上海铂金坩埚_铂金坩埚用途

林凤英

作者简介：林凤英，中宝协人工宝石专业委员会第二、三届委员，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员。

一、发展概况

我国稀土丰富，储量占世界总储存量的80%左右。稀土材料的研究和开发具有广阔的前景。1985年中国科学院上海光学精密机械研究所（简称上海光机所）为了满足光学仪器以及其他科研产品制备的需求，研制出了高光学质量、高折射率的稀土玻璃。

1986年，上海光机所立方氧化锆晶体生产因为耗电量大、颜色少、质量不稳定等一系列原因而停产。为了替代立方氧化锆宝石材料，在高折射率稀土玻璃中添加了着色剂，研制出高折射率稀土有色玻璃，我们称之为“稀土宝石玻璃”，1988年开始投放市场。由于其色彩丰富、折射率高、硬度较普通玻璃高、价格便宜，作为装饰用人工宝石大受欢迎。

根据市场的要求，20世纪90年代我们又研制出化学稳定性高的稀土玻璃系列，此系列稀土玻璃能有效地抵御电镀过程中的酸、碱的腐蚀而不影响玻璃的质量。同时，从环境保护的角度出发，我们又不断调整优化玻璃的配方；原来成分中有≤10%PbO，因为铅会对人类健康和环境构成威胁，去掉了氧化铅，从而研制出环保型的高折射率稀土玻璃。

现在，我们生产的稀土玻璃已有 60多个品种，月产量达3t以上，同时也能根据用户要求生产。在高折射率稀土玻璃市场化推广进程中，陈汴琨、沈才卿、钮天然、朱立夫、张道标、陈彩珍、周峰等珠宝界专家给予了大力帮助与支持。近20年来，我们与光华公司、奥立安公司、中科院东方公司、金得利公司、宗宗公司等全国多家珠宝公司建立了良好合作伙伴关系，产品远销海内外，为扩大稀土材料的应用，出口创汇等开辟了广阔的前景。

二、高折射率稀土玻璃的特点

1.折射率高（N=1.71～1.95）

高折射率稀土玻璃是以稀土光学玻璃为基础研制的。稀土光学玻璃如镧火石玻璃（LaF）和重镧火石玻璃（ZLaF）均具有高的折射率（可大于1.8），并具有较高的硬度和色散。合成稀土玻璃以La2O3-B2O3-BaO-TiO2-SiO2为主要成分，并加入少量ZrO2,ZnO,Nb2O5,Ta2O5等其他金属氧化物和稀有金属氧化物。稀土玻璃的折射率取决于玻璃的主要成分，它具有很大范围的可调整性。图1和图2分别是玻璃组成中各氧化物的部分折射率及色散与阳离子半径之间的关系。可以看出La2O3,TiO2,ZrO2,Nb2O5,Ta2O5等氧化物的加入都能有效地提高玻璃的折射率及色散。目前生产的稀土玻璃折射率为1.71～1.95。

2.颜色丰富、质量稳定

高折射率稀土玻璃用过渡族金属钛、钒、铬、锰、铁、钴、铜的氧化物和稀土元素钕、镨、铒、铈的氧化物单独或组合使用作为着色剂。

由于稀土元素的原子中4f电子的跃迁引起对光辐射的选择性吸收，其光谱特征是多吸收带边缘陡度极高。因此在不同的光源照射下能显示出不同的颜色，如氧化钕（Nd2O3）着色的玻璃在日光照射下是红紫色，在日光灯下为蓝紫色，具有柔和优美的双色。又因为价电子处于内层，为外层电子壳所屏蔽，故着色稳定。通过多种着色剂的组合使用和用量调整以及基质玻璃的组分改变，可以使玻璃的颜色千变万化，其色泽也可以与天然宝石相近。我们目前已有 60多种产品，如石榴红（R2,R4）、祖母绿（G104,G4）、橄榄绿（G107,G108）、宝石蓝（B2,B10）、海蓝（B103,B10312）、粉红（P3,P5,P6）、紫晶（V102,V106）、金黄（Y3）、香槟黄（Y1,Y2）、坦桑石（B301）、黑色（BK2）……可以用作许多种宝石的代用品或仿制品。

高折射率稀土玻璃用光学玻璃生产方法，将优质化工原料在电炉中用铂金坩埚高温熔制。熔制过程中进行搅拌、浇注后退火。所以玻璃中条纹气泡少，质量稳定。

3.绿色环保

经过多次配方的调整，我们现有的高折射率稀土玻璃既不含放射性元素，也不含有毒的重金属元素铅，属于绿色环保产品。生产、加工高折射率稀土玻璃和长时间佩戴镶嵌有这类仿宝石的首饰，不会对人的身体造成伤害。

4.化学稳定性好及其他

高折射率稀土玻璃的抗氧化、耐腐蚀性能极好，也不容易被一般物体所磨损。但因为是玻璃，脆性大，易碎，非稀有材质，通常作为仿真首饰投放于市场。

图1 部分氧化物折射率与阳离子半径的关系

图2 部分氧化物色散与阳离子半径的关系

三、高折射率稀土宝石玻璃的性质

1993年1月5～9日，在广州召开了“首届华夏宝玉石行业发展研讨会”，在会上，我们首次公布了高折射率玻璃（又名稀土首饰钻材料）的性质（表1）。目前市场上出现的所谓半稀土玻璃和加稀土元素改造的高折射率玻璃基质人造宝石等，实际上是铅晶质玻璃，折射率通常小于1.70。为了便于比较，表中也列出了这些玻璃的相关性质。

从这些数据的比较中，可以看到，高折射率稀土玻璃各方面的性质，要明显好于铅晶质玻璃。

表1 高折射率稀土玻璃和铅晶质玻璃性质比较

四、高折射率稀土玻璃的应用

高折射率稀土玻璃作为仿天然宝石和仿晶体人造宝石材料，因具色彩艳丽、价格低廉、容易加工、绿色环保等特点，受到人们的欢迎。目前广泛应用于仿真首饰、时尚首饰和服饰。随着国民经济和人民生活水平的不断提高，个人消费品市场的日益繁荣，以及对健康环保要求的增加，高折射率稀土玻璃也必将有着更好的发展机遇以及更为广阔的市场前景。

参考文献

干福熹等著.1981.无机玻璃物理性质计算和成分设计.上海：上海科学技术出版社.

干福熹等著.1982.光学玻璃.北京：科学出版社.

1.什么是铂金

铂金（英文Platinum，缩写Pt）早在公元前700年就在人类文明史上闪出耀眼的光芒，当时古埃及人用铂金铸成象形文字装饰其神匣，到公元前100年，南美洲印第安人成功地掌握了铂金的加工工艺，制成不同款式的铂金首饰。18世纪，法国国王路易十六特别偏爱铂金，称铂金为“唯一与国王称号相匹配的贵金属”。到了近代，世界著名首饰设计师（如Cartier Fabergetiffany）均利用铂金创造出不朽的杰作。举世闻名的霍普（希望）钻石，也被永远地镶嵌在铂金链上。

20世纪初，铂金在美国成为最受喜爱的首饰用贵金属。它天然的白色光泽征服了无数名门贵族的心。第二次世界大战爆发后，由于铂金具有很重要的军事用途，美国曾一度禁止铂金的非军事使用，用白色K金（黄金与其他白色金属的合金）替代铂金，但是白色K金从光泽、硬度等多方面永远无法取代铂金。

到21世纪的今天，铂金的首饰用途又得到发扬光大，其稀有、纯净、坚硬的三大特性以及其天然白色光泽依然令追求时尚的男女倾倒。

铂金稀有，是因为铂金的储量远远低于黄金。铂的密度是21.45g/cm3,1万吨铂体积只有466m3，至今全球的铂金储量加在一起也只够装满一个中等大小的房间，而1oz铂金需从10吨铂金矿石中历经5个月才能提炼出来。

铂金纯净，是因为铂金首饰通常含有90%的纯铂金，其他的10%也主要是铂族金属。相比之下，18K的白色K金仅含75%的纯黄金，而且铂金的白色光泽自然天成，长期佩带也不会褪色。

铂金坚硬，是因为铂金的密度高，强度几乎是黄金的两倍，从而成为镶嵌各种钻戒的最佳选择。铂金的延展性好，1g铂金可以拉出2km长的细丝。铂金坚硬度高，使其不易磨损因而可以长久保存。

铂金的内在价值及其优雅光泽给无数首饰设计师以无穷的灵感，首饰界或时装界都热衷于再次掀起“白色浪潮”。法国的设计师Cartier称白金首饰为“贵金属之王”；Giorgio Armani 在其设计的晚礼服中使用铂金丝；Calvin Klein也曾使用铂金丝编织其设计的晚礼服。

日本曾经是最大的铂金首饰市场，其铂金首饰在设计、制作方面具有代表性。其铂金首饰做工精细，从浇铸到抛光，无不精益求精；设计风格既时尚又含蓄。

中国在刚进入21世纪时还是世界第二大铂金首饰市场，但到2001年就成为世界第一大铂金消费国。不过中国在铂金设计理念以及加工工艺上还有待进一步提高，为满足消费者对个性化、时尚化首饰的需求。国际铂金协会为此在上海等地举行了首饰设计家专题讲座，聘请国际知名设计师（如日本十大著名首饰设计师之一的Sekikazu先生）向中国铂金首饰设计师传授设计理念和技巧。

岁月的流逝没有带走人们对铂金的爱，却更增添了人们对铂金的欣赏。铂金的魅力在于它带给人们一种安详的由内到外的回味美，其价、其坚、其真、其纯、其优雅气质，无不让人觉得铂金值得拥有。

2.铂金的七大特点

铂金，由于其特有的品性一向被视为名贵的贵金属，近年来国际铂金协会更是极力推崇，其在结婚戒指中占据愈来愈重要的地位。

在距今3000年前的古埃及时代，铂金已被使用。考古学家曾发现一个埃及女祭司棺木上缀有铂金制成的象形文字，历经长久时间仍能保持完美，不失其原有光泽，充分证明了铂金的持久与稳定性。随着后来南非金伯利矿挖出第一颗钻石，铂金与钻石的搭配，使之大放异彩。意大利铂金协会曾推出一系列新型的结婚钻戒，而且提出了铂金的7个特点，表明铂金之所以成为贵金属最佳选择的依据：

1）纯度最高。铂合金里有95%的纯铂，而18K金为75%的黄金，可见铂金首饰纯度更高。

2）最稀有性。每年世界上产140吨铂金，而黄金年产量可达3300吨。

3）只有技艺熟练的工匠才能制作。铂金熔点比黄金高，对加工技术及熟练程度要求也更高。

4）最稳定性。铂金对酸、碱、高温等的抵抗力最强，不会褪色或变色。铂金戒指一般不变形。

5）光泽度、延展性好。铂金拥有自然的白色光泽，不会影响宝石的颜色，而且可令宝石放出光彩和“火”来，良好的延展性亦使其适宜加工。

6）绝对不会使首饰佩戴者有过敏反应。

7）贵重且出众。

3.铂金的成色

国际上铂金的标志是Pt、Plat或Platinum等，纯度以千分数字代表，如Pt900表示纯度是900‰。铂金饰品的规格标示有Pt1000、Pt950、Pt900、Pt850。铂合金首饰中Pt和Pd的总含量不得少于950‰。

4.铂金的种类

纯铂金：最高成色的铂金。常用于制作订婚戒指，以表示爱情的纯贞和天长地久。在国外，许多人认为用黄金镶嵌钻石，可能导致钻石泛黄，从而大大降低钻石的价格。而用铂金镶嵌钻石，可以保持钻石的纯白颜色，特别是作订婚戒指，用铂金镶嵌钻石，既洁白又晶莹，象征纯洁的爱情永恒长久。然而，尽管铂金的硬度比黄金高，但镶嵌钻石和珠宝仍感不够，往往需掺入“金”，制成“铂合金”来镶嵌钻石等。

铱铂金：铱与铂组成的合金，颜色亦为银白色，具强金属光泽，硬度较高，相对密度亦大，化学性质稳定，是极好的铂合金首饰材料。

K白金：黄金和其他金属熔炼而成的白色合金。由于铂金产出稀少，价格昂贵，加上熔点高，所以一般国家很少用铂金来生产真正的K白金。目前，为了迎合广大消费者对铂金的需求，选用黄金和钯金或镍、银、铜、锌等金属熔炼成一种白色的合金，称之为“K白金”。K白金的成色与K黄金一样，黄金在其中所占质量的份数，则为“K白金”的K数。如18K白金、14K白金，其中黄金的含量分别为75%和58.5%。

5.铂族金属

在矿物分类中，铂族元素（铂、钯、锇、铱、铑、钌）矿物属自然铂亚族，包括铱、铑、钯和铂的自然元素矿物。它们彼此之间广泛存在类质同象置换现象，形成一系列类质同象混合晶体。铂族矿物均为等轴晶系，单晶体极少见，偶尔呈立方体或八面体细小晶粒产出。一般呈不规则粒状、葡萄状、树枝状或块状形态。颜色和条痕为银白色至钢灰色，金属光泽，不透明，无解理，锯齿状断口，具延展性，为电和热的良导体。由铂族矿物熔炼的金属有钯金、铑金、铱金、铂金等。

钯金：主要由自然钯熔炼而成，银白色，外观与铂金相似，金属光泽，硬度4～4.5，相对密度12，熔点为1555℃，化学性质较稳定。因产量比铂金和黄金大，故价值低，很少用来制作首饰。但随着市场价格的上涨，当铂不够用时，钯金在市场中所占份额可能增大。另外，也有人以钯金冒铂金，需要消费者注意。

铑金：主要由自然铑提炼而成，是一种稀少的贵金属，银白色，金属光泽，不透明，硬度4～4.5，相对密度12.5，熔点高（1955℃），化学性质稳定。由于铑金耐腐蚀，而且光泽好，因此常用于电镀业，将其电镀在其他金属表面，镀层色泽坚固，不易磨损，反光效果好。

铱金：主要由自然铱或锇铱矿提炼而成，颜色为银白色，具强金属光泽，硬度7，相对密度22.40，性脆，但在高温下可压成箔片或拉成细丝，熔点高，达2454℃，化学性质非常稳定，不溶于王水。主要用于制造科学仪器、热电偶、电阻丝等，高硬度的铁铱和铱铂合金常用来制造笔尖和铂金首饰。

铂金：由自然铂、粗铂矿等矿物熔炼而成，因“铂”由“金”和“白”两字组合，颜色又为银白色，故亦称“白金”。其色泽银白，金属光泽，硬度4～4.5，相对密度为21.45，熔点高为1773℃，富延展性，可拉成很细的铂丝，轧成极薄的铂箔，化学性质极稳定，不溶于强酸强碱，在空气中不氧化。它广泛用于珠宝首饰业和化学工业中，用以制造高级化学器皿、铂金坩埚以及加速化学反应速度的催化剂等。

6.铂金的发现及应用历史

人类对铂金的认识和利用要比黄金晚，大概有2000多年的历史。根据考古资料论证，在公元前700多年时，古埃及人已能将铂金加工成工艺水平较高的铂金饰品。中美洲的印第安人，远在哥伦布发现新大陆之前，也盛行过铂金饰物。那时其他地区的人们对铂金还一无所知。16世纪初，大批的西班牙冒险家蜂拥到非洲和美洲去探金寻宝。当时，在厄瓜多尔的河流中淘金时，一再发现有一种白色金属混杂在黄金中，这很可能就是珍贵的铂金。但由于当时科学不发达，识别能力低下，面对银晃晃的铂金，那些殖民者却把它称之为“劣等碎银”而抛弃。

直到1748年，西班牙著名科学家安东尼·洛阿在平托河金矿中发现了银白色的自然铂，他进行了仔细研究，发现自然铂的化学性质非常稳定，延展性极好，熔点亦高，相对密度极大，与金属银有明显的区别。安东尼是第一位对铂金进行详细研究的学者。1780年，巴黎一位能工巧匠为法国路易十六国王和王后制造了铂金戒指、胸针和项链，路易十六夫妇成为世界上有记载的第一位拥有铂金饰品的人。从此以后，铂金声誉大振，一跃而居黄金饰品之上，为皇亲国戚、达官显贵、富商巨贾所宠爱。

铂金色泽淡雅而华贵，象征纯洁与高尚。因此，人们把它作为爱情的信物，制成订婚戒指，以表示爱情纯真、天长地久。钻石镶嵌在银白色的铂金托上，则钻石的晶莹与铂金的光辉交相辉映，衬托出钻石的洁白无瑕、雍容华贵。

7.铂族金属的概况

据不完全统计，世界铂金总储量约为1.4万吨（铂族元素矿产总储量约为3.1万吨）。虽然有60多个国家都发现并开铂金矿，但其储量却高度集中在南非和前苏联。其中南非（阿扎尼亚）的铂金储量约为1.2万吨，以德兰土瓦铂矿床最著名，是世界上最大的铂矿床；前苏联的铂金储量为1866吨，曾在乌拉尔砂铂矿中发现过重达8～9kg的自然铂，在原生矿中也获得过重427.5g的自然铂。两者的总储量占世界总储量的98%。

据The Journal ofthe SAIMM杂志1995年3/4月刊（第75～81页）估算，南非发现的铂族金属矿床储量约占世界上所有铂族金属矿床储量的72%，南非生产的铂族金属中的3种金属即铂、钯和铑的产量占世界上这3种金属产量的60%（每年约286吨）。

中国铂族金属矿产比较贫乏，总保有储量铂族金属不足千吨。我国已探明铂族金属的矿区有35处，分布于全国10个省（区），其中以甘肃最多，占全国总储量的57%；其次是云南、四川、黑龙江等省。铂族金属矿床类型主要为岩浆熔离型铜镍铂钯矿床、热液再造型铂矿床和砂铂矿床，以前者最重要，如甘肃金川白家嘴子矿床。铂族金属成矿时代主要为古元古代和古生代。