Процесс Эсмига

Эти эксперименты получили дальнейшее развитие в Германии. Компания «ИГ Фарбениндустрн» синтезировала кристаллы достаточных для огранки размеров, н они продавались под натаннем «игмеральд» . ЭТИ работы были начаты в 1911 г., однако детали экспериментов не раскрывались в печати вплоть до 1960 г. \1]. Главная трудность, с которой столкнулись как Отфель н Перре, так н «Фарбениндустри» на ранних этапах работ, заключалась в том, что в тигле зарождается и растет большое число кристаллов. Для того чтобы технология была рациональной с коммерческой точки зрения, необходимо было найти возможность управлять процессом зародыше-образования, чтобы вместо множества мелких кристаллов росло несколько крупных. Эту проблему решил X. Эспиг из «Фарбениндустри», который использовал метод, именуемый ныне расплав-реакционным [2]. Он отличается от методов, когда кристаллы растят при медленном охлаждении растворов или когда испаряют растворитель, тем, что в нем используется реакционное взаимодействие между составляющими кристалла. В методе Эспига два главных компонента изумруда, окиси бериллия (ВеО) и алюминия (А1гОз), растворяют в плавне (растворителе), молибдате лития, а третья составляющая, кремнезем (SiOz), плавает на поверхности раствора. Для того чтобы быть уверенным, что кремнезем плавает, а не погружается, необходимо тщательно регулировать состав плавня, чтобы его плотность была близка к 2,9, I. е. меньше, чем у изумруда, но больше, чем у кремнезема. Поскольку изумруд относительно легкий минерал, потребовались дополнительные меры предосторожности. Выше того места, где кристаллизовался изумруд, помещали сетчатый платиновый экран для предотвращения всплывания кристаллов, так как в области обогащения расплава кремнеземом растут кристаллы очень низкого качества.

Процесс формирования изумруда включает химическую реакцию между кремнеземом и растворенными в молибдатовом плавне окисью бериллия, окисью алюминия и небольшим количеством окиси хрома. Для протекания этой реакции необходимо, чтобы кремнезем сначала растворился в плавне, а затем диффундировал в ту область, где концентрация всех реагентов достаточна для кристаллизации изумруда. Основание тигля должно быть несколько холоднее, чем остальная часть раствора, если кристаллизация изумруда происходит в этой части. После того как начнут расти первые кристаллы, зарождение новых в других частях тигля маловероятно, так как кремнезем в область кристаллизации поступает с достаточно медленной скоростью н полностью расходуется на химическую реакцию, приводящую к росту уже зародившихся кристаллов изумруда. Поэтому успех этого метода определяется поддерживанием очень медленной миграции Кремнезема через раствор. В альтернативном варианте окиси бериллия н алюминия помещают на дно тигля, а кремнезем также плавает в верхней части раствора. В этом случае изумруд растет в средней зоне, куда можно поместить и подвешенные затравочные кристаллы.

Используемый «Фарбениндустри» процесс характеризуется очень Медленным ростом кристаллов, и для выращивания хороших изумрудов требуется время до одного года. В течение этого периода необходимо добавлять в раствор кремнезем, чтобы компенсировать его расход во время роста кристаллов. Полученные кристаллы имели J размер до 2 см в поперечнике, но, поскольку они содержали включения, вес ограненных камней составлял около 1 карата. Эспиг сообщал, что добавки только одного хрома не обеспечивают хорошей окраски изумруда, но не указал, добавляет ли он для улучшения цвета окислы ванадия и (или) железа.

Выпуск изумрудов «Фарбениндустри» был прерван в 1942 г. второй мировой войной, однако такой же или сходный метод использовался фирмой Вальтера Церфасса в Идар-Оберштейне (ФРГ) и профессором Рихардом Наккеном из Минералогического института во Франкфурте. Много дискуссий и недоразумений вызывали работы Наккена, потому что он также выращивал и кристаллы кварца гидротермальным методом (это обсуждается в гл. 6). В этом методе для растворения изумруда используется не молибдат лития или другая расплавленная соль, а обыкновенная вода при высоких давлениях и температурах. Растворимость изумруда в воде при комнатной температуре или даже прн температуре кипения очень низка, но быстро растет с увеличением ее до 300 или 400°С. Конечно, прн таких температурах вода чрезвычайно быстро испаряется, поэтому для гидротермального метода необходимо использовать достаточно прочные сосуды, способные выдерживать высокие давления, создаваемые водяным паром при нахреве до высоких температур, превышающие атмосферное примерно в 1000 раз. В природе кристаллы изумруда растут в гидротермальных условиях, или, что более вероятно, этот процесс может считаться промежуточным между гидротермальным и раствор-расплавыым, поскольку растворяющая способность воды может меняться из-за присутствия в ней различных минеральных солей. В глубоких горизонтах земной коры такая жидкость с растворенным в ней изумрудом имеет высокую температуру, но при перемещении ее на менее глубокие уровни, для которых характерны более низкие температуры и давления, из нее кристаллизуется изумруд. Вероятно, кристаллы росли в трещинах, и процесс их образования протекал очень медленно в течение длительного периода. Структура поверхности природных кристаллов [3] указывает на то, что они росли значительно медленней, чем синтетические кристаллы. Природные кристаллы растут в водной среде, поэтому они содержат включения воды, которую можно обнаружить аналитическими приборами, такими, как инфракрасный спектрометр.

Курт Нассау [4] провел детальное изучение кристаллов Наккена и информации об их производстве. Он не нашел доказательств того, что какие-либо кристаллы выращены гидротермальным способом. Недоразумения могли возникнуть в тех случаях, когда слой изумруда наращивался на затравочный кристалл из природного бесцветного берилла. Приборы могли регистрировать присутствие воды в кристалле берилла, и исследователь, если он не был осведомлен о центральной бесцветной части, мог прийти к выводу, что кристалл изумруда выращен гидротермальным способом. Нассау предполагал, что Наккеи был консультантом «Фарбениндустри» и мог быть хорошо знаком с методом Эспнга и даже автором его модернизации.