水热法合成祖母绿的历史、原理、及发展前景
水热法合成宝石
随着环保意识的提高，水热法合成宝石技术也在不断向 环保和节能方向发展，减少了对环境的影响。
市场推广与认可度
消费者认知
水热法合成宝石在市场上仍有一定的认知度，需要进一步加强对 消费者的宣传和教育。
品牌推广
通过建立品牌信任度和口碑，可以增加消费者对水热法合成宝石 的认可度和购买意愿。
应用领域拓展
水热法的反应机理
溶解和结晶
高温高压下，宝石原料溶解于水，形成饱和溶液。降低温度，溶液过饱和，宝石 结晶析出。
化学反应
高温高压下，宝石原料发生化学反应，生成宝度和压力
高温高压有利于宝石原料的溶解和 反应，但也会影响晶体的结构和质 量。
反应时间
过长或过短都会影响宝石的质量和 性能。
要点三
合成蓝宝石特点
合成蓝宝石与天然蓝宝石相比，具有 颜色更鲜艳、透明度更高的特点，而 且纯净度高，不含天然蓝宝石中的瑕 疵和裂纹。
其他合成宝石
其他合成宝石简介
除了合成祖母绿、合成红宝石和合成蓝宝石之外，水热法还可以合成其他种类的宝石，如 合成钻石、合成翡翠等。
其他合成宝石生产过程
这些其他合成宝石的生产过程与上述几种宝石的生产过程类似，也包括准备阶段、水热合 成阶段、加工阶段和检测阶段。
水热法合成宝石的应用领域不断拓展，例如应用于珠宝、首饰等领 域，也将有助于其市场推广。
政策法规与行业规范
法规完善
随着水热法合成宝石产 业的发展，相关法规也 需要不断完善和更新， 以保障合法生产和经营 。
行业规范
通过行业协会和规范的 制定，可以加强行业自 律和规范经营，确保水 热法合成宝石产业的健 康发展。
02
天然宝石资源有限，价格昂贵，因此人们一直在寻找新的合成
水热法及其合成宝石的鉴定
早在1882年人们就开始了水热法合成晶体的研究。
最早获得成功的是合成水晶。
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Johann Lechleitner在1960年研究成功的。
到九十年代，原苏联新西伯利亚合成出了海蓝宝石。
随后，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高温高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出的过程。
水热法合成宝石就是模拟自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。
水热法采用的高压釜一般可承受11000C的温度和109Pa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，故又名“炸弹”（bomb）。
高压釜的直径与高度比有一定的要求，对内径为100-120mm的高压釜来说，内径与高度比以1：16为宜。
高度太小或太大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，如铂金或黄金内衬，以防矿化剂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的保护层来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Na2O和釜体中的铁能反应生成一种在该体系内稳定的化合物，即硅酸铁钠（锥辉石NaFeSi2O6 acmite）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时采用的溶剂。
水热法合成祖母绿的工艺流程
水热法合成祖母绿的工艺流程
水热合成法合成宝石是发生在一个密闭空间的机器里面，这个代表性的装置就是就是用特种钢制作而成的高压釜。
水热合成法实则就是利用溶液达到一定的过饱和度，从而结晶和生长晶体，整体的环境就是在高温高压的环境下，而晶体的生长就是利用溶液温差水热法。
是不是觉得很复杂听不懂，起初其实我也是很困惑，我想起了高中化学老师的传教。
简单的举个例子来说，你往热水不断的加盐，加盐的同时进行搅拌，一直到最后盐不在融化就可以了。
然后将溶液和未融化的盐分开，然后在这个溶液里面悬挂一块食盐，随着温度的下降你会发现食盐的块度在增加。
进行到了这里恭喜你学会了初阶版的水热合成法。
但是实际的水热合成宝石的操作肯定不是这么简单的几句话就能搞定的，这样说也是为了说得更加明白。
真实的情况就更加的复杂，合成的温度的把控，压力的把控，酸碱度的把控等等都是一个问题。
涉及到水热法的宝石还是有很多的，红宝石，蓝宝石，祖母绿。
还有水晶等等，以上这些都是能够进行水热法合成的。
天然祖母绿与合成祖母绿的区别
天然祖母绿与合成祖母绿的区别
祖母绿以苍翠的绿色受到人们的珍爱，它的稀少昂贵，使人们历经近百年的研究，合成了多种人造祖母绿及仿制品。
合成祖母绿目前用助熔剂生长法和水热法合成的祖母绿，因生长环境与天然祖母绿相似，所以物理化学特性也相似。
区别在于合成祖母绿颜色浓艳，有较强的红色荧光，查尔西滤色镜下呈现鲜明的红色，但更主要的区别是包裹体：天然祖母绿具有特殊的三相包体及阳起石、云母包体。
而合成祖母绿的包体是云团状不透明白色未熔化的熔质包体、银白色不透明三角形铂片包体、柱状硅敏石包体。
此外，合成祖母绿折光率和密度均较天然祖母绿稍低，但不能做为识别依据，因为天然祖母绿的折光率也随颜色不同而变化。
天然祖母绿与合成祖母绿的区别大多数需要在实验室内进行，总结一下它们的区别主要有以下这些：1、天然祖母绿的折光率一般在1.57-1.59之间，而合成祖母绿往往折光率较低，一般小于1.57，但有例外的情况。
2、天然祖母绿的比重较大，一般大于2.7，而熔融法合成的祖母绿，比重只有2.65-2.66左右。
但要注意的是，水热合成的祖母绿也有比重较高的。
3、天然祖母绿大多会有瑕疵及三相包裹体，针状、柱状、粒状的结晶矿物包裹体等合成的祖母绿则往往比较干净，水热法合成的祖母绿包裹体，呈“窗纱状”，熔融法合成的祖母绿的包裹体呈面包屑状。
天然与合成祖母绿的包裹体特征不同。
4、天然祖母绿在紫外线下反应比较迟钝，或呈暗红色，而合成祖母绿则往往发强红色荧光。
做此项测试时一般应与标准样进行对照。
水热法合成蓝绿色绿柱石的宝石学及光谱学特征
Fig. 1 Hydrothermal synthetic blue-green beryl samples
1.2测试条件与方法 宝石学常规测试在中国地质大学（武汉）珠宝学院完成"
利用宝石显微镜等常规宝石学仪器对样品的基本宝石学性质 进行观察和测试。
化学成分测试采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 （LA-ICP-MS）进行% LA-ICP-MS测试在武汉上谱分析科技 有限责任公司完成％使用仪器为美国Agilent公司生产的 Aglent7900 电感耦合等离子体质谱仪和 Geolas HD 准分子
关键词 合成绿柱石&水热法&紫外-可见光谱&红外光谱&拉曼光谱
中图分类号：P575. 4 文献标识码：A
DOI： 10.3964力.issn.1000-0593 （2021 ）07225805
引言
绿柱石（beryl）是含铍的六方环状铝硅酸盐矿物,晶体化 学式是Be3A12（SiO3）6,是常见的一种宝石矿物％自然界蕴藏 的宝石级绿柱石矿产资源并不能满足市场逐渐扩大的需求, 因此合成绿柱石很早就出现在市场上％目前合成绿柱石的商 业化生产主要采用水热法，除祖母绿以外，红色、粉红系列、 黄色系列、蓝色系列及与Paraiba碧玺颜色相似的水热法合 成绿柱石都已经出现在市场上，掺杂不同的致色元素可以合 成颜色各异的绿柱石％前人对水热法合成的红色、Paraiba色 绿柱石的宝石学和谱学特征进行过系统研究[1-2],但尚未见 有关蓝绿色合成绿柱石的文献报道％本文对市场上新出现的
(1)400〜1 500 cm-1指纹区红外光谱(图3)主要表现为 绿柱石晶体结构中［S1OJ的振动特点％其中1 230 cm-1处较 强红外吸收谱带归属于 堆(Si—O—Si), 1 092 cm-1以及 1 022 cmt附近两个较弱吸收谱带归属于！s (O—Si—O), 972 cm-1处的强红外吸收谱带归属于！(O—Si—O# 820, 761 , 687和654 cm-1四处中等至弱红外吸收峰由！(Si— O—Si)所致。594 cm-1附近及小于594 cm-1的四个小吸收峰 归属于Q(Si—O)和！(M—O) (M为金属离子)及二者耦合振 动工%
04 水热法
③ 生长阶段 ④ 开釜阶段
工作条件和工艺参数
温度：溶解区360-380℃， 温度：溶解区 ℃ 生长区330-350℃， ℃ 生长区 压力：1100-1600 × 105Pa 压力：1100矿化剂：NaOH、Na2CO3或其混合液 矿化剂：NaOH、 籽晶：⊥Z、∥Y等，机械切割 ∥Y等 籽晶： 合成水晶晶体生长速度： 合成水晶晶体生长速度： 0.6-1.2mm/天（⊥Z） 天 影响晶体生长速率的因素：籽晶取向和面积、充填度、 影响晶体生长速率的因素：籽晶取向和面积、充填度、 取向和面积 温度、压力、 温度、压力、溶液浓度等 t≤50℃ 50℃
Na2CO3等，充填度为80%；
温度： 温度：500-560℃，底部溶解区温度略高，
上部生长区略低，约为470-480 ℃ ；
工作压力：750× 工作压力：750×105Pa。
水热法生长红宝石晶体的鉴别
存在籽晶核 气液包裹体形状相似 云烟状裂隙， 云烟状裂隙，充填液体和气泡 红色荧光强 光谱特征不同
水热法生长宝石晶体与鉴别
本章要点
理解水热法生长宝石晶体的有关概念和原理 理解水热法生长宝石晶体的有关概念和原理 了解影响水热法宝石晶体生长的因素及其 各种宝石晶体的工艺过程和生长条件 掌握水热法生长各种宝石的鉴定特征
思考题
1. 水热法生长宝石晶体的方法有几类？ 水热法生长宝石晶体的方法有几类？ 2. 水热法生长的宝石晶体有几种？ 水热法生长的宝石晶体有几种？ 3. 水热法生长的各种宝石晶体与对应的天然晶体 如何鉴别？ 如何鉴别？ 4. 水热法生长宝石晶体的鉴定特征？ 水热法生长宝石晶体的鉴定特征？ 5. 影响水热法生长宝石晶体的因素是什么？ 影响水热法生长宝石晶体的因素是什么？
水热法生长水晶的鉴别
祖母绿鉴赏
祖母绿鉴赏祖母绿作为5月份的诞生石，是幸运与幸福的象征，古人甚至还认为佩戴祖母绿的人会有超自然的先知能力，可是人思想聪慧并防止疾病侵扰。
同时，祖母绿意味着春天的来临，象征着忠诚、仁慈、善良和幸福。
它是最古老的宝石之一，从史前时期至今，一直视为珍贵的宝石品种。
古希腊人称它为“发光的宝石”。
我国明清两代帝王尤喜欢祖母绿。
祖母绿是属于绿柱石族中最为重要和名贵的品种，居绿色宝石之首，同钻石、红宝石、蓝宝石和金绿猫眼一起被列为“五大珍宝之一”。
祖母绿的名称来自古波斯语Erzurum译音，她青翠悦目的颜色让世人着迷，她代表着自然的美景和生命的意蕴，是人类信心永恒不朽的象征。
1.祖母绿的成分祖母绿是一种含铍铝的硅酸盐，其分子式为Be3Al2[Si6O18]，属于绿柱石家族中最“高贵”的一员。
属六方晶系。
晶体单形为六方柱、六方双锥，多呈长方柱状。
集合体呈粒状、块状等。
翠绿色，玻璃光泽，透明至半透明。
折光率1.564-1.602，双折射率0.005-0.009，多色性不明显。
非均质体。
硬度7.5，密度2.63-2.90 克/立方厘米。
解理不完全，贝壳状断口。
具脆性。
X射线照射下，祖母绿发很弱的纯红色荧光。
2.祖母绿的天然特性祖母绿为铍铝硅酸盐，常含有铬、结晶水、铁等，还有钒、镍、铋、锰等微量元素。
祖母绿多为上升的熔岩与变质岩形成，所以矿脉多在伟晶岩附近发现，祖母绿的物理特性，特别是密度及多色性，因产地的不同而有差异。
天然祖母绿的硬度不算高，为7.5~8。
天然祖母绿的密度因产地不同而有差异，其大小受自身碱金属含量越高，密度也就越大，一般是2.6~2.9克/立方厘米，如巴西祖母绿的密度为 2.68~2.7克/立方厘米。
祖母绿的折射率通常为1.570~1.600，双折射率0.006~0.009，色散为0.014，抛光面为玻璃光泽，透明度差者为油脂光泽，呈透明至半透明。
天然祖母绿和合成祖母绿在紫外荧光下，一般可能不显荧光。
水热法法合成宝石
水热法法合成宝石水热法宝石合成工艺摘要：宝石以其炫目美丽、坚硬、稀少而备受世人瞩目。
随着社会的发展人们对宝石的喜爱和需求日益增大。
宝石除了可以作为钻戒、耳坠、手链等饰品外，工业上是金刚石的最优替代品运用于彩电、手表等电子产品中，然而自然界里的宝石毕竟很有限，价格也昂贵，于是宝石的人工合成就开始兴起，人工合成宝石也开始商业化。
怎么样才能找到合适的合成工艺，合成优质且低成本的宝石呢？这就成了人工宝石合成产业的关键所在。
目前人们合成宝石的工艺主要有焰熔法、助熔剂法、水热法、提拉法等，以下我将主要介绍一下宝石的合成工艺及其特点、还有它的商业前景。
关键词：人工宝石、宝石合成工艺、水热法、商业前景一、宝石种类以及人工宝石背景宝石概念种类：宝石是岩石中最美丽而贵重的一类石。
它们颜色鲜艳，质地晶莹，光泽灿烂，坚硬耐久，同时赋存稀少，是可以制作首饰等用途的天然矿物晶体，如钻石、水晶、祖母绿、红宝石、蓝宝石和金绿宝石（变石、猫眼）等；也有少数是天然单矿物集合体，如冰彩玉髓、欧泊。
还有少数几种有机质材料，如琥珀、珍珠、珊瑚、煤精和象牙，也包括在广义的宝石之内。
广义的概念宝石和玉石不分，泛指宝石，指的是色彩瑰丽、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物或岩石，包括天然的和人工合成的，也包括部分有机材料。
狭义的概念有宝石和玉石之分，宝石指的是色彩瑰丽、晶莹剔透、坚硬耐久、稀少，并可琢磨成宝石首饰的单晶体或双晶，包括天然的和人工合成的，如钻石、蓝宝石等；而玉石是指色彩瑰丽、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物集合体或岩石，如翡翠、软玉、独山玉、岫玉等，同样既包括天然的，又包括人工合成的。
石的一些特性:宝石均为单晶体、颜色具有均匀单一性、多呈透明体、有光泽、密度变化具有很小范围性、良好的导热性、体积相对要小，重量也轻、硬而脆。
人工宝石的合成背景刚玉是最早合成并进行商业化生产的一类宝石，它发展的同时也带动了其他宝石的发展。
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其他宝石学特征对比 除俄罗斯早期水热法合成祖母绿在查尔斯滤色镜 下呈黄色调或无变化之外，其他水热法合成祖母 绿在查尔斯滤色镜下均呈红色调。 澳大利亚Biron及Pool产水热法祖母绿和俄罗斯产 水热法祖母绿在紫外荧光下无反应（可能是产品 中含铁，对紫外荧光有淬灭作用 桂林的水热法合成祖母绿中出现的三相钉状包裹 体，其钉头为固体包裹体，内含物除硅铍石外， 还有金绿宝石、绿柱石，也可作为鉴定特征之一。
籽晶片取向：最理想的取向是与结晶轴C轴的夹角为 20°～25°产品外观为短柱状；俄罗斯的Tairaus采 用籽晶片与C轴夹角为43°～47°是切角最大的， 产品为长板状。大多国家采用20°～40°桂林早期 采用35°左右，新工艺则为23°左右。 着色剂方面，我国与大多数国家一样采用含铬试剂， 少数国家采用(铬+钒)试剂，或者(铬+钒+铁)。 我国与大多国家一样采用黄金管密封悬浮法(澳大利 亚Biron和Pool无资料可查)。俄罗斯Tairus公司不用 黄金管，产品中含较高铁以及少量铜和镍。
水热法合成祖母绿设备及生长过程 高压釜 自动控温电阻炉 测温设备 热电偶 黄金管
一种高压釜的结构示意图，一 般用耐高温高压的钢材制成。 关键结构是可开启的密封系统， 内含贵金属衬里，防止钢质容 器被高温高压矿化剂腐蚀。
水热法合成祖母绿晶体生长过程
组装好的高压釜在电阻炉加热下升温，内部的水溶液膨胀 产生高压。在600℃左右，黄金管底部的原料被溶解进入 矿化剂水溶液，其中的祖母绿组分浓度不断增大直至达到 饱和。 由于温差作用，底部温度较高的溶液流到上部温度较低的 结晶区，由饱和溶液变为过饱和溶液，祖母绿分子在悬挂 的籽晶片上结晶析出。不断重复这一过程直到及鉴别
在水热法生长工艺上，各国均采用高压釜、温差电阻炉和 自动控温设备。矿化剂以酸性复杂溶液为主，由于哥伦比 亚的优质天然祖母绿产于碱性碳酸岩中，历史上也有因此 采用碱性系统的实验，但不能保证稳定的物相形成。近来 也有用硫酸系统的实验。 水热法生长的温度500～600℃，温度梯度10～130℃ 压力70～600MPa,新工艺570℃左右，压力为170MPa左 右。
水热法合成宝石概述 水热法是一种非限制性的晶体生长方法。其原理 是将生长晶体的原料溶解在高温高压水溶液环境 中，采取适当措施使之达到过饱和并在籽晶片上 结晶。该法生长的晶体具有热应力小、位错密度 低、晶体结构完整、缺陷少、纯度高、光学均匀 性好等特点。目前多应用于刚玉、水晶、祖母绿 等合成。其生长机理及环境与天然极其相似，因 此该法生长的晶体在宝石学特征、包裹体等方面 与天然品十分接近。更容易被消费者接受。可见 水热法在合成红蓝宝石、祖母绿等高档宝石方面 具有独特的优越性。
俄罗斯水热法合成祖母绿产品中，有棕红色呈六 边形不透明的板状氧化铁固体包裹体，可作为主 要鉴定特征，另外的特征有籽晶切向为45°左右， 颜色较深等。 所有水热法合成祖母绿颜色都是带蓝色调的绿色 和翠绿色，多色性明显：No为黄绿色、Ne为蓝绿 色。就质量而言，以中国桂林、澳大利亚Biron和 美国Regency相对较好，俄罗斯Tairus质量相对 较差。
参考文献
陈振强 . 桂林新型水热法合成祖母绿的宝石学特征. 宝石与宝石学杂志2000 （4） 曾骥良 . 中国水热法生长的红宝石与祖母绿。2000年北京国际珠宝首饰学术 会议. 2000-05 沈才卿 . 桂林水热法合成祖母绿的生长原理、鉴定特征和发展前景 珠宝科 技2002年第二期总第45期第14卷
水热法合成祖母绿的历史
水热法由意大利人spezia于十九世纪末发明，主要用于地 球化学相平衡和合成晶体的研究。 1930年，德国的I.G.Faben在此基础上合成出第一块祖母 绿晶体。60年代，奥地利的Lechleitne以浅色绿柱石为原 料合成成功。1965年，美国Linde公司实现了该法合成祖 母绿商业化生产。 1993年底俄罗斯与泰国合资组建Tairus公司从事水热法生 产。 1987年10月我国开始研究水热法合成祖母绿，不久后合 成出我国第一块祖母绿
合成祖母绿技术及其 发展前景
制作人：曾维靖 吴亮亮 邹昆迪 班 级 ：141081
摘要： 摘要： 介绍水热法合成宝石晶体技术的历史和现状，同 时简述所需的设备及步骤 阐述现阶段世界各主要水热法合成祖母绿产品供 应商的部分工艺 指出该方法的发展前景：完善工艺，降低成本； 合成新的功能晶体，拓宽应用范围。 关键词：水热法 祖母绿 矿化剂 酸性环境