第17卷 第3期 2001年
5月
铀 矿 地 质Uranium Geology
Vol.17 No.3 May
2001
中国的人工合成宝石业
中国的人工合成宝石业,始于1958年,改革开放后发展迅速,为弥补天然宝石资源的不足和丰富中国珠宝首饰市场作出了贡献。
坩埚下降法,化学沉淀法,常压高温熔炼法等。基本上包含了世界上人工合成宝石的主要方法。
1 中国人工合成宝石的分类
根据中国1997年5月1日实施的国家标准/GB/T16552-1996珠宝玉石名称0的规定,人工合成宝石包括4部分:合成宝石、人造宝石、拼合宝石和再造宝石。
(1)合成宝石:完全或部分由人工制造且自然界有已知对应物的晶质或非晶质体,其物理性质、化学成分和晶体结构与对应的天然珠宝玉石基本相同,如合成红宝石、合成祖母绿、合成水晶等。
(2)人造宝石:由人工制造且自然界无已知对应物的晶质或非晶质体称人造宝石。如人造钇铝榴石(YAG)、人造钆镓榴石(GGG)、稀土玻璃类仿各种宝石、玻璃纤维仿猫眼宝石、玻璃质人造绿松石、人造红珊瑚等。
(3)拼合宝石:由两块或两块以上材料经人工拼合而成,给人以整体印象的珠宝玉石称拼合宝石,简称拼合石。如上层欧泊、下层黑玛瑙组成的宝石。
(4)再造宝石:通过人工手段将天然珠宝玉石的碎块或碎屑熔结或压结成整体外观的珠宝玉石。如再造琥珀、再造绿松石等。
我国从事拼合宝石及再造宝石的企业不多,产量也很少。
3 中国人工合成宝石的主要品种
(1)焰熔法合成的各种颜色的红宝石、蓝
宝石、星光红宝石、星光蓝宝石、尖晶石(8种颜色)、金红石和人造碳酸锶等。
(2)水热法合成的各种颜色的水晶、祖母绿、绿宝石、红宝石、蓝宝石等。(3)冷坩埚熔壳法合成的各种颜色的立方氧化锆。
(4)高温超高压法合成的金刚石和翡翠。(5)助熔剂法合成的红宝石、祖母绿、YAG等。
(6)熔体提拉法合成的红宝石、蓝宝石、星光红宝石和星光蓝宝石、YAG及YAG仿祖母绿、仿海兰宝石、仿紫晶等。
(7)熔体导模法生产的各种颜色的刚玉类合成宝石、合成红宝石猫眼、合成金绿宝石猫眼、合成星光红宝石及星光蓝宝石等。(8)化学沉淀法合成的孔雀石,化学气相沉淀法合成的金刚石膜及晶体等。
(9)常压高温熔炼法生产的玻璃质仿宝石材料,主要有不同颜色的稀土玻璃仿各种宝石、各种颜色玻璃纤维仿猫眼,微晶玻璃瓷珠,玻璃质仿金星石、仿绿松石、仿红珊瑚等。
2 中国人工合成宝石的方法
高温超高压法,焰熔法,水热法,助熔剂法,4 中国主要人工合成宝石基地、厂家及其特点
(1)焰熔法合成宝石基地主要在浙江省衢,
第3期 沈才卿:中国的人工合成宝石业
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台市、江苏省苏州市和浙江省余杭市也有少量生产。年产量50-60t左右。
浙江省衢州市巨宗合成刚玉有限公司采用化工生产中多余的氢气和氧气进行焰熔法生产宝石,比原来电解水产生氢气与氧气的工艺节省了成本。该公司有260多台生产设备,年产合成红宝石25t左右,主要生产6号红、5号红、3号红(桃红)、2号红(水红)的合成红宝石及无色蓝宝石。
焰熔法合成蓝色蓝宝石生产基地主要在陕西省宝鸡市,但在技术上没有解决内外颜色一致的问题,因此产量不大。
(2)焰熔法合成尖晶石正式进入商业化生产是在1998年,由浙江省衢州市巨宗合成刚玉有限公司生产,目前所生产的合成尖晶石从无色-湖兰色-海兰色-深兰色有8种不同颜色。由于焰熔法生产刚玉类宝石与尖晶石类宝石的设备相同,仅原料与温度等不一样,所以生产合成红宝石或合成尖晶石可以随时按订单调整生产品种和产量。
(3)高温超高压法生产金刚石始于1963年。由于金刚石的硬度高,在工农业生产及军工生产等方面有广泛的应用,生产工艺又比较成熟,因此中国广大地区都有合成金刚石厂。据不完全统计,到1996年12月,中国人工合成金刚石厂家达3000余家,年产量5亿克拉以上。生产的金刚石基本上都是工业级,没有宝石级金刚石的专业生产厂,也没有特别大的生产基地。
利用高温超高压原理合成翡翠的研究在80年代已经完成,但没有进入商业生产。目前国内仍有人在继续研究,力图在技术上有所突破,达到商业化生产。
(4)水热法合成水晶始于60年代,到1995年底,中国合成水晶厂约107家,其中生产合成压电水晶的有101家,产量达1400t。彩色水晶主要供应珠宝首饰市场,可以根据市场需要调整生产,最多时,1993年曾生产合成彩色水晶500t。
中国最大的合成水晶厂是浙江省台州市椒江浙江水晶厂,有22个分厂,年产合成水晶达t,据报导,宁夏回族自治区某水晶合成厂一釜合成7枚特大型水晶,最重的1013kg,最小的911kg,总重近70kg。
中国彩色合成水晶主要以紫色、黄色、绿色和兰色为主,也能生产金黄色、黑色和烟色等颜色的合成水晶。彩色水晶主要用于珠宝首饰行业的项链、脚链、戒面、眼镜、钮扣及仿真首饰工艺品。
(5)水热法合成祖母绿生产基地在广西桂林,1993年正式投产,年产量7000克拉。颜色以仿哥伦比亚祖母绿和巴西产祖母绿中最高档的颜色为主,内有钉状气液包裹体。1998年起,改用大型高压釜并调整配方及参数生产,目前还在调试之中,投产后,产量将会大幅度提高。
(6)中国的水热法合成红宝石由广西宝石研究所于1994年获得成功,但色调不够理想。1997年被列入/国家九五重点科技攻关专题0,1999年12月23日通过国家科技部组织的专家委员会验收,评审结论是优秀。利用水热法不仅生长出质量上乘的红宝石还可生长黄色与无色的蓝宝石。目前正在组装生产线,计划年产10万克拉宝石。产品已远销美国、泰国、澳大利亚及印度等国。据可靠消息,广西全州某公司已购买水热法生长红宝石技术。可见,在不久的将来,我们将有更多的优质水热法合成祖母绿和合成红宝石投入市场。广西桂林将成为中国水热法合成祖母绿和合成红宝石的重要基地。
(7)中国的冷坩埚熔壳法合成立方氧化锆于1983年在上海和北京投产。到80年代末,全国一度有90台左右的高频生产炉生产立方氧化锆,年产量100t左右,能生产出十几种彩色立方氧化锆,但单炉的产量较低,仅5-15kg/炉。由于高频炉合成立方氧化锆用电量大,单产低,90年代大部分生产厂倒闭。目前合成立方氧化锆生产基地主要在广西全州,由于引进了4套生产设备,其单炉产量为120kg立方氧化锆,所以仅此一个厂年产量就可达150t。其它立方氧化锆生产厂家在河南省三门峡电站、湖北丹江口电站、江西奉贤等地,年产量都
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铀 矿 地 质 第17卷
目前生产的主要是无色仿钻石用的立方氧化锆。彩色立方氧化锆以紫罗兰色、玫瑰红色、粉红色、桔黄色、黑色、大红色为主,近期又开发出宝石兰和祖母绿色,其他颜色也可根据订单生产。
(8)熔体提拉法于70年代投产,主要用于生产激光用晶体,这些晶体也可用于珠宝首饰,质量比较好,因产量低,故价格较高。目前用于珠宝首饰的品种有合成红宝石、合成蓝宝石、合成星光红宝石、合成星光蓝宝石、人造钇铝榴石(YAG)和人造钆镓榴石(GGG)等。主要生产基地在上海、北京、四川和广东等地。
四川省西南技术物理所用YAG生产的仿祖母绿宝石,不仅外观与天然祖母绿相似,而且铬致色的吸收光谱和荧光光谱也相似,深受国内外用户好评。该所还可用YAG生产仿海兰宝石、仿橄榄石等多种品种。上海在合成星光刚玉宝石方面处于领先地位。
(9)熔体导模法的设备和技术条件要求都很高,目前仅天津硅酸盐研究所可用此法合成宝石。他们可以生产合成刚玉类宝石,尤其是合成红宝石猫眼、合成金绿宝石猫眼在国内独此一家;还能合成刚玉类星光宝石。此方法产量不大。
(10)助熔剂法合成祖母绿和合成红宝石90年代初北京就进行过研究,并获得了成功,但至今没有投入批量生产。
(11)化学沉淀法合成孔雀石1987年在上海试验成功,但至今没有投产。化学气相沉淀法合成金刚石薄膜在军工上得到了应用,工业生产上也有一定应用,但在珠宝方面的钻石表面或宝石表面镀膜国内尚未开展工作。中国利用化学气相沉淀法合成的多晶金刚石已在北京面世,且已用在珠宝首饰上,但表面颜色为黑色,产量也不大。
(12)常压高温熔炼法生产的人工合成宝石,主要是玻璃质的各类仿宝石,可归入人造宝石类。此类产品品种较多,产量较大。
¹加稀土元素改造的高折光率玻璃,80年代研制成功并进入市场,可以逼真地仿紫晶、仿橄榄石、仿红宝石、仿蓝宝石(多种颜色)、仿
祖母绿、仿翡翠等,共有20多种颜色,被大量用于仿真首饰。主要生产基地在上海及其周边地区。
º用玻璃纤维生产的仿猫眼宝石于1990年前后在上海问世。猫眼线转动灵活,有20多种颜色,但由于玻璃质硬度低,首饰佩戴过程中易使宝石表面失去光亮,所以现在不再受宠。
目前在工艺品中应用较多。主要生产基地在上海及其周边地区。
»用微晶玻璃生产技术生产的瓷珠,具有猫眼效果,是上海在90年代投产的又一种受欢迎的仿宝石产品,主要用于生产项链、手链、脚链的小圆珠。生产基地在上海。
¼北京永奥人工宝石研究所是生产玻璃质仿金星石、仿绿松石和仿红珊瑚的基地,1994年投产。投产时,就可生产棕红色、绿色和蓝色3种底色上闪金星的仿金星石,质量达到或超过了国外同类产品,且价格只有进口的三分之一,已完全占领了国内市场,1996年销售了136t之多。仿绿松石有无铁线及有铁线两种,颜色深浅可调。仿红珊瑚也有蜡烛红及桔皮红2种颜色,均可大量供应。
½高折光率铅玻璃大量用于仿水晶的首饰和工艺品上,国内很多玻璃厂均能生产。¾北京生产的料器闻名全国,料器均属玻璃质,可制成多种仿玉器料,包括仿翡翠。
¿河南省南阳、浙江省宁波等地生产的合成玛瑙,也是玻璃质的,应该称仿玛瑙产品。À普通玻璃所作各种宝石的仿制品,一般都在比较低档的仿真首饰上使用。
综上所述,中国人工合成宝石产品中,合成宝石的优势产品首推合成水晶,其次是合成立方氧化锆和合成红宝石及合成祖母绿;人造宝石的优势产品首推玻璃质仿宝石,包括稀土元素改造的高折光率玻璃仿宝石制品,玻璃纤维仿猫眼宝石,微晶玻璃技术生产仿猫眼宝石瓷珠,玻璃质仿金星石、仿绿松石和仿红珊瑚,其次是人造钇铝榴石(YAG)及其YAG仿祖母绿等仿宝石,人造钆镓榴石(GGG)等。
沈才卿供稿
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2001
中国的人工合成宝石业
中国的人工合成宝石业,始于1958年,改革开放后发展迅速,为弥补天然宝石资源的不足和丰富中国珠宝首饰市场作出了贡献。
坩埚下降法,化学沉淀法,常压高温熔炼法等。基本上包含了世界上人工合成宝石的主要方法。
1 中国人工合成宝石的分类
根据中国1997年5月1日实施的国家标准/GB/T16552-1996珠宝玉石名称0的规定,人工合成宝石包括4部分:合成宝石、人造宝石、拼合宝石和再造宝石。
(1)合成宝石:完全或部分由人工制造且自然界有已知对应物的晶质或非晶质体,其物理性质、化学成分和晶体结构与对应的天然珠宝玉石基本相同,如合成红宝石、合成祖母绿、合成水晶等。
(2)人造宝石:由人工制造且自然界无已知对应物的晶质或非晶质体称人造宝石。如人造钇铝榴石(YAG)、人造钆镓榴石(GGG)、稀土玻璃类仿各种宝石、玻璃纤维仿猫眼宝石、玻璃质人造绿松石、人造红珊瑚等。
(3)拼合宝石:由两块或两块以上材料经人工拼合而成,给人以整体印象的珠宝玉石称拼合宝石,简称拼合石。如上层欧泊、下层黑玛瑙组成的宝石。
(4)再造宝石:通过人工手段将天然珠宝玉石的碎块或碎屑熔结或压结成整体外观的珠宝玉石。如再造琥珀、再造绿松石等。
我国从事拼合宝石及再造宝石的企业不多,产量也很少。
3 中国人工合成宝石的主要品种
(1)焰熔法合成的各种颜色的红宝石、蓝
宝石、星光红宝石、星光蓝宝石、尖晶石(8种颜色)、金红石和人造碳酸锶等。
(2)水热法合成的各种颜色的水晶、祖母绿、绿宝石、红宝石、蓝宝石等。(3)冷坩埚熔壳法合成的各种颜色的立方氧化锆。
(4)高温超高压法合成的金刚石和翡翠。(5)助熔剂法合成的红宝石、祖母绿、YAG等。
(6)熔体提拉法合成的红宝石、蓝宝石、星光红宝石和星光蓝宝石、YAG及YAG仿祖母绿、仿海兰宝石、仿紫晶等。
(7)熔体导模法生产的各种颜色的刚玉类合成宝石、合成红宝石猫眼、合成金绿宝石猫眼、合成星光红宝石及星光蓝宝石等。(8)化学沉淀法合成的孔雀石,化学气相沉淀法合成的金刚石膜及晶体等。
(9)常压高温熔炼法生产的玻璃质仿宝石材料,主要有不同颜色的稀土玻璃仿各种宝石、各种颜色玻璃纤维仿猫眼,微晶玻璃瓷珠,玻璃质仿金星石、仿绿松石、仿红珊瑚等。
2 中国人工合成宝石的方法
高温超高压法,焰熔法,水热法,助熔剂法,4 中国主要人工合成宝石基地、厂家及其特点
(1)焰熔法合成宝石基地主要在浙江省衢,
第3期 沈才卿:中国的人工合成宝石业
#191#
台市、江苏省苏州市和浙江省余杭市也有少量生产。年产量50-60t左右。
浙江省衢州市巨宗合成刚玉有限公司采用化工生产中多余的氢气和氧气进行焰熔法生产宝石,比原来电解水产生氢气与氧气的工艺节省了成本。该公司有260多台生产设备,年产合成红宝石25t左右,主要生产6号红、5号红、3号红(桃红)、2号红(水红)的合成红宝石及无色蓝宝石。
焰熔法合成蓝色蓝宝石生产基地主要在陕西省宝鸡市,但在技术上没有解决内外颜色一致的问题,因此产量不大。
(2)焰熔法合成尖晶石正式进入商业化生产是在1998年,由浙江省衢州市巨宗合成刚玉有限公司生产,目前所生产的合成尖晶石从无色-湖兰色-海兰色-深兰色有8种不同颜色。由于焰熔法生产刚玉类宝石与尖晶石类宝石的设备相同,仅原料与温度等不一样,所以生产合成红宝石或合成尖晶石可以随时按订单调整生产品种和产量。
(3)高温超高压法生产金刚石始于1963年。由于金刚石的硬度高,在工农业生产及军工生产等方面有广泛的应用,生产工艺又比较成熟,因此中国广大地区都有合成金刚石厂。据不完全统计,到1996年12月,中国人工合成金刚石厂家达3000余家,年产量5亿克拉以上。生产的金刚石基本上都是工业级,没有宝石级金刚石的专业生产厂,也没有特别大的生产基地。
利用高温超高压原理合成翡翠的研究在80年代已经完成,但没有进入商业生产。目前国内仍有人在继续研究,力图在技术上有所突破,达到商业化生产。
(4)水热法合成水晶始于60年代,到1995年底,中国合成水晶厂约107家,其中生产合成压电水晶的有101家,产量达1400t。彩色水晶主要供应珠宝首饰市场,可以根据市场需要调整生产,最多时,1993年曾生产合成彩色水晶500t。
中国最大的合成水晶厂是浙江省台州市椒江浙江水晶厂,有22个分厂,年产合成水晶达t,据报导,宁夏回族自治区某水晶合成厂一釜合成7枚特大型水晶,最重的1013kg,最小的911kg,总重近70kg。
中国彩色合成水晶主要以紫色、黄色、绿色和兰色为主,也能生产金黄色、黑色和烟色等颜色的合成水晶。彩色水晶主要用于珠宝首饰行业的项链、脚链、戒面、眼镜、钮扣及仿真首饰工艺品。
(5)水热法合成祖母绿生产基地在广西桂林,1993年正式投产,年产量7000克拉。颜色以仿哥伦比亚祖母绿和巴西产祖母绿中最高档的颜色为主,内有钉状气液包裹体。1998年起,改用大型高压釜并调整配方及参数生产,目前还在调试之中,投产后,产量将会大幅度提高。
(6)中国的水热法合成红宝石由广西宝石研究所于1994年获得成功,但色调不够理想。1997年被列入/国家九五重点科技攻关专题0,1999年12月23日通过国家科技部组织的专家委员会验收,评审结论是优秀。利用水热法不仅生长出质量上乘的红宝石还可生长黄色与无色的蓝宝石。目前正在组装生产线,计划年产10万克拉宝石。产品已远销美国、泰国、澳大利亚及印度等国。据可靠消息,广西全州某公司已购买水热法生长红宝石技术。可见,在不久的将来,我们将有更多的优质水热法合成祖母绿和合成红宝石投入市场。广西桂林将成为中国水热法合成祖母绿和合成红宝石的重要基地。
(7)中国的冷坩埚熔壳法合成立方氧化锆于1983年在上海和北京投产。到80年代末,全国一度有90台左右的高频生产炉生产立方氧化锆,年产量100t左右,能生产出十几种彩色立方氧化锆,但单炉的产量较低,仅5-15kg/炉。由于高频炉合成立方氧化锆用电量大,单产低,90年代大部分生产厂倒闭。目前合成立方氧化锆生产基地主要在广西全州,由于引进了4套生产设备,其单炉产量为120kg立方氧化锆,所以仅此一个厂年产量就可达150t。其它立方氧化锆生产厂家在河南省三门峡电站、湖北丹江口电站、江西奉贤等地,年产量都
#192#
铀 矿 地 质 第17卷
目前生产的主要是无色仿钻石用的立方氧化锆。彩色立方氧化锆以紫罗兰色、玫瑰红色、粉红色、桔黄色、黑色、大红色为主,近期又开发出宝石兰和祖母绿色,其他颜色也可根据订单生产。
(8)熔体提拉法于70年代投产,主要用于生产激光用晶体,这些晶体也可用于珠宝首饰,质量比较好,因产量低,故价格较高。目前用于珠宝首饰的品种有合成红宝石、合成蓝宝石、合成星光红宝石、合成星光蓝宝石、人造钇铝榴石(YAG)和人造钆镓榴石(GGG)等。主要生产基地在上海、北京、四川和广东等地。
四川省西南技术物理所用YAG生产的仿祖母绿宝石,不仅外观与天然祖母绿相似,而且铬致色的吸收光谱和荧光光谱也相似,深受国内外用户好评。该所还可用YAG生产仿海兰宝石、仿橄榄石等多种品种。上海在合成星光刚玉宝石方面处于领先地位。
(9)熔体导模法的设备和技术条件要求都很高,目前仅天津硅酸盐研究所可用此法合成宝石。他们可以生产合成刚玉类宝石,尤其是合成红宝石猫眼、合成金绿宝石猫眼在国内独此一家;还能合成刚玉类星光宝石。此方法产量不大。
(10)助熔剂法合成祖母绿和合成红宝石90年代初北京就进行过研究,并获得了成功,但至今没有投入批量生产。
(11)化学沉淀法合成孔雀石1987年在上海试验成功,但至今没有投产。化学气相沉淀法合成金刚石薄膜在军工上得到了应用,工业生产上也有一定应用,但在珠宝方面的钻石表面或宝石表面镀膜国内尚未开展工作。中国利用化学气相沉淀法合成的多晶金刚石已在北京面世,且已用在珠宝首饰上,但表面颜色为黑色,产量也不大。
(12)常压高温熔炼法生产的人工合成宝石,主要是玻璃质的各类仿宝石,可归入人造宝石类。此类产品品种较多,产量较大。
¹加稀土元素改造的高折光率玻璃,80年代研制成功并进入市场,可以逼真地仿紫晶、仿橄榄石、仿红宝石、仿蓝宝石(多种颜色)、仿
祖母绿、仿翡翠等,共有20多种颜色,被大量用于仿真首饰。主要生产基地在上海及其周边地区。
º用玻璃纤维生产的仿猫眼宝石于1990年前后在上海问世。猫眼线转动灵活,有20多种颜色,但由于玻璃质硬度低,首饰佩戴过程中易使宝石表面失去光亮,所以现在不再受宠。
目前在工艺品中应用较多。主要生产基地在上海及其周边地区。
»用微晶玻璃生产技术生产的瓷珠,具有猫眼效果,是上海在90年代投产的又一种受欢迎的仿宝石产品,主要用于生产项链、手链、脚链的小圆珠。生产基地在上海。
¼北京永奥人工宝石研究所是生产玻璃质仿金星石、仿绿松石和仿红珊瑚的基地,1994年投产。投产时,就可生产棕红色、绿色和蓝色3种底色上闪金星的仿金星石,质量达到或超过了国外同类产品,且价格只有进口的三分之一,已完全占领了国内市场,1996年销售了136t之多。仿绿松石有无铁线及有铁线两种,颜色深浅可调。仿红珊瑚也有蜡烛红及桔皮红2种颜色,均可大量供应。
½高折光率铅玻璃大量用于仿水晶的首饰和工艺品上,国内很多玻璃厂均能生产。¾北京生产的料器闻名全国,料器均属玻璃质,可制成多种仿玉器料,包括仿翡翠。
¿河南省南阳、浙江省宁波等地生产的合成玛瑙,也是玻璃质的,应该称仿玛瑙产品。À普通玻璃所作各种宝石的仿制品,一般都在比较低档的仿真首饰上使用。
综上所述,中国人工合成宝石产品中,合成宝石的优势产品首推合成水晶,其次是合成立方氧化锆和合成红宝石及合成祖母绿;人造宝石的优势产品首推玻璃质仿宝石,包括稀土元素改造的高折光率玻璃仿宝石制品,玻璃纤维仿猫眼宝石,微晶玻璃技术生产仿猫眼宝石瓷珠,玻璃质仿金星石、仿绿松石和仿红珊瑚,其次是人造钇铝榴石(YAG)及其YAG仿祖母绿等仿宝石,人造钆镓榴石(GGG)等。
沈才卿供稿