Synthèse de pierres précieuses hydrothermales

Pierres précieuses synthétiques hydrothermales

Introduction

Il est intéressant de noter que plusieurs des processus de synthèse des pierres précieuses sont basés sur des efforts de guerre sans rapport avec les pierres précieuses. Comme le cas des diamants synthétiques.

Les diamants synthétiques étaient nécessaires pendant la Seconde Guerre mondiale, en raison du manque de disponibilité de diamants naturels pour la production en temps de guerre. Et en fait, les problèmes récemment résolus concernant le fait que DeBeers ne pouvait pas entrer aux États-Unis en raison d'un problème juridique en suspens étaient dus au fait que DeBeers tentait de contrôler la production de diamants synthétiques de qualité industrielle depuis l'époque de cette guerre.

La production de quartz hydrothermal est un autre processus qui a germé dans les efforts de la Seconde Guerre mondiale. Les cristaux de quartz étaient nécessaires à la production de radio et d'autres appareils électroniques pendant la guerre. Mais seuls les cristaux de haute qualité du Brésil étaient utiles pour la production de haute technologie. Et comme les routes vers les champs brésiliens étaient bloquées aux scientifiques allemands, ce sont les Allemands qui ont mis au point le procédé pendant la guerre, pour prendre la place des pierres naturelles indisponibles.

Le processus

Le processus lui-même est plutôt simple, bien que la production réelle implique beaucoup de science finement réglée pour le faire fonctionner correctement. En général, un autoclave est configuré avec un haut et un bas comme indiqué dans le graphique que vous verrez en quelques minutes.

L'autoclave est doublé d'or et dispose de radiateurs sur toute la longueur de l'unité. Les radiateurs sont réglés de manière à ce que le bas soit beaucoup plus chaud que la ligne supérieure des radiateurs. Faisant ainsi un différentiel de chaleur important dans la température interne de l'autoclave.

Ensuite, une solution de matière riche en nutriments est ajoutée, la concentration de matière allant au fond. Ce matériau est généralement du quartz laiteux de faible qualité, abondant mais de très faible qualité. Celui-ci est chauffé dans la section inférieure jusqu'à ce qu'il devienne suffisamment chaud pour se liquider et remonter jusqu'au sommet de l'autoclave. Là, la température plus froide fait refroidir suffisamment le quartz fondu pour que le quartz sorte de son état liquide et se fixe à un cristal germe de quartz de haute qualité, naturel ou synthétique, qui permet au cristal germe de se développer. Une fois le liquide refroidi, il retombe au fond de l'autoclave par un courant de convection naturelle établi par la chaleur et la gravité variables. Là, il est chauffé et s'enrichit à nouveau en nutriments et recommence le processus.

Avant de nous pencher sur la science, examinons le graphique de cet autoclave et voyons comment cela fonctionne.

L'aspect le plus important de la croissance hydrothermale des pierres précieuses est peut-être la pression et la chaleur importantes nécessaires pour permettre aux cristaux de se développer. Vous trouverez ci-dessous un tableau d'informations sur la croissance des cristaux de quartz qui démontrera l'environnement qui doit être créé pour que les cristaux se forment. Il convient de noter que ce sont les chiffres de Northrop Grumman pour leur production de cristaux de quartz liés à l'espace. Il existe un certain nombre de combinaisons différentes qui permettent la production de quartz pour diverses utilisations. En outre, la production de pierres précieuses dans d'autres minéraux tels que le béryl pour l'émeraude variera également. Ainsi, la liste ci-dessous est dans le but indiqué ci-dessus. D'autres applications nécessiteront des nombres variables au cas où vous les trouveriez dans d'autres lieux.

Température de croissance : 600 degrés centigrades à 300 degrés centigrades

Pression dans l'autoclave : 25,000 XNUMX livres par pouce carré

Temps de croissance : jusqu'à 10 semaines pour les cristaux de pierres précieuses, comme indiqué ci-dessous

La température, bien sûr, variera du haut vers le bas de l'autoclave. La variable que vous pouvez voir ci-dessus est significative pour cette application. Cela met en place la convection naturelle lorsque la solution la plus chaude monte vers le haut et que la plus froide descend vers le bas pour être réchauffée et refaire le voyage.

Le résultat est des cristaux de quartz qui peuvent être cultivés assez gros et de très haute qualité. Cette production permet d'obtenir la grande majorité du quartz utilisé dans l'électronique, y compris les cristaux de quartz utilisés pour fabriquer des montres à quartz. Et en ajoutant certains éléments au mélange, l'améthyste synthétique peut être produite. Ci-dessous, deux photographies d'une grande améthyste synthétique cultivée par le procédé hydrothermal. Remarquez sur la photo de gauche que le cristal est de couleur et de clarté uniformes. Cependant, lorsque vous le tournez dans la bonne direction, le cristal germe utilisé pour démarrer le processus est visible. Cette pièce mesure environ 4 pouces de hauteur.

Un autre aspect important de la croissance cristalline hydrothermale est la propriété directionnelle de la croissance. Comme vous le remarquerez sur les flèches attachées à la photo ci-dessous, les cristaux se développent à des vitesses différentes dans des directions différentes. Cela fait croître une direction à près de 3 fois la vitesse de l'autre. Cela crée des anomalies de structure cristalline interne qui aident à identifier certaines pierres précieuses comme étant hydrothermales.


Jetons un coup d'œil à un exemple de cristal d'émeraude à croissance hydrothermale, ainsi qu'au produit fini. Vous remarquerez que le cristal d'émeraude illustré ci-dessous a la même forme de base que le cristal d'améthyste illustré ci-dessus. Cela est dû au processus de formation. Et bien que l'émeraude synthétique chimique et structurelle soit la même que l'émeraude naturelle, la formation au cours du processus hydrothermal est différente des hexagones à 6 côtés que vous voyez dans la nature. Veuillez également noter le même cristal de semence incolore que vous pouvez voir dans l'émeraude ci-dessous et l'améthyste ci-dessus. C'est la graine de départ qui est placée dans la solution hydrothermale pour démarrer la formation de cristaux.

Et voici le produit fini serti dans une bague…

Identification
Nous allons examiner un certain nombre de pierres précieuses synthétiques hydrothermales pendant les leçons de ce cours. Et vous allez constater que les pierres précieuses hydrothermales sont assez faciles à identifier… en raison d'une caractéristique plutôt particulière qui est présente dans la plupart des pierres.

Remarquez ci-dessous que nous avons un petit bloc d'émeraude hydrothermale. Il a des tailles approximatives car il a été coupé en morceaux pour être facetté pour une pierre précieuse. Mais remarquez cette image ci-dessous… puis passez à la suivante en dessous de celle-ci et voyez ce que vous voyez…

Ci-dessous, vous voyez que lorsque vous tournez légèrement la dalle brute, vous voyez une longue formation de lignes parallèles. Ce sont des caractéristiques de croissance cellulaire qui se produisent dans de nombreuses pierres précieuses hydrothermales qui vous permettront d'identifier pratiquement toute la famille hydrothermale des synthétiques. Les fonctionnalités que vous voyez ci-dessous sont à 20x, elles sont donc assez faciles à voir. Mais continuons…

Lorsque vous éteignez la lumière de fond sombre et allumez la lumière fluorescente du plafond pour voir uniquement la surface, la structure de ces éléments apparaît mieux. Ici, vous pouvez voir comment ces structures cellulaires s'étendent à travers la pierre jusqu'à la surface. Et comme ils traversent la pierre, vous pouvez facilement les voir lorsqu'ils sont présents dans une pierre précieuse taillée ou à facettes, comme illustré ci-dessous dans l'image suivante.

Ci-dessous, vous voyez une émeraude hydrothermale sous 20x. Comme vous pouvez facilement le voir, ces structures d'en haut sont facilement identifiables sur la photo ci-dessous. Rendre cette émeraude synthétique hydrothermale assez facile à identifier pour quiconque a ces images à référence. Toutes les pierres précieuses synthétiques hydrothermales présentent-elles ces caractéristiques ? Non. L'améthyste synthétique en est une qui n'en a pas. Mais plus là-dessus plus tard. Et plus sur l'identification de l'émeraude synthétique. Mais pour l'instant, sachez que la plupart des synthétiques hydrothermaux présenteront cette caractéristique.

Addition

L'identification de toutes les pierres précieuses synthétiques est peut-être la tâche la plus difficile à laquelle sont confrontés les gemmologues aujourd'hui. Les caractéristiques que vous voyez ci-dessus seront diagnostiques pour une pierre précieuse synthétique cultivée de manière hydrothermale. Et au fil de ce parcours, nous allons en voir plusieurs. Mais faites très attention à ne pas oublier que tous les hydrothermaux ne peuvent pas vous offrir ces caractéristiques. Alors, recherchez ces caractéristiques pour savoir que vous avez une pierre précieuse cultivée de manière hydrothermale. Mais gardez l'esprit ouvert sur toute pierre précieuse qui semble trop parfaite et qui ne vous offre toujours pas les caractéristiques ci-dessus. Il pourrait bien s'agir d'une pierre hydrothermale et ne pas vous donner les indicateurs.

Si vous avez des questions, des commentaires ou des informations à ajouter à cette étude sur la création de pierres précieuses hydrothermales, veuillez nous les envoyer. En ajoutant les informations de chacun, nous pouvons tous apprendre les uns des autres.

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