二氧化锆合成宝石概况

二氧化锆合成宝石概况 第二届中国锆铪行业大会文集 二氧化锆合成宝石概况 任学佑 北京有色金属研 0 0 0 8 8 北京:1 究总院 1(概述: 立方氧化锆曾发现于天然锆石的包裹体中，这种包裹体数量极少，而且光彩也不理想。但立方氧化锆 性能独特，用它加工生产出的立方氧化锆宝石的特性是迄今为止与钻石最为类似，其价格又是非常廉价。切 削和打磨加工出来的氧化锆宝石具有的夺目光彩超过天然宝石。于是人们便开始加工这类物质。美国宝石 学院(GIA)将这种加工出来的“人造立方氧化锆”称为合成宝石。为此国内外生产厂家把人工生产的立方 氧 化锆应称之为“合成立方氧化锆”。立方氧化锆的化学分子式是zrO，，国际市场上用英文缩写CZ来表示。 目前 20世纪60年代末由法国科学家罗林(Roulin)等人发明 的，当时的冷坩埚熔壳法生长立方氧化锆的技术是 仅作了探索性研究。到20世纪70年代初，前苏联科学院列别捷夫固体物理研究所的阿列克索诺夫 等人改进了法国人的装置，生长出了大的晶体，并申请了专利。到了20世纪70年代末，原苏联把无色的立 方氧化锆 晶体作为钻石的代用品推向市场，引起了世界钻研界的轰动，人们称它为“苏联钻”。随后，其他 国家也相继生产了这种宝石，并在国际上流行。 我国从20世纪80年代初开始立方氧化锆合成的研究，1983年投产，并迅速以“水钻”的名称占领了 市场。立方氧化锆的合成成功，大大地丰富了珠宝市场，满足了人们对美追求的需要。但我国目前尚不能 生产市场所需的鸽血红、蓝宝石蓝翠立方氧化错。 2(制作技术 立方氧化锆宝石制备技术介绍如下。首先在ZrO，粉末中按摩尔比例(9:1)加入稳定剂Y， O，，混合均 匀，放入紫铜管围成的“圆杯”内，在粉末的上部放入一定量的金属锆片或锆粉，接通电源，起燃l——2分钟，原料开始熔化。待原料大部分熔化，达到要求后，使熔体稳定加热30—60分钟。然后于冷坩埚内 以5一15mm,h的速度下降，熔体底部因降慢产生过饱和浓度而开始结晶，随着“冷坩埚”的不断下降，熔 体将全部结晶成晶体。生长完毕，慢慢降温一段时间，然后停止加热。冷却到常温后，即可取出产品，用 小锤轻轻拍打，一颗颗晶莹漂亮的立方氧化锆晶体便呈现出来。 上述操作从粉料熔化到完全熔解，时间较快，而晶体生长的时间则较长，生长一炉立方氧化锆的总时 间大约为20小时。每一炉的产量最高可达七、八百公斤。没有熔化的原料及壳体料可留在下次使用。彩锆 生长时往原料中加入相应的致色剂即可。 3(特性 ? 立方氧化锫的折射率最高达2(17，与天然钻石2(42的折射率非常接近。从物理特性看，折射率越高， 该物质的光泽就越强，色散越小，发出的光亮就越闪亮。折射率和色散数值的接近，意味着天然宝石和 合成氧化锆宝石成品具有同样极佳的透明度和夺目的光彩。 此外，合成立方氧化锆的摩式硬度高达8(5，与硬度为10的钻石同样很接近，而玻璃的硬度只有5(5。因 此，立方氧化锆具有接近钻石的抵抗外界刻划和研磨能力，这使它经研磨成宝石后棱线尖锐完美，可以镶 嵌在首饰上长期佩戴，不会被划伤磨毛而失去不泽。氧化锆宝石的特性列于表1。 第三，尽管合成立方氧化锆磨成宝石后，从外观到硬度都极象钻石，但是两者的比重还是有一定的区 别。合成立方氧化锆的比重为6左右，是钻石比重3(5的1(7倍。所以它的手感比较沉重。也就是说同样大 75 第二届中国锆铪行业大会文集 小的成品，立方氧化锆比真钻石重。 表1氧化锆宝石的特性 密度硬度 色散度 折射率Rrfractive DensityHardness index Dispersiveness 5( 8 8( 5 2(15 O(06 4 (应用 20世纪70年代初苏联的太空军事科学家提炼出了世界上第一颗用于太空军备的高纯度人工合成立方氧 化锆钻石。他们的初衷是为了寻找稀少的钻石的替代品，而立方氧化锆正好具有与真钻石非常相近的外观 特征和物理特性。从外观上看，人们很难将它与天然宝石区分开，于是全世界科研人员开始针对“军用转 民用”这一宗旨进行开发，经过试验研制出了各种型号和各种颜色的立方氧化锆宝石产品。后来人们广泛 将其用于珠宝饰品上作为贵重钻石的替代品。目前首饰品中的项链、耳坠、戒指、头饰及其他一些时尚饰 品普遍使用这种宝石作为镶嵌物，以使产品光彩耀眼夺目，提高饰品的品位。 5(现状 被各国珠宝商誉为“宝石之都”的广西梧州市的各珠宝生产厂家生产量逐年增长，竞争激烈。下 面简 单地对梧州市和其他地区的几家生产厂家做一简要介绍。 梧州市翠珠宝石经营部。本公司是一家以专业生产加工立方氧化锆宝石为主的公司，员工300多人，加 工设备200多台，月产各款式宝石300(400万粒。本公司拥有先进的加工及检测设备。现在生产的产品有 AAA、AA、A、AB等级的圆形，花式切工的氧化锆宝石有梨形、方形、蛋形、心形、三角形、五角星形、 元宝形、树叶形以及斧头形等，颜色有粉红、紫红、桔红、石榴红、金黄、变兰、海兰、橄榄绿、香槟、祖 母绿、咖啡、苹果绿、黑锆以及白锆等多种颜色。 梧州市巨发宝石公司把自己生产的立方氧化锆宝石产品称为“巨发宝石”。产品规格有立方氧化锆宝石，白色和彩色(包括紫红色、变兰、紫兰、粉红、黄色、香槟色、橄榄、黑色、橙色和石榴红等)。形状有圆 形、方形、椭圆形、马眼形、心形、梨形等。 广西省宝石城B149铺瑞昌宝石公司专业从事人造宝石饰品的生产加工及销售业务。该公司生产的人造 宝石有立方氧化锆、红蓝刚玉、尖晶石、稀土玻璃及合成水晶等。常年大量稳定出口港、澳、台、及欧美 等多个国家。 亚太晶体氧化锆有限公司主要生产白色、变兰、紫兰和黑色等十多种颜色的以及各种等级的晶体氧化 锆宝石材料产品。 宜兴新兴锆业有限公司是由亚洲锆业有限公司在中国境内投资的子公司，位于享誉OJ,l"的陶都、著名太湖风景区旅游城市一江苏省宜兴市。新兴锆业是集科工贸于一体的跨国集团企业，是中国最大的锆产品 生产和出口基地，是中国500家最大化学工业企业之一。该公司拥有固定资产1(5亿元，占地面积26万平 方米，公司主要生产和经营锆系列化工产品，具有约30，000吨锆化合物的年生产能力。现在主要产品有 各种锆化合物、锆盐和锆碱(氢氧化锆)。此外，也生产宝石级二氧化锆和立方氧化锆宝石。 中国广州荔湾广场北塔GB8档中意珠宝有限公司主营生产各色人造立方氧化锆宝石。形状有圆形、心 形、、正方形、长方形、梨型、椭圆形、三角形、五角星和梅花形状等。 76 第二届中国锆铪行业大会文集 6(市场 目前市场上出现了各种颜色的立方氧化锆，行业内部统称为“彩锆”。彩锆生产简便，只要在原有的原 料中加入各种不同的着色剂便可获得。黑色立方氧化锆的生产则不同，不是加入着色剂，而是用白锆在真 空条件下加热到2000。C进行还原处理获得的( 在市场上出现的合成彩色立方氧化锆宝石具有多种多样的颜色:如紫色、浅紫色、浅黄色、粉红色、酒 黄色、黄褐色、红色人造立方氧化锆均为亚金刚光泽，火彩明显。密度为5(99,6(349,cm3,相对硬度为8, 9。除粉红色表现出非均质性和弱多色性且内含大量定向排列的白色脱溶物外，其余的为均质性，内部洁净。 不同颜色的立方氧化锆的吸收光谱、紫外荧光以及滤色镜下的变色情况均存在差异。浅紫色立方氧化锆的 f和c 吸光谱特征表明它是Nd致色。能谱结果表明，彩色立方氧化锆的常见元素有Zr、Y、P、H a等。 Er、ce的Fe分别是粉红色、红色以及酒黄色立方氧化锆的致色元素。 如上所述，广西壮族自治区梧州市是世界最大的人工宝石加工和贸易集散基地，据统计，人工宝石年 产量超过60亿粒，加工量占中国80,，占世界总量40,，人工宝石交易量的60,发生在梧州。由此可见， 中国是世界上合成人造宝石的大国。梧州市翠珠宝石经营部是一家以专业生产加工立方氧化锆宝石为主的 公司，月产各款式宝石300—400万粒，其生产量相当可观。据悉山东省青岛市氧化锆宝石工厂为了满足市 场的强劲需求，雇用了1200工人，保证每月生产达100万颗立方氧化锆:广西省宝石城B149铺瑞昌宝石公 司专业生产的立方氧化锆宝石常年大量稳定出口港、澳、台、及欧美等多个国家。梧州市巨发宝石公司生 产的立方氧化锆宝石尺寸为1mm至20mm，销往全世界。江西晶安、松鹤锆业、浙江升华拜克锆 新兴锆业、广东东方锆业等，都供应99(5,以上不同纯度和规格的宝石级二氧化锆。 谷、宜兴 国外情况 报道道，世界市场对立方氧化锆及其他有色合成宝石的需求量依旧强劲。 瑞士立方氧化锆及合成宝石 的著名厂商SignityAG公司指出，在亚洲市场最好销售的产品是合成海蓝宝 石、紫晶宝石以及金黄色、粉红色的合成宝石。小而圆的黑色立方氧化锆也很好销售，白色的立方氧化锆 将继续保持强劲的需求势头。 韩国极东宝饰有限公司指出，采用全电脑化设备能提高生产效率，有助于制造钻石切型的立方氧化锆， and 这样做定能使产品最终坚挺地立于各种宝石市场中，赢得市场优势。该公司畅销产品“心与箭”(Heart Arrow)型立方氧化锆在市场上销售10余年，市场需求十分强劲，美国和日本对其需求最大。该公司根据 自己十余年的市场销售经验分析得出这一结论。 7(前景 立方氧化锆市场竞争激烈，前景甚佳。自1990年代以来，世界各地对低价的珠宝首饰的需求强劲，立 方氧化锆在市场上的销售量大幅增加，越来越多的制造商开始加入生产。然而，中国及其他亚洲地区的大 部分公司主要生产较低质的立方氧化锆，因此质优的小厘码立方氧化锆的前景仍然很好。 美国、欧洲及韩国的立方氧化锆生产商非常了解他们如何从竞争激烈的市场中突围而出。他们认为生 产多元化的切型、引入先进的机器及推出积极的市场策略是发展市场的重要因素。瑞士多乐福有限公司经 理Mario Tiedemann表示，生产小厘码的立方氧化锆的前景很好，能为该公司保持优势。 综上所述，无论从国外市场还是国内市场来看，目前立方氧化锆宝石市场都呈现出高增长势头，因此， 宝石市场前景很好，并将带动全国高纯二氧化锆工业的发展。 77