水热法合成宝石共70页

合成宝石课件三合成宝石三一、原理：在高压釜内，从过饱和溶液中生长宝石晶体二、分类（按晶体生长的运输方式不同）1、等温法：在高压釜内无温差的条件下，采用矿化剂，加热溶液温度接近水的临界温度时，使不稳定相/亚稳定相的原料不断溶解，直至溶液达到过饱和状态时，即在稳定的籽晶上生长，这是利用物质的溶解度差异生产晶体的方法。

2、温差法：在封闭的高压釜中，高温高压条件下，原料在釜内下部温度较高部位溶解达饱和状态，并逐渐向上部温度较低部位流动，形成过饱和溶液后即以籽晶为核心生长晶体的方法。

采用温差法使晶体生长的条件是：（1）原料在高温高压的矿化剂水溶液中，具有一定的溶解度且为稳定的单一相。

（2）原料的溶解度温度系数大，高温溶解，低温则形成足够的过饱和度。

（3）籽晶的切型易于晶体的生长。

（4）溶液密度的温度系数要足够大，能起到溶液的对流及溶质传输作用。

（5）备有耐高温高压抗腐蚀的容器。

三、设备1.高压釜:具有耐热耐压抗腐蚀性好抗蠕变性强的特种合金钢圆形钢筒.2.加热炉:提供加热温度和温度梯度.加热的方式有两种:(1)加热板结合不同厚度的保温层调节温度梯度(2)位置分布不同的可控制的电阻绕组管式加热炉.3.密封系统:压缩式、拉封式.密封材料有银、纯铁、石墨、铜等各种软金属.四、水热法合成宝石的优缺点：1、适宜高温下存在相变和在接近熔点时近乎分解的材料。

2、合成晶体完整、粒大、质优，能很好地控制材料成分。

3、生长的条件与自然界相似,合成晶体与天然宝石最接近。

4、设备贵，内压大，安全性差.5、生产过程均在釜内进行不直观。

6、晶体生长的速度慢、周期长，产量受高压釜空间限制。

7、需要适当大小的优质籽晶。

一、影响因素(一)矿化剂（溶剂）的性质和浓度矿化剂的作用：使结晶物质具有比较大的溶解度。

使结晶物质具有足够大的溶解度温度系数。

不同宝石需用不同的矿化剂；同一宝石采用不同矿化剂，合成晶体质量和生长速度亦不相同。

矿化剂溶液的浓度影响晶体生长速度，浓度过大过小都可大大地降低宝石晶体的生长速度。

第19卷 第2期 桂林工学院学报 V ol.19N o.2 1999年4月 JOU RNA L OF GU ILIN IN ST ITU TE OF TECHNO LOGY A pr. 1999水热法合成红宝石的宝石学特征李隽波 张良钜(桂林工学院材料工程系 541004)摘 要 由曾骥良教授于1996年用水热法合成的红宝石晶体以六方双锥n{2243}单形最发育,其次为平行双面c{0001}和菱面体r{1011}。

合成红宝石的密度、折射率、双折射率特征与天然红宝石接近,微量元素种类和浓度影响合成红宝石的吸收光谱、荧光强弱、颜色和水头。

借助于晶体的生长纹、籽晶片、黑色文字状包裹体、针状、细纱网状、指纹状包裹体和氧化铝粉末等特征包裹体组合,可与天然红宝石、焰熔法及助熔剂法合成红宝石相区别。

关键词 水热法;红宝石;包裹体;桂林分类号 O782 2;P619 281;P585 1水热法合成红宝石于1991年由俄罗斯小批量商业生产。

1993年初,俄罗斯科学院西伯利亚分院与泰国The Pinky T rading Company组建了T AIRUS合资公司,并开始大批量生产水热法合成红宝石[1~2]。

目前的年产量约为200kg。

视重量大小和质量高低价格30~50美元/克拉不等。

我国水热法合成红宝石正处于试验阶段。

1994年起桂林矿产地质研究院晶体公司曾骥良教授等潜心研究水热法合成红宝石,经过反复试验研究,合成的红宝石颜色、水头(透明度)、净度等都达到宝石级并通过广西科委鉴定(1998年6月),目前正在进行工业实验。

由于水热法合成红宝石的实验条件是模拟天然热液矿床的成矿条件,因而用这种方法生产的红宝石其性质和包裹体特征都与天然红宝石极为相似。

因此,研究水热法合成红宝石的性质,掌握其鉴定特征并与天然红宝石、其它方法合成的红宝石相区别则显得极为重要。

1 结晶学特征水热法红宝石的晶形与天然红宝石相似,呈厚板状,最发育的单形是六方双锥面n {2243},其次为平行双面c{0001}和菱面体r{1011}。

珠宝知识287：珠宝考研考证篇（九十三）：水热法合成宝石方法简介水热法合成宝石方法是一种从溶液中结晶方法，合成宝石的原理主要是模仿自然界中的热液成矿作用的，首先我们先简单了解一下热液成矿的基本过程。

【热液成矿作用】地球的内部具有很高的温度，同时地球的深部也是含有水的，当地球深部的水受到一定的热源（例如岩浆、断裂活动等）温度升高形成热液，因此在温度和压力较高的环境中，水对于一些溶质的溶解度会大大的提升。

但是岩石是存在有裂隙的（例如断裂），热液可以沿着这些裂隙会向地表运移，随着温度和压力的下降，溶解度逐渐降低，溶质就会在合适的空间中沉淀下来形成晶体。

这就是热液矿床形成的大致过程，但是具体过程会更加复杂。

无论具体的成矿左右有多复杂，简单来讲，热液成矿过程可以总结为【在高温下溶解溶质，在低温下沉淀结晶】，水热法合成宝石同样是根据这样的原理合成宝石晶体的。

也正是由于合成过程中模拟了宝石在自然界中的生长环境，因此宝石的质量也相对较好，与天然宝石有着较为相似的鉴定特征。

【优点】1、能生长存在相变(如α石英等) 的材料；以石英为例，石英在不同的温度压力下会形成不同的晶体结构，从下面的相图中我们可以很清楚的看到，石英在较低的温度535℃时就会发生相变，因此在合成过程中是需要严格控制形成环境的，但是二氧化硅的熔点高达1700摄氏度以上，若采用熔体直接冷却结晶的方法是无法直接得到α-石英（水晶的晶体结构）的，而是优先形成其他晶体结构的石英（例如β-方石英或β-石英），最终通过相变的方式转化成为α-石英，在实验室的环境中快速的发生转化，必然会形成过大的内应力，不容易得到高质量的合成宝石。

但是水热法可以通过精确的控制温压条件，以得到目标宝石晶体。

2、可以生长在接近熔点时蒸汽压高的材料（例如ZnO）。

材料的蒸汽压高意味着材料在接近熔点时极容易发生挥发，若使用熔体直接冷却形成矿物晶体的方法会导致原料大量的挥发，在腐蚀设备的同时，也会造成不必要的浪费，但是水热法合成宝石是在高压釜内进行，属于一个较为封闭的环境；另外，水热法是利用【溶质在不同温度下溶解度的差异】进行合成宝石的，所使用的温度远低于材料的熔点，因此可以避免大量挥发的现象的发生。

水热法合成宝石模拟自然界热液成矿作用过程，水热法生长晶体宝石是在含水体系中由液相（溶液）转变为晶相的方式进行的。

自然界热液成矿是在一定的温度和压力下进行的，而且成矿溶液具有一定的浓度和PH值（矿化剂溶液的性质因生长宝石晶体的不同而不同）。

实验证明，只有在高压釜中才能满足宝石晶体模拟自然界生长的条件。

所以，水热法有别于其它宝石晶体生长的体系。

该法适用于常温常压下溶解度低而在高温高压下溶解度高的材料。

1．生产工艺根据晶体生长的运输方式，可分为三种生产工艺：（1）等温法等温法主要是利用溶解度差异来生长晶体，所用原料为亚稳相的物质，籽晶为稳定相的物质。

在高压釜内上下无温差，是该法特色。

该法的缺点是，无法生长出晶形完整的大晶体。

（2）摆动法摆动法的装置由两个不同温度的圆筒组成。

一筒盛培养液，另一筒放置籽晶。

定时摆动两个圆筒，以加速二筒之间的对流。

利用两筒间的温度差在高压环境下生长出晶体。

（3）温差法温差法是在立式高压釜内生长晶体的一种方法，多用于生长合成水晶、合成红宝石、合成祖母绿、合成海蓝宝石等。

晶体生长条件如下：a．矿质在矿化剂溶液中应具有一定的溶解度，并能形成所需的单一稳定晶相；b．矿质在适当的温差下能形成过饱和度而又不自发成核；c．晶体生长需要一定切型和规格的籽晶，并使原料的总表面积与籽晶总表面积之比值达到足够大；d．溶液密度的温度系数要足够大，以利晶体生长的溶液对流和溶质传输；e．高压釜容器要有抗高温腐蚀性能。

2．基本装置水热法的基本装置主要有高压釜、加热器、温度控制器和温度记录器等（图2-2）。

3．具体实例：水热法合成水晶（1）水热法合成水晶的原理一般情况下石英是不溶于水的化合物，但由于水在过热状态下所具有的特性，使得石英在一些特殊条件下可以被溶解。

在合成水晶时，必须加入一定量的的溶解度。

矿化剂，以改变溶剂的原始成分与性质，才能增加SiO2（2）水热法合成水晶的工艺水热法合成水晶的工艺流程可以分为以下四个阶段。