Как выращивать кварц в домашних условиях?

Как выращивать кварц в домашних условиях?

Технология производства синтетического кристаллического кварца гидротермальным методом

Семейство кремнезема включает в себя удивительно разнообразные драгоценные камни. Кроме бесцветных минералов, называемых горным хрусталем, в него входят фиолетовый аметист, желтый или коричневый цитрин, дымчатый кварц, розовый кварц и коричневая разновидность кварца с включениями асбеста — тигровый глаз. Все эти разновидности кварца представляют собой кристаллическую форму кремнезема, или двуокиси кремния (SiO2), с различными типами примесей, определяющими характер окраски.

Кварц привлек к себе особое внимание в середине XX века. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическим свойством, означающим, что они могут вибрировать при приложении переменного электрического поля, причем вибрация характеризуется постоянной частотой, зависящей от размера изделия. Пластина, вырезанная из кристалла кварца, имеет характерную частоту, которая стабильна в чрезвычайно узком диапазоне при условии, что температура кварца остается постоянной. Вследствие этого кварцевая пластина — неотъемлемая деталь пьезокварцевого генератора, важного прибора в технике.

Специалисты по выращиванию кристаллов нашли превосходный метод получения крупных и довольно совершенных кристаллов кварца в автоклавах, правильно восприняв намек природы. Если к воде добавить щелочи, то при температуре около 400 o С растворимость кварца становится довольно высокой.

Обычно кварц выращивают методом с использованием температурного градиента, когда затравочные пластины, вырезанные из кристаллов, расположены в верхней холодной части раствора, а мелкие частицы кварцевой «пищи» — в нижней горячей секции. Обычно в той части, где расположены затравки, температура 360 o С, а в питающей области — 400 o С. Количество раствора тщательно регулируется с тем, чтобы при температуре и давлении, необходимых для выращивания кристаллов, он полностью заполнял полость сосуда. При высокой температуре мелкие частицы кварца растворяются и конвективными потоками кремнезем переносится выше в область, где растут кристаллы. Затравочные пластины вырезаются перпендикулярно оси третьего порядка кристалла кварца, вдоль которой скорость роста наибольшая. Кристаллы могут расти со скоростью около 1 мм/сут.

В конечном итоге кристалл должен был бы увенчаться двойной пирамидой, однако искусственное выращивание заканчивают раньше, так как габитусные грани пирамиды растут очень медленно. Поверхность синтетического кристалла имеет характерный вид булыжной мостовой, что делает возможным узнавать такие кристаллы до их огранки. Неровная поверхность кристалла связана с дефектами внутренней структуры кристалла, это позволяет индентифицировать синтетические кристаллы кварца даже после огранки, правда для обнаружения этих дефектов структуры могут понадобиться сложные приборы.

Сосуд высокого давления, используемый для гидротермального выращивания кварца, изготавливают из прочных стальных сплавов, так как он должен выдерживать давления примерно от 1000 до 2000 атм при температуре 400 o С. Он должен быть стойким к химическому воздействию раствора и может быть футерован благородными металлами, такими как золото, серебро или платина. Сосуды высокого давления, называемые автоклавами, могут иметь внутренний диаметр до 30 см или более, в них выращивают кристаллы весом более десятка килограммов, необходимые для промышленных целей. В очень редких случаях кристаллы синтетического кварца используют в качестве драгоценных камней, так как природный горный хрусталь доступен и недорог.

До начала 70-х гг. XX века производство окрашенных кристаллов кварца испытывало трудности, связанные с тем, что соли многих металлов нерастворимы в щелочных растворах, а растущие кристаллы кварца характеризуются очень сильной тенденцией «отторгать» примеси, которые в течение процесса роста кристалла кварца остаются в растворе неизменными. Это свойство поясняет природную чистоту кристаллов горного хрусталя и молочную белизну кристаллических агрегатов кварца, достаточно распространенных в природе.

Железо может входить в состав кристаллов, если для растворения кварца вместо натриевых в воде растворяют калийсодержащие соединения. В этом случае кварц приобретает зеленую или коричневую окраску. Эти цвета не особенно привлекательны, и их нельзя было изменить на более желательный фиолетовый цвет аметиста. Голубой кварц впервые был получен в СССР, где выращивание кварца из гидротермальных растворов велось в очень широких масштабах. Привлекательный голубой цвет, не характерный для природных камней, обусловлен присутствием кобальта. Голубые кристаллы получены нагреванием кобальтсодержащих камней в восстановительной (при дефиците кислорода) атмосфере в результате превращения трехвалентных ионов кобальта в двухвалентные.

Коричневые синтетические кварцы, напоминающие природный цитрин, были получены добавлением в гидротермальный раствор соединений железа, причем затравочные пластины вырезались в специально выбранных направлениях. Коричневая окраска обусловлена или вхождением в кристаллическую решетку ионов трехвалентного железа, или тонкодисперсными силикатами железа, присутствующими в виде очень мелких частичек внутри кристалла кварца. Низкие концентрации ионов трехвалентного железа приводят к образованию кристаллов желтого цвета (классических ювелирных цитринов).

Зеленые камни, не существующие в природе, получают нагреванием коричневых разновидностей для восстановления трехвалентного железа до двухвалентного или в кристаллической решетке, или в тонкодисперсных частичках.

При радиоактивном облучении (например, в качестве источника излучения используют кобальт-60) содержащий железо кварц приобретает фиолетовую окраску, характерную для аметиста. Такой цвет обусловлен существованием в веществе так называемых центров окраски, которые выполняют роль электронных ловушек и задерживают именно те электроны, которые вызывают селективное поглощение света и тем самым приводят к окрашиванию камня в фиолетовый цвет.

Можно предположить, что для центров окраски, определяющих цвет аметиста, необходимо присутствие ионов трехвалентного железа. Образование центров окраски требует относительно высоких энергий при низкой температуре. Эту энергию наиболее удобно подавать с помощью радиоактивных частиц, которые бомбардируют кристалл. Если бомбардировка осуществляется при высоких температурах, то центры окраски не образуются, так как в этом случае электроны возвращаются на свои первоначальные орбиты. И действительно, эксперименты подтверждают, что фиолетовая окраска исчезает, если камни нагревать. Вероятно, метод, используемый для получения синтетического аметиста, воспроизводит реальные природные условия, так как естественные кристаллы кварца при образовании аметиста длительное время подвергаются радиоактивному облучению благодаря присутствию в породах радиоактивных элементов.

Темно-коричневый цвет кристаллов дымчатого кварца также обязан характерному экранирующему воздействию центров окраски. В естественных минералах эти центры образуются благодаря одновременному присутствию в кристаллах примесей натрия (или лития) и алюминия, которые обязательно впоследствии должны быть облучены. Цвет синтетических камней усиливается при добавлении в раствор небольших количеств германия с последующим облучением получаемых кристаллов, которые до этого были бесцветными.

Таблица получения цвета синтетического кварца

» драгоценные камни
» полудрагоценные камни
» поделочные камни
» оригинальные камни
Месторождения самоцветов
Это интересно, все о камнеПродажа изделий
Подвески, сувениры
Изделия «Opere Plumarii»
Бусы, браслеты из камней
Камни, кристаллы, образцы
Шары, яйца, пирамидки
Четки ручной работы, камни
Нефрит, массажеры, видео
Фигурки из бронзы на камне
Кожа с камнями — подвески

Интернет-магазин, продажа сувениров и аксессуаров, дружественный сайт
» Продажа сувениров, сумочек из кожи, бусы, четки, изделия из дерева, бронзы
» Пояса, сумочки, кожа, оригинальные и редкие аксессуары современной одежды
» Браслеты, серьги, кольца, «Ловец снов», подвески, сувениры ручной работы
» Продам черепа, хвосты, изделия из бисера, колье, открытки ручной работы

Как выращивают кварц?

В обычных условиях из растворов хорошо растут кристаллы тех веществ, у которых достаточно велика растворимость. А как быть с веществами, которые не хотят растворяться, например с кварцем? Так как же тогда выращивают кварц?

Кварц – это, пожалуй, самый распространенный на Земле минерал. Кремень, аметист, яшма, опал, халцедон – все это разновидности кварца. Мелкие зернышки кварца образуют песок. А самая красивая, самая чудесная разновидность кварца – это горный хрусталь, т. е. прозрачные кристаллы кварца. У горного хрусталя есть ряд замечательных физических свойств. Прежде всего он прозрачен – прозрачен не только для видимого света, но и для невидимого ультрафиолетового. Поэтому из прозрачного кварца делают линзы, призмы и другие детали оптических приборов. Особенно удивительны электрические свойства кварца. Если сжимать или растягивать кристалл кварца, на его гранях возникают электрические заряды. Это – пьезоэлектрический эффект в кристаллах. Существует и обратный пьезоэлектрический эффект: если приложить к пьезоэлектрическому кристаллу электрическое поле, кристалл сжимается или растягивается (в зависимости от направления поля).

Много кварца на Земле, очень много, и все же природный кварц не может обеспечить нужды техники. Для оптических, электрических, акустических приборов нужны высокосовершенные, идеально однородные кристаллы кварца, а такие в природе чрезвычайно редки. В земной коре природа выращивает чудесные кристаллы кварца из горячих минеральных растворов. Нельзя ли и в лаборатории попробовать вырастить кварц из раствора? Однако, в обычных условиях кварц не растворяется ни в воде, ни в сильных растворителях, даже в кислотах. Из растворов можно кристаллизовать те вещества, у которых достаточно велика растворимость.

Чтобы увеличить растворимость, можно подобрать лучший растворитель или повысить температуру. У большинства веществ растворимость растет при повышении температуры. У водных растворов при обычных давлениях нельзя поднять температуру выше 100 0 С – вода закипит и испарится. Однако предотвратить кипение и испарение можно, если повысить давление. Так приходим к методу кристаллизации из растворов при повышенных температурах и давлениях – к гидротермальному синтезу кристаллов.

Гидротермальным методом выращивают теперь кристаллы кварца практически любых размеров, идеально чистые и однородные, несравненно более чистые, однородные и совершенные, чем природный кварц.

В этом методе выращивания кварца кристаллизаторами служат громадные цилиндрические сосуды из стали или специальных жаропрочных сплавов, которые могут выдержать и сильный нагрев, и высокие давления, и разъедающее действие растворителей. Кристаллизация ведется в герметически закрытых сосудах – автоклавах высотой до 5–6 метров и диаметром до 2–3 метров.

Автоклав заполняют щелочным растворителем, например водным раствором каустической соды. На дне автоклава находится исходное сырье для кристаллизации. Сырьем здесь служит природный микрокристаллический кварц, не пригодный ни для каких изделий. В верхней части автоклава подвешивают на стальных рамах затравки – тонкие пластинки, выпиленные из хорошего кристалла кварца, природного или искусственно выращенного. Автоклав герметически закрывают специальными затворами и нагревают, причем между дном, где лежит сырье, и верхней частью, где висят затравки, создают перепад температур: на дне температура больше, чем наверху. От нагревания раствор расширяется, уровень его поднимается, давление в герметически закрытом сосуде растет. При температурах 300–350 0 C и давлениях до 2 тысяч атмосфер размельченный кварц на дне сосуда растворяется в горячем щелочном растворителе и потоки раствора поднимаются кверху; остывая в верхних, менее нагретых участках автоклава, потоки подходят к затравкам уже пересыщенными – и на затравках начинают расти кристаллы.

Пластинка свободно подвешена в растворе, ни соседние кристаллы, ни стенки автоклава ей не мешают, и на затравке вырастает великолепно ограненный кристалл кварца. Растет он со скоростью порядка десятых долей миллиметра в сутки. Весь цикл выращивания таких кристаллов длится месяцами, до полугода!

А главное, в чем человек превзошел природу, – это в совершенстве выращенных им кристаллов. По однородности, прозрачности, совершенству структуры они намного лучше природных.

В последние годы гидротермальным методом выращивают кристаллы очень многих веществ. Для нужд техники так растят не только кварц, но и сапфир, рубин, слюду, гранаты, изумруд, топаз и многие другие кристаллы, не существовавшие ранее в природе.

Как вырастить Рубин дома?

Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях доступно для всех желающих. Для работ не потребуется оборудованная лаборатория, получение теоретических и практических знаний в области минералогии, покупка специальных химических реактивов. Все необходимое найдётся на кухне.

Домашнее экспериментирование

Начинать выращивание рубинов советуют с небольших объёмов. Сначала приобретается опыт, понимается весь процесс, а затем уже начинается непосредственная систематическая работа. Синтетическое создание собственных рук не будет уступать в красоте и привлекательности природным минералам. Камни пользуются спросом у ювелиров, поэтому удачный опыт может принести дополнительный доход, если найти рынок сбыта.

Способов выращивания несколько. Советуют попробовать все варианты, затем остановиться на понравившемся.

Искусственные драгоценные породы, созданные человеком, по химическому содержанию и физическим свойствам не отличаются от натуральных. Преимущество домашних технологий в том, что они позволяют создать идеально чистые породы. В природе такое случается крайне редко. Ювелирные качества лабораторных образцов довольно хорошие. Другой плюс минерала – стоимость. Камни дешевле, чем их оригиналы, зарождающиеся в глубоких шахтах.

Органические соли

Вырастить кристалл рубина легко из различных солей:

• медного купороса;
• алюмокалиевые квасцы;
• обычная соль.

Самый длительный процесс на основе соли, самые красивые образцы получают из купороса. Производство кристаллов рубина строится по следующим этапам:

1. Подготовка ёмкости. Она должна держать соль и насыщенный водно-солевой раствор. Берут горячую воду. Процесс постепенный. Две столовые ложки разводят водой, тщательно перемешивают. Затем добавляется соль и перемешивается. осыпать нужно до тех пор, пока соль не перестанет растворяться. Для соблюдения пропорций берут подсказку: таблицу растворимости разных солей в 100 мл воды, их взаимосвязь с температурой жидкости.
2. Фильтрация раствора. Раствор должен быть чистым. Грязевые примеси испортят структуру камня. В нём будут видны дефекты. Раствор остаётся на 24 часа. За этот период на дне ёмкости образуются кристаллы. Они станут основой рубина.
3. Рост искусственного минерала. К образовавшемуся на дне стакана камню привязывается леска. Она наматывается на карандаш или деревянную палочку. Приспособление устанавливается на ёмкости. Кристалл находится в растворе, в подвешенном состоянии. Вода имеет свойство испаряться, насыщенный солевой раствор выделяет излишки, которые закрепляются на получаемом образце.
4. Добавление раствора соли. Воды всегда нужно определённое количество, если её станет мало, кристалл перестанет расти. При нормальной комнатной температуре добавление воды проходит один раз в 2 недели.

Для получения рубинов в домашних условиях придётся ждать примерно 3 месяца. Затем камень освобождают от солевого раствора, просушивают мягкой салфеткой. Образец покрывают бесцветным лаком для ногтей в несколько слоёв.

Совет опытных создателей кристаллов. Раствор соли должен быть той же температуры, что и вода в ёмкости. Кристалл растёт и при температуре чуть ниже, но высокие подъёмы растворов портят и останавливают рост.

Аппарат для работ на дому

Для создания рубинов в домашних условиях потребуется аппарат, названный по имени его создателя, – Вернейля. Методика изобретателя позволяет за 3 часа вырастить рубин весом в 30 карат. Технология позволила создавать драгоценный материал в нужном количестве. Промышленные мощности стали активно внедрять разработку Вернейля. Время внесло свои коррективы, и сегодня такой аппарат легко собирается дома. Составные части прибора:

• катетометр;
• механизм встряхивания;
• бункер;
• горелка;
• муфель;
• растущий кристалл;
• кристаллодержатель;
• механизм опускания кристалла.

Аппарат используют для выращивания не только рубинов. Часто в приборе создают голубой топаз, изумруды и камни с просвечивающей прозрачной структурой.

Процесс домашнего производства:

1. Через воронку в бункер засыпают порошок. Состав порошка — Al2O3, добавочный компонент — Cr2O3.
2. С помощью горелки подаётся пламя к нижней части бункера.
3. Порошок начинает плавиться.
4. Слои расплавленного порошка – это растущий кристалл рубина.

Через механизм опускания искусственный минерал передвигается вниз. В аппарате можно получить различные оттенки. Скорость образования кристалла выше, чем в ёмкости. Потребуется всего 3 часа, и рубином можно будет любоваться. Для одного образца нужны следующие объёмы компонентов:

Необработанные кристаллические образования необычайны по форме. Они оригинально схожи с природными, но в то же время всегда уникальны.

Работа с аппаратом на первый взгляд сложна и кропотлива. На самом деле, прибор, придуманный французским изобретателем более 100 лет назад, не создаст особых проблем. Его собирают из частей, которые есть в хозяйстве у практичных людей. Сделать аппарат и приобрести порошок — основные этапы подготовки.

Выращивание минералов в домашних условиях.

В Интернете можно найти много инструкций по поводу того, как выращивать кристаллы из различных химических веществ. Мы решили проверить все самостоятельно, и в качестве основы взяли обычную поваренную соль, которую можно найти на любой кухне.

Итак, наша задача – вырастить красивые кристаллы соли из насыщенного раствора. В идеале должны получиться идеальные прямоугольные кристаллы (это связано с тем, что NaCl имеет кубическую кристаллическую решетку), в реальности же… впрочем, не будем забегать пока вперед. 

Для эксперимента нам понадобятся две чистые пол-литровые стеклянные банки. В первой мы будем готовить наш раствор, во второй – выращивать сам кристалл.

Первый шаг – приготовить насыщенный раствор поваренной соли. Для этого наполним первую банку водой (в идеале – дистиллированной, я наливал из фильтра) процентов на 80 и поставим ее на водяную баню. Последняя представляет собой обычную низкую кастрюлю с водой, которая нагревается на конфорке. В эту кастрюлю и ставится наша банка.

По мере нагрева воды в банке досыпаем туда поваренную соль. Здесь нас ожидает сюрприз, по который никто не говорит – большое число «мусора» в пищевой соли. Все эти крупинки всплывают на поверхность, и их нужно аккуратно убрать. Либо, если у вас есть фильтровальная бумага, пропустить потом все через нее.

Соли можно сыпать с запасом, чтобы раствор точно получился насыщенным. В результате часть соли уже не сможет раствориться, и будет лежать на дне. Чтобы избавиться от этой соли, а также от всякого мусора (которые как раз и являются центрами роста лишних кристаллов), мы и переливаем раствор во вторую банку.

Перед всеми манипуляциями, которые были описаны выше, нужно приготовить зародыши. На них будут расти наши кристаллы. Зародыши лучше взять побольше, так как их удобнее крепить на нитку. Для этого поступаем следующим образом: насыпаем соль в солонку и трясем до тех пор, пока не высыпятся все мелкие кристаллы. Все крупные останутся внутри (они не могут пройти через отверстия солонки). Из них и выбираем нужные. Опять же – идеальный зародыш должен иметь форму, близкую к прямоугольной, с минимальными отклонениями (иначе у вас получится то, что получилось у меня).

Отобранные зародыши (или один зародыш) закрепляем на нитку, а нитку наматываем на карандаш, чтобы можно было регулировать глубину погружения.

Теперь – самая долгая фаза эксперимента. Переливаем насыщенный раствор во вторую банку, погружаем туда наши зародыши, закутываем во что-нибудь, чтобы медленнее остывало, и ждем. Если все правильно, то на следующий день наши зародыши уже подрастут, если неправильно – растворятся. Теперь просто прикрываем банку сверху бумагой, чтобы в нее не попадала пыль, и ждем еще 3-4 дня. Так как вода постепенно испаряется, то соль должна осаждаться. А осаждаться она будет как раз на наш зародыш, то есть кристалл будет расти.

Именно здесь сказывается неидеальность зародыша. То, что получилось у меня – нагромождение кристаллов – вы можете посмотреть на видео. Для наглядности я раскрасил некоторые грани черным маркером, так что вся конструкция стала сюрреалистичной в духе Сальвадора Дали.

Тем не менее, можно отметить, насколько идеальны грани у получившихся кристаллов – все ровные и по 90 градусов.

Чтобы закрепить зародыш, я делал на нитке петельку, в которую вставлял кристаллик соли. Естественно, это привело к тому, что в получившемся кристалле нитка была вросшей прямо посередине! Все это выглядит некрасиво. Сможете ли вы придумать такой способ крепления зародыша, чтобы после роста можно было спокойно отделить нитку от кристалла?

Современные технологии выращивания камней

Современные технологии выращивания камней достигли такого уровня, что определить происхождение камня иногда возможно только в лаборатории специалиста-геммолога.

Что же такое синтетический камень? В ювелирных изделиях используются самые разные материалы. Иногда это природные камни, иногда — имитации, похожие только внешне, но отличающиеся от природных камней по составу и свойствам. А иногда это синтетические камни, которые являются полными аналогами природных, но получены (выращены) человеком искусственно.

Рубин и сапфир

Первые сведения о получении синтетических камней относятся к 1885 году. В 1891 году французский исследователь-минералог Вернейль делает заявление в широкой печати об открытии метода выращивания синтетического рубина, позволяющего получать кристаллы, приемлемые для ювелирного использования по размеру, цвету и прозрачности.

Некоторые характерные признаки (изогнутые линии роста и газовые пузырьки), отличающие вернейлевские корунды от их природных аналогов, связаны со спецификой процесса их выращивания, наиболее важное условие этого процесса — чистота шихты, а также кислорода и водорода, используемых в горелке.

Синтез драгоценных камней осуществляется из расплава, получаемого при плавлении шихты (в случае синтеза рубина шихта представляет собой смесь окислов алюминия и хрома). Печь сконструирована таким образом, что шихта осыпается вниз небольшими порциями в потоке кислорода, попадая в камеру горения, куда подается водород, и где расположена горелка. Здесь шихта плавится, а получившаяся капля попадает на керамическую подложку, на которой вначале образуется конус, переходящий потом в цилиндр — монокристалл. Полученный кристалл называется булей, размер которой обычно составляет в длину 5-10 см при диаметре около 2 см (современные технологии позволяют получать були до 60-70 см в длину). Для получения були среднего размера требуется около 4 часов. Полученные кристаллы обладают сильным внутренним напряжением и часто раскалываются на несколько частей.

Буля розового сапфира

Этим же способом можно выращивать аналоги природной шпинели, используя в качестве шихты окислы алюминия и магния. Полученные кристаллы окрашивают окисью кобальта в синий цвет, окислами марганца — в бледнозеленый и окислами железа — в бледно-розовый цвет

Синтетический звездчатый корунд.

В 1947 году появилась серия звездчатых сапфиров и рубинов, изготовленных в виде буль, содержащих, кроме обычно используемых окрашивающих реагентов, примесь титана. Отжиг материалов проводили в интервале температур от 1100 до 1500°С в течение периода времени от 2 до 72 часов. В процессе такой обработки окись титана кристаллизуется в виде коротких мелких кристаллов рутила, ориентированных под углами 120° согласно кристаллохимическим направлениям в решетке корунда.

Выращенные камни, в том числе звездчатый сапфир

В кабошонах, обработанных таким образом, чтобы их ось совпадала с оптической осью корунда, видна сверкающая звезда из шести лучей, создаваемая игрой отраженного света. Таким образом, метод Вернейля вторгся в область, где природу, казалось бы, невозможно изменить.

Методом Вернейля к настоящему времени удалось вырастить более ста различных видов кристаллов. Однако наибольшее промышленное значение он имеет, как правило, при выращивании рубина, сапфира и других окрашенных разновидностей корунда, включая и звездчатые камни, а также шпинели.

Изумруд

Гидротермальный метод получения изумруда основан на растворении дробленого берилла (изумруд) и последующего отложения на берилловую затравку в водных растворах при высоких температурах и давлениях в специальных сосудах (автоклавах). Материал шихты растворяется в более горячей зоне и переносится в более холодную, где осаждается на затравках осуществляя процесс роста. Дробленый изумруд низкого сорта, называемый шихтой, растворяется в более горячей зоне совместно с химикатами, содержащими хромофоры, (окрашивающие примеси, которые определяют окраску природных изумрудов, а именно ванадий и хром), и отлагается в более холодной зоне на затравках из природного берилла уже в виде изумруда.

Изумруды, выращенные гидротермальным и раствор-расплавным методом: сырье и ограненные камни (коллекция ГЦ МГУ)

Многие открытия в этой области принадлежат ныне покойному доктору Александру Лебедеву, который руководил первой группой исследователей. Дальнейшее развитие технологии выращивания «платиновой» разновидности гидротермального изумруда принадлежит Алексею Ильину, а аквамарина и корундов (рубин и сапфиры) — Виктору Томасу и Вадиму Мальцеву. Colombian Color Created Emeralds (изумруд колумбийского цвета) — последнее достижение в области гидротермальный изумруд принадлежит Дмитрию Фурсенко и Виктору Томасу.

Кварц

Производство Кварца по сравнению с теми же алмазами или изумрудами не вызывает больших трудностей. Его растят гидротермальным способом в стальных автоклавах; скорость роста кристаллов при этом до 0,5 мм в сутки. Синтетическому Кварцу можно придать любой оттенок, как имитирующий природный, так и фантазийный, в природе не встречающийся. Например, ярко-синий Кварц получают путем добавления кобальта; цитриновую окраску обеспечивает железо; чем его больше, тем цвет ярче, до оранжево-красного. Черный морион можно вырастить, увеличив концентрацию алюминия, так же получают и раух топаз — дымчатый Кварц. Одна из популярнейших разновидностей Кварца — аметист — получается после ионизирующего облучения синтетического дымчатого Кварца. Его чрезвычайно трудно отличить от природного, поэтому он очень популярен. Синтетический аметист чаще всего очень яркий и чистый, без дефектов и неоднородностей, равномерной глубокой окраски; камни могут быть очень крупными, но иногда их цвет меняется при солнечном и искусственном освещении.

Среди ювелирных камней особое место занимают синтетические камни, не имеющие природных аналогов. В течение долгого времени в нашей стране интенсивно развивались технологии выращивания подобных кристаллов, поскольку они находят широкое применение в научных и технических целях, например в лазерной технике, где особенно важны чистота и бездефектность кристаллов. Именно эти свойства в сочетании с возможностью получать кристаллы различных цветов привлекли внимание ювелиров. В настоящее время синтетические камни, не имеющие природных аналогов, широко применяются в ювелирном деле, либо самостоятельно, либо в качестве имитаций более дорогих природных ювелирных камней.

Муассанит и цинкит

В какой-то мере к категории описываемых ювелирных синетических камней можно отнести и камни, имеющие природные аналогами, но природные камни встречаются в виде мельчайших индивидов, поэтому они в ювелирном деле не применяются. Наиболее известным среди таких камней является муассанит, к числу менее известных относится цинкит. Оба имеют высокий показатель преломления. Муассанит с 1996 применяется в качестве имитации алмаза, а цинкит менее распространен поскольку обладает невысокой твердостью.

Кристалл синтетического муассонита Цинкит

ИАГ и ГГГ

Иттрий-алюминиевые гранаты и некоторые другие разновидности синтетических гранатов появились в начале 60-х годов и завоевали широкое признание на ювелирном рынке как ограночный материал. Наибольшее распространение среди синтетических гранатов получили иттрий-алюминиевые (ИАГ) и гадолиний-галлиевые (ГГГ). Кристаллы ИАГ и особенно ГГГ находят широкое применение в науке и технике и именно это стимулировало развитие работ по их синтезу и выращиванию. Применению синтетических гранатов как ювелирных камней способствовало разработка экономически выгодных методов их выращивания — методы направленной кристаллизации и зонной плавки.

Иттрий-алюминиевый гранат является единственным из синтетических гранатов, который до сих пор используется в ювелирных изделиях в качестве имитаций ювелирных камней. Беспримесные ИАГ бесцветны, введение примесей позволяет получать различные окраски, например, примесь хрома — зеленый цвет, кобальта — синий, марганца — красный, титана — желтый. Бесцветный ИАГ применяется в качестве имитации алмаза, а зеленый настолько похож на демантоид, что визуально отличить его практически невозможно.

Гадолиний-галлиевый гранат представляет собой прозрачный материал со слабым коричневым оттенком и очень сильный блеском, одно время имел некоторый успех в качестве имитации алмаза. Диагностические свойства ГГГ приведены в таблице. Следует отметить его невысокую твердость, которая не позволила ему получить широкое распространение в качестве ювелирного материала.

ИАГ имитация изумруда

Среди внутренних особенностей в синтетических гранатах часто наблюдаются зональность, газовые и твердые включения, блочность и трещиноватость. Диагностика ИАГ и других синтетических гранатов особых затруднений не вызывает

Фианит

В последнее время наиболее популярным из всех синтетических материалов, имитирующих алмаз, является фианит — стабилизированная кубическая окись циркония. Впервые кристаллы фианита были выращены в середине 60-х годов в нашей стране в Физическом институте им. П.И. Лебедева А.Н. СССР (ФИАН), в честь которого и были названы полученные кристаллы. Для выращивания кристаллов фианита в настоящее время применяется метод гарнисажной плавки. Обладая набором важных для использования в научных и технических целях свойств, фианиты, тем не менее, очень скоро после разработки метода их получения начали применяться в ювелирной промышленности. Этому способствовали прежде всего красота и поразительное внешнее сходство бесцветных ограненных фианитов с бриллиантами, а также способность их окрашиваться, при введении хромофорных примесей, в различные яркие цвета. Например, примесь европия придает фианитам розовый цвет, железа — желтоватый, кобальта — темно-лиловый, ванадия — зеленый, меди — желтый, а серий — ярко-красный. В последнее время в России разработана технология получения непрозрачных белых, розовых и черных разновидностей, которые выступают как имитации жемчуга, черного халцедона или черного алмаза. На сегодняшний день диагностика фианитов не представляет особых сложностей (к диагностическим свойствам относятся плотность, твердость, УФ-флюоресценция).

Фотсерит и кварц синий и зеленый

Среди синтетических камней, не имеющих природных аналогов следует также отметить синий, зеленый кварц и синий синтетический форстерит. Хотя кварц и форстерит встречаются в природе, но перечисленных цветовых разновидностей в сочетании с примесями и процессами, приводящими к возникновению такого цвета, в природе нет. Синтетический кварц выращивают гидротермальным методом. Для получения синего цвета в систему вводят примесь кобальта, а для получения зеленых и коричневых разновидностей — железо.

В целях эксперимента в небольших количествах был синтезирован форстерит, содержащий примесь кобальта. При введении даже незначительного количества данной примеси синтетический форстерит приобретает синюю окраску и сильный плеохроизм в красных тонах, что позволяет ему выступать в качестве имитации танзанита (популярного за рубежом синего цоизита).

Стекло (стразы)

В качестве имитаций природных ювелирных камней издавна применялись различные искусственные стекла, и они до сих пор продолжают широко использоваться в ювелирном деле.

Следует отметить, что существуют также разнообразные природные стекла — молдавиты, обсидиан, лешательерит и др.

В 1758 году Иозиф Штрасс, химик из Австрии, придумал способ производства стеклянного сплава, который отлично обрабатывался. Получив название «стразы», это вещество, играющее гранями, стало отличной заменой бриллианта и быстро вошло в моду. Добавляя по разработанной им же технологии в шихту специальные компоненты, ученые смогли получить очень красивые имитации рубина, сапфира и других самоцветов.

По цвету стекло может очень точно имитировать большинство ювелирных камней, тем более, что камни с низким показателем преломления обычно имеют стеклянный блеск. Хотя свойства стекол могут варьировать в широких пределах, к настоящему времени выявлены надежные диагностические признаки для определения имитаций из стекла. Наиболее важными являются: включения газовых пузырей (иногда достаточно крупных), аномальное двупреломление (наблюдается не всегда), раковистый излом (стекло является достаточно хрупким), показатели преломления и плотность (эти константы у стекол редко соответствуют константам имитируемых камней), также стекла часто содержат так называемые свили, напоминающие изогнутую зональность.

Что же говорить покупателям?

Камень выращен в лабораторных условиях при определенной температуре и давлении из натурального сырья (гидротермальным методом), это камень гидротермальный, то есть аналог Природного камня. При выращивании используется также крошка природного камня, можно говорить, что из более мелкого камня выращивается более крупный кристалл путем плавления. Свойства и характеристики камня идентичны природному аналогу. Отличить Гидротермальный камень от природного может только гемолог и то с применением специального оборудования. Стоят камни значительно дешевле природных. Сегодня многие производители, используя в изделиях гидротермальные камни, выдают их за натуральные и это правда.

Как пример можно привести культивированный жемчуг, выращенный также при помощи человека.

Синтез кварца и его цветных разновидностей

Синтез кварца и его цветных разновидностей.

1 Реферат. Синтез кварца и его цветных разновидностей. Шипиловой Елены 112 группа. Кварц — один из самых замечательных камней-самоцветов: разновидностей у него столько, что можно выбрать камень на любой вкус. А стоят украшения из кварца недорого — это тоже большой плюс. Кварц в украшениях — как правило, натуральных, хотя сегодня известны и его «заменители» — синтетически камни, различные имитации, стеклянные и не только. Кварц представляет собой модификацию кристаллического кремнезема, устойчивую при температурах ниже +870 С. При 573 С структура кварца, устойчивого при обычных температурах (низкотемпературный), несколько изменяется и переходит в структуру высокотемпературного. При 870. С кварц, значительно изменяясь в объеме, превращается в тридимпт, который при 1470 С переходит в кристобалит. Таким образом, кварц может образоваться при сравнительно низких температурах, и его синтез не вызывает особых затруднений.

2 Определить, природный кварц или выращенный — большая проблема. Для справки можно сказать вот что: в природе не бывает прозрачных синих, зелёных и голубых кварцев — это выращенные кристаллы. Зелёный аметист можно получить из природного минерала путём нагревания, но цвет его будет бледным. Если камень очень крупный — большая вероятность, что он выращенный. Голубые кварцы в природе есть, но они не прозрачны — их цвет и появляется благодаря включениям, поэтому они не прозрачные, а полупрозрачные. Иногда появляется информация о находках природного прозрачного зелёного кварца, но это редкость, и такие камни не могут продаваться массово. Синтез кварца. В гг., был сделал следующий шаг на пути к синтетическому горному хрусталю. Используя перегретые до С водные растворы Na 2 SiO 3 и NaCl, итальянец Г. Специя сумел получить слой прозрачного кварца толщеной около сантиметра. Опыт продолжался непрерывно около полугода. Работы по синтезу кварца в нашей стране начались в 1939 г. Их инициатором был академик Алексей Васильевич Шубников, а первым руководителем профессор Николай Наумович Шефталь. Война задержала исследования, они завершились лишь в 1951 г., когда появилась опытная аппаратура для выращивания кристаллов кварца из растворов. В 1954 г. Началась разработка промышленных методов синтеза различных монокристаллов, в первую очередь, кварца, а уже через три года были выпущены первые промышленные кварцевые кристаллы.

3 Монокристаллы кварца растут в автоклавах, куда помещают мелкокристаллический жильный кварц или чистый речной песок. Аппараты заполняют концентрированным раствором соды, а с крышки привешивают затравки тонкие пластинки, вырезанные из монокристалла природного или синтетического кварца. Аппараты герметически закрывают и нагревают до С. При этом в них развивается значительное давление и образуется насыщенный раствор кремнезёма. Раствор всё время циркулирует. Однако нагрев ведут таким образом, чтобы в верхней зоне автоклава, где расположена затравочная пластина, температура была на С ниже, чем внизу. Поэтому здесь раствор оказывается перенасыщенным, и затравка как бы «выбирает» из него двуокись кремния. Скорость роста кристалла от 0,3 до 1 миллиметра в сутки. В этих пределах её можно менять, варьируя условия синтеза. Размеры образующегося кристалла зависят только от времени и площади затравочной пластинки.

4 Разновидности кварца. Авантюрин желтоватый или мерцающий буровато-красный кварцит (в связи с включениями слюды и железной слюдки). Агат слоисто-полосчатая разновидность халцедона. Аметист фиолетовый. Бингемит иризирующий кварц с включениями гётита. Волосатик горный хрусталь с включениями тонкоигольчатых кристаллов рутила, турмалина и/или других минералов, образующих игольчатые кристаллы. Горный хрусталь кристаллы бесцветного прозрачного кварца. Кремень тонкозернистые скрытокристаллические агрегаты кремнезёма непостоянного состава, состоящие в основном из кварца и в меньшей степени халцедона, кристобалита, иногда с присутствием небольшого количества опала. Обычно находятся в виде конкреций или гальки, возникающей при их разрушении. Морион чёрный камень.

5 Празем зелёный (из-за включений актинолита). Празиолит луково-зелёный, получается искусственно прокаливанием жёлтого кварца. Раухтопаз (он же дымчатый кварц) светло-серый или светло-бурый, полупрозрачный. Розовый кварц розовый камень. Халцедон скрытокристаллическая тонковолокнистая разновидность. Полупрозрачен или просвечивает, цвет от белого до медово-жёлтого. Образует сферолиты, сферолитовые корки, псевдосталактиты или сплошные массивные образования. Цитрин лимонно-жёлтый. Сапфировый кварц синеватый, грубозернистый агрегат кварца. Кварцевый кошачий глаз белый, розоватый, серый кварц с эффектом светового отлива. Соколиный глаз окварцованный агрегат синевато-серого амфибола. Тигровый глаз аналогичен соколиному глазу, но золотистокоричневого цвета. В настоящее время кварц выращивают гидротермальным способом в стальных автоклавах. Растворителем сырья природного кварца служат растворы гидроокисей и карбонатов щелочных металлов натрия или калия в концентрации от 3 до 15%. Синтез проводят при давлении МПа при температуре С. Для затравки используют пластины или стержни природного кварца, которые ориентируют параллельно кристаллографическим

6 плоскостям (0001) и (1120). Скорость роста кристаллов до 0,5 мм/сутки. Было установлено, что если в калиевые расплавы исходного раствора с низкой концентрацией калия добавить железо, то образуются бурые кристаллы, при более высокой концентрации калия зеленые. При синтезе кварца в системе Н 2 О SiO 2 К 2 О СО 2 с добавкой окислителей при давлении 150 МПа зеленая и бурая окраска изменяется на золотисто-желтую-цитриновую. Появление такой окраски зависит от концентрации ионов трехвалентного железа в растворе. При дальнейшем увеличении концентрации железа кристаллы становятся оранжево-красными. Синюю окраску кристаллов получают, вводя в систему Н 2 О SiO 2 Na 2 O CO 2 кобальта. Густота окраски зависит от содержания кобальта: в голубых кристаллах его до 0,001 %, а в ярко-синих до 0,02 %. Аметистовую окраску получают при выращивании кристаллов в калиевой системе при температуре ºС и давлении Па. Если в систему Н 2 О SiO 2 К 2 О СО 2 ввести избыточное количество трехвалентного железа и снизить содержание примеси алюминия, то кристалл становится дымчатым. После ионизирующего облучения цвет кристаллов становится прочным аметистовым. Введенный в систему алюминий частично замещает кремний, в результате после ионизирующего облучения кристалл кварца приобретает дымчатую окраску, типичную для раухтопаза. При увеличении концентрации алюминия можно получить черную окраску, подобную цвету мориона. Цветной синтетический кварц широко применяется в ювелирной промышленности, а бесцветные от разности в технике:

7 радиоэлектронике, оптике, химической промышленности. В СССР налажено промышленное производство синтетического кварца. Прозрачный бесцветный и дымчатый кварц Синтетический бесцветный кварц в ювелирном деле находит гораздо меньшее применение, чем его окрашенные цветные разновидности. Специально как ограночный материал кристаллы бесцветного кварца, насколько известно, не выращиваются. Но при изготовлении из него технических изделий накапливаются значительные количества отходов, пригодных для производства ограненных камней, они и идут в дело. То же относится и к кварцу с дымчатой (от светлой раухтопазовой до практически непрозрачной морионовой) окраской. Окраска проявляется в определенных пирамидах роста первично бесцветных кристаллов после их ионизирующего облучения. Аметист

8 Пурпурно-фиолетовый аметист является самой ценной разновидностью ограночного кварца. Популярность аметиста не уменьшается с древнейших времен, а истощение природных месторождений постоянно повышает его стоимость. Поэтому синтетические аметисты сегодня применяются широко и успешно. В природе аметисты встречаются значительно реже бесцветного, цитринового и дымчатого кварца. Цитрин Цитрин, так же как и аметист, относится к одной из наиболее ценных разновидностей ограночного кварца. Он получил свое название благодаря приятному золотисто-лимонному цвету, который может иметь различные оттенки — дымчатый, слабо-зеленоватый, бурый, медовый и оранжевый. Первично-окрашенный цитрин встречается довольно редко. Особой известностью пользуются цитрины из Бразилии (штаты Минас-Жерайс, Гояс и Риу-Гранди-ду-Сул), Уругвая, России, США (штат Северная Каролина) и Малагасийской республики. Среди синтетических цитринов, аналогично природным, по характеру красящих центров выделяются две разновидности. В одной из них окраска имеет радиационный характер, а в другом — обусловлена присутствием хромофорной примеси железа.

9 Зеленый, коричневый и бурый кварц Кварц, окрашенный в зеленый и коричневый цвет, в природе встречается крайне редко, хотя может быть получен в ряде случаев путем термической обработки некоторых аметистов и цитринов. Не имея по сути дела природных аналогов, кристаллы синтетического зеленого и коричневого кварца не пользуются популярностью на ювелирном рынке. Однако при наличии характерных оттенков они могут служить имитациями хризолита, демантоида, радиационно окрашенных золотисто-коричневых топазов и данбурита. В зеленом кварце наблюдаются сферические включения посторонней (неструктурной) фазы, близкие по размерам и морфологии к частицам, содержащимся в бесцветном синтетическом кварце, мутнеющем при высокотемпературном отжиге. В буром кварце подобные включения не встречаются. Кристаллы зеленого и отчасти коричневого цвета с широкой гаммой различных оттенков вероятно можно получить за счет введения в них не только железа, но и других хромофоров — никеля, ванадия и хрома.

10 Голубой и синий кварц В природных условиях голубой полупрозрачный кварц встречается относительно часто. Своим цветом он обязан значительному количеству тончайших иглоподобных включений рутила или трещинок, на которых происходит селективное рассеивание голубой части спектра отраженного света. Подобный кварц не имеет никакого ювелирного значения. Но около полутора десятков лет назад на ювелирном рынке появился в качестве ограночного материала голубой и синий монокристаллический кварц, не имеющий аналогов в природе. Один из известных зарубежных геммологов Б. У. Андерсон писал, как однажды был немало удивлен тому обстоятельству, что ярко-синий камень, вставленный в кольцо, оказался не кобальтсодержащим стеклом, а нормальным кристаллическим кварцем со всеми присущими ему свойствами. Выращивание голубых и синих кристаллов кварца проводится примерно так же, как выращиваются кристаллы бесцветного кварца.

11 Список использованной литературы. 1. Бетехтин А.Г. курс минералогии фотографии

Выращивание минералов в домашних условиях.

DэDoK (18.03.2011 — 18:43) писал:

• 
• рядовой пользователь

• Группа: Пользователи
• Сообщений: 105

• почтенный теронозавр

• Группа: Пользователи
• Сообщений: 3 366

• 
• рядовой пользователь

Как вам статья?