Eksperymenty te nie były jednak pełną syntezą, lecz raczej pewną formą rekrystalizacji. W 1888 r. P. Hautefeuille i A. Perrey wyhodowali bardzo małe kryształy szmaragdów z mieszaniny stopów molibdenianu i wanadianu litu, do których dodali tlenki berylu, glinu i krzemu. Kryształy otrzymywano w specjalnym platynowym tyglu podgrzewanym stopniowo przez 15 dni do temperatury około 800°C. W 1912 r. niemiecki chemik R. Nacken podjął próbę hydrotermalnej syntezy szmaragdów.

Pierwsze kryształy o masie około 1 kr wyhodował w 1928 r. Hodowanie kryształów odbywało się w specjalnym autoklawie grubej stali o pojemności 30 cm³, w którym wodny roztwór związków alkalicznych i mieszaniny tlenków berylu, glinu i krzemu był wygrzewany przez kilka dni w temperaturze 370-400°C. Rezultatem eksperymentu były stosunkowo duże kryształy szmaragdów o długości 1 cm i szerokości 2-3 mm. Jednak za pierwsze "prawdziwe" syntetyczne szmaragdy wyprodukowane w Europie uznaje się kryształy 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 pozwoliły uzyskać kamienie syntetyczne metodą topnikową z zastosowaniem kryształów zarodziowych wykonanych z surowca naturalnego. Była to pierwsza na świecie przemysłowa produkcja szmaragdów. Przez pewien czas laboratorium Chathama dostarczało na rynek jubilerski około 60 000 kr kryształów rocznie.

Po II wojnie światowej, wobec znacznego postępu technologicznego, stało się możliwe dalsze doskonalenie metod syntezy. Największe w tym zasługi mają: P. Gilson (1950 r., Francja), J. Lechleitner (1960 r., Austria), W. Eppler (1961 r., Niemcy) i W. Zerfass (1963 r., Niemcy).

Szmaragdy syntetyczne otrzymuje się na skalę przemysłową metodą topnikową (stopową), hydrotermalną lub w procesie rekrystalizacji, przy czym każda z metod ma swoje różnorodne modyfikacje.

Metoda topnikowa polega na wykrystalizowaniu monokryształu ze stopu mieszaniny tlenków berylu (BeO), glinu (Al₂O₃) i krzemu (SiO₂) w specjalnie do tego celu skonstruowanej komorze krystalizacyjnej (rys. 1). W fazie wstępnej mieszanina sproszkowanych tlenków z dodatkiem tlenku chromu (pierwiastka odpowiedzialnego za barwę szmaragdów) i topnika (np. molibdenian litu) ulega stopieniu. Stop ten jest przez pewien czas utrzymywany w temperaturze 790-810°C, w celu uzyskania jego pełnej homogeniczności. Następnie rozpoczyna się proces powolnego schładzania (około 2°C/godz.) stopu do temperatury około 750°C. W tym czasie komora krystalizacyjna zachowuje odpowiednią rotację w celu utrzymania jednorodności mieszaniny. W wyniku dalszego, bardzo powolnego obniżania temperatury w przedziale 750-640°C następuje proces spontanicznej krystalizacji kryształów szmaragdów na zanurzonych w stopie kryształach zarodziowych. Wielkość hodowanych kryształów zależy od czasu trwania procesu. W czasie od kilku miesięcy do ponad roku uzyskuje się kryształy o długości około 2 cm).

Różnego rodzaju modyfikacje metody topnikowej mają na celu skrócenie czasu krystalizacji, poprawienie wydajności procesu lub poprawienie jakości otrzymywanych kryształów. Różnicuje się nie tylko typy komór krystalizacyjnych i rodzaj stosowanych topników, ale również gradient temperatury zmienia się różnicę temperatury?? pomiędzy stopem a kryształami zarodziowymi oraz zwiększa się koncentrację materiału krystalizacyjnego i topników poprzez proces sublimacji (przejście substancji ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem fazy ciekłej).

Metoda hydrotermalna polega na otrzymywaniu syntetycznych kryształów z roztworu wodnego, w specjalnie do tego celu budowanych autoklawach wyłożonych od wewnątrz metalem szlachetnym, np. srebrem (rys. 2). Na spodzie autoklawu umieszcza się materiał wyjściowy, składający się zwykle z polikrystalicznych wodorotlenków glinu Al(OH)₃, berylu Be(OH)₂ i krzemionki (SiO₂) oraz uwodnionego chlorku chromu CrCl₃ Ą 6H₂O. Rozpuszczalnikiem może być na przykład wodny roztwór kwasu borowego, zaś mineralizatorem (substancja przyspieszająca krystalizację) śladowe domieszki węglanu lub wodorowęglanu sodu. W części górnej autoklawu, powyżej przegrody zwanej sitem, na siatce platynowo-irydowej umieszczone są kryształy zarodziowe wykonane z beryli naturalnych (szmaragd, goszenit) lub szmaragdów syntetycznych. Materiał wyjściowy poddawany jest w autoklawie wysokiemu ciśnieniu (700-1400 MPa) i temperaturze (500-600°C). Odpowiednią różnicę gradient temperatury (10-25°C) pomiędzy częścią dolną (materiałem wyjściowym), a częścią górną (kryształy zarodziowe) autoklawu zapewniają elementy grzewcze. Znajdujący się na dnie materiał wyjściowy powoli rozpuszcza się, a roztwór nasycony na zasadzie konwekcji jest przenoszony w górne partie autoklawu, gdzie schłodzony odkłada się na kryształach zarodziowych. W zależności od warunków fizykochemicznych procesu szybkość wzrostu hodowanych kryształów może wynosić do 0,3 mm na dobę.

Metoda rekrystalizacji polega na stopieniu i ponownej krystalizacji szmaragdów pochodzenia naturalnego. Metodą tą otrzymuje się w Australii tzw. rekrystalizowane lub rekonstruowane szmaragdy Pool, otrzymywane z niskiej jakości szmaragdów pochodzących 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 dostępnych jest około 14 odmian szmaragdów syntetycznych produkowanych przez wiele firm i instytutów naukowych na całym świecie. W zależności od metod produkcji, ich modyfikacji, warunków fizykochemicznych procesu, rodzaju materiału krystalizacyjnego i zarodziowego różnią się one znacznie właściwościami fizycznymi, optycznymi i innymi cechami, które pozwalają na ich identyfikację. Z gemmologicznego punktu widzenia możliwość rozróżniania szmaragdów syntetycznych na podstawie ich cech charakterystycznych ma zasadnicze znaczenie. Dlatego też dla celów poglądowych w tabeli 2 zestawiono właściwości fizyczne i krótką charakterystykę gemmologiczną (współczynnik załamania światła [n], dwójłomność [Ä], gęstość, luminescencja [intensywność, barwa], widmo absorpcyjne i inkluzje) szmaragdów syntetycznych o znaczeniu komercyjnym, obecnie produkowanych lub dostępnych jeszcze na rynku jubilerskim.

Tab. 1. Szmaragdy syntetyczne - nazwy zwyczajowe, handlowe i producenci - dokument w formacie PDF
Tab. 2. Właściwości fizyczne szmaragdów syntetycznych i ich cechy charakterystyczne (KUV i DUV krótkofalowe i długofalowe promieniowanie nadfioletowe) - dokument w formacie PDF

Tab. 1. Szmaragdy syntetyczne - nazwy zwyczajowe, handlowe i producenci - dokument w formacie GIF
Tab. 2. Właściwości fizyczne szmaragdów syntetycznych i ich cechy charakterystyczne (KUV i DUV krótkofalowe i długofalowe promieniowanie nadfioletowe) - część 1 - dokument w formacie GIF
Tab. 2. Właściwości fizyczne szmaragdów syntetycznych i ich cechy charakterystyczne (KUV i DUV krótkofalowe i długofalowe promieniowanie nadfioletowe) - część 2 - dokument w formacie GIF
Tab. 2. Właściwości fizyczne szmaragdów syntetycznych i ich cechy charakterystyczne (KUV i DUV krótkofalowe i długofalowe promieniowanie nadfioletowe) - część 3 - dokument w formacie GIF