Role of the Heat Treatment Environment in Color Changes of Natural Gemstones Using Zircon, Andradite, and Cassiterite

   The color changes of natural jewelry stones – zircon, andradite, cassiterite – during their heat treatment in various media have been studied. As a result of heating at the same temperature (1100 ℃) using oxidizing conditions (air oxygen), initially almost black zircons obtain a pale-yellow color, and in reducing ones (carbon monoxide) – bright blue. In andradite, in addition to such contrasting color changes, the color reversibility was also noted depending on the heat treatment medium: crystals when repeating the experiment series under the same temperature conditions (830 ℃) in air turned light brown, and in the presence of a reducing agent returned to a saturated green color. Thus, the key factor determining the color changes presented was the heating medium.

1. Н. М. Павлушкин. Основы технологии ситаллов, Москва, Стройиздат (1979) 5

2. А. В. Мананков, Э. Р. Гасанова кызы. Изв. Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 329, № 11 (2018) 87—96

3. Э. А. Ахметшин, Е. И. Савина, П. Ю. Плечов, О. Б. Петрова. Горный информационно-аналитический бюл., № 2 (2022) 30—50

4. Э. А. Ахметшин, И. А. Климкин, П. Ю. Плечов, О. Б. Петрова. Горный информационно-аналитический бюл., № 6 (2025) 21—39

5. Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин. Материаловедение, Санкт-Петербург, Химиздат (2007)

6. И. И. Новиков. Теория термической обработки металлов, 4-е изд., Москва, Металлургия (1986) 12—14

7. Э. А. Ахметшин, К. И. Купчий. Материалы X Всерос. науч. конф. с международным участием “Геммология”, 20—22 ноября 2023 г., Томск, изд-во Томского ЦНТИ (2023) 102—108

8. Л. В. Картонова, В. А. Кечин. Теория и технология термической обработки, Владимир, ВлГУ (2020) 27—28

9. Е. И. Степановских, Т. В. Виноградова, Л. А. Брусницына, Т. В. Алексеева. Определение коэффициентов активности, Екатеринбург, Уральский федеральный университет (2025) 21—22

10. А. Н. Платонов, М. Н. Таран, В. С. Балицкий. Природа окраски самоцветов, Москва, Недра (1984) 134—137

11. R. D. Shannon. Acta Crystallographica Section A: Foundations and Advances, 32, N 5 (1976) 751—761

12. Е. Я. Киевленко. Геология самоцветов, Москва, Земля (2001) 252—253

13. J. L. Emmett, T. R. Douthit. Gems and Gemology, 29, N 4 (1993) 250—272

14. U. Kempe, M. Trinkler, A. Pöppl, C. Himcinschi. The Canadian Mineralogist, 54 (2016), 6354—6360

15. M. Klinger, U. Kempe, A. Pöppl, R. Böttcher, M. Trinkler. Eur. J. Mineralogy, 24 (2012) 1005—1016

16. Г. Б. Жилинский, В. П. Кислицына, И. Р. Копяткевич, Л. И. Лавриненко, Ю. В. Новицкий. Искусственные монокристаллы касситерита, Москва, Наука (1981) 95

17. Э. А. Ахметшин, Д. А. Петроченков. Способ улучшения цветовых характеристик природного касситерита методом термообработки, патент РФ № 2743679, 24.02.2021, бюл. № 6 (2020) 5—6