Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Эффект аномального плеохроизма окраски существенно повышает ювелирную ценность щелочного синтетического аметиста, позволяя изготавливать из одного и того же кристалла изделия с различными оттенками фиолетовой окраски (от пурпурно-фиолетового до лавандово-синего), меняющимися при изменении ориентировки изделия по отношению к лучу зрения.
В заключение следует отметить, что кристаллы аметиста, полученные в системе K2CO3—SiO2—H2O—Fe2Os, по своей реальной структуре сходны с кристаллами природных аметистов. Достаточно напомнить тождественность оптических спектров, сходство в секториальном распределении окраски, в распространенности двойников, в аномальном характере плеохроизма. К этому следует добавить тождественность ИК-спектров в области ОН-де-фектов и обязательное присутствие примеси калия в обоих разновидностях (примесь, которая не характерна для других разновидностей кварца). Очевидно, в данном случае при синтезе имеет место очень близкое воспроизведение условий образования этих кристаллов в природе. Часть II
АППАРАТУРА ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО СИНТЕЗА
Успешное развитие промышленности гидротермального выращивания монокристаллов в значительной степени связано с созданием соответствующей технической базы. К настоящему времени разработаны и широко применяются в производственной практике и ,исследовательских работах установки гидротермального синтеза различного назначения и характеристик. В силу специфики технологического процесса создание таких установок представляет самостоятельную масштабную задачу.
Накопленные результаты многочисленных исследовательских, проектно-конструкторских работ и многолетний опыт эксплуатации позволяют довольно точно очертить круг задач, возникающих при создании установок гидротермального синтеза, и определить эффективные пути их решения.
Глава 8
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО АППАРАТОВ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО СИНТЕЗА
В главе рассматриваются основные особенности технологического процесса гидротермального синтеза, особые требования к аппаратурному обеспечению этого процесса и разбирается общее устройство установок гидротермального синтеза.
Основные особенности промышленного технологического процесса
Подробный анализ технологических особенностей гидротермального синтеза был рассмотрен в первой части книги. Здесь будут приведены основные сведения о промышленном технологическом процессе, наиболее существенные для аппаратурного обеспечения синтеза.
Искусственные монокристаллы кварца и других минералов синтезируют из гидротермальных растворов методом температурного перепада, основанном на температурной зависимости растворимости получаемого минерала в водных растворах. Наибольшее применение при выращивании кварца нашли слабоконцентрированные содовые и щелочные растворы. Для выращивания кварца и его разновидностей, а также ряда других минералов могут также применяться фторидные, кислотные и некоторые другие растворы. В любом случае используемая рабочая среда, должна обеспечивать достаточное абсолютное значение растворимости для выращивания минерала.
Для большинства промышленных технологий эти условия достигаются при температурах свыше 300 0C. Получение таких тем-198 ператур водных растворов возможно только при высоких давлениях. Необходимость повышенных давлений связана также с интенсификацией процесса кристаллообразования, получением более качественной продукции, а также с потребностью в некоторых случаях изменить в нужную сторону температурные коэффициенты растворимости. Исходя из перечисленных факторов, промышленный синтез кварца и его разновидностей осуществляется, как правило, при давлении 70—200 МПа. Выбор того или иного уровня давления для конкретной технологии связан в основном со спецификой роста и требуемым качеством монокристаллов.
Существенным обстоятельством является то, что соотношение требуемых уровней температуры и давления при гидротермальном синтезе позволяет обходиться без внешних источников давления, ведя процесс в изохорических условиях при постоянной массе рабочего раствора. Нужное давление при заданной температуре создается в этом случае только за счет теплового расширения рабочей среды и определяется относительной величиной начального заполнения рабочей полости, которая получила название коэффициента заполнения (заливки) и является основным регулятором уровня давления при гидротермальном синтезе. Требуемое значение коэффициента заливки находят по зависимостям давления от температуры и удельного объема (р—v—Т-диа-граммы). Для каждого вида рабочего раствора необходимо иметь свою р—V—T-диаграмму. Эти диаграммы строятся на основании результатов специальных экспериментальных исследований.
Таким образом, для осуществления процесса гидротермального синтеза необходим аппарат с герметично замкнутой рабочей полостью, выдерживающий высокие температуры и давления. Такие аппараты принято называть сосудами или автоклавами высоких давлений. Последнее наименование отражает отсутствие внешнего источника давления.
Перед началом процесса рабочая полость аппарата частично заполняется рабочим раствором в соответствии с заданным коэффициентом заливки. При нагреве раствора начинается рост давления, и при достижении технологически заданного температурного режима в рабочей полости устанавливается требуемый уровень давления. Рост давления происходит неравномерно. На рис. 63 приведен график зависимости давления от средней температуры в рабочей полости. Кривая АГВ соответствует меньшей степени заполнения камеры, чем линия АГВ. Точки Г и Г' соответствуют переходу рабочего раствора в однофазное (жидкое) состояние. На первом этапе (кривая АГ) рабочая среда находится в двухфазном агрегатном состоянии «жидкость — насыщенный пар». Давление на этом этапе определяется только температурой и не зависит от коэффициента заливки. На втором этапе (прямая ГВ) среда находится в однофазном (жидком) состоянии, полностью заполняя всю рабочую полость. Параметры Pr, Tr точки перехода в однофазное состояние (Г), называемой точкой гомогенизации, и почти постоянная скорость роста давле-
