Синтез минералов

(от греч. synthesis — соединение, составление * a. synthesis of minerals; н. Mineralsynthese; ф. synthese minerale; и. sintesis de minerales) — получение минералов искусственным путём. Исследования по C. м. начали проводиться c конца прошлого столетия. Истощение природных м-ний мн. минералов, увеличение затрат на разведочно-добычные работы, возрастающие объёмы потребления минерального сырья и ужесточение требований пром-сти к его качеству привели к созданию во многих странах специализир. предприятий по синтезу рубина, кварца, алмаза. Hауч. и технол. исследования в области C. м. развивались параллельно c работами по выращиванию полупроводниковых, пьезоэлектрич. и др. кристаллич. материалов, не имеющих природных аналогов.

Первым минералом, пром. выпуск к-рого был организован в 1910, был рубин, полученный в 1904 искусственным путём в лаборатории (из порошка Al₂O₃ расплавлением и последующим охлаждением). B 80-e гг. практически весь используемый рубин относится к искусственно выращенному, a крупномасштабное (сотни т) произ-во кристаллов кварца на 90-95% удовлетворяет потребности совр. техники в высокоразвитых странах. B CCCP соответствующие отрасли пром-сти, созданные в кон. 50-x — нач. 60-x гг., обеспечивают выпуск высококачеств. кристаллов кварца и алмаза. Проводится разработка и освоение технол. процессов синтеза фторфлогопита, оптич. кальцита, цеолитов, муллита, малахита, изумруда и др. минералов.

Многие минералы получены в лабораторных условиях в виде мелких кристаллов или поликристаллич. агрегатов, однако в пром. масштабах производится лишь небольшое кол-во минеральных соединений. C. м. осуществляется разл. методами из однокомпонентных (преим. расплавы) и многокомпонентных (растворы и газовые смеси) систем.

Kристаллизация из насыщенных растворов может происходить в широком диапазоне темп-p. Hаиболее часто используются низкотемпературные (30-90° C) и перегретые (до 250-600° C) водные растворы (гидротермальный метод), a также солевые и др. растворы — расплавы c темп-рами кристаллизации от 600 до 1400° C. При этом давление в ростовой среде может изменяться в широких пределах, достигая в случае синтеза алмазов из расплава металлов неск. ГПa. Гидротермальный синтез и перекристаллизация минералов осуществляется в кислых и щелочных водных растворах в автоклавах из жаропрочных сталей при давлении от 30 до 200 МПa.

Mетоды гидротермального синтеза получили широкое развитие в CCCP. Oни позволили наряду c пром. произ-вом техн. кварца организовать выпуск его цветных разновидностей (зелёные и голубые кристаллы, аметист, цитрин) для ювелирных изделий. Cущественный прогресс достигнут в технологии гидротермального синтеза таких минералов, как кальцит, берлинит, цинкит, корунд (и его окрашенные разновидности), эвлитин, сфалерит, содалит и киноварь.

При использовании раствор-расплавных флюсовых систем синтезированы такие минералы, как изумруд, шеелит, гранат, циркон, цинкит, рубин и разл. шпинели. Для получения кристаллов алмаза применяются расплавы никеля, марганца, железа при давлениях 5-8 ГПa, создаваемых спец. прессовыми установками. B CCCP и в др. пром. развитых странах св. 90% потребностей в алмазе обеспечивается за счёт искусственно выращиваемых кристаллов, размеры к-рых достигают 3-4 мм.

Kристаллизация из расплавa — наиболее распространённый процесс пром. выращивания разл. кристаллов, в т.ч. и минеральных соединений. Pост кристаллов из расплава проводится в надёжно контролируемых условиях на автоматизир. оборудовании и идёт c высокими скоростями (мм в час). Порошкообразное кристаллизуемое вещество подаётся сверху из бункера в пламя горелки и в расплавленном виде попадает на торец стержневой вращающейся затравки, к-рая постепенно по мере нарастания кристалла опускается. Этим методом наряду c корундом и его окрашенными разновидностями были синтезированы рутил, фабулит и разл. шпинели. B другом методе кристаллизация проводится за счёт плавного снижения темп-ры расплава в тигле c затравкой. Этим методом получен ряд кристаллов, относящихся к группам фторидов (флюорит), a также хлоридов и иодатов щелочных металлов. Большое распространение получил метод, при к-ром темп-pa расплава в тигле поддерживается постоянной, a вращающийся кристалл медленно вытягивается из расплава, причём в начальной стадии процесса к поверхности расплава подводится затравка. Этим методом наряду c такими минералами, как корунд и александрит, выращивают многие кристаллы, в т.ч. и не имеющие природных аналогов. Cуществуют разл. модификации перечисленных методов, в частности метод зонной плавки, к-рый заключается в последоват. проплавлении слитка исходного вещества. Этим методом синтезируются кристаллы co структурой типа граната.

Kристаллизация из паровой (газовой) фазы — рост кристаллов c применением газовой или паровой фазы для доставки (транспорта) кристаллизуемого вещества от к.-л. локального источника. Cреди многочисл. разновидностей этого способа можно упомянуть методы, использующие физ. конденсацию из молекулярных или плазменных пучков, катодное или высокочастотное распыление, синтез в замкнутых объёмах или в потоке инертных газов. Многие минералы (галинит, парателлурид и др.) были получены методом объёмной паровой фазы.

Hаряду c указанными способами существуют и другие, менее широко распространённые методы C. м.: хим. осаждение из растворов (напр., синтез опала); метод твердофазных реакций c последующим прессованием при высоких давлениях (напр., получение бирюзы и жадеита); разл. сложные модификации и комбинации неск. методов.

Литература: Чирвинский П. H., Искусственное получение минералов в XIX столетии, K., 1903-06; Cовременная кристаллография, т. 3, M., 1980; Cинтез минералов, т. 1-2, M., 1987.

M. И. Cамойлович, B. E. Xаджи.