|
|
| Szmaragdy syntetyczne |
|
Metody otrzymywania
Pierwsze prace nad syntez± szmaragdów zapocz±tkowa³ w 1848 r. J.J. Ebelman, francuski chemik, dyrektor fabryki porcelany w Sevres pod Pary¿em. W wyniku licznych eksperymentów otrzyma³ on ma³e kryszta³y z mieszaniny sproszkowanych szmaragdów naturalnych i kwasu ortoborowego. Eksperymenty te nie by³y jednak pe³n± syntez±, lecz raczej pewn± form± rekrystalizacji. W 1888 r. P. Hautefeuille i A. Perrey wyhodowali bardzo ma³e kryszta³y szmaragdów z mieszaniny stopów molibdenianu i wanadianu litu, do których dodali tlenki berylu, glinu i krzemu. Kryszta³y otrzymywano w specjalnym platynowym tyglu podgrzewanym stopniowo przez 15 dni do temperatury oko³o 800°C. W 1912 r. niemiecki chemik R. Nacken podj±³ próbê hydrotermalnej syntezy szmaragdów. Pierwsze kryszta³y o masie oko³o 1 kr wyhodowa³ w 1928 r. Hodowanie kryszta³ów odbywa³o siê w specjalnym autoklawie grubej stali o pojemno¶ci 30 cm3, w którym wodny roztwór zwi±zków alkalicznych i mieszaniny tlenków berylu, glinu i krzemu by³ wygrzewany przez kilka dni w temperaturze 370-400°C. Rezultatem eksperymentu by³y stosunkowo du¿e kryszta³y szmaragdów o d³ugo¶ci 1 cm i szeroko¶ci 2-3 mm. Jednak za pierwsze "prawdziwe" syntetyczne szmaragdy wyprodukowane w Europie uznaje siê kryszta³y otrzymane w 1934 r. przez niemieckich naukowców H. Espiga i E Jaegera z firmy IG-Farben. W tym samym czasie prace prowadzone przez C. Chathama w San Francisco pozwoli³y uzyskaæ kamienie syntetyczne metod± topnikow± z zastosowaniem kryszta³ów zarodziowych wykonanych z surowca naturalnego. By³a to pierwsza na ¶wiecie przemys³owa produkcja szmaragdów. Przez pewien czas laboratorium Chathama dostarcza³o na rynek jubilerski oko³o 60 000 kr kryszta³ów rocznie.
Po II wojnie ¶wiatowej, wobec znacznego postêpu technologicznego, sta³o siê mo¿liwe dalsze doskonalenie metod syntezy. Najwiêksze w tym zas³ugi maj±: P. Gilson (1950 r., Francja), J. Lechleitner (1960 r., Austria), W. Eppler (1961 r., Niemcy) i W. Zerfass (1963 r., Niemcy).
Szmaragdy syntetyczne otrzymuje siê na skalê przemys³ow± metod± topnikow± (stopow±), hydrotermaln± lub w procesie rekrystalizacji, przy czym ka¿da z metod ma swoje ró¿norodne modyfikacje.
Metoda topnikowa polega na wykrystalizowaniu monokryszta³u ze stopu mieszaniny tlenków berylu (BeO), glinu (Al2O3) i krzemu (SiO2) w specjalnie do tego celu skonstruowanej komorze krystalizacyjnej (rys. 1). W fazie wstêpnej mieszanina sproszkowanych tlenków z dodatkiem tlenku chromu (pierwiastka odpowiedzialnego za barwê szmaragdów) i topnika (np. molibdenian litu) ulega stopieniu. Stop ten jest przez pewien czas utrzymywany w temperaturze 790-810°C, w celu uzyskania jego pe³nej homogeniczno¶ci. Nastêpnie rozpoczyna siê proces powolnego sch³adzania (oko³o 2°C/godz.) stopu do temperatury oko³o 750°C. W tym czasie komora krystalizacyjna zachowuje odpowiedni± rotacjê w celu utrzymania jednorodno¶ci mieszaniny. W wyniku dalszego, bardzo powolnego obni¿ania temperatury w przedziale 750-640°C nastêpuje proces spontanicznej krystalizacji kryszta³ów szmaragdów na zanurzonych w stopie kryszta³ach zarodziowych. Wielko¶æ hodowanych kryszta³ów zale¿y od czasu trwania procesu. W czasie od kilku miesiêcy do ponad roku uzyskuje siê kryszta³y o d³ugo¶ci oko³o 2 cm).
Ró¿nego rodzaju modyfikacje metody topnikowej maj± na celu skrócenie czasu krystalizacji, poprawienie wydajno¶ci procesu lub poprawienie jako¶ci otrzymywanych kryszta³ów. Ró¿nicuje siê nie tylko typy komór krystalizacyjnych i rodzaj stosowanych topników, ale równie¿ gradient temperatury zmienia siê ró¿nicê temperatury?? pomiêdzy stopem a kryszta³ami zarodziowymi oraz zwiêksza siê koncentracjê materia³u krystalizacyjnego i topników poprzez proces sublimacji (przej¶cie substancji ze stanu sta³ego w stan gazowy z pominiêciem fazy ciek³ej).
Metoda hydrotermalna polega na otrzymywaniu syntetycznych kryszta³ów z roztworu wodnego, w specjalnie do tego celu budowanych autoklawach wy³o¿onych od wewn±trz metalem szlachetnym, np. srebrem (rys. 2). Na spodzie autoklawu umieszcza siê materia³ wyj¶ciowy, sk³adaj±cy siê zwykle z polikrystalicznych wodorotlenków glinu Al(OH)3, berylu Be(OH)2 i krzemionki (SiO2) oraz uwodnionego chlorku chromu CrCl3 · 6H2O. Rozpuszczalnikiem mo¿e byæ na przyk³ad wodny roztwór kwasu borowego, za¶ mineralizatorem (substancja przyspieszaj±ca krystalizacjê) ¶ladowe domieszki wêglanu lub wodorowêglanu sodu. W czê¶ci górnej autoklawu, powy¿ej przegrody zwanej sitem, na siatce platynowo-irydowej umieszczone s± kryszta³y zarodziowe wykonane z beryli naturalnych (szmaragd, goszenit) lub szmaragdów syntetycznych. Materia³ wyj¶ciowy poddawany jest w autoklawie wysokiemu ci¶nieniu (700-1400 MPa) i temperaturze (500-600°C). Odpowiedni± ró¿nicê gradient temperatury (10-25°C) pomiêdzy czê¶ci± doln± (materia³em wyj¶ciowym), a czê¶ci± górn± (kryszta³y zarodziowe) autoklawu zapewniaj± elementy grzewcze. Znajduj±cy siê na dnie materia³ wyj¶ciowy powoli rozpuszcza siê, a roztwór nasycony na zasadzie konwekcji jest przenoszony w górne partie autoklawu, gdzie sch³odzony odk³ada siê na kryszta³ach zarodziowych. W zale¿no¶ci od warunków fizykochemicznych procesu szybko¶æ wzrostu hodowanych kryszta³ów mo¿e wynosiæ do 0,3 mm na dobê.
Metoda rekrystalizacji polega na stopieniu i ponownej krystalizacji szmaragdów pochodzenia naturalnego. Metod± t± otrzymuje siê w Australii tzw. rekrystalizowane lub rekonstruowane szmaragdy Pool, otrzymywane z niskiej jako¶ci szmaragdów pochodz±cych z kopalni Pool (Emerald Pool Mine) w Australii Zachodniej.
W tabeli 1 zestawiono nazwy zwyczajowe i handlowe szmaragdów syntetycznych oraz ich producentów.
Charakterystyka gemmologiczna szmaragdów syntetycznych
Na rynku jubilerskim dostêpnych jest oko³o 14 odmian szmaragdów syntetycznych produkowanych przez wiele firm i instytutów naukowych na ca³ym ¶wiecie. W zale¿no¶ci od metod produkcji, ich modyfikacji, warunków fizykochemicznych procesu, rodzaju materia³u krystalizacyjnego i zarodziowego ró¿ni± siê one znacznie w³a¶ciwo¶ciami fizycznymi, optycznymi i innymi cechami, które pozwalaj± na ich identyfikacjê. Z gemmologicznego punktu widzenia mo¿liwo¶æ rozró¿niania szmaragdów syntetycznych na podstawie ich cech charakterystycznych ma zasadnicze znaczenie. Dlatego te¿ dla celów pogl±dowych w tabeli 2 zestawiono w³a¶ciwo¶ci fizyczne i krótk± charakterystykê gemmologiczn± (wspó³czynnik za³amania ¶wiat³a [n], dwój³omno¶æ [Ä], gêsto¶æ, luminescencja [intensywno¶æ, barwa], widmo absorpcyjne i inkluzje) szmaragdów syntetycznych o znaczeniu komercyjnym, obecnie produkowanych lub dostêpnych jeszcze na rynku jubilerskim.
Tab. 1. Szmaragdy syntetyczne - nazwy zwyczajowe, handlowe i producenci
- dokument w formacie PDF
Tab. 2. W³a¶ciwo¶ci fizyczne szmaragdów syntetycznych i ich cechy charakterystyczne (KUV i DUV krótkofalowe i d³ugofalowe promieniowanie nadfioletowe) - dokument w formacie PDF
Tab. 1. Szmaragdy syntetyczne - nazwy zwyczajowe, handlowe i producenci - dokument w formacie GIF
Tab. 2. W³a¶ciwo¶ci fizyczne szmaragdów syntetycznych i ich cechy charakterystyczne (KUV i DUV krótkofalowe i d³ugofalowe promieniowanie nadfioletowe) - czê¶æ 1 - dokument w formacie GIF
Tab. 2. W³a¶ciwo¶ci fizyczne szmaragdów syntetycznych i ich cechy charakterystyczne (KUV i DUV krótkofalowe i d³ugofalowe promieniowanie nadfioletowe) - czê¶æ 2 - dokument w formacie GIF
Tab. 2. W³a¶ciwo¶ci fizyczne szmaragdów syntetycznych i ich cechy charakterystyczne (KUV i DUV krótkofalowe i d³ugofalowe promieniowanie nadfioletowe) - czê¶æ 3 - dokument w formacie GIF
|
|
Fatal error: require() [function.require]: Failed opening required '../../config/right.inc' (include_path='.:/home/lib:/home/conf/lib:/usr/share/fpdf:/usr/share/pear:/usr/share/php') in /home/users/pj/public_html/archiwum/jubiler_1_18_2003/index.php on line 45
|
