3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выращивание кристаллов кварца

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.

Выращивание кристаллов кварца

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

Выращивание кристаллов кварца гидротермальным методом

Среди минералов, которые представляют собой промышленно важный объект, на первом месте стоит кварц. Кварц используется в оптических приборах, в генераторах ультразвука, в телефонной и радиоаппаратуре (как пьезоэлектрик), в электронных приборах («кварцем» в техническом сленге иногда называют кварцевый резонатор-компонент устройств для стабилизации частоты электронных генераторов). В больших количествах потребляется стекольной и керамической промышленностью (горный хрусталь и чистый кварцевый песок). Также применяется в производстве кремнезёмистых огнеупоров и кварцевого стекла. Многие разновидности используются в ювелирном деле. Казалось бы, не стоит синтезировать кварц только из-за его декоративных свойств, однако синтез кварца для поделочных целей широко распространен, и некоторые его искусственные разновидности трудно отличить от их природных аналогов. Дело в том, что техническая ценность кварца способствовала развитию его промышленного синтеза в широких масштабах. Если к монокристаллу кварца приложить давление в соответствующем направлении, то на кристалле возникает электрический заряд, а если к вырезанной из кварца пластинке приложить переменное напряжение, эта пластинка начнет вибрировать заданным образом. Однако большая часть природных кристаллов кварца не соответствует требованиям, предъявленным промышленностью, поскольку в них часто развиты двойникование и другие несовершенства (это портит пьезоэлектрические свойства кварца). В период второй мировой войны природного кварца оказалось недостаточно, чтобы удовлетворить растущую потребность, жизненно необходимыми стали работы по получению синтетического материала. К концу войны из природных кристаллов изготовлялись кварцевые пластинки общей стоимостью 1млн.долл. И дальнейшее снабжение промышленности сырьем становилось затруднительным. Хотя кварц является широко распространенным минералом, найти пригодные для разработки месторождения подходящего для технических целей сырья нелегко.

Выращивание гидротермальным методом. Процесс, используемый в лабораторных условиях для выращивания кристаллов кварца, почти всегда по своей сущности тот же, что и в природе. Кварц растворяется в воде при достаточно высокой температуре (необходимые температуры воды могут быть достигнуты, только под давлением). Помещенный в сосуд высокого давления (автоклав) с соответствующим образом контролируемыми температурой и давлением, кварц будет растворяться в одной части сосуда и отлагаться — в другой. Это метод транспортного гидротермального роста. В качестве шихты используется крошка из природного кварца, а новые кристаллы образуются на специально подготовленной затравке.

Лабораторное выращивание кварца начали проводить в середине XIX в., и первым, кому удалось вырастить кварц гидротермальным методом, был Сенармон. Он пользовался запаянной стеклянной трубкой, в которой были вода, бикарбонат натрия, щелочной силикат и одно из соединений мышьяка, по-видимому, реальгар. Трубка помещалась в ружейный ствол, который затем нагревался. В результате образовались микроскопические кристаллики кварца[5].

Кварц, не растворимый в воде при комнатной температуре, начинает растворяться по мере приближения температуры и давления к критической точке воды в замкнутой системе. Повышения температуры до точки кипения недостаточно, поскольку растворимость при этом почти не увеличивается. Кристаллизационный сосуд обычно заполняют водой на 85%, герметически закупоривают и нагревают. При температуре выше 100?С давление начинает возрастать, поскольку вода частично закипает. Это повышает точку кипения воды. При 200?С большая часть воды превращается в пар, который при дальнейшем увеличение температуры становится перегретым. Давление растет за счет расширения пара, приближаясь к 1360 кг/смІ при 300°С [5].

Закупоренный сосуд будет содержать пар с удельным весом 0,85, поскольку изначальное заполнение водой составляло 85%. Если допустить дальнейший подъем давления, то сосуд может взорваться (отсюда его второе название- «бомба»). Величина растворимости в 0,1% по массе достигается при давлении около 1400 бар, но для хорошего роста кристалла требуется более высокая растворимость. Чтобы ее повысить, к воде добавляют минерализаторы. Можно взять любой минерализатор, лишь бы он реагировал с кварцем с образованием устойчивого соединения. На практике большей частью применяется едкий натр или сода (NaOH или Na2CO3 )[5].

Шихта в виде раздробленного природного кварца помещается на дно сосуда, а тонкие затравочные пластинки (толщина их может быть около 1 мм) располагается над шихтой на серебряной решетке. Добавляется минерализатор и сосуд закупоривается. Так как при росте давление повышается, были разработаны специальные запорные устройства. Нагреватель располагается вокруг сосуда, и вся система помещается на нагреваемую плиту внутри хорошо закрывающегося бокса из стальных листов. Нередко весь аппарат помещают под землю, чтобы свести к минимуму последствия возможного взрыва, или же применяют защиту в виде брони [5].

Нагреватель и нагреваемая плита должна создавать температурный градиент около 40°С. Тогда в нижней части сосуда будет образовываться насыщенный кварцем раствор; происходящее при этом повышение плотности компенсируется увеличением температуры, вызывающим термическое расширение и снижение плотности. Различие в плотности приводит к образованию конвекционных потоков и заставляет насыщенный раствор подыматься кверху. При достижении верхней части сосуда этот раствор уже не может удержать весь содержащийся в нем кварц, и избыточное количество кварца осаждается на затравочных пластинках. Охлажденный раствор вновь спускается вниз, и процесс повторяется[5]. Чтобы достичь более быстрого роста нижних затравочных пластин и обеспечить равномерное отложение кварца, между нижней и верхней частями сосуда помещается перегородка. Она имеет форму пластинки с многочисленными отверстиями. Ее назначение-регулировать конвекцию. Скорость роста варьирует в значительных пределах в соответствии с условиями роста и требованиями к кристаллу, однако для получения высококачественных кристаллов оптимальная скорость роста-около1 мм в сутки [5].

Рис.3 Футерованный серебром автоклав, для гидротермального выращивания кварца. 1 — термоизоляция; 2 — затравочные пластинки; 3- дырчатая перегородка; 4- исходный материал (шихта); 5 — обогащенный кремнеземом водный раствор; 6-серебряная футеровка; 7-электрический нагреватель

Применяя затравочные кристаллы разной кристаллографической ориентировки, можно определить удельные относительные скорости роста разных граней. Независимо от условий выращивания выдерживается следующий порядок скоростей. Очень быстро растет базис (так называемый Z-срез || <0001>), затем следует малый ромбоэдр (r-срез || <01 1 1>), основной ромбоэдр (R-срез || <10 1 1>) и призма (m-срез || <10 1 0>) [3].

Обычно в качестве затравочных пластинок применяют Z-срезы. После выращивания базисные грани с обеих сторон зародыша покрыты мозаикой, состоящей из отдельных бугров. Стороны бугров являются гранями пирамиды. В центре бугра в большинстве случаев можно обнаружить треугольные ямки, которые кристаллографически ориентированы. При возрастании пересыщения отдельные бугры становятся крупнее. Грани пирамиды и треугольные ямки отсутствуют. С возрастанием толщины слоя роста увеличивается также поперечное сечение бугра [3].

В качестве шихты применяют крупные куски (длина ребра 4мм) бразильского кварца- во многих случаях только так называемые lascas, головки кварца- которые могут попасть в камеру роста. Кварц худшего качества применять в качестве шихты можно при работе с растворами Na2CO3 — NaOH — NaF с добавкой Al +3 (0,05 -0,125%)[3].

Небольшая добавка олеата натрия может существенно повысить качество и выход кристаллов кварца. Часто после вскрытия автоклава кристаллы растрескиваются. В большинстве случаев это объясняется адсорбцией пузырьков углекислого газа на поверхности растущих кристаллов. Включенный газ находится под высоким давлением предшествующего процесса выращивания и при снятии внешнего давления разрушает кристалл. Олеат натрия, очевидно, препятствует адсорбции пузырьков газа. Растрескивание кварца после процесса выращивания может быть вызвано также механическими напряжениями, если применяются затравочные пластинки, которые вырезаны из кварца, возникшего при другой температуре, нежели температуре выращивания. Конечно, здесь оказывают также влияние поверхностные нарушения затравочных пластинок. Вхождение в кварц Mn +4 вызывает сходную с аметистом окраску. CO -2 замещает Si +4 и дает синюю окраску. Группы [ AlO4 ] в комбинации с щелочными ионами, очевидно, обусловливают окраску синтетического дымчатого кварца. В общем можно констатировать: 4-валентные катионы встраиваются равномерно в решетку кварца с замещением Si, однако концентрируются в определенных зонах роста. Ионы Fe +3 вызывают желтые, а Fe +2 — зеленые полосы. Содержание примесей в различных кристаллографических направлениях различно; это отчетливо видно на кристаллах кварца, окрашенных рентгеновским облучением[3].

Гидротермальный процесс кристаллов кварца в целом достаточно эффективен; единственным затруднением является ежегодное сокращение ресурсов подходящего для шихты природного материала. Поскольку большая часть кристаллов кварца выращивается для нужд радиотехники и электроники, получаемая продукция должна иметь такую форму, которая в дальнейшем потребовала бы минимальной механической обработки. Самые медленно растущие грани наиболее развиты на кристалле после полного окончания процесса роста. Однако при выращивании промышленных кристаллов процесс роста не всегда доводится до естественного окончания, когда грани кристалла уже полностью развиты; в этих условиях преобладают быстро растущие грани. Для синтетического кварца особенно характерна бугристая или неровная поверхность, которая не встречается в природе [5].

Рис.4. Выращенный гидротермальным методом синтетический кристалл кварца с характерной бугристой поверхностью

Синтез кварца и его цветных разновидностей

Синтез кварца и его цветных разновидностей.

    Раиса Казановская 2 лет назад Просмотров:

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
0 0 vote
Article Rating
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
×
×
Adblock
detector