Korund (synthethisch) Synthetisch Korund ist ein ... - Goettgen

Korund (synthethisch)
Synthetisch Korund ist ein künstlicher, im Labor gezüchteter Stein. Wofür die
Natur Jahrzentausende benötigt, kann innerhalb weniger Tage im Labor die
Technik mit ihrem Fortschritt glänzen. Erstaunlich ist, daß sich die chemischen
Eigenschaften nicht vom echten Korund unterscheiden. Verunreinigungen,
welche beim natürlichen Vorbild die Regel sind, können beim synthetischen
Korund vermieden werden, was meist auch ein Indiz zur Bestimmung ist.
Seit dem Ende des 19. Jahrhunderts werden Korunde synthetisch produziert.
Im Jahre 1888 gelang es dem französischen Chemiker Auguste Victor Louis
Verneuil (1856-1913) erstmals, mittels des sogenannten Schmelz-Tropf-
Verfahrens aus Aluminiumoxid und gezielt ausgewählten Zusatzstoffen
künstliche Rubine herzustellen. Die mittels der Verneuilsynthese gezüchteten
Steine nennt man daher auch Verneuilsteine.
Die erstmalige Herstellung von Elektrokorund erfolgte 1894 durch Ernst Moyat.
Moyat (1868 - 1937) war ein deutscher Chemiker, welcher sich durch
Verfahren zur Herstellung von Korund einen Namen gemacht hat. Auch die
Nutzung hochfeuerfester Materialien, wie Korund zur Herstellung von
Formstücken, wurde von ihm vorangetrieben. Kurz vor dem Ersten Weltkrieg
erhielt Ernst Moyat das Reichspatent für die Herstellung künstlichen Korunds
(Normalkorund), welcher aus dem Rohstoff Bauxit in einem Lichtbogenofen
(Elektroschmelze - ca. 2120 °C) reduziert wurde. Beimengungen zur
Reduzierung der unerwünschten Begleitstoffe waren Eisenspäne und Koks. Das
Resultat war ein brauner Korund (96% Al 2 O 3 ), am Boden setzte
sich Ferrosilicium (FeSi) ab.
In der Folge wurden sogenannte Edelkorunde
entwickelt, auch Edelkorund weiß genannt.
Rohstoff war kalzinierte Tonerde, ein Resultat aus
der Aufspaltung von Bauxit in Tonerde und
Rotschlamm im Bayer-Verfahren. Diese wurde im
Elektro-Lichtbogenofen zu Edelkorund weiß geschmolzen
(99,7% Al 2 O 3 ). Durch gezielte
Beimengung von Chrom(III)-oxid (0,2%) entstand
Edelkorund rosa und mit einem Anteil von
2%, sogenannter Rubinkorund, welcher allerdings
nicht zu Schmucksteinen verarbeitet
werden kann.
Heute werden zur industriellen Herstellung von Korunden vor allem die
hydrothermale Kristallzüchtung oder das Czochralski-Verfahren eingesetzt.
Bemerkenswert ist, daß diese Korunde durch den Einfluß von Säuren oder
Basen, abgesehen von einer Schmelze von NaOH, nicht mehr veränderbar
sind; sie können lediglich bei einer Temperatur von etwa 2.050 °C wieder
verflüssigt werden.

Korund (synthethisch)
Das Hydrothermalverfahren wurde für die Quarzsynthese entwickelt. Durch
den Anstieg des Bedarfs an technischem Quarz nach dem 2. Weltkrieg wurde
die bereits 1908 angewandte Methode um 1945 - 1960 vervollständigt.
In einem senkrecht stehenden Druckgefäß
(sog. Autoklaven) befindet sich eine leicht
alkalische Lösung (die alkalische Reaktion
der Lösung erhöht die Löslichkeit des
Quarzes). Unterhalb dieses Gefäßes
befinden sich, als Nährsubstanz, gebrochene
Quarzstücke und oberhalb, als
Keime, orientiert geschnittene Quarzplatten.
Im Autoklaven wird eine Temperatur von
350 - 400°C und ein Druck von 120Pa
erzeugt, welche bei der Quarzsynthese
nötig sind. Durch das Temperaturgefälle in
dem Druckbehälter wird der Nährquarz im
unteren und heißeren Bereich aufgelöst und
wird im kälteren Bereich an den Kristallkeim
bzw. Kristall auskristallisiert. Dadurch
wächst der Kristall mit einer Geschwindigkeit
von 1mm pro Tag.
Man kann auch Edelsteine wie Beryll, Granat, Zoisit, Turmalit, u.a. mit diesem
Verfahren züchten.
Das Czochralski-Verfahren beruht - im Gegensatz zu dem Verneuil-Verfahren -
auf dem Schmelzen im Tiegel. Damit werden Einkristalle hergestellt, deren
Substanzen einen Schmelzpunkt von über 1500°C haben. Dieses Verfahren
wurde erstmals 1917 aufgezeichnet.
In dem Czochralski - Verfahren befindet
sich das Schmelzgut direkt in
einem Tiegel, in welchen auf einem
gekühlten Schaft sitzender
Kristallkeimling hineingetaucht wird.
Die umliegende Schmelze verfestigt
sich somit auf dem kühleren
Kristallkeimling, so daß ein Kristall
entsteht. Dieser wird mit seiner
Wachstumsgeschwindigkeit aus dem
Schmelztiegel gezogen.

Korund (Verneilsynthese)
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Farbpalette der synthetischen Korunde (Verneuil)

Korund (Verneilsynthese)
Die technischen Daten der Verneuilkristalle wurden freundlicherweise von der
Firma Djeva SA, Monthey, Schweiz zur Verfügung gestellt.

Korund (Verneuilsynthese)
Der französische Chemiker Verneuil entwickelte 1890 das nach ihm benannte
Verneuil-Verfahren. Dieses tiegelfreie Flammenschmelzverfahren war die
Revolution in der industrielle Edelsteinsynthese, denn sie ist für die Züchtung
vieler Substanzen geeignet, welche einen genügend hohen Schmelzpunkt
haben, und, ohne sich zu zersetzen, schmelzen.
Flammenschmelzverfahren nach Verneuil
1 - mechanischer Hammer
2 - Ventil für den Sauerstoffzufuhr
3 - Dosiereinrichtung
4 - Vorratsbehälter für feinpulvrige Kristallsubstanz
5 - Ventil für den Wasserstoffzufuhr
6 - Brennrohr
7 - zylindrischer Ofen
8 - Kristall
9 - Schamottstift
10 - Absenkvorrichtung
Die Dosiereinrichtung enthält ein hochreines pulverförmiges Material, welches
im Brennrohr mit Wasserstoff und Sauerstoff geschmolzen und Schicht für
Schicht an den Kristallkeim, welcher auf dem Schamottstift sitzt, zum
Erstarren gebracht wird. So wächst der Kristall in einer Stunde um etwa 5-20
mm, und wird mit Hilfe der Absenkvorrichtung langsam nach unten bewegt,
damit er in der idealen Brennzone des zylindrischen Ofens bleibt.
Einen Kristall aus der Verneuilsynthese nennt man Birne, Korunde werden
gespalten und als Halbbirnen (half-boule) auf den Markt gebracht.
Vollbirne, Halbbirne und die möglichen Korundfarben der Verneuilsynthese

Spinell (synthetisch)
Die im Handel erhältlichen Steine werden meist im Verneuil-Verfahren als
Einkristall hergestellt. Der fertige synthetische Rohstein wird Boule oder Birne
genannt, ist annähernd rund und hat bei einer Länge von ca. 50-80 mm einen
Durchmesser von ca. 20-30 mm, abhängig von Basismaterial und dessen
Farbe. Diese Maße geben auch die Maximalgröße synthetischer Schmucksteine
vor. Synthetisch Spinell wird im Verneuilverfahren hergestellt. Dabei werden
die pulverförmigen Ausgangsstoffe zunächst gründlich vermischt, um dann
durch periodisches Einstreuen in eine Knallgasflamme innerhalb einiger
Stunden Lage für Lage einen Kristall wachsen zu lassen.
Herkunft
Steckbrief / Merkmale
Verneuilsynthese
Chemische Formel MgAl 2 O 4
Kristallsystem
Farbe
Strichfarbe
Mohshärte 8
Boule
alle Farben
weiß
Dichte (g/cm³) 3,61
Glanz
Transparenz
Bruch
Spaltbarkeit
Habitus
Absorptionsspektrum (Å)
Glasglanz
durchsichtig bis durchscheinend
muschelig
sehr gut
birnenförmiges Wachsstum aus der Schmelze
Kristalloptik
Brechzahl n = 1,720 – 1,740
Doppelbrechung
(optische Orientierung)
Winkel/Dispersion
der optischen Achsen
Blauer synthetischer Spinell: Banden im Grün und
Blau bei 537, 456, 427 nm
Grüner synthetischer Spinell :Bande im Blau bei
448 nm
Gelbgrüner Synthetischer Spinell: Banden im Blau
bei 490, 445, 422 nm
Dunkelblauer und alexandritartiger synthetischer
Spinell: Banden im Orange, Gelb, Grün und Blau
bei 635, 580, 540, 478
anomal
0,02 (BG), 0,12 (CF)
Verwechslungsmöglichkeiten, Imitate, Synthesen
alle echte farbige transparente Edelsteine, Onyx, Spinell, Zirkon,
Hydrothermalsynthesen, Cubic Zirconia, künstliches Glas, bedampfte und
H.Y.T. oder TCF behandelte echte oder synthetische Materialien

Spinell (synthetisch)
Die technischen Daten der Verneuilkristalle wurden freundlicherweise von der
Firma Djeva SA, Monthey, Schweiz zur Verfügung gestellt.

Spinell (synthetisch)
Farbmöglichkeiten der Verneuilsynthese Spinell
Spinell- und Korundbirnen aus der Verneuilsynthese
Spinellbirnen sind Vollbirnen, Halbbirnen sind Korundbirnen

Spinell (synthetisch)
#104 #105 #106 #107
#108 #109 #112 #113
#114 #119 #120 #135
#137 #149 #152
Farbpalette gängigster synthetischer Spinelle (Verneuilsynthese)