水热法合成宝石PPT课件

1、一、水热法生长宝石晶体概述一、水热法生长宝石晶体概述 1 1、定义、定义 水热法也称热液法，是在密封的高压容器内，从水溶液水热法也称热液法，是在密封的高压容器内，从水溶液中生长出晶体的方法，在一定程度上再现了地下热液矿床矿物中生长出晶体的方法，在一定程度上再现了地下热液矿床矿物结晶的过程。结晶的过程。 2 2、原理、原理 是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压溶的物质溶解，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釜内溶液的温差使产

2、生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。的方法。 第1页/共70页3 3、水热法宝石晶体生长的分类、水热法宝石晶体生长的分类 （1 1）等温法）等温法 等温法主要利用物等温法主要利用物质的溶解度差异来生产晶质的溶解度差异来生产晶体。所用原料为亚稳定相体。所用原料为亚稳定相物质，籽晶为稳定相物质。物质，籽晶为稳定相物质。高压釜内上、下无温差，高压釜内上、下无温差，是这一方法的特色。此法是这一方法的特色。此法的缺点是无法生长出晶形的缺点是无法生长出晶形完整的大晶体。完整的大晶体。等温法高压釜第2页/共70页（2 2）摆动法）摆动法 摆动法的装置由摆动法的装置由A A、B B两个圆筒组成，其中两

3、个圆筒组成，其中A A筒放置培养液，筒放置培养液，B B筒放置籽晶，筒放置籽晶，两筒间保持一定的温度差。定时地摆动两筒间保持一定的温度差。定时地摆动A A、B B两个圆筒以加速它们之间的对流，两个圆筒以加速它们之间的对流，利用两筒之间的温差在高压环境下生长出晶体，此法也曾用于水晶的生长。利用两筒之间的温差在高压环境下生长出晶体，此法也曾用于水晶的生长。第3页/共70页（3 3）温差法）温差法 温差法是在立式高压釜内生温差法是在立式高压釜内生产晶体，高压釜内部的对流产晶体，高压釜内部的对流挡板将釜腔分成上、下两部挡板将釜腔分成上、下两部分，籽晶挂在生长区的培育分，籽晶挂在生长区的培育架上，晶体在

4、籽晶上逐步生架上，晶体在籽晶上逐步生长；对流挡板的下部为培养长；对流挡板的下部为培养料区料区( (也称溶解区也称溶解区) )，溶解区，溶解区内放人适量的高纯度原料和内放人适量的高纯度原料和矿化剂。加热，使高压釜的矿化剂。加热，使高压釜的上、下部分形成一定的温差。上、下部分形成一定的温差。温差法高压釜第4页/共70页4 4、水热法宝石晶体生长所需的设备、水热法宝石晶体生长所需的设备 水热法宝石晶体生长所需的基本设备有：高压釜、炉子、热电偶、温度控制水热法宝石晶体生长所需的基本设备有：高压釜、炉子、热电偶、温度控制器和温度记录器。器和温度记录器。第5页/共70页水热法生长晶体时所用电炉和高压釜的典

5、型装置第6页/共70页（1 1）高压釜）高压釜 高压釜为可承高温高压的钢制釜体。一般可承受高压釜为可承高温高压的钢制釜体。一般可承受11001100o oC C的温度和的温度和10109 9PaPa的压力，具有可靠的密封系统的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。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和防爆装置。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，如铂金或黄金内衬，以防与釜体材料发生反应。也可利用在晶体生长过程中釜壁上自然形成贵金属内衬，如铂金或黄金内衬，以防与釜体材料发生反应。也可利用在晶体生长过

6、程中釜壁上自然形成的保护层来防止进一步的腐蚀和污染。的保护层来防止进一步的腐蚀和污染。第7页/共70页（2 2）矿化剂）矿化剂 矿化剂：水热法生长晶体是采用的溶液。矿化剂：水热法生长晶体是采用的溶液。 通常可分为以下五类：通常可分为以下五类： 1) 1) 碱金属及铵的卤化物，碱金属及铵的卤化物，NaClNaCl； 2) 2) 碱金属的氢氧化物，碱金属的氢氧化物，NaOHNaOH； 3)3)弱酸与碱金属形成的盐类，弱酸与碱金属形成的盐类，NaNa2 2COCO3 3 4)4)酸类（一般为无机酸），酸类（一般为无机酸），HClHCl。 其中碱金属的卤化物及氢氧化物是最为有效且广泛应用的矿其中碱金属

7、的卤化物及氢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生长速化剂。矿化剂的化学性质和浓度影响物质在其中的溶解度与生长速率。率。第8页/共70页5 5、水热法生长宝石晶体的优缺点、水热法生长宝石晶体的优缺点 （1 1）优点）优点 a a、能够生长存在相变、能够生长存在相变( (如如a a石英等石英等) )和在接近熔点时蒸汽压高的材料和在接近熔点时蒸汽压高的材料 ( (如如ZnO)ZnO)或要分解的材料或要分解的材料( (如如V0V02 2) )。 b b、能够生长出较完美的优质大晶体，并且能够很好地控制材料的成分。、能够生长出较完美的优质大晶体，并且能够很

8、好地控制材料的成分。 c c、用此法生长晶体时，由于与自然界生长晶体的条件很相似，因此生长出的、用此法生长晶体时，由于与自然界生长晶体的条件很相似，因此生长出的宝石晶体与天然宝石晶体最接近。宝石晶体与天然宝石晶体最接近。 第9页/共70页（2 2）缺点）缺点 a a、需要材料比较特殊的高压釜和相应的安全防护措施。、需要材料比较特殊的高压釜和相应的安全防护措施。 b b、需要大小适当、切向合适的优质籽晶。、需要大小适当、切向合适的优质籽晶。 c c、整个生长过程无法观察。、整个生长过程无法观察。 d d、投料是一次性的，因此生长晶体的大小受高压釜容器大小的、投料是一次性的，因此生长晶体的大小受高

9、压釜容器大小的 限制。限制。第10页/共70页二、影响宝石晶体生长的因素二、影响宝石晶体生长的因素 1 1、溶液的过饱和度、溶液的过饱和度 2 2、矿化剂的性质与浓度、矿化剂的性质与浓度第11页/共70页 3 3、对流挡板、对流挡板 开孔率大小影响上、下两区的温差变化，从而影响晶体的生长速率。开孔率大小影响上、下两区的温差变化，从而影响晶体的生长速率。 开孔率大，生长速率减小；开孔率小，生长速率增大。开孔率大，生长速率减小；开孔率小，生长速率增大。 小口径高压釜开孔率为小口径高压釜开孔率为1012%1012%，大口径高压釜为，大口径高压釜为57%57%。第12页/共70页 4 4、生长区温度与

10、温差、生长区温度与温差第13页/共70页 5 5、压力和充填度、压力和充填度 压力来言语高温条件下其内部通天的大量气液混合物。压力来言语高温条件下其内部通天的大量气液混合物。 充填度充填度= =溶液体积溶液体积/ /（反应腔总体积（反应腔总体积- -固体物体积）固体物体积） 在同一温度下，充填度越高，压力越大，生长速度就越快。在同一温度下，充填度越高，压力越大，生长速度就越快。第14页/共70页 6 6、杂质、杂质 主要表现在对晶体结晶几何外形和晶体的颜色特征两方面。主要表现在对晶体结晶几何外形和晶体的颜色特征两方面。 7 7、种晶的取向、种晶的取向 8 8、培养料、培养料第15页/共70页三

11、、水热法生长水晶、红宝石、祖母绿、三、水热法生长水晶、红宝石、祖母绿、海蓝宝石晶体海蓝宝石晶体 （一）水热法合成水晶晶体（一）水热法合成水晶晶体1.1.生长原料生长原料原料：去皮的水晶碎块；原料：去皮的水晶碎块；矿化剂：一般采用矿化剂：一般采用NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3、K K2 2COCO3 3或或KClKCl，NaClNaCl，充填度为，充填度为80%80%。合成彩色水晶时，一般采。合成彩色水晶时，一般采用矿化剂用矿化剂K K2 2COCO3 3 ，或，或K K2 2COCO3 3与与NaOHNaOH的混合液，有利的混合液，有利于色素离子进入晶体结构。尤其是在加入了色素

12、于色素离子进入晶体结构。尤其是在加入了色素离子铁时，不采用离子铁时，不采用NaNa2 2COCO3 3，以避免在溶液中形成，以避免在溶液中形成硅酸铁钠（锥辉石晶体），影响铁进入晶体。硅酸铁钠（锥辉石晶体），影响铁进入晶体。第16页/共70页 （1 1）准备阶段）准备阶段 矿化剂溶液浓度、充填度、挡板开孔率、温差计算，种晶的准备（切割、清矿化剂溶液浓度、充填度、挡板开孔率、温差计算，种晶的准备（切割、清洗、打孔、悬挂）洗、打孔、悬挂） （2 2）装釜阶段）装釜阶段 （3 3）生长阶段）生长阶段 （4 4）开釜阶段）开釜阶段2、生长的工艺流程生长的工艺流程第17页/共70页水热法合成水晶生长的工艺

13、流程图第18页/共70页 种晶 对合成不同颜色的石英要选用不同方向的种晶片。合成紫晶时种晶通常对合成不同颜色的石英要选用不同方向的种晶片。合成紫晶时种晶通常平行于菱面体面方向；合成黄水晶的种晶平行于底轴面。种晶用铂金丝挂在平行于菱面体面方向；合成黄水晶的种晶平行于底轴面。种晶用铂金丝挂在高压釜中部。高压釜中部。 温度 360360左右，底部溶解区温度略高为左右，底部溶解区温度略高为360-380360-380，上部生长区略低，约为，上部生长区略低，约为330-350330-350。第19页/共70页 压力：（压力：（1100-16001100-1600）X105PaX105Pa。 高压釜：高压

14、釜：内部不必衬贵金属衬里，因为反应温度和压力条件不很高。内部不必衬贵金属衬里，因为反应温度和压力条件不很高。 生长过程：生长过程：原料放在高压釜内温度较高的下部，种晶悬挂在温度较低的上部。釜内填以一定容量和浓度的原料放在高压釜内温度较高的下部，种晶悬挂在温度较低的上部。釜内填以一定容量和浓度的矿化剂作溶剂。当容器内的溶液由于上下部之间的温差产生对流时，高温区的饱和溶液被输送到低温区，矿化剂作溶剂。当容器内的溶液由于上下部之间的温差产生对流时，高温区的饱和溶液被输送到低温区，变成过饱和状态，从而在种晶上生长。变成过饱和状态，从而在种晶上生长。第20页/共70页3 3、水热法合成水晶的工作条件和工

15、艺参、水热法合成水晶的工作条件和工艺参数数 (1)(1)温度和压力（温度和压力（Tg=330-350Tg=330-3500 0C C，Td=360-380Td=360-3800 0C C， 50500 0C C ，P=1.1-1.6P=1.1-1.6* *10108 8Pa,Pa,） (2)(2)高压釜（高压釜（43CrNi43CrNi2 2MoVMoV钢材）钢材） (3)(3)矿化剂（矿化剂（NaCONaCO3 3，NaOHNaOH，NaCONaCO3 3+NaOH+NaOH） 填加剂（填加剂（LiFLiF、LiNOLiNO3 3、Li2COLi2CO3 3） 充填度充填度80%-86%80

16、%-86% (4)(4)种晶（种晶（Z Z轴，轴，/Y/Y轴，轴，X+5X+50 0，VO.A=70VO.A=700 0,YZ,YZ，厚度，厚度1.52.0mm)1.52.0mm) (5)(5)培养料培养料 （熔炼石英，粒度（熔炼石英，粒度2cm2cm左右，质地均匀）左右，质地均匀） (6)(6)生长速率（生长速率（/Z/Z轴轴0.6-1.2mm/day,0.6-1.2mm/day,受种晶取向、充受种晶取向、充填度、温差、结晶温度、溶液浓度、种晶面积等因素影响填度、温差、结晶温度、溶液浓度、种晶面积等因素影响) )第21页/共70页4 4、彩色水晶的生长、彩色水晶的生长 彩色水晶的得到可以分两

17、个步骤：彩色水晶的得到可以分两个步骤：1 1、生产含有致色剂离子的无色水晶、生产含有致色剂离子的无色水晶2 2、对无色水晶进行辐照或热处理、对无色水晶进行辐照或热处理第22页/共70页 颜色颜色 添加剂及随后的处理添加剂及随后的处理 蓝色蓝色 加钴，然后在还原环境加热加钴，然后在还原环境加热 褐色褐色 加铁加铁 深褐色深褐色 加铝，然后辐照加铝，然后辐照 绿色绿色 加铁，然后在还原环境中加热加铁，然后在还原环境中加热 紫色紫色 加铁，然后辐照加铁，然后辐照 黄色黄色 加铁加铁 黄黄- -绿色绿色 g g射线辐照，然后加热射线辐照，然后加热第23页/共70页5 5、水热法合成的水晶的主要晶体缺陷

18、、水热法合成的水晶的主要晶体缺陷 （1 1）双晶）双晶 根据外观特征分为凹陷型双晶、多面体双晶、鼓包双根据外观特征分为凹陷型双晶、多面体双晶、鼓包双晶和花絮状双晶四种。晶和花絮状双晶四种。 （2 2）包裹体）包裹体 主要有固体包裹体和气液两相包裹体。主要有固体包裹体和气液两相包裹体。 （3 3）位错和腐蚀隧道）位错和腐蚀隧道 位错多位刃位错和混合位错。除了这些线位错外，还位错多位刃位错和混合位错。除了这些线位错外，还有层位错。腐蚀隧道是作为籽晶的石英晶片经过腐蚀形成的，有层位错。腐蚀隧道是作为籽晶的石英晶片经过腐蚀形成的，一般成管状。一般成管状。 （4 4）生长条纹）生长条纹 石英晶体各向异性

19、导致不同方向上生长速率不同产生石英晶体各向异性导致不同方向上生长速率不同产生位移而形成。位移而形成。第24页/共70页6 6、水热法合成水晶的鉴别特征、水热法合成水晶的鉴别特征 第25页/共70页第26页/共70页天然及人工合成水晶对波长为0.154um光谱的透过率曲线第27页/共70页天然紫晶与合成紫晶的红外吸收光谱第28页/共70页第29页/共70页（二）水热法合成刚玉类晶体（二）水热法合成刚玉类晶体1 1、5 5第30页/共70页充填度为充填度为80%80%； 釜上部，与原料用板隔开。釜上部，与原料用板隔开。第31页/共70页2 2、水热法合成红宝石的工艺参数、水热法合成红宝石的工艺参数

20、 （1 1）温度、压力）温度、压力 T470T470o oC C，P P：7.5x107.5x107 7PaPa （2 2）高压釜）高压釜 GH33GH33高温合金钢来制造，用银或箔金作内衬。高温合金钢来制造，用银或箔金作内衬。 （3 3）矿化剂）矿化剂 NaHCONaHCO3 3KHCOKHCO3 3混合液效果较好，或者选用混合液效果较好，或者选用NaNa2 2COCO3 3+KHCO+KHCO3 3。适当提高矿化剂适当提高矿化剂浓度可以提高生长率。浓度可以提高生长率。 （4 4）种晶）种晶 沿沿Z Z轴成不同角度的方向切成圆棒或条片状。轴成不同角度的方向切成圆棒或条片状。第32页/共70页

21、 （5 5）着色剂）着色剂 不同的致色离子将生产出不同颜色的刚玉品种。不同的致色离子将生产出不同颜色的刚玉品种。俄罗斯水热法合成刚玉宝石致色离子与颜色关系图俄罗斯水热法合成刚玉宝石致色离子与颜色关系图第33页/共70页（7 7）炉温升降速度及生长速度）炉温升降速度及生长速度 炉温在炉温在1010小时内生到所需的温度，在恒定的温度条件下使刚玉晶体生长小时内生到所需的温度，在恒定的温度条件下使刚玉晶体生长7 71010天，生长结束后，缓慢降温，在天，生长结束后，缓慢降温，在2424小时内将高压釜内温度降到室温，单晶生小时内将高压釜内温度降到室温，单晶生长速度可以达到长速度可以达到7 79 9克拉克

22、拉/ /天。天。第34页/共70页（8 8）其他条件）其他条件 充填度：充填度：8080 营养料：营养料：AlAl2 2O O3 3或合成刚玉碎料和或合成刚玉碎料和AlAl2 2O O3 3混合物。混合物。第35页/共70页3 3、水热法合成刚玉类宝石晶体的特征及鉴、水热法合成刚玉类宝石晶体的特征及鉴别别 （1 1）晶体的外部特征）晶体的外部特征 a a、晶形、晶形 外形多为厚板状板状，常见的单形有六方外形多为厚板状板状，常见的单形有六方双锥，次为菱面体，偶见复三方偏三角面体及平双锥，次为菱面体，偶见复三方偏三角面体及平行双面。行双面。 b b、晶面条纹、晶面条纹 六方双锥晶面上普遍发育有各种

23、生长花纹，六方双锥晶面上普遍发育有各种生长花纹，常见的有水滴生长丘、阶状生长台阶、格状生长常见的有水滴生长丘、阶状生长台阶、格状生长纹理和不规则生长斜纹，偶见放射纤维状条纹。纹理和不规则生长斜纹，偶见放射纤维状条纹。 c c、开裂现象、开裂现象 沿籽晶面裂开或者在六方双锥晶面上呈规沿籽晶面裂开或者在六方双锥晶面上呈规则的网状开裂。则的网状开裂。第36页/共70页（2 2）晶体内部特征）晶体内部特征 a a、气液包裹体、气液包裹体 生长过程中水的参与而形成，与天然的极为相似，主要区别在生长过程中水的参与而形成，与天然的极为相似，主要区别在于二者包裹体形态略有不同，合成的边缘圆滑且较规则。于二者包

24、裹体形态略有不同，合成的边缘圆滑且较规则。 b b、气泡群、气泡群 早期有较多的微小气泡群，现在一般难以见到。早期有较多的微小气泡群，现在一般难以见到。 c c、籽晶片、籽晶片 d d、固体包裹体、固体包裹体 呈点絮状或团絮状分布的黄金或铂金微晶集合体，还可见白的呈点絮状或团絮状分布的黄金或铂金微晶集合体，还可见白的AlAl（OHOH）3 3粉末，外形似面包屑。粉末，外形似面包屑。第37页/共70页 e e、生长纹理和色带、生长纹理和色带 锯齿状微波纹，分布在籽晶片与生长层之间。色带不规则，多呈楔状或者条带状。锯齿状微波纹，分布在籽晶片与生长层之间。色带不规则，多呈楔状或者条带状。 f f、云

25、烟状裂纹、云烟状裂纹 一般内部较为干净，但由于存在开裂现象，早期合成的红宝石晶体可见云烟状裂隙，并较为发育。一般内部较为干净，但由于存在开裂现象，早期合成的红宝石晶体可见云烟状裂隙，并较为发育。第38页/共70页（3 3）光谱及紫外荧光特征）光谱及紫外荧光特征 a a、紫外可见光吸收光谱特征、紫外可见光吸收光谱特征 桂林水热法合成红宝石晶体显示典型的贫铁含铬吸收桂林水热法合成红宝石晶体显示典型的贫铁含铬吸收光谱，紫外区域内光谱，紫外区域内241nm241nm谱带是区别于天然红宝石的重要特征。谱带是区别于天然红宝石的重要特征。 b b、红外光谱特征、红外光谱特征 桂林水热法合成红宝石普遍存在桂林

26、水热法合成红宝石普遍存在33073307、32313231、31843184、3013cm3013cm1 1的的AlAlOHOH伸缩振动和伸缩振动和23642364、2348cm2348cm1 1的的KHCOKHCO3 3中中O OH H伸缩振动，黄色合成蓝宝石在伸缩振动，黄色合成蓝宝石在360036003000cm 3000cm 1 1范围内有一范围内有一系列的系列的OHOH或结晶水振动。或结晶水振动。 c c、紫外荧光特征、紫外荧光特征 在在LWLW和和SWSW下，合成红宝石显示比天然红宝石更强、更下，合成红宝石显示比天然红宝石更强、更亮的红色荧光。合成黄色蓝宝石在亮的红色荧光。合成黄色蓝

27、宝石在LWLW下呈惰性。下呈惰性。 多数晶体在多数晶体在SWSW下具有分带性，籽晶片为中弱的蓝白下具有分带性，籽晶片为中弱的蓝白色荧光，少数晶体在色荧光，少数晶体在SWSW下也呈惰性。下也呈惰性。第39页/共70页（三）水热法合成祖母绿晶体（三）水热法合成祖母绿晶体 1 1、原理、原理 祖母绿化学式：祖母绿化学式：BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818 致色剂：致色剂：CrCr3+3+ 合成方法：营养料反应法合成方法：营养料反应法 营养料：营养料：SiOSiO2 2、AlAl（OHOH）3 3、BeBe（OHOH）2 2、CrCr2 2O O3 3 反应式反应式: : SiO

28、SiO2 2+Al+Al（OHOH）3 3+Be(OH)+Be(OH)2 2+H+H+ +BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818+H+H2 2O O第40页/共70页水热法合成祖母绿 将培养料分放在顶、底部，两处的物质被溶解、扩散，在中部相遇并发生反应，生成祖母绿的溶液，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： 氧化铬、氧化铝和氧化铍粉末的烧结块， 水晶碎块做为二氧化硅的来源。第41页/共70页2 2、水热法生长祖母绿的工艺参数水热法生长祖母绿的工艺参数 （1 1）悬浮管）悬浮管 均为贵金属，熔点高，密封性要好。均为贵金属，熔点高，密封性要好。 （2 2

29、）温度和压力）温度和压力 T T（溶解区）：（溶解区）：600600620620o oC C，：，：5050o oC C左右，压力约为左右，压力约为8.3X108.3X107 7PaPa。 （3 3）培养料）培养料 碎水晶碎水晶SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、BeBe（OHOH）2 2等。等。 （4 4）种晶可用天然或合成的无色绿柱石或祖母绿）种晶可用天然或合成的无色绿柱石或祖母绿为原料，生长后的晶体为厚板状，切磨利用率较高。为原料，生长后的晶体为厚板状，切磨利用率较高。种晶用铂金丝挂于高压釜中部。种晶用铂金丝挂于高压釜中部。 （5 5）着色剂）着色剂 CrCr，晶体呈鲜艳绿色

30、（含铬约，晶体呈鲜艳绿色（含铬约0.90.9）第42页/共70页（6 6）矿化剂及充填度）矿化剂及充填度 最早使用中性到碱性矿化剂，目前最多的是最早使用中性到碱性矿化剂，目前最多的是12mol/L12mol/L盐酸，盐酸，PH0.1PH0.1，酸，酸性环境可以防止铬沉淀，有利于铬进入生长晶体中，使晶体致色。性环境可以防止铬沉淀，有利于铬进入生长晶体中，使晶体致色。 充填度：高压釜内加入溶液的量要用高压釜反应腔体积减去悬浮管体积。充填度：高压釜内加入溶液的量要用高压釜反应腔体积减去悬浮管体积。80%80%。（7 7）生长速率）生长速率 每片籽晶每片籽晶0.10.8mm/d第43页/共70页 水热

31、法合成祖母绿的基本过程是：石英碎块用铂金网桶挂于高压釜顶部，氧化铬、氧化铝和氧化铍烧水热法合成祖母绿的基本过程是：石英碎块用铂金网桶挂于高压釜顶部，氧化铬、氧化铝和氧化铍烧结块放在高压釜底部，高压釜内充填矿化剂（结块放在高压釜底部，高压釜内充填矿化剂（HClHCl）。电炉在高压釜的底部加热，溶解的原料在溶液中对流）。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。体。第44页/共70页3 3、水热法合成祖母绿晶

32、体的特征及鉴、水热法合成祖母绿晶体的特征及鉴别别 （1 1）晶体结构特征和红外光谱特征）晶体结构特征和红外光谱特征 天然祖母绿的结构中不仅含有天然祖母绿的结构中不仅含有型水（不含碱或含碱少的条件下生长），型水（不含碱或含碱少的条件下生长），而且存在而且存在型水（含碱高的条件下生长）。而水热法合成祖母绿只有型水（含碱高的条件下生长）。而水热法合成祖母绿只有型水。型水。结构上的差异使得二者在红外光谱下的特征吸收峰不同。结构上的差异使得二者在红外光谱下的特征吸收峰不同。第45页/共70页祖母绿结构中的水分子示意图各种类型祖母绿的红外光谱第46页/共70页 （2 2）籽晶片）籽晶片 籽晶片残留的微小不

33、透明籽晶片。籽晶片残留的微小不透明籽晶片。 （3 3）包裹体）包裹体 钉状包裹体平行排列在一个平面上。钉状包裹体平行排列在一个平面上。 （4 4）生长纹）生长纹 特征的锯齿状水波纹生长纹。特征的锯齿状水波纹生长纹。 （5 5）特殊光学现象）特殊光学现象 在黑色底衬条件下，用强光源照射，某些角度会在黑色底衬条件下，用强光源照射，某些角度会出现红色。合成的颜色浓艳，有较强的红色荧光，在出现红色。合成的颜色浓艳，有较强的红色荧光，在滤色镜下呈鲜亮红色。滤色镜下呈鲜亮红色。第47页/共70页第48页/共70页第49页/共70页第50页/共70页（四）水热法合成海蓝宝石晶体（四）水热法合成海蓝宝石晶体

34、1 1、原理、原理 天然海蓝宝石的致色原因：天然海蓝宝石的致色原因： FeFe2+2+取代了取代了BeOBeO4 4四面体中的四面体中的BeBe2+2+或或AlOAlO6 6八面体中的八面体中的AlAl3+3+，位于隧道结构中而呈现美丽的天蓝色或浅天蓝，位于隧道结构中而呈现美丽的天蓝色或浅天蓝色。色。 生长方法生长方法分离营养料法。分离营养料法。 致色剂致色剂FeFe2+2+第51页/共70页 2 2、水热法合成海蓝宝石的工艺参数、水热法合成海蓝宝石的工艺参数 （1 1）温度、压力、氧分压）温度、压力、氧分压 T T（生长区）（生长区）: :590590610610o oC C，：，：7070

35、130130o oC C左右，压力约为左右，压力约为1.0X101.0X108 81.5X101.5X108 8PaPa （2 2）高压釜）高压釜 贫碱条件下生长，不加内衬，直贫碱条件下生长，不加内衬，直接在不锈钢高压釜种进行。接在不锈钢高压釜种进行。 （3 3）反应物）反应物 SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、BeOBeO （4 4）矿化剂）矿化剂 LiLi2 2O O：0.20%0.20%，NaNa2 2O0.02%O0.02% （5 5）致色剂）致色剂 二价铁离子，不锈钢高压釜也是二价铁离子，不锈钢高压釜也是铁的重要来源。铁的重要来源。 （6 6）种晶）种晶 无色绿柱石无色

36、绿柱石 （7 7）生长速度）生长速度 0.32mm/d0.32mm/d。第52页/共70页3 3、水热法合成海蓝宝石晶体的特征及鉴、水热法合成海蓝宝石晶体的特征及鉴定定 （1 1）成分特征）成分特征 不含不含MgMg2 2和和NaNa， FeFe2 2含量高，存在铬和镍元素，天然品中高含量高，存在铬和镍元素，天然品中高FeFe，并常伴有高，并常伴有高MgMg2 2和和NaNa。 （2 2）光谱检测）光谱检测 合成的只有合成的只有型水，红外光谱下可以检测出，紫外光谱和可见光谱可以测到有型水，红外光谱下可以检测出，紫外光谱和可见光谱可以测到有NiNi和和CrCr的存在。的存在。 （3 3）包裹体）

37、包裹体 与合成祖母绿类似。与合成祖母绿类似。第53页/共70页（五）水热法合成其他绿柱石晶体（五）水热法合成其他绿柱石晶体 水热法合成红色绿柱石早在二十世纪九十年代中期就由俄罗斯合成出。由于有限的市场需求，使得水热法合成红色绿柱石早在二十世纪九十年代中期就由俄罗斯合成出。由于有限的市场需求，使得产量不大。产量不大。 合成红色绿柱石由钴致色。合成红色绿柱石由钴致色。合成红色绿柱石晶体为平行种晶板延长方向的板状。合成红色绿柱石晶体为平行种晶板延长方向的板状。种晶板厚度为种晶板厚度为0.7-1mm0.7-1mm，通常为无色的，也有绿色或紫红色的。，通常为无色的，也有绿色或紫红色的。第54页/共70页

38、第55页/共70页 内部特征：垂直种晶面方向可见垂直种晶面方向可见V V形臂章状生长条带；形臂章状生长条带；在某些方向上显示近于平行的波状生长纹理；在某些方向上显示近于平行的波状生长纹理；针状包体；针状包体；单相流体或气液两相包体；单相流体或气液两相包体；第56页/共70页（六）水热法合成宝石的鉴别特征（六）水热法合成宝石的鉴别特征A A、特征包裹体、特征包裹体 铂金片：来自坩埚的贵金属的包体铂金片：来自坩埚的贵金属的包体( (图图1)1)。 硅铍石和钉状包体：水热法合成绿柱石中常见钉状包裹体和硅铍石晶体硅铍石和钉状包体：水热法合成绿柱石中常见钉状包裹体和硅铍石晶体包体包体( (图图2)2)。 面包渣状包裹体：合成水晶中常见，是锥辉石的细小雏晶组成的。面包渣状包裹体：合成水晶中常见，是锥辉石的细小雏晶组成的。 第57页/共70页来自坩埚的贵金属的包体来自坩埚的贵金属的包体第58页/共70页合成祖母绿中的钉子形包体及硅铍石晶体包体合成祖母绿中的钉子形包体及硅铍石晶体包体第59页/共70页合成水晶中常见面包渣状包裹体合成水晶中常见面包渣状包裹体第60页/共70页（六）水热法合成宝石的鉴别特征（六）水热法合成宝石的鉴别特征 B B、生长纹理：、生长纹理： 锯齿状纹理：在合成祖母绿及合成红、锯齿状纹理：在合成祖母绿及合成红、蓝宝石中常常显示锯齿状纹理、波状纹理等；蓝宝石中常常显示锯齿