焰熔法合成蓝宝石及熔焰法合成蓝宝石的鉴别

CHNLOONG

焰熔法合成蓝宝石

.....焰熔法生长宝石晶体的方法是在人们探索红宝石的合成技术基础上发展起来的。早在 1819 ( X, \0 F2 I3 ?7 m5 ^+ X$ O年，E.D.克拉克（E.D.Clarke）博士用新发明的氢氧吹管进行试验，将两颗天然红宝石放在木 " W  G2 {! k$ ]/ @' A! S( }炭上，使其熔化成一个小球。当时他认为小球是玻璃质而不是晶质的。到了1837年，法国化 3 O2 \. l, ?) z* D0 ^8 Z% N2 K2 b学家M.高丁将含有痕量重铬酸钾的明矾和硫酸钾饱和溶液蒸发，而后用氢氧火焰吹管熔化其 3 H* i- s7 [1 K残留物，在高温下排出二氧化硫气体后，得到了氧化铝。痕量的重铬酸钾将氧化铝染成了红 8 A: m4 V7 q3 h6 V' S/ N; e色，氧化铝随着冷却而产生结晶。但是高丁也未认识到获得的是合成红宝石晶体，而误认为 是红宝石玻璃。1885 年弗雷米、费尔和瑞士人乌泽一起，将天然产的红宝石碎屑用氢氧火焰 : B+ _- A1 m% _2 W: N熔化，并加入少量重铬酸钾试剂以加深其红颜色，制成了一种再生的红宝石，就是所谓的 "日 内瓦红宝石" 。直至1902 年，法国化学家维尔纳叶在弗雷米等人的基础上改进了焰熔技术， 成功地用此方法合成出了数克拉美丽而较为完美的合成红宝石，这成为人工合成宝石发展史 上的一个分水岭，因此焰熔法也被命名为维尔纳叶法。在此之后，焰熔法便成为人工合成宝 石中最主要的合成方法之一。 5 h1 W: o# @+ l........随着近代科学技术的发展，焰熔法生长宝石晶体技术也在不断地发展与完善。除了用此 & ]% Y3 E& u7 l5 s) C- O& _方法合成红宝石外，人们还通过改进此技术成功地获得了合成蓝宝石、合成彩色尖晶石、合 0 S% M+ l8 `$ \" {: o. H成金红石、人造钛酸锶、合成星光红宝石与星光蓝宝石、以及人造钇铝榴石（YAG）、人造 . I% \, v9 ^2 J; n$ u钇铁榴石（YIG）等宝石晶体。1926年，有人用氢氧焰熔融氧化镁和氧化铝（1：1）的混合 粉末，意外得到了合成尖晶石，但生长出的晶体很容易炸裂。之后，通过改变混合粉末的比 例［（1.5～3.5）：1］，同时添加少量着色剂，成功合成出了各种颜色的合成尖晶石，并有 效克服了炸裂现象。1947年，美国的林德公司将氧化钛加入到生产蓝宝石的粉料中，用氢氧 ! d2 n2 P- s/ ~  j6 \8 [1 y; d. \焰将这种混合物熔融，晶体生长后进行热处理，得到了合成星光蓝宝石。之后，该公司将这 种生产推向商业化。1948年，美国的公司用焰熔法合成出了强色散的合成金红石，作为钻石 的代用品进行应用。1951年，美国的迈克用焰熔法生长出了人造钛酸锶，但生长出的晶体易 ) K3 Y. s. h! s0 c* d* U, `0 p裂，很难形成大块。到了1955年，人造钛酸锶晶体的生长技术才达到成熟并可进行商业化的 * W! B( h* |2 ?. O& B2 Y! y生产。 ........20世纪50年代末，我国从前苏联引进了焰熔法合成刚玉类宝石的设备和技术，60年代正式投 : D: a  S8 `- Q8 Y- X* e- U, n产后，产品主要用于手表及仪表轴承工业。随后，我国出现了20 多家焰熔法合成宝石工厂， 能生长出合成星光红、蓝宝石和十几种颜色的合成刚玉类宝石、合成尖晶石、合成金红石以 * a( Q, ?8 }* U+ k  `1 }及人造钛酸锶等系列人工宝石。然而，采用老工艺（用电解水的方法获得氢气和氧气）进行 ! {) Q) J& v; s- x7 X$ V焰熔法合成宝石的生产，成本很高，没有市场竞争力。从 1995 年起，人们利用化工厂废弃的 氢气与氧气代替电解水工艺，建起了新工艺焰熔法合成宝石厂，取得了良好的经济效益。到 4 ]: ~/ U3 k1 l$ X7 e- J2004年，采用新工艺焰熔法生产的浙江省衢州市巨宗合成刚玉有限公司，拥有 260 多台生产 设备，年产量可达 25 吨。此外，贵州省镇宁县利用当地廉价的小水电站新建的焰熔法合成刚 , M& i2 n6 ~- `0 Y3 l0 W玉类宝石厂，年产量可达 17 吨。我国其它焰熔法生产合成刚玉类宝石的工厂主要分布在陕西 省宝鸡市、山东省烟台市、江苏省苏州市以及杭州省余杭市。统计数据显示，我国焰熔法合   `9 A! o( K7 [* ~5 V/ C% ~  M6 X  t成刚玉类宝石年产量已达 103 吨（生产能力为 128.5 吨），生长的合成刚玉宝石直径大多数 9 K% S! Q/ Q" L, w9 w1 G可达到 15-20 毫米，只有少数厂家可生产出直径达 32 毫米的合成无色刚玉宝石（该产品主要 5 E8 c. M; m$ G5 H. L用于钟表工业表皿）。另外，福建省屏南鑫磊晶体有限公司是 2001 年 9 月通过论证后开工建 设的焰熔法合成红宝石公司，2004年10月已试生产成功，预计2006年全面投产后，年产量可达300吨。 * U9 K, D' y% H( l........2002年统计，全世界合成刚玉类宝石的生产能力已达 816.5 吨，其中国外 688 吨，占总产量 0 P: {4 w6 F$ t9 S5 P# T的 84.26 ％；中国 128.5 吨，占总产量的 15.74 ％。全球的实际年产量只有 391 吨，其中国 ( s2 y" k7 e! k  z' K; c- X. w外年产量为 288 吨，占总产量的 73.66 ％，开工率为 41.86 ％；中国年产量为 103 吨，占总 * S7 [: s) n$ p' O产量的 26.34 ％，开工率为 80.16 ％〔20〕。这些合成刚玉类宝石除了在宝石领域中应用外 ，还用于手表和机械的轴承、手表表皿、唱机的唱针等一般工业，也可应用于LED(发射蓝、 白光)、固体激光、光导纤维接头、集成电路外连基层等高科技领域，这一切使得焰熔法在工 业上得到了大规模的推广和应用。 ! K, K# t; m4 K, Z6 P0 ~: V1 z' d熔焰法合成蓝宝石的鉴别

　　1. 颜色和致色剂
　　焰熔法合成蓝宝石有多种颜色，产生颜色的致色元素可与天然的杂质元素不同，例如，天然绿色的蓝宝石由Fe3+、Fe2+和Ti4+所致而焰熔法合成的绿色蓝宝石则因加入少量钴和镍而呈绿色。由于致色剂的不同，也导致其它某些物性的变化。
　　２. 弯曲生长线
　　焰熔法合成蓝宝石的生长线较宽，当细小的气泡沿生长线聚集时，生长线的特征更为明显，形成明显弯曲色带。在其他颜色的合成蓝宝石中生长线情况不同，比如，变色蓝宝石中弯曲色带非常清晰，而在黄色品种中，生长线却很难发现。
　　３. 气泡
　　焰熔法合成蓝色蓝宝石中的气泡，与合成红宝石相比，通常更细小、分布更密集，呈小球状、蝌蚪状成群或成层分布或弥漫在整个宝石中，在较低倍放大情况下，看起来呈黑点状。
　　４. 发光性
　　天然蓝色蓝宝石在紫外光下常呈惰性，而焰熔法合成蓝宝石在短波紫外光下可能显示淡蓝－白色或淡绿色荧光，与天然宝石有很大差异。无色合成蓝宝石在短波下可能有淡蓝色荧光，绿色合成蓝宝石在长波紫外光下可具橙色荧光，橙色合成蓝宝石在长波紫外光下显淡红色。
( ~% `. }2 N/ U+ W　　５. 吸收光谱
　　焰熔法合成的蓝色、绿色和黄色蓝宝石通常缺少天然蓝宝石中清晰可见的蓝区的吸收线，有时仅表现为模糊不清的极弱吸收带。
7 q. O4 X* k" V! E- X  Q合成变色蓝宝石具有475nm处的极细的钒吸收线，也可因含少量Cr而同时迭加有Cr的吸收光谱。
8 e8 y4 [; M: w6 @- h1 |) J    ６.对于焰熔法缺少弯曲生长线的合成红、蓝宝石，在用其他常规方法无法确定时，可以采用普拉托测试法。具体操作方法是：将宝石浸泡在二碘甲烷中，在正交偏光下，沿宝石晶体的光轴方向放大20至30倍进行观察，焰熔法合成的刚玉宝石可能显示交角为60℃的条带状构造。据报导坦桑尼亚某些天然红宝石也曾观察到这种现象，但两者的成因完全不同。