đến > 60%. Chúng có nguồn gốc biến chất, tìm thấy trong đá hoa kết tinh với các tinh thể có kích thước từ 1 mm đến 5 - 10 cm. Tuy nhiên trong các bồi tích đã gặp những tinh thể spinen lớn tới vài chục cm nhưng không đạt chất lượng ngọc, có thể chúng có nguồn gốc pegmatit.

Spinen vùng Yên Bái tìm thấy rất nhiều màu sắc khác nhau từ đỏ tươi, đỏ nhạt, hồng, nâu hồng, nâu phớt tím, tím nhạt... Chúng thường có dạng tinh thể tám mặt hoàn chỉnh, dạng cuội tròn, mảnh vỡ sắc cạnh.

Tinh thể spinen trong đá hoa canxit và viên spinen đã chế tác

7. Đá giả, đá tương tự, đá nhân tạo và cách nhận biết.

7.1. Phân biệt với các đá tổng hợp

- Spinen tổng hợp thường được nuôi cấy bằng phương pháp Vernuil với một lượng dư oxit Al₂O₃ làm cho dễ tăng trưởng hơn. Chúng có các đặc điểm sau:

Độ cứng 7,5 - 8; tỷ trọng 3,63 - 3,64;

Chiết suất: 1,728

Dưới kính phân cực; tắt sáng từng phần (giả dị hướng)

- Loại gahnit tổng hợp có chiết suất 1,82; tỷ trọng 4 - 4,6.

Nguyên nhân tạo màu lam do coban; màu lục vàng và lục phớt vàng do Mn; màu lục tối do Cr.

Phổ hấp thụ: màu lam -635, 580, 540 nm.

Màu vàng và vàng phớt lục: 445, 422 nm.

Màu đỏ: 684.

Dưới kính lọc Chelsea có màu đỏ da cam do phổ hấp thụ của Co và đặc trưng lưỡng chiết suất bất thường.

Ngoài ra một đặc điểm khác để phân biệt với spinen tự nhiên là trong spinen tổng hợp có chứa các bao thể khí.

Tính phát quang: màu lam và màu lục cho màu đỏ - yếu dưới sóng dài và tia X còn dưới sóng ngắn yếu hơn hoặc trắng phớt lam, trắng phớt lục.

Màu vàng, lam phớt vàng và lục phớt vàng cho màu lục vỏ táo dưới 3 bức xạ.

7.2. Phân biệt với các đá tự nhiên khác

Bảng dưới đây sẽ đưa ra các đá tự nhiên có thể nhầm với spinen, và dựa vào các đặc điểm của chúng để phân biệt.

 Các đá giống spinen và cách phân biệt

8. Mài cắt spinen

Những viên spinen nhỏ thường được mài cắt kiểu hỗn hợp, còn những viên lớn có giá trị thường tạo dáng kiểu bậc thang để giữ được trọng lượng lớn nhất.

Loại spinen có kích thước lớn nhưng nhiều khuyết tật thì dùng chạm khắc, còn những loại có kích thước quá nhỏ dùng làm tranh trang trí nghệ thuật.

9. Chất lượng và giá cả

Spinen có đủ những phẩm chất đẹp đẽ của loại đá quý, nhưng nó bị che lấp bởi vẻ đạp của ruby và saphia. Tuy vậy có màu sắc đẹp (đỏ tươi, xanh lam tươi) vẫn có giá trị đáng kể bởi nó được dùng để thay thế ruby và saphia trong bối cảnh ruby, saphia ngày càng hiếm và có giá trị cao. 

Loại spinen có giá trị cao nhất hiện nay là màu đỏ (không bị nhuốm sắc nâu) có giá trị giao động trong khoảng 600-1200$/cts cho loại 4-8cts/viên. Loại màu xanh lam và màu hồng giá trị thấp hơn chút ít, trong khoảng 300-800$/cts với cùng kích thước trên.