Minerales Sinteticos

Índice.-

1. Introducción

1. Métodos para la síntesis de un mineral sintético.

1. Método de sustancia fundida

1. Método Verneuil
2. Método Czochralski o Pulling
3. Czochralski o Pulling
4. Método crecimiento zonal
5. Método  "skull-melting" o "de la calavera"

1. Método de mezcla fundida (flux)
2. Método Hidrotermal

1. Identificación de Mineral sintético.

1. Análisis espectroscópico.
2. Patrones Fluorescentes.
3. Beneficios de los minerales sintéticos

1. Conclusión

1. Bibliografía

1. Introducción

Una gema sintética es aquella que se realiza en un laboratorio, pero que comparte prácticamente todas las características químicas, ópticas y las características físicas del mineral natura.

Han sido fabricados desde finales del siglo XVII, y su producción ésta marcados por la necesidad de aplicaciones industriales, fuera de la industria de la joyería.  El primer mineral sintético fue el rubí sintético de calidad facetado. Los cristales sintéticos se han utilizado en las telecomunicaciones, la tecnología, microelectrónica y abrasivos. Debido a que los minerales sintéticos en la aplicación de la joyería se pueden “hacer a la medida” (Es decir, consistente en color y forma de los cristales) dado los ingredientes adecuados, el tiempo y las facilidades para crearlos, son mucho menos raros que los minerales naturas de igual tamaño, claridad y saturación de color.

En vista de la gemología debido a que por simple vista no se puede reconocer un mineral natural y artificial se han creado normas donde especifique que aquel no fue formado de manera natural y fue hecho en laboratorio.

Desde el siglo pasado se han desarrollado varias formar de crear los materiales en el laboratorio, pero la mayoría de estos métodos se dividen en dos categorías principales, fusión y solución.

En los procesos de fusión, la composición química de la masa fundida es la misma que la composición del cristal resultante. En el proceso de solución, la solución o masa fundida tiene una composición química diferente a la del cristal resultante.

1.  Métodos para la síntesis de un mineral sintético.

La principal utilidad para los minerales sintéticos ha sido para la utilización de gemas, lo cual ha provocado que muchas de las principales gemas sean fabricadas por el hombre en los laboratorios. Estas gemas sintéticas presentan una composición idéntica a las naturales y, por tanto, unas propiedades mecánicas y ópticas muy parecidas, por lo que su determinación es, en ocasiones, muy difícil.

Aunque no se trata de gemas de imitación, pues no pretenden ser lo que no son, el precio es bastante menor que el de las gemas naturales de la misma composición, por lo que una de las tareas del gemólogo es la de identificar claramente estas gemas sintéticas, sus tipos y propiedades, y conocer sus métodos de fabricación.

La primera obtención de gemas sintéticas data de los últimos años del siglo pasado y se debe a Auguste Verneuil el cual fue un químico francés, en 1902 invento el proceso de "fusión por llama", hoy denominado proceso de Verneuil, que sigue en la actualidad como un medio barato fabricar corindón, o rubíes artificiales . A lo largo del siglo XX se han desarrollado numerosos métodos de obtención de gemas sintéticas, cada vez más perfeccionados.

1. Método de sustancia fundida

Es el proceso de síntesis donde se funde el material original con la composición química del mineral a sintetizar y colorante. Al enfriarse el fundido cristaliza el material sintético.

Se utilizan para fabricar alejandrita, zirconita, fluorita, rubí y zafiro (también con efecto estrella), corindón para imitación de alejandrita, espinelas de varios colores, YAG, GGG, etc.

El método más utilizado es el Verneuil, pero existen varios métodos, los más comunes son:

1. Método Verneuil

Utilizado en su origen para la fabricación de corindones sintéticos (rubí y zafiro), se emplea también en la actualidad para la fabricación de espinelas; En síntesis, consiste en dejar caer polvo de alúmina con el colorante adecuado a través de una llama oxhídrica, que por su elevada temperatura (2200º C, aproximadamente) funde la mezcla.[pic 1]

La alúmina fundida gotea sobre una superficie fría que gira lentamente y se aleja del foco de calor. El resultado es una "bola" o "pera" de forma alargada, monocristalina, de alúmina coloreada, de la que luego se talla la gema.

Por este procedimiento, que posteriormente ha sido modificado con la aportación de oxígeno adicional y otras mejoras, se obtiene rubí, zafiro y espinela sintéticos. [pic 2]

También zafiros de fantasía, e imitación de alejandrita. Con aporte de oxígeno adicional se puede obtener también titanato de estroncio (fabulita) y rutilo sintético.

Mediante la adicion de óxido de titanio se pueden conseguir rubíes y zafiros estrella.

1. Método Czochralski o Pulling

El método consiste en la formación de un cristal en forma de varilla de material muy puro, por contacto con un baño de mezcla fundida en un crisol de platino, iridio, cerámica o grafito. La "varilla", cuyo extremo, en el que se coloca una semilla de cristalización, se encuentra en contacto con el baño, se hace girar y ascender lentamente, produciéndose un monocristal en forma de barra y quedando las impurezas en el baño. Se utiliza una atmósfera oxidante.

Las velocidades de crecimiento varían de 6 a 25 mm por hora.

Por este método, que también admite modificaciones y mejoras, se obtienen corindones muy puros, para su utilización en semiconductores (zafiros) y láseres (rubíes). También se producen aluminato de itrio (YAG), granate de galio y gadolinio (GGG), niobato de litio, scheelita sintética y otros materiales.

1. Método Bridgman – Stockbarger.

[pic 3][pic 4]Un crisol de forma cilindro-cónica se llena de polvo de la sustancia a fundir y se hace deslizar lentamente por el interior de un horno en el que se establecen dos zonas de temperaturas diferentes, levemente por encima y por debajo, respectivamente, del punto de fusión de la substancia a fundir. 

El proceso consiste en provocar la fusión del polvo del crisol, y posteriormente una cristalización muy lenta. Las impurezas pasan al fundido, consiguiéndose cristales grandes y muy puros.

Se obtienen por este método fluorita, zafiro y otros compuestos.

1. Método crecimiento zonal.[pic 5]

Basado en el mismo principio del método anterior, consiste en hacer deslizar un tubo lleno de polvo del material a fundir por un horno en el que el elemento calefactor se dispone en un anillo. Se consigue de esta forma una zona fundida, en la que se acumulan las impurezas, que se va desplazando a lo largo del tubo.

Al final, se obtiene un monocristal en forma de cilindro de material muy puro, en cuyo extremo se acumulan las impurezas. Se utiliza este método para obtener corindones sintéticos de diversos colores (rubíes y zafiros Inamori) y  alejandritas Seiko.

1. Método  "skull-melting" o "de la calavera"

Se utiliza sobre todo para la fabricación de óxido de zirconio cúbico, para imitación de diamante.

[pic 6]Pretende eliminar los inconvenientes de todos los demás métodos, debidos al contacto de la mezcla fundida con el crisol, que inevitablemente aporta impurezas a los cristales.

[pic 7]En este método se combinan el calentamiento por radiofrecuencias con el enfriamiento del recipiente por medio de circulación de agua a lo largo de tubos que circundan el crisol. De esta forma queda una costra, corteza o "calavera" de material sin fundir, dentro de la cual, por posterior enfriamiento, se forman grandes cristales a partir de la sustancia fundida.

[pic 8] [pic 9][pic 10]

1. Método de mezcla fundida (flux)[pic 11]

Existe un conjunto de métodos de obtención de gemas sintéticas basados en el principio de "disolución" del material a obtener (berilo impuro, alúmina, etc.) en una sustancia adecuada a temperatura muy alta (molibdato de litio, óxido de vanadio, fluoruro y óxido de plomo, etc.).

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