زمردهای مصنوعی به روش فلاکس و هیدروترمال به همراه تشخیص آنها

تاریخچه روش فلاکس (Flux) و هیدروترمال (hydrothermal) در زمردها

شروع آزمایشات بر روی رشد زمرد یا ساخت زمردهای مصنوعی به سال 1880 بر میگردد. اولین زمرد های ساخته شده در کشور فرانسه در سال 1884 بود که این کریستال سالها در موزه ملی آمریکا در دانشگاه میشیگان نگه داری میشد. کریستال های ساخته شده هم کوچک و هم دارای هزینه ساخت بالایی بودند به همین دلیل وارد بازار نشدند. از نظر اهمیت سرمایه گذاران نیز آنها را همرده کوارتز سنتتیک می گماردند. زمرد به دلیل ترکیب شیمیایی آن (سیلیکات آلمینیوم و برریلیوم) از روش ساده flame fusion امکان ساختش وجود ندارد. در سال 1912 و پس از کنار گذاشتن متد ترکیب بریل و شیشه و آمدن روشهای جدید، تمامی زمرد های مصنوعی تا به امروز از روش فلاکس یا هیدروترمال رشد می یابند.

به دلیل گران قیمت بودن هزینه این روش ها بکار گیری آنها برای ساخت زمرد مانند یاقوت های مصنوعی ارزان نیستند و ممکن است بسته به کیفیت و سایز از قیراطی 40 دلار تا بیش از 500 دلار نیز باشند. ابتدا دو روش فلاکس و هیدروترمال که فرآیند نسبتا مشابهی دارند را توضیح و سپس به بررسی روشهای تشخیص ناخالصی ها و درونگیرهای مختلف آنها می پردازیم.

تولید زمرد سنتتیک به روش فلاکس چگونه است؟

زمرد های رشد یافته به روش فلاکس (Flux) در آزمایشگاه، حجم بسیاری از زمردهای سنتتیک و مصنوعی دنیا را شامل می شوند. در این روش ماده ای که نقطه ذوب مواد اطرافش را کاهش می دهد در ظرف مخصوص ذوب قرار گرفته و با حل شدن آن عناصر دیگری که برای تشکیل زمرد نیاز است نیز ذوب می شوند. این عناصر می توانند شامل نمک کرومیوم برای رنگ، اسید مولیبدیک لیتیوم به همراه سیلیکات برای تشکیل SiO2 و از پلاتینوم استفاده می شود تا اکسید مخلوط بریلیوم اکساید و اکسید آلومینا در آنجا قرار بگیرند. پس از ذوب اکسید سبب حل شدن سیلیس می شود. برای جلوگیری از رشد کریستال های متنوع از دانه ها ریز زمرد مصنوعی زیر سطح ذوب و بوسیله سوراخ های پلاتینیوم در جایگاه خود قرار می گیرند.

سپس دمای محلول بدست آمده (حدود 800 C) را به آهستگی کاهش می دهند و از آنجایی که نمی تواند به حالت محلول باقی بماند کریستال زمرد شروع به رشد می کند. این فرآیند جهت رسیدن به سایز مناسب کریستال جهت تراش ممکن است تا یک سال نیز طول بکشد ولی شفافیت و رنگ بدست آمده ارزش این همه صبر را دارد!

ساخت زمردهای مصنوعی به روش هیدروترمال چگونه است؟

این روش در واقع تقلیدی از تشکیل بسیاری از کریستالهای معدنی در طبیعت بوسیله محلول آب در دما و فشار بالا است. در این تکنولوژی روسی آب و زمردها و بریلهای غیر جواهری و کیفیت بسیار پایین به همراه مواد معدنی دیگر را در درون یک ظرف سربسته و ایزوله مخصوص ذوب فلز به نام اتوکلاو قرار می دهند. اتوکلاو را تا زمانی حرارت می دهند که فراتر از دمای جوش و بخار آب شود که به آن اصطلاحا سوپرهیت (Superheat) می گویم. از آنجایی که بخار جای فرار ندارد باعث افزایش فشار شده و بخار آب در دمای بالا سبب ذوب و حل شدن مواد معدنی دیگری می شود که در حالت طبیعی قادر به ذوب و حل در این دما نیستند. این فرایند می تواند تا دمای 600 سانتیگراد و فشار 1500 اتمسفر انجام شود. پس از یک ماه زمرد های مصنوعی به روش هیدروترمال ما کاملا رشد یافته اند. در روش هیدروترمال ممکن است وجود ترکیب آب حین فرآیند ذوب در زمرد پدیدار میشود. همچنین آنها دارای RI یا ضریب شکست نور بیشتری نسبت به نوع فلاکس دارند. نمونه های سنتتیک هیدروترمال تحت نور ماورابنفش UV فلورسنت شدیدی از خود نشان می دهند.

آشنایی با روشهای تشخیص زمردهای مصنوعی به روش فلاکس

از روش های تشخیص زمرد های سینتتیک و طبیعی نگاه به اینکلوژن های درون آنها با استفاده از بزرگنمایی است که البته گاهی باید تست های ثانویه نیز بر روی آنها انجام شود. زمردهای سنتتیک ذوب فلاکس دارای RI یا ضریب شکست نور کمتری نسبت به زمرد اصل و طبیعی دارند. همچنین آنها دارای ناخالصی های تجمعی بیشتری هستند. گاهی ممکن است یک کریستال ریز پلاتینیوم ناشی از حرارت دهی و ذوب مواد درون ظرف در زمرد دیده شود. جهت تست های ثانویه ابزار چلسی فیلتر جهت بررسی مقدار رنگ سبز عالی ناشی از کرومیوم زمردهای سنتتیک ساخته شده به روش فلاکس بسیار موثر است که درنتیجه آن واکنش رنگ قرمز در زمردهای آزمایشگاهی در چلسی فیلتر شدیدتر از حالت طبیعی آنها است.

زمردهای سنتتیک فلاکس می توانند در طول موج های بلند زیر نور فرابنفش رنگ قرمز، رنگ زرد گچی ضعیف در موج کوتاه داشته باشند. سنگ شناس

همچنین در اسپکتروسکوپ ، زمردهای نوع فلاکس دارای خطوطی کرومیوم با شدت واضح تری نسبت به نوع طبیعی زمرد می باشند. بنابراین با مشاهده و بررسی رفرنس های مربوط به شدت خطوط کرومیوم (Cr line) در زمردهای طبیعی و مقایسه آنها با نوع غیر طبیعی می توان به نتایج جالبی با استفاده از اسپکتروسکوپ رسید. ناخالصی های موجود در سنگ های مصنوعی انواع مختلف دارند که به چند نمونه از مهم ترین و شایع ترین آنها اشاره می کنیم:

1- تشخیص درونگیرهای فینگر پرینت در زمردها

به عکس اینکلوژن فینگر پرینت در سنگ زمرد سینتتیک روش flux دقت کنید. یکی از راه های تشخیص نمونه های ساخته شده با روش Flux ناخالصی بال مگس یا فینگر پرینت و تور مانند در آن سنگ هاست. اما تفاوت آنها با نمونه طبیعی این است که این ناخالصی در سنگ های طبیعی صاف است یا انحنای بسیار کمی دارد اما در نمونه مصنوعی این ناخالصی تمایل به حالت قوس دار بوده و حتی شکلی نیم دایره ای دارد. همچنین خطوط اینکلوژن اثرانگشتی (Finger Print) ناشی از زمرد حاصل شده از روش flux melt بزرگتر و مشخص تر (گاهی حتی با چشم یا ذره بین عادی) از حالت طبیعی این اینکلوژن در زمرد است. در این نوع زمردها بیشتر اینکلوژنهای لوله ای شکل موازی دیده می شود.

2- تشخیص درونگیرهای موجی و cheveron در زمردهای سنتتیک به روش هیدروترمال

در تصویر بالا یک ناخالصی موجی شکلی پدیدار است. تشخیص زمرد های مصنوعی با روش هیدروترمال با بافت موجی شکل (wavy Growh planes) زیر میکروسکوپ پدیدار می شود. این ناخالصی که در روش تولید Hydrothermal دیده میشود همانند خطوط موجی شکل در سنگ دیده میشود البته ممکن است به اسم های دیگر نیز این اینکلوژن یاد شود. تصویر بالا مربوط به بافت cheveron Growth pattern در زمرد های سینتتیک ساخته شده به روش هیدروترمال که  تنها در زمرد های هیدروترمال دیده شده و همانند خوشه های گندم در سنگ به چشم میرسد