Ювелирные и поделочные камни. Пьезооптический кварц и исландский шпат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Ювелирные и поделочные камни. Пьезооптический кварц и исландский шпат

К ювелирным и поделочным камням (камнесамоцветное сырье) относятся минералы и горные породы, которые обладают рядом свойств, определяющих эстетическую ценность изготовляемых из них изделий. Наиболее важные из этих свойств: цвет, прозрачность, яркий блеск, высокое лучепреломление и светорассеяние, иризация, опалесценция, химическая устойчивость, большая твердость. У различных драгоценных камней, как правило, наиболее интенсивно проявлен какой-либо один из перечисленных признаков. Например, обычно бесцветный алмаз отличается очень высокой дисперсией, а рубин и сапфир, наоборот, характеризуются низким коэффициентом дисперсии, но великолепно окрашены. Некоторые яркоокрашенные ювелирные камни полупрозрачны (благородный жадеит, хризопраз) или даже непрозрачны (бирюза).

Для максимального выявления всех достоинств драгоценных камней им придают правильную многогранную или сфероидальную форму с полированной поверхностью. В настоящее время применяются три основных типа огранки: бриллиантовая, ступенчатая и кабошоном, а также всевозможные смешанные формы. Бриллиантовая огранка придаёт прозрачному камню совершенный блеск и световую игру. Драгоценным и поделочным камням принадлежит выдающаяся роль в истории мировой культуры. Академик А.Е. Ферсман писал: « Среди изменчивых и умирающих форм живой природы вечными и незыблимыми остаются художественные произведения, выполненные в камне. Для изобразительного искусства он основной, незаменимый и вечный материал, в котором воплощались вековечные достижения человеческого вдохновения».

В зависимости от сочетания физических свойств, определяющих эстетический облик минералов, частоты их встречаемости и, соответственно, стоимости ювелирные и поделочные камни подразделяются на ряд групп по классификации Е.Я.Киевленко.

Ювелирные (драгоценные) камни:

1 порядок. Алмаз, изумруд, синий сапфир, рубин, александрит.

2 порядок. Благородный жадеит, оранжевый, желтый, фиолетовый и зеле ный сапфир, благородный черный опал.

3 порядок. Демантоид, благородная шпинель, благородный белый и огненный опал, аквамарин, топаз, родонит, лунный камень, красный турмалин.

4 порядок. Синий, зеленый, розовый и полихромный турмалин, благородный сподумен, циркон, берилл, бирюза, хризолит, хромдиопсид, аметист, хризопраз, пироп, альмандин, цитрин.

Ювелирно-поделочные камни:

1 порядок.Раухтопаз, гематит-кровавик, янтарь, горный хрусталь, жадеит, нефрит, лазурит, малахит, чароит, авантюрин.

2 порядок. Агат, цветной халцедон, кахолонг, амазонит, родонит, гелиотроп, розовый кварц, иризирующий обсидиан, обыкновенный опал., лабрадор, беломорит и другие непрозрачные иризирующие полевые шпаты.

Поделочные камни: Яшмы, письменный гранит, окаменелое дерево, мраморный оникс, лиственит, обсидиан, гагат, джеспилит, селенит, флюорит, авантюриновый кварцит, агальматолит, цветной мрамор, серпентинит и др.

Ювелирные (драгоценные) камни используются для изготовления дорогих украшений и предметов роскоши. Это главным образом редкие, эффектные, преимущественно прозрачные кристаллы. Их отличают три главных достоинства: красота, долговечность, редкость. Сюда следует добавить также особое экономическое свойство этих камней -- их высокую стоимость, сосредоточенную в небольшом физическом объеме. Поэтому наряду с благородными металлами они служат валютным эквивалентом государственного достояния, а наиболее совершенные и крупные из них являются национальными сокровищами. Как правило, ювелирные камни подвергаются самой разнообразной огранке; единицей их измерения является карат (0,2 г).

Ювелирно-поделочные камни по своим стоимостным характеристикам значительно уступают ювелирным. Ювелирно-поделочные камни в виде плоских вставок и кабошонов применяются в массовых ювелирно-галантерейных изделиях, а также представляют собой великолепный материал для камнерезных поделок. Оправлены они обычно серебром или простыми металлами, имитирующими драгоценные. Лучшие образцы камней этой группы, например, малахита, лазурита и янтаря, вполне сопоставимы с драгоценными камнями четвертого порядка.. Большое значение имеют художественные достоинства изделий и мода на них. Масса ювелирно-поделочных камней измеряется в граммах и килограммах.

Поделочные камни отличают яркие окраски и всевозможные рисунчатые текстуры, они являются сырьем для изготовления разнообразных художественных предметов и сувениров. Некоторые из них иногда используются как декоративно-облицовочное сырье, а твердые с мелким рисунком -- в ювелирно-галантерейном производстве. Масса поделочных камней измеряется в килограммах и тоннах.

Многие ювелирные и поделочные камни благодаря своим особым свойствам (высокая твердость и абразивность, однородность, вязкость и прозрачность) применяются не только в ювелирном деле, но и в различных отраслях промышленности.

Генетические типы промышленных месторождений

1. Магматогенные: алмаз, рубин, сапфир, хризолит, циркон (Якутия - Россия, ЮАР, Индия, Шри-Ланка, Бразилия, Тайланд);

2. Пегматитовые:, аквамарин, александрит, топаз, турмалин, горный хрусталь, морион и раухтопаз, флюарит, аметист, письменный гранит, амазонит, солнечный и лунный камень (Бразилия, Казахстан, Украина, Забайкалье - Россия);

3. Контактово-метасоматические:изумруд ( Урал), рубин (Ю-В Азия), хризолит, благородная шпинель, александрит, гранат (Таджикистан);

4. Высокотемпературные пневматолито-гидротермальные: аквамарин, топаз, дымчатый кварц, турмалин (Забайкалье и Казахстан);

5. Гидротермальные средне-низкотемпературные: изумруд (Колумбия), горный хрусталь, аметист, розовый кварц, агат (Урал, Кольский полуостров, Армения и др.);

6. Метаморфогенные: рубин, сапфир, благородная шпинель, альмандин, лазурит, нефрит, жадеит, яшмы, родонит (Урал, Алтай);

7. Месторождения кор выветривания и зон окисления: опал, бирюза (Афганистан, Иран, Армения,); зона окисления меднорудных месторождений - малахит и азурит (Урал, Заир);

8. Биохимические месторождения: жемчуг, перламутр, кораллы, гагат, янтарь.

9. Россыпные месторождения - образующиеся при разрушении коренных месторождений: алмаз, изумруд, рубин, сапфир, шпинель, гранат, корунд, нефрит, агат, циркон и др. Крупнейшие россыпные месторождения рубинов и сапфиров находятся в Индии ( Кашмир) и Ю- В Азии (Тайланд, Камбоджа, Бирма).

В настоящее время налажено массовое производство синтетических аналогов многих природных ювелирных камней, полностью идентичным им по физическим и химическим свойствам (алмаз, рубин, сапфир, изумруд, цветные разновидности кварца, шпинель, александрит, бирюза и др.). Стоимость синтетических камней обычно в десятки, а иногда в сотни раз меньше природных. Кроме того существуют имитации драгоценных камней, изготавливаемые из свинцового стекла - страза. Внешне они похожи наприродные камни, но отличаются от них по составу и основным физическим свойствам.

Краткая характеристика ювелирных камней первого порядка

Благородный корунд (рубин и сапфир), отличающийся высокой твёрдостью (9 по шкале Мооса) и абразивностью, а также значительной гаммой цветов и оттенков, Рубином принято называть прозрачные корунды от светло-красного до густо-малинового цвета. К сапфирам относятся не только традиционные голубые или синие разновидности благородного корунда, но и зелёные, желтые, фиолетовые, бесцветные, за исключением красных. Химически чистый корунд бесцветен. Красная окраска рубинов обусловлены наличием примеси хрома, а сапфира - примесями титана, железа, марганца, меди, ванадия и др. Известны камни с проявлением астеризма в виде 6-лучевой звезды или эффекта «кошачьего глаза», обусловленных закономерно ориентированными включениями иголочек рутила или трубчатыми пустотами.

Главным промышленным типом месторождений благородного корунда являются элювиально-делювиальные и аллювиальные (террасовые и долинные) россыпи, широко представленные в Бирме, Австралии, Индии, Шри-Ланке, Таиланде, Камбодже и др. Коренные источники этих россыпей генетически разнообразны, представляя вкрапленность кристаллов сапфира или рубина в базальтах (Австралия, Камбоджа, Таиланд), щелочных лампрофирах, силикатных флогопит-скаполит-плагиоклазовых скарнах (Шри-Ланка, Бирма), слюдитовых грейзенах (Танзания и др.), сиенитовых и миаскитовых пегматитах (Россия, Канада, Шри-Ланка, Бирма), кристаллических сланцах и гнейсах.

Кроме того, выделяются в качестве геолого-промышленных типов: жилообразные, гнездовые скопления рубина в магнезиальных скарнах среди доломитовых мраморов гнейсовых толщ, интрудированных гранитоидами (месторождения Могокского района Бирмы, Афганистана и Таиланда); жилы и линзы гранитных пегматитов с крупными кристаллами сапфира и рубина в контактовой с доломитами и мраморами зоне (Индия).

Всемирно известный Могокский рубиноносный район в Бирме является источником самого высокосортного карминово-красного рубина цвета «голубиной крови».

Шри - Ланка является единственным поставщиком на мировой рынок наиболее ценных голубых звёзчатых сапфиров, которые котируются наравне с небесно-синими кашмирскими сапфирами (Индия). Их добыча производится из многочисленных аллювиальных россыпей. Вместе с сапфиром они содержат шпинель, циркон, цветной турмалин, топаз, гранат, аквамарин, александрит и др. Здесь в 1981 г. был нйден крупнейший в мире кристалл сапфира голубого цвета массой 6033,4 г и размерами 28х18 см.

Благородный берилл

Кристаллы берилла отличаются призматическим габитусом, стеклянным, чуть жирноватым блеском, прозрачностью, высокой твёрдостью (7,5-8).Окраска берилла весьма разнообразна: травяно-зелёный изумруд, голубой, иногда с зеленоватым оттенком аквамарин, розовый воробьевит, золотисто-желтый гелиодор, землянично-красный биксбит, сапфирово-синий аквамарин-максис и др.

Главнейшие типы промышленных месторождений берилла следующие:

1. Жильные и линзообразные пегматиты в базитах, ультрабазитах и биотитовых сланцах с кристаллами аквамарина, гелиодора и воробьевита (Бразилия, Норвегия и др.).

2. Жилы и жильные зоны флогопитовых слюдитов с вкрапленностью изумрудов среди ультрабазитов, прорванных гранитоидами. Совместно с изумрудами нередки александрит, берилл, турмалин, флюорит. Примером данного типа месторождений являются в нашей стране группа месторождений Урала, объединенных под общим названием «Изумрудные Копи Урала (Малышевское, Черемшанское и др.) Рудные зоны месторождений приурочены к телам ультраосновных пород и располагаются вблизи их контакта с гранитами и диоритами. Они представлены сюдитовыми жилами сложной формы, сложенными флогопитом (Рис 1). В них и содержится основная масса изумрудов. Месторождения такого типа имеются также в Зимбабве, ЮАР, Индии, Пакистане, Австрии.

3. Кальцитовые и доломит-кальцитовые прожилки, жилы и штокверки с вкрапленностью кристаллов изумруда в черных глинистых сланцах и углистых известняках. Призматические кристаллы изумруда ассоциируют с кальцитом, кварцем, альбитом и баритом, образуя скопления в полостях. Представителями данного типа являются знаменитые телетермальные месторождения Колумбии, которой принадлежит большая часть мировой добычи изумрудов. В настоящее время в Колумбии известно около 180 месторождений изумруда, основная добыча приходится на месторождение Музо. Средняя длина кристаллов изумрудов из месторождений Колумбии составляет 2-3см, иногда достигая 10-15см.

Форма кристаллов - шестигранная приз ма, преобладает светло-зелёный цвет, густоокрашенные камни встречаются реже. К этому же типу принадлежит ряд месторождений Бразилии и Афганистана.

4. Аллювиальные россыпи с окатанной галькой ювелирного зелёного берилла, аквамарина и гелиодора являются существенным источником промышленной добычи в Бразилии, Зимбабве,.Австралии, Мадагаскаре и Шри-Ланке.

Александрит (хризоберилл)

Александрит - разновидность хризоберилла изумрудно-зелёного цвета при дневном освещении и фиолетово-красного при электрическом. Кристаллы призматической формы, блеск стеклянный, твёрдость 8,5.

Основная масса александритов добывается совместно с турмалином, гранатом, топазом из аллювиальных россыпей Бразилии, Шри-Ланки и Мадагаскара, где коренными источниками александрита являются бериллоносные пегматиты. Кроме того александрит встречается в изумрудоносных флогопитовых слюдитах (Изумрудные Копи Урала, месторождения Зимбабве, ЮАР, Индии и Пакистана.

Мир ювелирных и поделочных камней настолько обширен и разнообразен, что подробное рассмотрение их в рамках данного курса не представляется возможным. Этим занимается специальная наука - ГЕММОЛОГИЯ.

Пьезокварц и оптический кварц (SiO₂)

Кварц является одним из наиболее распространённых в земной коре минералов. Известны четыре модификации кварца. Кристаллы в- кварца тригональной сингонии, обладают высокой твёрдостью (7 по шкале Мооса) и прочностью на разрыв и на сжатие, прозрачностью, в т.ч. в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. Плотность 2,65 г/см³, термостоек, пьезоэлектрик. При + 573⁰ переходит в гексагональную б - модификацию кварца, устойчивую до 870 С. Имеет высокую температуру плавления (1710⁰С). Химически стоек и растворяется только в плавиковой кислоте. Кристаллы часто сдвойникованы. Различают правые и левые формы кристаллов кварца, которые обусловлены отсутствием плоскостей и центра симметрии. При прохождении через его пластинку вдоль оптическойоси поляризованного луча происходит поворот плоскости поляризации на определённый угол, причём правый кристалл вращает плоскость поляризации вправо, левый - влево.

Сущность пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца заключается в том, что при сжатии или растяжении пластинки, выпиленной параллельно двойной оси, на ее концах возникают электрические заряды разного знака, а при воздействии электрического тока она начинает упруго колебаться. Это явление резонанса между механическими колебаниями пластинки и колебаниями переменного тока лежит в основе применения кварца в радиотехнике. В качестве пьезокварца применяются бесцветный горный хрусталь и окрашенные разности - лимонно-жёлтый цитрин, дымчатый раухтопаз и смоляно-чёрный морион, фиолетовый аметист.

Для производства прозрачного плавленого кварцевого стекла применяют следующие разновидности кварцевого сырья: кристаллы и обломки кристаллов горного хрусталя (отходы при обогащении пьезооптического кварца); прозрачный перекристаллизованный жильный кварц и метаморфизованный гранулированный кварц. Основным качеством, которым должно обладать сырье для получения подобного стекла, является его исключительная химическая чистота: содержание Si0₂ больше 99,9%.

Гранулированный (зернистый) кварц, слагающий крупные жильные тела, представляет собой агрегат прозрачных кварцевых зерен, окруженных тонкими молочно-белыми кварцевыми каемками. Обогащенная крупка гранулированного кварца (со снятыми каемками) по химической чистоте является уникальным природным сырьем для плавки специальных светотехнических кварцевых стекол.

Пьезооптический кварц применяют главным образом в радиотехнике, ультразвуковой технике. Так, в радиотехнике пьезокварцевые пластинки служат основной деталью стабилизаторов (резонаторов) и частотных фильтров, при помощи которых разделяют радиоволны и токи разных частот и длин. В ультразвуковой технике пьезоэлементы применяются для изготовления различных приборов: эхолотов (измерение глубин моря, обнаружение айсбергов, подводных лодок, косяков рыб, затонувших кораблей) и пьезодатчиков (измерения давления пороховых газов; обнаружение пороков в металлах).

В соответствии с требованиями промышленности на пьезооптический кварц для пьезоизделий пригодны кристаллы, гальки, куски и обломки кварца, имеющие бездефектную область -- моноблок, в котором отсутствуют включения других минералов, пород, газа и жидкости, трещины, дофинейские и бразильские двойники.

В оптике из кварца делают линзы, концентрирующие ультрафиолетовые лучи, устройства, определяющие направление вращения плоскости поляризации, призмы для спектрографов, клинья компенсаторов (измерение разности хода лучей).

Технические условия на оптический кварц следующие: 1) к оптическому кварцу относятся кристаллы бесцветного горного хрусталя, прозрачные для лучей ультрафиолетовой области; 2) оптический кварц должен обладать однородностью по показателю преломления, отсутствием дефектов (бразильские двойники, свили, интенсивная окраска, трещины и различного рода включения).

Высококачественное природное кварцевое сырье используется для получения прозрачного плавленого кварцевого стекла, обладающего сочетанием таких ценнейших свойств, как высокая светопрозрачность в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра, идеальная радиопрозрачность, нечувствительность к термоудару, непроницаемость для газов, химическая инертность по отношению к агрессивным средам, отличные диэлектрические и антирадиационные свойства, большие запасы прочности и теплостойкости.

Среди требований промышленности к качеству кварца для плавки наиболее жесткими являются технические условия для производства прозрачного кварцевого стекла. Вредными в данном случае являются все виды примесей: твердые минеральные, заключенные в газово-жидких включениях, структурные и др.

Основными потребителями продукции из кварцевого стекла являются следующие отрасли промышленности: электротехническая, электронная, химическая, металлургическая, машиностроительная, оптико-механическая, радиотехническая, авиационная, приборостроение и др.

Генетические типы промышленных месторождений пьезооптического кварца

1. пегматитовый: зональные камерные пегматиты в апикальных частях субщелочных гранитоидов (Волынское месторождение с топазом и бериллом; Кентское с флюоритом, Горихо в Монголии с флюоритом);