Способ получения окрашенных кристаллов кварца Советский патент 1993 года по МПК C30B7/10 C30B29/18 

Изобретение относится к области выращивания монокристаллов, в частности, окрашенного кварца и промышленнс применимо для ювелирных целей.

Целью изобретения является повышение ювелирной ценности кристаллов окрашенного кварца за счет расширения гаммы окраски.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения окрашенных кристаллов кварца гидротермальным методом из водного раствора карбоната калия, содержащего окислитель, и примеси железа, на затравку, в качестве окислителя используют азотнокислый галлий в количестве от 10 до 50 мг/л и азотнокислое железо в количестве от 0.5 до 1.5 г/л.

В частности, длл получения аметиста, кристаллы выращивают на затравку, параллельную граня малого ромбоэдра. При этом для усиления насыщенности цвета раствор может дополнительно содержать окись кобальта и азотнокислый литий.

В частности, для получения цитрина кристаллы выращивают на пинакоидальную ззтргвку и затем облучают с дозой от 10б до 107Р.

Как известно, при выращивании а щелочных средах примеси галлия не входят в структуру кристалла, так как галлий образует в них труд нерастворимую силикатную фзю

зу К GaSiaOs и уводится из растаора. Введение в раствор азотнокислого железа, а также азотнокислых гзллия и лития создает сильную окислительную среду (МОз)-. что дает возможность ионам Ga + входить в кристалл и замещать Si +, а после у -облучения с дозой от 10 (при меньших дозах центры окраски не создаются) до 10 (при этой дозе наступает насыщение цвета) формировать центры желтой окраски. При выращивании на затравках, параллельных грани малого ромбоэдра, ионы Fe , входящие в кристалл, формируют центры фиолетовой окраски, а при выращивании на пинакоидальную затравку - центры желтой окраски, В первом случае одновременное наличие центров фиолетовой и желтой окраски позволяет получить красно-фиолетовый оттенок, что приближает кристалл по ювелирной ценности к лучшим сортам природного аметиста, Во втором случае одновременно присутствуют два типа центров желтой окраски. Оттенок в обоих случа- ях можно варьировать, изменяя концентрацию галлия в растворе и дозу облучения.

Уменьшение концентрации Ре(МОз)з менее 0,5 г/л снижает окислительный потенциал раствора, что приводит к образованию вышеуказанной труднорастворимой силикатной фазы и Ga выводится из раствора. Увеличение концентрации азотнокислого железа свыше 1,5 г/л приводит к тому, что насыщение Ga3+ затрудняется из-за интенсивного вхождения железа в кристалл. При концентрации Са(МОз)з менее 10 мг/л влияние центров желтой окраски становится малозаметным, а при концентрации азотнокислого галлия свыше 50 мг/л в кристаллах аметиста начинает проявляться желтизна в окраске, а в кристаллах цитрина становится малозаметным влияние центров желтой окраски, формируемых ионами Fe .

Введение железа в виде азотнокислого приводит к тому, что оно входит в кристалл в виде ионов Fe равномерно на протяжении всего цикла выращивания, так как его концентрация в растворе на несколько порядков выше, чем в растущем кристалле.

Получение кристаллов окрашенного кварца возможно при концентрациях:

К2СОз-от5до10%,Со20зот10до200мг/л, LINOj от 0,01 до 0,05%. Условия выращивания: температура от 250 до 400°С, перепад температур от 20 до 40°С, давление от 40 до

160 МПа. После выращивания кристаллы обрабатывали ионизирующим у -излучением (источник СобО, доза 106 до 107 Р).

Пример 1. Выращивание кристаллов аметиста проводили в стандартном автоклаве емкостью 500 мл гидротермальным методом на затравки, параллельные грани малого ромбоэдра, при температуре кристаллизации 341 °С, перепад температур 28,5°С, давление 115 МПа, рабочий раствор;

7% КзСОз; 1,2% Ре(МОз)з; 20 мг/л Со20з; 0,02% ШОз; 20 мг/л 6з(МОз)з. В результак были получены кристаллы аметиста равномерной, розовато-фиолетовой окраски плотностью 1,. Другие примеры приведены

в табл. 1,

Пример 2. В стандартном автоклаве емкостью 500 мл при температуре 324°С, перепаде температур 29°С, давлении 60 МПа в 8%-ном растворе К2СОз с добавками

Ре(МОз)з в количестве 0,5 г/л и Са(МОз)з в количестве 30 мг/л были получены кристаллы цитпина, которые после облучения с дозой ЮР имели ярко-желтую окраску с плотностью 0,4 . Другие примеры

приведены в таблице 2.

Формула изобретения

1.Способ получения окрашенных кристаллов кварца, включающий их выращивзние гидротермальным методом из водного раствора карбоната калия, содержащего примеси железа и окислитель, на затравку и последующее у -облучения, отличающийся тем, что в качестве окислителя

используют азотнокислый и азотнокислое железо в количестве 10-50 мг/л и 0,5-1,5 г/л соответственно.

2.Способ поп.1,отличающийся тем, что для получения аметистовой окраски

затравку берут параллельную грани малого ромбоэдра, а раствор дополнительно содержит оксид кобальта и азотнокислый литий.

3.Способ по п. 1,отличающийся тем, что для получения окраски цитрина используют пинакоидальную затравку, а облучение ведут дозой 106-10 Р.

Таблица 1

Использование: для ювелирных целей. Сущность изобретения: при выращивании кристаллоэ кварца гидротермальным методом на затравку в водный раствор карбоната калия с примесями железа добавляли окислитель, состоящий из азотнокислого галлия (10-50 мг/л) м азотнокислое железо

Таблица 2