第七章水热法及其合成宝石的鉴定

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1、第七章水热法及其合成宝石的鉴定要点：1.水热法基本原理、合成装置与条件、过程及特点2.合成品种3.水热法合成宝石的鉴定早在1882年人们就开始了水热法合成品体的研究。最早获得成功的是合成水品。二十世纪上叶，由于军工产品的需要，水热法合成水晶投入了大批量的生产。随后，水热法合成红宝石于1943年由Laubengayer和Weitz首先获得成功，Ervin和Osborn进一步完善了这一技术。祖母绿的水热法合成是由澳大利亚的JohannLechleitner在I960年研究成功的。到丿1十年代，原苏联新西伯利亚介成出了海蓝宝石。随

2、后，红色绿柱石等其它颜色绿柱石及合成刚玉也纷纷面市。一、水热法的原理、合成装置和方法特点：1、基本原理水热法是利用髙温髙压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。自然界热液成矿就是在一定的温度和压力下，成矿热液中成矿物质从溶液中析岀的过程。水热法合成宝石就是模拟口然界热液成矿过程中晶体的生长。2、合成装置水热法合成宝石采用的主要装置为高压釜，在高压釜内悬挂种晶，并充填矿化剂。高压釜为可承高温高压的钢制釜体。水热法釆

3、用的高压釜-•般可承受11000C的温度和IO9Pa的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。因为具潜在的爆炸危险，故乂名“炸弹”（bomb）o高压釜的直径与高度比有一定的要求，对内径为100-120mm的高压釜來说，内径与高度比以1：16为宜。高度太小或太人都不便控制温度的分布。由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，当温度和压力较高时，在高压釜内要装有耐腐蚀的贵金属内衬，如钳金或黄金内衬，以防矿化剂•釜体材料发生反应。也可利用在品体生长过程中釜壁上口然形成的保护层來防止进一步的腐蚀和污染。如合成水晶时，由于溶液中的SiO2与Na

4、2O和釜体中的铁能反应牛成一种在该休系内稳定的化合物，即硅酸铁钠（锥辉石NaFeSi2O6acmite）附着于容器内壁，从而起到保护层的作用。矿化剂指的是水热法生长晶体吋采用的溶剂。矿化剂通常可分为以下五类：1）碱金属及钱的卤化物，2）碱金属的氢氧化物，3）弱酸与碱金属形成的盐类，4）强酸，5）酸类（一般为无机酸）。其中碱金属的卤化物及蛍氧化物是最为有效且广泛应用的矿化剂。矿化剂的化学性质和浓度影响物质在其中的溶解度与牛•长速率。合成红宝石时可采用的矿化剂有NaOH,Na2CO3,NaHCO3+KHCO3,K2CO3等多种o

5、A12O3在NaOH中溶解度很小，而在Na2CO3屮生长较慢，采用NaHCO3+KHCO3混合液则效果较好。3、水热法的特点：1）合成的品体具有品面，热应力较小，内部缺陷少。其包裹体与天然宝石的十分相近。2）密闭的容器屮进行，无法观察牛长过程，不直观：3）设备要求高（耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬）、技术难度大（温压控制严格）、成木高；4）安全性能差；二、合成品种及工艺：1・合成绿柱石A、合成祖母绿1946年奥地利的N.Lechleimer用水热法成功地在实验室合成出了祖母绿；1965年美国的Linde公司实现了水热法合成祖

6、母绿的商业生产。1988年我国有色金属工业总公司广四桂林宝石研究所曾骥良等川水热法合成出质量较好的宝石级祖母绿，最人的一颗达到6.42cto各个厂家采用的具体的生产工艺不完全相同，商家对此严加保密。而合成产殆的变化也较多，Lcchlcitncr先后冇A、B、C、D、E等类型的合成祖母绿。其相应的宝石学特性冇细微的差异。口前，合成祖母绿的国家或公司主要有：澳大利亚的莱切雷特纳（LechleimeC、美国的林德（Linde）、中国桂林。将培养料分放在顶、底部（图7-1）,两处的物质被溶解、扩散，在屮部相遇并发牛反应,纶成祖母绿的

7、溶液，当祖母绿溶液达到过饱和时便会析出，在中部的种晶上生长。原料：氧化侪、氧化铝和氧化彼粉末的烧结块，水晶碎块做为二氧化硅的来源；图7-1水热法合成祖母绿装置图矿化剂：国内采用HC1,充填度（充满高压釜内部空间的百分比）80%种品：可用天然或合成的无色绿柱石或祖母绿为原料，种晶沿与柱面斜交也度为350方向切収，生长后的品体为厚板状或柱状，切磨利用率较高。也可平行柱面和底轴面切取，生长成板状晶体。种晶用钳金丝挂于高压釜中部。温度：6000C,工作压力：1000X105Pa高压釜内衬舘金（或黄金）衬里；水热法合成祖母绿的基本过程

8、是：石英碎块用钳金网桶挂于高压釜顶部，氧化铅、氧化铝和氧化披烧结块放在高压釜底部，高压釜内充填矿化剂（通常含碱金屈或彼的卤化物）。电炉在高压釜的底部加热，溶解的原料在溶液中对流扩散，相遇并发生反应，形成祖母绿溶液。当祖母绿溶液达到过饱和时，便在种晶上析出结晶成祖母绿晶体。生长速度：每天0.