способ получения окрашенных кристаллов кварца

Формула изобретения

Способ получения окрашенных кристаллов кварца в гидротермальных условиях методом температурного перепада перекристаллизацией кварцевой шихты на затравку из водного раствора карбоната натрия в присутствии кобальтсодержащего соединения, отличающийся тем, что в раствор дополнительно с кобальтсодержащим соединением вводят алюминий при следующем содержании элементов: Со(0,1-0,2) 10^-3 г/л, Аl(3,0-6,0)10^-3 г/л с последующим ионизирующим облучением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения окрашенных кристаллов кварца и может быть использовано для гидротермального выращивания монокристаллов кварца по цвету, близкому к "сапфиру", которые могут найти применение в ювелирной промышленности.

Известен способ выращивания кристаллов кварца синего цвета (авт. св. ЧССР 153359, МКИ: В 01 J 17/02, приоритет 29.10.70) гидротермальным методом, при использовании в качестве транспортирующей среды раствора карбоната или гидроокиси щелочного металла, с добавкой в него раствора NaCl, а красящую добавку, твердый оксид кобальта, вводят в систему, смешивая его с твердой фазой. Однако данный способ не позволяет получить желаемую окраску, близкую к "сапфиру".

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату при его использовании является способ получения окрашенных кристаллов кварца (авт. св. СССР 1834922, МKИ: С 30 В 7/10, 29/18, приоритет 1l. 10.91), где кристаллы кварца сине-зеленого цвета получают гидротермальным методом из водного раствора карбоната натрия с примесями железа и K₂CO₃, и добавкой оксида кобальта в количестве 0,02-2,00 г/л на затравку. Данный способ не позволяет получить широкую цветовую гамму окрашенного кварца, приближая его к коммерческому оттенку по цвету, близкому к "сапфиру", используемого в ювелирной промышленности.

Технической задачей предлагаемого изобретения является выращивание окрашенных кристаллов кварца по цвету, близкому к "сапфиру", с целью расширения цветовой гаммы окрашенных кристаллов кварца для ювелирной промышленности.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что выращивание окрашенных кристаллов кварца цвета "сапфира" проводят в гидротермальных условиях методом температурного перепада, перекристаллизацией кварцевой шихты на затравку из раствора карбоната натрия, в котором совместно с кобальтсодержащим соединением дополнительно вводят добавку алюминия при следующем содержании элементов: Со - (0,1-0,2) 10^-3 г/л, Al - (0,3-6,0) 10^-3 г/л, с последующим ионизирующим облучением выращенных кристаллов.

Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в гидротермальный раствор дополнительно с кобальтсодержащим соединением вводят добавку алюминия при следующем содержании элементов: Со - (0,1-0,2) 10^-3 г/л, Al - (3,0-6,0) 10^-3 г/л с последующим ионизирующим облучением. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Совместное присутствие в гидротермальном растворе карбоната натрия добавок, соединений кобальта и алюминия, позволяет выращивать окрашенные кристаллы кварца по цвету, близкому к "сапфиру". Оптимальная концентрация элементов в гидротермальном растворе, а именно, Со - (0,1-0,2) 10^-3 г/л и Al - (3,0-6,0) 10^-3 г/л установлена опытным путем.

Указанные сочетания добавок позволяют регулировать желаемые оттенки и приближать их к коммерческому оттенку (по цвету, близкому к "сапфиру"). Повышение концентрации алюминия в гидротермальном растворе выше указанного предела отрицательно сказывается на самом процессе синтеза кварца, а именно, появляются поверхности вырождения, меняются свойства при облучении, кварц приобретает сильно дымчатую окраску. Содержание алюминия ниже указанных пределов не обеспечивает получения (потребительской) коммерческой окраски. Повышение содержания кобальта в растворах Na₂CO₃ выше предельного значения не обеспечивает желаемый тон окраски цвета "сапфира". Аналогично, снижение концентрации кобальта в растворе ниже указанных пределов обеспечивает получение слабо-голубой окраски или ведет к получению практически бесцветного кварца. Во всех этих случаях потребительские свойства выращенных кристаллов, а следовательно, и спрос на них снижается. Последующее ионизирующее облучение дает приближение окраски синего кварца к требуемой гамме.

Пример конкретного выполнения.

Кристаллы окрашенного кварца "сапфирового" цвета выращивали в автоклаве емкостью 750 л, в водном растворе Na₂CO₃ концентрации 10% при температуре 3002^oC и давлении 390 атм, при температурном перепаде 322^oC. В нижнюю зону автоклава помещали кварцевую шихту. Кристаллы выращивали на кварцевые затравки базисной ориентации. В гидротермальный раствор вводили добавки: соединение кобальта, например, Co₃O₄ в пересчете на Со - (0,1-0,2) 10^-3 г/л и алюминий в виде стружки в пересчете на Al - (3,0-6,0) 10^-3 г/л. Автоклав герметизировали, вводили в режим и проводили цикл выращивания кристаллов, которые затем подвергали ионизирующему облучению. В результате были получены кристаллы необходимой коммерческой окраски цвета "сапфира". Результаты опытов, проведенных в соответствии с вышеуказанным примером, изменяя соотношение добавок, сведены в таблицу.

По данному способу получают окрашенные кристаллы кварца заданных оттенков, приближающихся к коммерческому оттенку, близкому к "сапфиру", что позволяет расширить цветовую гамму окрашенных кварцевых кристаллов, используемых в ювелирной промышленности.