Аналог какого драгоценного камня был впервые синтезирован огюстом

Некоторые синтетические камни

Корунды (Al2O3). Год рождения синтетического рубина – 1905.

Основные физические свойства синтетических корундов весьма близки к свойствам природных. Плотность 3,992 г/см 3 . Примесь хрома повышает плотность до 4,013 г/см 3 , а титана, кальция и других металлов понижает. Показатель преломления 1,7681–1,7635, у высокохромистого рубина до 1,7801. Двупреломление 0,0082. Иногда в синтетических корундах появляется аномальная двуосность, связанная с остаточными внутренними напряжениями.

В спектрах поглощения синтетических фиолетовых, синих и зелёных сапфиров в отличие от природных отсутствуют некоторые полосы поглощения (454, 467, 473 нм).

Синтетические корунды, в том числе рубины и сапфиры, обладают рядом внутренних особенностей. Для них наиболее характерны газовые включения различного размера и формы как одиночные, так и образующие скопления в виде пятен, полос, облаков. Такие пузырьки газа кажутся тёмными в проходящем свете, в отражённом же свете они имеют вид ярких концентрически-зональных колец. Твёрдые включения в синтетических корундах могут быть представлены «непроплавами» – непрореагировавшими частичками продуктов синтеза, пылью металлов, вводимых в корунд в качестве легирующих присадок. В звёздчатых синтетических корундах наблюдаются ориентированные включения рутила.

Замена Canva (Канва). Аналог Канвы. Обзор 2-х классных сайтов- аналогов

Шпинель (MgAl2O4). Синтетическая шпинель имеет твёрдость по шкале Мооса 8, плотность 3,59–3,61 г/см 3 , показатель преломления 1,722–1,727. В ультрафиолетовых лучах инертна (розовая шпинель) или чаще люминесцирует:

— бесцветная шпинель – беловатым (365 нм), голубовато-белым (254 нм) цветом;

— голубая шпинель – красным (365 нм), тускло-красным, голубовато-белым, оранжевым (254 нм) цветом;

— жёлтая шпинель – светло-зелёным цветом;

— зелёная шпинель – красным (365 нм), молочно-белым (254 нм) цветом и т.д.

Синтетическая шпинель может быть самой различной окраски, и поэтому она имитирует не только природную шпинель, но и алмаз, сапфир, рубин. Изумруд, аквамарин, гранаты, турмалин, циркон, топаз, лунный камень и др.

Свойства природной и синтетической шпинели близки, но есть и отличия. Так, синтетическая шпинель характеризуется совершенной спайностью по кубу. В поляризованном свете у неё наблюдается аномальное двупреломление, проявляющееся «муаровым» угасанием, а также узоры в виде тонких волосовидных полос, сеток или размытого чёрного креста.

Изумруд(Al2Be3[Si6O18]). Впервые синтетический изумруд получен в 1848 году во Франции, но коммерческого значения не имел. Свойства синтетических изумрудов весьма близки к свойствам природных камней. Изумруд, выращенный из раствора в расплаве, имеет показатель преломления 1,556–1,567, двупреломление 0,003–0,004. Плотность 2,64–2,65 г/см 3 . Для него характерны красный цвет под фильтром Челси и в ультрафиолетовых лучах; наличие включений флюса и типичных вуалеобразных трещин; поглощение в видимой области с максимумами при 420–425 и 450–455 нм; отсутствие в инфракрасных спектрах полос поглощения воды.

Консультации в прямом эфире на каменной колоде! Индивидуальный подбор камней на 2023 год

У гидротермального изумруда показатель преломления 1,571–1,578, двупреломление 0,005–0,007. Плотность 2,67–2,69 г/см 3 . Окраска и физические свойства таких изумрудов ещё ближе к природным. Только мелкие чёрные и бурые непрозрачные включения, характерное блочное строение, поглощение в области 430, 450 нм и интенсивное поглощение в красной области позволяет отличить эти изумруды от природных.

В настоящее время искусственно выращиваются и другие разновидности берилла, окрашенные в голубой, розовый и иные цвета.

Фианит (Zr, Hf)O2. В 1970–1972 годах Физический институт им. П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН) разработал способ изготовления нового синтетического материала на основе кубической модификации оксида циркония и гафния – фианита. Он обладает хорошей огнеупорностью и химической стой-костью, высокой степенью прозрачности.

Температура плавления 2600–2750°С, твёрдость по шкале Мооса 8, плотность 5,5–5,9 г/см 3 , показатель преломления приближается к таковому у алмаза – 2,15–2,18. Дисперсия 0,059–0,065. По химическому составу фианит – это оксид церия, стабилизированный добавками редкоземельных элементов – эрбия, церия, неодима или кобальта, ванадия, хрома, железа.

Кристаллы образуются из расплавленной массы элементов, входящих в его состав. Можно получить кристаллы фианита массой до 250 г. Окраска и плотность определяются химическим составом. Небольшие количества примесей перечисленных элементов придают фианитам разнообразный цвет и оттенки: красный, розовый, фиолетовый, голубой, жёлтый, белый и др. (кроме изумрудного).

По цветовой гамме фианит может соперничать с аметистом, гранатом, цирконом. Высокий показатель преломления и большая дисперсия создают особую игру света при различных условиях освещения. Эти свойства в сочетании с разнообразной окраской позволяют имитировать природные драгоценные камни, а также создавать новые, оригинальные по окраске. В ультрафиолетовых лучах фианит в зависимости от примесей может люминесцировать голубым, жёлтым, фиолетовым и другими цветами.

Обрабатывать фианит можно только в определённых направлениях кристалла. Он довольно сложен в обработке, легко растрескивается и крошится. Выход сырья при огранке обычно не превышает 15%. При огранке высота нижней части камня (павильона) должна быть более глубокой, чем у бриллианта, что улучшает его «игру», а коронка более плоской. Грани фианитов слегка закруглены, что служит дополнительным отличием этих камней от бриллиантов.

Подобный фианиту материал для имитации драгоценных камней выпускают и за рубежом. В США – диамонеск, в Швейцарии – джевалит, в Австрии – под названием цирконий по советской лицензии.

Алмаз (С). В 1938 году советский физик О.И. Лейпунский провёл теоретический анализ условий образования алмаза из графита и определил области стабильного существования алмаза. Им была изучена диаграмма состояния алмаз-графит, которая явилась основой для научного решения проблемы создания синтетических алмазов. Однако впервые синтезировали алмаз в США в 1953 году.

В СССР алмаз был получен в 1960 году Институтом физики высоких давлений АН СССР. В 1961 году в Институте сверхтвёрдых материалов АН УССР была отработана промышленная технология синтеза алмазов. Процесс осуществляется при температуре 1800–2500°С и давлении более 50×10 2 МПа в присутствии катализаторов – Ca, Ni, Fe, Mn и других металлов.

В настоящее время используются и другие методы синтеза искусственных алмазов.

Бирюза (CuAl6[PO4]4(OH)5×5H2O). Первые сообщения о получении синтетической бирюзы полного аналога природной принадлежат М. Гофману (1927 год). Однако у технического сообщества есть сомнения относительно идентичности структуры камня.

В 1972 году Пьер Жильсон синтезировал бирюзу, являющуюся полным аналогом природной. Признаками, позволяющими отличить подобную бирюзу от природной, являются несколько заниженная плотность (2,7 г/см 3 ) и характерная структура поверхности, наблюдаемая под микроскопом. Эта структура обусловлена наличием угловатых голубых частиц, распределённых в беловатой основной массе (в природной бирюзе иногда можно заметить тёмно-синие диски на более светлом фоне).

Капля разбавленной соляной кислоты впитывается природной бирюзой и скатывается с синтетической*. Спектры отражения синтетической бирюзы в интервале 450–1300 см –1 отличаются от спектров природной. Для неё характерны максимумы поглощения 1115, 1050, 1000 и 570 см –1 с более сглаженными широкими пиками.

Необработанная бирюза Жильсона стоит примерно в пять раз ниже высококачественной природной. В зависимости от качества бирюза умеренно синего («Клеопатра») и интенсивно синего («Фарах») цвета оценивается от 140 до 800 долларов за килограмм.

Синтетическая бирюза, практически не отличимая от природной, была также получена и в СССР.

Опал (SiO2 × nH2O). Синтетические опалы на кремнезёмной связке (самые близкие к природным) впервые получены в 1972 году П. Жильсоном. Они почти не отличимы от природных. Цвет опалов Жильсона молочный и чёрный. Опалесценция и её рисунок также близки к природным.

Плотность 2,03 г/см 3 ; показатель преломления 1,44; твёрдость по шкале Мооса 4,5, что несколько ниже, чем у природного опала. Синтетические опалы, в отличие от природных, легко прилипают к языку.

К диагностическим признакам синтетического опала можно отнести:

— их равномерно зернистую мозаичную структуру, наблюдаемую в горизонтальной плоскости; и столбчатую, волокнистую – в вертикальном разрезе;

— зональное строение цветовых участков, а также большую прозрачность, полосчатость; слагающие их блоки создают эффект «шкуры ящерицы».

Синтетические опалы отличаются от природных упаковкой частиц, которую можно установить при электронно-микроскопи-ческих исследованиях.

Синтетические опалы выращивали и в СССР.

Малахит (Cu2(OH)2CO3). Прекрасного зелёного цвета с тонкослоистым рисунком малахит производится в СНГ, Канаде и ряде других стран. Изделия из него уже соперничают с изделиями из природного малахита.

Вопросы для самопроверки

1. Какие виды стекла обычно используются для имитации драгоценных камней?

2. Что такое дуплеты и триплеты?

3. Какие способы имитации жемчуга вам известны?

4. Как производят культивированный жемчуг?

5. Как отличить природный жемчуг от культивированного?

6. Назовите основные методы искусственного выращивания ювелирных камней.

7. Какие отличия натуральных драгоценных камней от их синтетических аналогов Вам известны?

Источник: studopedia.ru

Огюст Вернейль

Точно не известно, знал ли хотя бы в общих чертах Огюст Вернеиль о сущности метода получения «женевских рубинов», но он был осведомлен о том, что Марк Годен во Франции уже изготовлял кристаллы рубина с использованием кислородно-водородной горелки. В 1869 г. Годен представил в Академию наук в Париже небольшую коллекцию драгоценных камней на основе корунда, которые были изготовлены с помощью его кислородно-водородной «шалюмо»’ f5].

Этот термин впоследствии употреблял и Вернеиль для обозначения своей горелки. Коллекция Годена включала синий сапфир, «изумруд», «топаз», прозрачный камень «имитирующий алмаз» и «перидот». Чтобы порошок глинозема был более сыпучим, Годен считал необходимым добавлять к нему в довольно значительных пропорциях кремнезем SiCb, но, поскольку кремнезем способствует образованию стекла и затрудняет кристаллизацию расплава, он опасался, что продукты его синтеза будут представлены стеклами. В то время аппаратура, позволяющая отличать стекла от кристаллов, была недостаточно совершенна, поэтому нет уверенности, получал ли действительно Годен кристаллы сапфира.

Вернеиль концентрирует свои усилия на усовершенствовании метода выращивания кристаллов при плавлении в пламени и в 1891 г. добивается столь существенного прогресса, что депонирует в Академии наук статью о деталях своего нового аппарата и методики. На этой стадии его работ, по-видимому, была достигнута основная цель—получение довольно крупных кристаллов, но беспокоило их растрескивание. Эта проблема была вскоре решена уменьшением площади контакта кристалла и кристаллоносца, что описывалось во второй, депонированной в Парижской Академии наук статье. Содержание обеих статей не было известно до 1910 г., когда оно было раскрыто в заявке Вернейля [6J.

Кристаллы, выращенные по методу Вернейля, известны как були (бульки), по-видимому, в связи с тем, что первоначально они имели примерно округлую форму. (Термин «буля» широко использовался при описании популярной во Франции игры, в которой тяжелые шары диаметром около 10 см стараются подкатить как можно ближе к Цели). Этот термин, введенный Годеном и применявшийся Вернейлем, теперь стал обычным в лексиконе специалистов по выращиванию кристаллов и геммологов, несмотря на то что кристаллы, которые выращивают сейчас, имеют цилиндрическую форму.

В 1900 г. ассистент Вернейля Марк Паккье демонстрирует рубины Ва Всемирной выставке в Париже. Отчет о камнях написал геммолог И. Фридлендер, который пришел к выводу, что рубины получены

новым методом, а не по технологии женевских. Рубины на Парижской выставке пользовались большим спросом, хотя детали процесса не раскрывались до 1902 г. [7].

Начиная свой первый письменный отчет, который был опубликован спустя два года, Вернейль отмечает, что Годен применял слишком высокие температуры и поэтому у него получались непрозрачные кристаллы. Новая идея Вернеиля заключалась в применении вертикальной горелки с подачей порошка глинозема в пламя через поток кислорода.

Порошок встряхивается в потоке газа под действием вибратора с электрическим приводом. Использование газонепроницаемого резинового сальника позволяет передавать толчки вибратора к сосуду, содержащему порошок глинозема, без утечки кислорода.

В холодной части пламени помещен керамический штифт, на котором собираются капли жидкого глинозема, образующиеся при плавлении порошка, просыпающегося через горячую зону пламени. Пламя окружается керамическим муфелем, играющим роль изолятора и защищающим растущую булю от «сквозняков». Этот муфель снабжен смотровьгм окном, которое в оригинальном аппарате Вернеиля заделывалось слюдой. Чрезмерный нагрев верхней части аппарата за счет потока тепла из горячей зоны предотвращается применением водяного охлаждения.

В начальной стадии роста були порошок, попадая на штифт, затвердевает и образует конус из материала относительно невысокой плотности. В дальнейшем конус перемещают в горячую зону пламени, где его вершина начинает плавиться. В этот момент образуется несколько кристаллов, но один из них ориентирован в направлении наибольшей скорости роста.

Он подавляет рост остальных кристаллов и служит затравкой для развивающейся були. На ранней стадии роста чрезвычайно важно мастерство оператора, поскольку во время селекции кристаллов может понадобиться регулировка температуры пламени или скорости подачи порошка. После того как в центральной части начнется преобладающий рост одного кристалла, чтобы увеличить диаметр були повышают скорость подачи питающего порошка и постепенно увеличивают температуру пламени регулировкой скорости потока кислорода. Верхняя поверхность були становится округлой, и на нее подают свежие порции глинозема в виде падающих капель расплава. Далее подставку со штифтом опускают со скоростью, соответствующей скорости роста були.

Наиболее важным условием для выращивания кристаллов высокого качества является равномерная подача порошка, поэтому большие усилия тратятся на приготовление питающего материала с тем, чтобы он обладал хорошей сыпучестью. Если порошок слишком грубый, внедрение крупных холодных частичек может вызвать затвердевание тонкого расплавленного слоя.

Тогда зарождается много мелких кристаллов и буля утрачивает структуру монокристалла. Применение слишком мелкого порошка связано с опасностью испарения глинозема в пламени. Оптимальные размеры частиц лежат в субмикронном интервале (меньше тысячных долей миллиметра). Частицы должньг иметь правильную форму, так как только в этом случае они одинаково . реагируют на воздействие вибратора. Вернейль получал глинозем из аммониевых квасцов, содержащих около 2,5% примеси хромовых

квасцов. (Эта концентрация хрома обеспечивала получение камней красного цвета.) Порошок такого состава нагревался до разложения квасцов и образования окислов, которые измельчались и просеивались через проволочное сито для селекции частиц необходимого размера. Вернейль в течение 2 часов выращивал були весом 2,5—3 г (12—15 карат).

Були были округлой формы, и некоторые из них имели диаметр 5—6 мм. Более детальное описание процесса с чертежами аппарата содержится в публикации 1904 г. [8]. Этот аппарат вместе с первыми выращенными таким способом кристаллами теперь выставлен в Школе инженерного искусства и ремесел в Париже. Вернейль занимался также проблемой вибратора, который стряхивает порошок в поток кислорода, и позднее заменил его молоточком, работающим от . мотора. Это простое и разумное приспособление используется и в большинстве современных аппаратов, применяемых для выпуска коммерческой продукции.

После публикации 1904 г. Вернейль направляет свои усилия на получение сапфира. Тогда не было известно, какой элемент обусловливает синий цвет этого камня, однако ему пригодились сведения о том, что природным камням этот цвет придает совместное присутствие окислов железа и титана [9]. В это время Вернейль работал консультантом фирмы «Л. Хеллер и сын» в Нью-Йорке и Париже.

В его сапфирах содержались добавки 1,5% окиси железа и 0,5% окиси титана вместо окиси хрома, используемой в рубинах. Синяя окраска кристаллов обусловлена довольно сложным механизмом. Обычно цвет драгоценных камней связан с поглощением света характерной длины волны определенным элементом, особенно так называемыми переходными элементами, такими, как железо, кобальт, никель и хром.

Если из спектра белого света удалить определенную полосу цветов, то свет, попадающий в глаз, будет окрашен в так называемый дополнительный цвет. Например, рубины потому красного цвета, что хром в кристаллической решетке корунда поглощает зеленый свет. Чтобы сапфир приобрел синий цвет, необходимо поглощение ж ел то-оранжево го света. Такое поглощение имеет место, когда происходит электронный «скачок» внутри кристалла от атомов железа к атомам титана. Поэтому для окраски кристалла в синий цвет требуется совместное присутствие железа и титана.

В 1911 г. были опубликованы патенты на выращивание сапфира, в последнем из которых содержались сведения об очистке от пузырьковых пятнышек, о кривых линиях роста и о растрескивании кристаллов— типичного явления для синтетических сапфиров \Щ. В 1913 г. годовой объем производства искусственного сапфира достиг 6 млн. карат (1200 кг), а рубина—10 млн. карат (2000 кг). Вернейль, благодаря которому это стало возможным, умер 13 апреля того же года в возрасте 57 лет.

Смотрите также:

Источник: bibliotekar.ru

Синтетические аналоги драгоценных и полудрагоценных камней

Также широко применяется стеклянная и пластмассовая имитация ювелирных камней.

Наиболее известным синтетическим драгоценным камнем является алмаз, представляющий собой модификацию углерода. Впервые алмаз был синтезирован группой Э. Лундблата в Швеции в 1953 г. (при давлении 8 ГПа и температуре более 2500°С). В 1954 году группа Г. Холла в США, а в 1960 группа Л.Ф. Верещагина в СССР также провели синтез алмазов.

Синтетический кварц впервые был получен (в виде столбчатых кристалликов размером 0.5 — 0.8 мм) В. Брунсом в 1889 г. в Англии.

В 1900 году Г. Специя (Италия) в автоклаве кристаллизовал кварц размером до 2 см. Крупные кристаллы кварца весом более 2.5 кг были синтезированы в 1955 году и в СССР.

В настоящее время синтезированы иттриево-алюминиевые гранаты (ИАГ), шпинелиды (ганит), а также (в 1976 году) искусственный цирконий — фианит (джевалит, даймонсквай) (Zr0.8Ca0.2O1.92).

Под синтетическими камнями понимают искусственно полученные кристаллические или аморфные химические соединения, которые сходны по своему составу и структуре с природными либо имеют внешнее сходство, обусловленное физическими свойствами. Путем синтеза получены рубин, шпинели, изумруды, кварц, а также самостоятельные химические соединения (гранатит, фианит).

Синтетические, искусственные самоцветы, обладая свойствами натуральных камней, с успехом заменяют их в ювелирных изделиях из драгоценных металлов, но они по сравнению с натуральными дешевы, а стеклянные имитации — это всего-навсего дешевые подделки.

Синтетические корунды и шпинели имеют большое разнообразие цветов, а свое торговое название камни получают по имеющимся аналогам в природе — рубины, сапфиры, турмалины, александриты, аквамарины и др. Для получения синтетических корундов пользуются чистейшей окисью алюминия, а для получения шпинели смесью окисей алюминия и магния. В зависимости от заданного цвета добавляют красители: для рубина — окись хрома, голубого сапфира — оксиды железа и титана, василькового сапфира — оксиды железа, титана, хрома, александрита — окись ванадия и т. д.

Подготовленная шихта (затравка) сыплется непрерывной струйкой через водородно-кисло-родное пламя (пламя «гремучего газа»), температура которого выше 2000°С, на тугоплавкий стержень. На стержне образуется конус расплава, который опускается с заданной скоростью. Таким образом, вырастает одиночный кристалл в виде цилиндрического стержня (були).

Для получения синтетических звездчатых корундов (рубинов и сапфиров) в исходный материал добавляют окись титана. В процессе синтеза образуется смешанный кристалл, при последующем его нагревании ниже температуры плавления окиси алюминия он распадается с выделением тончайших игольчатых кристалликов рутила. Расположение кристаллов рутила в синтетическом корунде такое же, как и в естественном звездчатом корунде. При огранке кабошоном синтетический рубин или сапфир дает тот же звездчатый эффект, что и природный.

Синтетические корунды и шпинели обладают прекрасными физическими и химическими свойствами; имеют нулевую пористость, высокую прозрачность, прочность даже при высоких температурах, стойкость к воздействию обычных кислот и большинства щелочей. Плотность их 3.98 — 3.99, твердость по шкале Мооса — 9.

Синтетический изумруд получают флюсовым и гидротермальным методами. Наращивание кристаллов в обоих случаях происходит на затравку из природного берилла. Скорость роста кристаллов 0.8 мм в сутки. В большинстве случаев синтетические изумруды имеют отчетливо выраженную зональность окраски.

Синтетический кварц выращивается гидротермальным способом, а растворителями природного сырья служат растворы гидроокисей и карбонатов щелочных металлов — натрия или калия. Посредством красителей (окислов металлов) или облучения кварц можно получать от бесцветного до черного, включая цвета всех природных кристаллических его разновидностей.

Гранатит (иттрий-алюминиевый гранат) представляет собой иттриево-алюминиевую окись, имеющую структуру граната. В чистом виде гранатит бесцветен, плотность 4.54, твердость по шкале Мооса — 8.

Гранатит получают в специальных аппаратах при высоких температурах в глубоком вакууме методом «вытягивания» кристалла из расплава. Благодаря своим свойствам бесцветный гранатит используется как имитация алмаза, а с помощью добавок гранатит окрашивается в различные цвета.

Культивированный жемчуг. Культивированный жемчуг, подобно природному, выращивается в теле моллюска в естественных условиях. Зародышем служит перламутровый шарик. Его заключают в кусочек оболочки мантии трехлетнего моллюска, вырабатывающего перламутр, получая таким образом «жемчужный мешок».

Этот мешок вкладывают в другую раковину, которую помещают в специальный водоем. Обволакивание зародыша может длиться от 2 до 7 лет. В процессе роста жемчужин раковины проверяют несколько раз в год. Выращенные жемчужины внешне неотличимы от натуральных, имеют правильную заданную форму.

Оболочка искусственного жемчуга соответствует по химическому составу натуральному и обладает теми же физическими свойствами. Искусственный жемчуг может выращиваться в больших количествах, принимать заданные размеры и формы и быть не менее красивым, чем настоящий.

К естественным имитациям драгоценных и полудрагоценных камней относят камни, полученные из отходов натуральных камней путем склеивания, прессования, сплавки, а также натуральные камни, окрашенные в другой цвет.

Один из видов имитации самоцветов — дублеты (дубли), склеенные камни. Отходы (тонкие пластинки) — натуральных самоцветов, которые не могут быть огранены самостоятельно, склеиваются с менее дорогими минералами, сходными по прозрачности и цвету, и совместно обрабатываются. Чаще других встречаются дублеты сапфиров и изумрудов.

Подклейками могут служить горный хрусталь и цветные стекла. Дублеты, таким образом, состоят из верхней части — дорогостоящего минерала и нижней — дешевого. Если на камень смотреть сверху, склейка дублета незаметна, если же его просматривать, повернув боком, под определенным углом к источнику света, заметна красноватая полоска по периметру подклейки или слабые красноватые отражения подклеенной грани. Дублеты обладают всеми оптическими свойствами самоцвета и, так как низ камня не изнашивается, долговечны в эксплуатации.

Янтарь имитируют прессованием и сплавкой. Прессованный янтарь — разогретые и спрессованные под давлением мелкие зерна и осколки естественного янтаря, они отличаются от естественного большим замутнением. Блеск жирный, а твердость и химические свойства в пределах естественного.

Сплавленый (плавленый) янтарь — легкоплавкая масса, получаемая в результате разложения янтаря при сухой возгонке при температуре 420°С. Цвет от желтовато-коричневого до коричнево-черного, температура плавления 180°С, растворим в бензоле, сероуглероде, горячем льняном масле. Прессованный и плавленый янтарь по качеству и декоративным свойствам уступает натуральному и ценятся недорого.

Для изменения окраски ряда камней применяют прокаливание для самоцветов и химическую окраску для цветных. Пользуясь свойствами ряда минералов группы кварца изменять цвет при нагревании, ранее их прокаливали различными способами: запекая в хлебе, засыпая золой в горшочке, обмазывая глиной, и после полного равномерного остывания камни приобретают розовые или золотые тона.

Для изменения цвета агата и яшмы их выдерживают длительное время (от нескольких дней до нескольких месяцев) в сахарном или медовом растворе, обрабатывая затем серной кислотой и другими реактивами. Очень часто окрашивают агаты, имитируя карнеол или сардер (красного и коричневого цвета), оникс (черного или коричневого), хризопраз (зеленого), халцедон (синий и голубой).

Красный цвет получают пропиткой в азотнокислом железе и последующим нагреве. Желтый цвет получают травлением пропитанного соединениями железа агата в соляной кислоте. Черная и коричневая окраска агата достигается проваркой в сахарном сиропе с дальнейшим травлением нагретой серной кислотой. Зеленая окраска достигается применением солей хрома или нитрата никеля с дальнейшим сильным нагревом. Синяя и голубая окраска получается при пропитке агата в растворе ферроцианида (желтая кровяная соль) и последующим кипячением в медном купоросе.

В результате халцедоны могут принимать цвет хризопраза и сердолика, агаты — коричневую и черную окраску, а яшмы — усиливать яркость окраски и изменять ее. Цвет бирюзы может быть усилен анилиновыми красителями, но еще в древности для улучшения цвета бирюзы (CuAl6(OH)2[PO4]×4H2O) ее клали в бараний жир или масло. В настоящее время искусственную бирюзу получают, в том числе, и при прокрашивании минерала говлита, боросиликата кальция (Ca2[(BOOH)5SiO4]) или халцедона солями меди или анилиновыми красителями. Кроме того синтетическую бирюзу («неолит», «необирюза», «резе бирюза») получают из крошек бирюзы, спеченной с клеящей массой, стеклом, фарфором, смолами.

Стеклянная и пластмассовая имитация камней. В качестве дешевой имитации самоцветов и цветных камней применяют стеклянные и пластмассовые сплавы.
Стеклянные сплавы — это легкоплавкое прозрачное стекло, в состав которого для усиления блеска вводятся окислы свинца, калия и бора. Окрашивают стеклянные сплавы окислами меди, селена, кобальта, урана, марганца и др. Камни получают штамповкой с последующей обработкой. Для создания эффекта игры камня на обратную сторону его наносят тонкий зеркальный слой серебра, закрепленный лаком.

Непрозрачные стеклянные сплавы могут служить имитацией цветных камней: бирюзы, агата (черного), лазурита и др.

Пластмассы служат имитацией камней органического происхождения и некоторых цветных камней. Цвет пластмассы и прозрачность задаются в зависимости от того, какой камень имитируется. Для имитации жемчуга применятся молочно-белая пластмасса с незначительной прозрачностью, с последующим покрытием жемчужной эмульсией для перламутрового блеска, янтаря — неровно окрашенная, местами прозрачная, желтых тонов, коралла — непрозрачная, кораллового цвета, для бирюзы — непрозрачная, голубовато-зеленоватая и т.д., форму придают штамповкой.

Источник: viperson.ru

Синтез минералов

Синтез минералов – (от греч. synthesis — соединение, составление) — получение минералов искусственным путём. Сегодня человечество создает в лабораторных и промышленных условиях практически все известные минералы (от алмаза до малахита и кварца), для ювелирных и промышленных целей выращивают «минералы» не имеющие аналогов в природе: различные стекла, ИАГ (иттрий-алюминиевый гранат), ГГГ (галлий-гадолиниевый гранат) и др. Хотя в лабораторных условиях синтезированы многие минералы (в виде мелких кристаллов или поликристаллических агрегатов), в промышленных масштабах производится лишь небольшое количество минеральных соединений.

Направление синтеза минералов активно развивается с конца XIX века. Первым выращенным человеком минералом стал рубин, полученный Огюстом Вернейлем в 1891 г. из порошка Al2O3 (корунд) расплавлением (при температуре 2100 0 С) и последующим охлаждением. Отдельные кристаллики имели массу до 15-20 карат. Промышленный выпуск был организован в 1910 г., а этот способ стал называться методом Вернейля. B 80-e гг. такие дешевые по себестоимости синтетические рубины практически полностью заменили природные аналоги в технической и ювелирной промышленности, и каждая любительница украшений имела серьги или кольцо с крупным прозрачным ярко-красным или фиолетовым корундом.

Резко возросший интерес к созданию в искусственных условиях аналогов природных камней обусловлен развитием науки и, прежде всего, истощением природных месторождений многих минералов, увеличением затрат на разведочно-добычные работы, возрастанием объёмов потребления минерального сырья. Важным аспектом также является необходимость использования в промышленности высококачественного материала, не имеющего дефектов. Синтетические камни широко используются в промышленности как полупроводниковые, пьезоэлектрические элементы и др. Сегодня крупномасштабное (сотни тонн) производство кристаллов кварца и корунда полностью удовлетворяет потребности современной техники.

Синтетические алмазы на 90% заменили природные при производстве высокоточных инструментов для медицины и горнодобывающего комплекса. Первые попытки синтеза самого уникального минерала были предприняты М.Фарадеем еще в начале XIX в. (1814 г.). Официально получение первых синтетических алмазов (1953 г.) принадлежит шведской фирмой ASEA : опыт по синтезу алмаза из графита при давлении 8 • 108 МПа и температуре 2500 °С с выдержкой во времени 2 минуты.

В России сегодня ведущим институтом, разрабатывающим методы и технологии по выращиванию минерального сырья, является ВНИИСИМСМ (г. Черноголовка). Синтез минералов осуществляется различными методами из однокомпонентных (преимущественно расплавы) и многокомпонентных (растворы и газовые смеси) систем.

Выделяют 4 группы методов:

1 группа:

• кристаллизация из расплавов. Основная движущая сила процесса при кристаллизации из расплавов – температурный градиент, т.е. разница температур. Наиболее широко используются метод Вернейля, для синтеза рубинов, сапфиров, шпинели, рутила и др. камней, и метод зонной плавки (или метод горизонтально направленной кристаллизации) в основном для получения гранатов (ИАГ, ГГГ, ИЖГ) с добавлением редкоземельных элементов в качестве красителей.
• метод Вернейля – наиболее распространённый способ промышленного выращивания различных кристаллов. Кристаллизация и рост минеральных соединений из расплава проводится в надёжно контролируемых условиях на автоматизированном оборудовании и идёт c высокими скоростями (мм в час). Шихта (порошкообразное кристаллизуемое вещество) подаётся сверху из бункера в пламя горелки и в расплавленном виде попадает на торец стержневой вращающейся затравки (були), постепенно опускающейся по мере нарастания кристалла.
• при использовании метода зонной плавки кристаллизация происходит за счёт последовательного проплавлении слитка исходного вещества.
• метод вытягивания из раствор-расплава (метод Чохральского) получил большое распространение. Он заключается в том, что в начальной стадии процесса к поверхности расплава подводится затравка, температура расплава в тигле поддерживается постоянной, a вращающийся выращиваемый кристалл медленно вытягивается из расплава. Этим методом выращивают много разновидностей минералов, в т.ч. и не имеющие природных аналогов.

Также в лабораторных условиях используются метод Бриджмен – Стокбаргер и метод холодного тигля, не получившие такого массового использования, как предыдущие.

2 группа:

• Кристаллизация из насыщенных растворов. Основная движущая сила здесь – это высокие концентрации синтезируемого вещества. Кристаллизация происходит широком диапазоне температур и давлений: низкотемпературные (30-90°C) и перегретые (до 250-600°C) водные растворы, солевые и др. растворы — расплавы с температурами кристаллизации от 600 до 1400°C. Согласно направленностям существуют 4 метода:

1. Метод синтеза из низкотемпературных водных растворов;
2. Гидротермальный метод;
3. Метод синтеза из раствора в расплаве (флюсовый метод);
4. Метод синтеза из раствора в расплаве при сверхвысоком давлении.

• Метод синтеза из низкотемпературных водных растворов. Этим методом выращивают благородные опалы: при атмосферном давлении и температуре кристаллизации менее 200 0 С. Рост кристаллов происходит при образовании осадка. Для быстрого испарения и, следовательно, кристаллизации в качестве «рабочих жидкостей» используют водные растворы с добавлением бутилового спирта и других легко испаряющихся веществ.
• Гидротермальный метод синтеза осуществляется в тонкостенных сосудах (автоклавах) из жаропрочных сталей. Средой кристаллизации служат кислые и щелочные водные растворы в при давлении от 30 до 200 МПa. В качестве затравки используются небольшие пластинки (2 см). Гидротермальным методом для ювелирных изделий производят цветные разновидности кварцы (зеленые, голубые кристаллы, цитрины, аметисты), кальцит, корунд, сфалерит, содалит, киноварь.
• Флюсовый метод применяется для выращивания тугоплавких, инконгруэнтно плавящихся (не одновременно) соединений. Флюсовый метод широко используют для выращивания изумрудов, рубинов, сапфиров, а также шеелит, гранат, циркон, цинкит, шпинели. Этим методом синтезирован алмаз (размеры достигают 3-4 мм), для получения кристаллов которого применяются расплавы никеля, марганца, железа при давлениях 5-8 ГПa, создаваемых специальными прессовыми установками. В качестве растворителя используют флюсы – вещества понижающие температуру плавления (легкоплавкие оксиды бора, бария, ванадия, лития и др.). В иридиевых или графитовых тиглях создают флюсы, затем вводят компоненты синтезируемого минерала. Нагревание проходит в электропечах при атмосферном давлении. Кристаллизацию производят охлаждением расплава методом температурного перепада и испарения.
• Метод синтеза из раствора в расплаве при сверхвысоком давлении используют для синтеза алмаза технического (абразивный материал) и ювелирного (до 10 карат) качества. Температура кристаллизации 1400-1600 0 С и давлении 60000 атм. В качестве шихты используют графит, металлы (железо, кобальт, никель, платину, палладий) и некоторые другие элементы. Для создания таких сложных условий используют гидравлические прессы, снабженные камерами высокого давления.

3 группа:

• Кристаллизация из паровой (газовой) фазы- рост кристаллов c применением газовой или паровой фазы для доставки кристаллизуемого вещества от локального источника. Основная движущая сила этой группы методов – барический градиент, т.е. разница давления. Многие минералы (галинит, парателлурид и др.) были получены методом объёмной паровой фазы. Среди многочисленных разновидностей этого способа можно упомянуть методы, использующие физическую конденсацию из молекулярных или плазменных пучков, катодное или высокочастотное распыление, синтез в замкнутых объёмах или в потоке инертных газов.
• Метод сублимации применяется для синтеза муассонита (карбид кремния) – имитации алмаза. Основной элемент синтеза – пропускание пучка электрического тока между электродами со слоем шихты. При этом происходит переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое. А затем при охлаждении вещество конденсируется из газовой фазы на затравку и происходит рост кристалла.

4 группа:

Кристаллизация в твердой фазе. Сложный многоэтапный способ синтеза, имеющий несколько факторов кристаллизации (давление, концентрация и др.):

1. Подбор химических соединений или природных материалов, отвечающих в химическом отношении синтезируемому минералу.
2. Смешивание измельченных подобранных материалов в стехиометрических соотношениях;
3. Пропитка полученной массы клеящими красителями соединяемыми катализаторами;
4. Нагревание до температуры 100 0 С, прессовка гидравлическим прессом. Создание повышенной температуры ведет к отжигу, который способствует диффузии хромофоров в кристаллическую массу, созданию однородной структуры.

Метод кристаллизации в твердой фазе применяется для изготовления бирюзы, лазурита, жадеита, родонита и других непрозрачных камней.

Существуют и другие, менее широко распространённые методы синтеза, различные сложные модификации и комбинации нескольких методов.

Литература.

Чирвинский П. H., Искусственное получение минералов в XIX столетии, K., 1903-06;

Cовременная кристаллография, т. 3, M., 1980;

Cинтез минералов, т. 1-2, M., 1987.

Курс лекций по синтезу минералов РГГРУ (МГГА). Мельников Е.П.,2003.

Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.

Выходные данные:

• Просмотров: 2116
• Комментариев: 0
• Опубликовано: 20.10.2010
• Версий: 8 , текущая: 8
• Статус: экспертная
• Рейтинг: 100.0

Источник: www.lomonosov-fund.ru