Искусственное получение корунда, рубина и сапфира

В настоящее время потребность в твердых камнях настолько велика, что для удовлетворения спроса промышленности их естественных месторождений не хватает. Поэтому природный корунд постепенно заменяется искусственным корундом, который получается при переработке минералов, богатых окисью алюминия (Al₂O₃).

Успешно разрешена также и проблема искусственного, синтетического получения рубина и сапфира в заводском масштабе. При решении этой проблемы пришлось преодолеть большие трудности технического порядка. Дело в том, что окись алюминия трудно растворима и имеет очень высокую температуру плавления порядка 2050°С. Для столь высокой температуры очень трудно было подобрать подходящий материал для тигля, который не реагировал бы с окисью алюминия и не загрязнял получаемого продукта.

Создавшееся затруднение было очень остроумно разрешено во Франции профессором Вернейлем, который предложил в 1902 г. применять бестигельный метод кристаллизации корунда.

Рис. 23. Бульки рубина

Сущность метода Вернейля заключается в том, что окись алюминия, полученная в виде тончайшей пудры при прокаливании алюмоаммиачных квасцов, непрерывной тонкой струйкой проходит через пламя гремучего газа (смесь двух частей водорода и одной части кислорода), расплавляется по пути и падает на кончик тугоплавкой свечи, где и затвердевает, образуя кристаллическое тело - "бульку" конусовидной формы, состоящую из множества мелких кристаллов корунда. Для получения однородного монокристалла корунда рубиновую бульку оплавляют путем нагревания до более высокой температуры, что достигается увеличением подачи кислорода в муфель, при этом на оплавленной поверхности конуса выживает меньшее число кристаллов корунда, которые при последующем охлаждении бульки начинают расти за счет остальных.

В случае получения рубина к порошку окиси алюминия примешивают соответствующее количество окиси хрома (Cr₂O₃), а при получении сапфира - окиси железа (Fe₂O₃) и титана (TiO₃).

В настоящее время в Советском Союзе по методу Вернейля, значительно усовершенствованному С. К. Поповым, производят рубины и сапфиры в заводском масштабе на установке СП-4 (рис. 24).

Рис. 24. Кристаллизационный аппарат СП-4: 1 - головка; 2 - горелка; 3 - печь; 4 - вентили; 5 - суппорт; 6 - механизм подачи шихты (молоточек); 7 - механизм вращения и опускания кристалла (Аппарат установлен в Институте кристаллографии АН СССР)

В установке СП-4 механизированы дозировка исходной шихты и опускание растущего монокристалла.

По методу Вернейля можно синтезировать и целый ряд других минералов, например, рутил (TiO₂), шпинель (MgAl₂O₄), шеелит (CaWO₄), вольфрамат бария (BaWO₄) и некоторые другие.