Основные минералы, используемые в ювелирной промышленности

Камень – широко распространенный материал, который издревле служит человеку. Использование камня зависело от его природных возможностей и от культурных традиций разных стран. Это относится и к драгоценным и поделочным камням. Так, в Египте изготовлялись различные пекторали, фигуры птиц из золота со вставками из хризолита, малахита, амазонита, серпентина сердолика, горного хрусталя.

В Китае наибольшей популярностью пользовался нефрит – белый или зеленый камень, который применяется и сейчас изза высоких механических свойств (сопротивление раздавливанию). Из нефрита в Китае делали различные ювелирные украшения, статуэтки, амулеты, знаки власти царя и чиновников, письменные принадлежности.

В странах Ближнего Востока существовало 14 священных камней, каждому из которых приписывалась своя добродетель: изумруд, гранат, сапфир, топаз, аметист, яшма, халцедон, карнеол, хризолит, лазурит, берилл, гелиодор, оникс, агат (см. рис. 14а – н). (Рис. 14а – н, 14.1, 14.6, 14.7 – из Куманин В. И. и др. Дизайн. История, современность, перспективы: под ред. И. В. Голубятникова. М.: Астрель, 2011; рис. 14.2 – 14.5, 14.8–14.13 – из Куманин В. И., Жижикина Е. Ю. Дизайн ювелирных изделий. М.: МГУПИ, 2010.)

Рис. 14а. Изумруд.

Рис. 14б. Гранаты.

Рис. 14 в. Сапфир.

Рис. 14 г. Топаз.

Рис. 14д. Аметисты.

Рис. 14е. Яшма.

Рис. 14ж. Халцедон: а – обработанный, б – природный.

Рис. 14з. Карнеол.

Рис. 14и. Хризопраз.

Рис. 14к. Лазурит.

Рис. 14л. Гелиодор.

Рис. 14 м. Оникс.

Рис. 14н. Агат.

Рис. 14.1. Брошь с ограненными алмазами разного диаметра.

Рис. 14.2. Серьги. Черное золото, сапфиры. Около 1540 г.

Рис. 14.3. Подвеска. Платина, аквамарин, алмазы.

Рис. 14.4. Кольцо. Желтое золото, бриллианты сапфиры, изумруды, цитрин.

Рис. 14.5. Кольцо. Желтое золото, мексиканский огненный опал, бриллианты.

Рис. 14.6. Брошь с голубым топазом.

Рис. 14.7. Гранатовый браслет.

Рис. 14.8. Кольцо. Белое золото. Халцедоны, аметисты, бриллианты.

Рис. 14.9. Серьги. Платина. Аквамарины, турмалины, алмазы.

Рис. 14.10. Подвеска. Белое и розовое золото, бриллианты, рубины

Рис. 14.11. Кольцо. Белое золото, бриллианты, черный и белый жемчуг.

Рис. 14.12. Кольцо. Желтое золото, коралл, бриллианты.

Рис. 14.13. Колье. Желтое золото, бриллианты, черный культивированный жемчуг, хризолиты.

Алмаз Представляет собой аллотропическую модификацию чистого углерода. Кристаллическая решетка кубическая гранецентрированная, типа алмаза. Самый твердый из природных материалов: твердость по Моосу 10. Прозрачен. При высокой твердости алмаз довольно хрупкий материал. При ударах он раскалывается по плоскостям спаянности (четырем плоскостям) – октаэдру. Алмаз имеет высокие показатели дисперсии и светопреломления. Луч видимого света, преломляясь в кристалле алмаза, расходится широким пучком, переливаясь всеми цветами радуги. По прозрачности алмазы делятся на несколько категорий. Наиболее ценными считаются камни чистой воды – такие, у которых даже под лупой с увеличением в 10 раз нельзя различить дефекты. Многие алмазы окрашены различными примесями. Окраска может быть дымчатой, розовой, зеленоватожелтой, бутылочнозеленой, лиловой, вишневой, чернильнофиолетовой.

Обычные формы огранки: бриллиантовая, «маркиза», грушевидная, фантазийная. Бриллиантовая огранка встречается наиболее часто, так как позволяет наиболее полно выявить блеск и игру этого камня.

Алмаз с древности считается символом власти и богатства. В настоящее время он признается эталоном красоты. Самые крупные камни чистой воды находятся в государственных хранилищах и частных коллекциях. Наиболее представительная коллекция алмазов хранится в королевской сокровищнице Англии. В России в Алмазном фонде и Грановитой палате Московского Кремля есть уникальные алмазы, такие как «Орлов» в скипетре, «Шах». Крупнейший алмаз, найденный в Сибири в кимберлитовой трубке «Мир» в 1979 г., имеет массу 340 карат.

Алмазы широко используются при изготовлении ювелирных изделий, чаще всего вместе с другими камнями: изумрудом, сапфиром, рубином и т. д. На рис. 14.1. приведено ювелирное изделие с ограненными алмазами разного диаметра.

Рубин и сапфир Эти минералы относятся к группе корунда. Химическая формула Al 03. Кристаллическая решетка триклинная. Имеют высокую твердость – 9 по Моосу. Ювелирные камни прозрачны.

Цвет собственный и обусловлен наличием хромофоров: в рубине – ионов хрома, в сапфире – титана. Эти ионы замещают алюминий в кристаллической решетке. Интенсивность окраски зависит от содержания примесей. В бледнорозовых рубинах и бледносиних сапфирах содержание хрома и титана не превышает десятых долей процента. Ярко окрашенные экземпляры содержат до 4 % примесей.

К сапфирам относят также желтые (падпараджа), зеленые, лиловые и розовые камни. Их окраска определяется наличием таких хромофоров, как ионы железа (желтый цвет падпараджи) и марганца (розовый цвет). Совместное присутствие титана и марганца обуславливает лиловый оттенок.

В сапфирах и реже в рубинах встречаются игольчатые кристаллы рутила, ориентированные по отношению друг к другу под углом 120°. Эти включения создают характерный оптический эффект – астеризм. На отполированном камне видна светлая звездочка. Такие камни обрабатываются в виде кабошонов. Обычные виды огранки сапфиров и рубинов: «маркиза», полирная, фантазийная, бриллиантовая.

Большие рубины встречаются в природе очень редко. Ярко окрашенные крупные экземпляры ценятся очень высоко, почти так же, как алмазы.

В Древней Руси рубин – «яхонт червленый» – был одним из любимых камней и широко использовался при изготовлении украшений. В регалиях русских царей – скипетре и шапке Мономаха – 219 рубинов.

В настоящее время в ювелирном деле используются и искусственно выращенные рубины, которые по сравнению с природными имеют менее интенсивную окраску.

Сапфир – «яхонт лазоревый» – также широко применялся раньше и популярен до сих пор. Наиболее эффектно темносиние сапфиры выглядят вместе с бриллиантами, которые своим блеском и игрой подчеркивают глубину синего цвета сапфира.

На рис. 14.2 показаны серьги выполненные из черного золота и украшенные сапфирами.

Изумруд Этот минерал относится к группе бериллов. Химическая формула Be2Al2SigOlg. Кристаллическая решетка гексагональная. Твердость по Моосу 6,5–8. Хрупок. Ювелирные камни прозрачны.

Цвет минерала определяется присутствием ионов хромофоров и содержанием в некоторых бериллах до 7 % щелочей. Яркозеленая окраска изумруда связана с присутствием в кристаллической решетке трехвалентных ионов хрома, замещающих алюминий. Интенсивность окраски зависит от концентрации хрома. Окраска других бериллов обусловлена присутствием таких хромофоров, как железо, марганец, а также щелочей.

По цвету различают следующие бериллы: аквамарин – цвета светлой морской воды; гелиодор – золотистожелтый; воробьевит – бледнорозовый.

Огранка бериллов, включая изумруд, – бриллиантовая, фантазийная, изумрудная, ступенчатая. Малопрозрачные камни обрабатываются в форме кабошонов.

Минералы группы берилла достаточно широко распространены в природе. Зеленый берилл и аквамарин встречаются в виде крупных кристаллов, длина некоторых достигает 15 см. Уникальный кристалл берилла, найденный на Урале, имел массу 35 кг.

Наиболее богатое месторождение аквамаринов находится в Бразилии. В 1910 г там был обнаружен аквамарин нежноголубого цвета, абсолютно прозрачный, массой около 100 кг, длиной 50 см.

Аквамарины привлекают ювелиров своим чистым свежим цветом морской воды. Кроме того, они прозрачны и имеют достаточно крупные размеры, чтобы допускать любой вид огранки. На рис. 14.3 приведена платиновая подвеска современных ювелиров, украшенная большим аквамарином и алмазами.

Из других минералов группы берилла наиболее высоко ценится золотистозеленый гелиодор с астеризмом. Эти кристаллы обрабатываются в виде кабошонов.

Наиболее ценный минерал из группы бериллов – изумруд. Это обусловлено его редкостью в природе и неповторимой окраской. Ярко окрашенные прозрачные и крупные изумруды встречаются исключительно редко. Изумруды высокого качества поставляет на международный рынок в основном Индия. В России самый крупный камень массой около 2,2 кг («Изумруд Кроковина») был найден в прошлом веке на Урале. Изумруд один из самых дорогих самоцветов. Он используется в украшениях в виде вставок и обрамляется обычно бриллиантами, что позволяет наиболее полно проявить глубину и интенсивность его окраски, что прекрасно видно из рисунка 14.4, на котором изображено кольцо, выполненное из золота и украшенное бриллиантами, сапфирами, изумрудами и цитринами.

Шпинель Двойной окисел. Химическая формула MgAl204. Кристаллическая решетка кубическая. Твердость по Моосу 8. Прозрачна.

Чистая шпинель бесцветна и полностью прозрачна. Встречается редко. Цвет ювелирной шпинели обусловлен присутствием в минерале хромофорных примесей, таких как железо, марганец, хром и цинк. Благородная шпинель (пикотит) – краснорубиновая или розовая, хлоришпинель – бутылочнозеленая, рубицелл – оранжевый. Огранка шпинелей – бриллиантовая, ступенчатая, комбинированная. Ярко окрашенную краснорубиновую шпинель часто принимают за рубин. Так, самоцветы в сокровищнице королей Англии «Рубин Тимура» и «Рубин Черного Принца» на самом деле являются благородной шпинелью. Бутылочнозеленую хлоршпинель можно перепутать с бериллом. Уникальный кристалл шпинели входит в число семи исторических камней, хранящихся в Алмазном фонде России. Большая императорская корона, изготовленная мастером И. Позье в 1762 г. к коронации Екатерины II, украшена 4936 бриллиантами, 78 жемчугами, идеально круглой формы, а венчает ее огромный кристалл густо окрашенной шпинели β98,72 карата).

Александрит Химическая формула ВеAl2O4. Кристаллическая решетка ромбическая. Твердость по Моосу 8,5. Хрупок. Прозрачен.

Александрит является ювелирной разновидностью хризоберилла. Чистый хризоберилл бесцветен. Хромофорные ионы – железо, титан, хром, замещая ионы алюминия и бериллия в кристаллической решетке, придают ему различные цвета: голубоватозеленый, желтоватый с коричневым оттенком, оливковозеленый. Цвет александрита голубоватозеленый при дневном освещении, при искусственном становится пурпурнокрасным. Этот эффект вызван присутствием в решетке трехвалентных ионов хрома. Огранка хризобериллов, и в частности александрита, – ступенчатая или бриллиантовая.

Все вышеперечисленные ювелирные камни отличаются высокой твердостью – более 8 по Моосу. Вес их измеряется в каратах (1 карат = 0,2 г).

Из минералов, входящих во второй порядок первой группы, следует выделить несколько наиболее часто применяемых в ювелирных изделиях.

Группа кварца Химическая формула SiO2. Существует в двух аллотропических модификациях – триклинной и гексагональной. Твердость от 6,5 до 7. Камни от прозрачных до непрозрачных.

Чистый кварц бесцветен и прозрачен и называется горным хрусталем. Кварц может содержать хромофорные ионы марганца, железа, хрома, ванадия, титана и пр., а также включения других минералов, захваченных при кристаллизации. Поэтому в группе кварца наиболее широкий спектр цветов и прозрачности кристаллов.

Аметист – фиолетовый; раухтопаз – дымчатый кварц; морион – черный полу– или полностью непрозрачный; цитрин – золотистый или лимонный; авантюрин – желтоватобурый с включениями железной слюдки; кошачий, тигровый и соколиный глаз – разноцветные, с включениями асбестовых волокон; волосатиккварц с включениями рутила.

Халцедоны Разновидность кварца с тригональной кристаллической решеткой. Содержит примеси воды (до 1,5 %) и некоторых щелочей. По цвету, прозрачности и наличию включений различают следующие камни: сердолик – желтый, красный, оранжевый; сардер – краснобурый: хризопраз – зеленый; сапфирин – голубой; гелиотроп – зеленый халцедон с кровавокрасными включениями гематита; огненный агат – с иголочками гематита; агаты – слоистые камни, состоящие из чередующихся разноокрашенных слоев.

Опалы Гидроокислы. Химическая формула SiO2 × nН2O. В ювелирной промышленности используется только благородный (огненный) опал.

Огранка прозрачных разновидностей минералов группы кварца (горный хрусталь, цитрин, аметист и пр.) – бриллиантовая, ступенчатая. Полупрозрачные и непрозрачные камни гранятся обычно в форме кабошона.

В ювелирной промышленности минералы группы кварца применяются в виде вставок в кольца, серьги, кулоны и пр. в сочетании с другими самоцветами, чаще всего бриллиантами.

В месторождениях кварц и его разновидности встречаются в виде крупных образований – жил и в виде друз. Жилы используются для изготовления различных художественных изделий. На рисунке 14.5 показано кольцо из коллекции Gianmaria Donini, изготовленное из желтого золота и украшенное бриллиантами и опалами.

Топаз Минерал подкласса островных силикатов. Химическая формула Al2[SiO4] (FOH). Кристаллическая решетка ромбическая. Твердость 8. Прозрачен. Цвет определяется присутствием ионов хромофоров, таких как железо двух– и трехвалентное, титан, хром, ванадий и др. В частности, голубой цвет топазу придает ион титана, винножелтый – хрома и железа, розовый – ванадия. Чистый минерал прозрачен и бесцветен.

Огранка топазов – ступенчатая овальная, типа топаза, иногда бриллиантовая и комбинированная. Топазы с включениями гранятся в виде кабошонов.

Топазы достаточно хорошо распространены в природе. Размеры их нередко достаточно велики. Встречаются топазы массой несколько килограмм и более, на Украине в 1966 г. был обнаружен топаз массой 117 кг. Поэтому цена топаза не увеличивается с увеличением массы в тех же пропорциях, как у алмаза или других более ценных камней. Невысокая стоимость топазов позволяет использовать их для имитации других более ценных минералов. При соответствующей огранке его используют для имитации алмаза. Голубой топаз имеет сходство с сапфиром, светлоголубой – с аквамарином, желтый – с цирконом.

На рисунке 14.6 приведена брошь с голубым топазом.

Гранаты Минералы подкласса островных силикатов. Подразделяются на два ряда: альмандиновый и андрадитовый. На рисунке 14.7 приведен гранатовый браслет.

Гранаты альмандинового рядаХимическая формула: (Mg, Fe, Mn)3 Al (SiO4)3.

Твердость 7,0–7,5. Альмандиновый ряд включает следующие предельные минералы: пироп – Mg3Al (BiO4)3, альмандин – Fe3Al (SiO4)3, спессарин – Mn3Al (SiO4)3. Цвета камней разнообразные.

На рис. 14.8 приведено кольцо с драгоценными камнями.

Пиропв чистом виде бесцветный. В природе встречается исключительно редко. Обычно содержит примеси хрома с железом и марганцем. Хром и марганец придают пиропу красный цвет, хром и железо – краснолиловый. Наиболее ценным является родолит – розовокрасный, пурпурный пироп, в котором треть ионов магния замещены железом.

Альмандин.Цвет красный, фиолетовокрасный. Самый распространенный из ювелирных гранатов.

Спессарин.Цвет медовожелтый, желтооранжевый, оранжевый. Крупные кристаллы встречаются редко. Из группы гранатов один из самых дорогих.

Андрадитовый ряд

Химическая формула Ca3Cr2[SiO4]3. Твердость 6,5–7,5.

Уваровит. Химическая формула Ca3Cr2[SiO4]3. Цвет яркоизумрудный.

Гроссуляр.Химическая формула Ca3Al2[SiO4]3. Цвет зеленый, цвета крыжовника. Зеленый цвет придают ему ионы железа и хрома. В чистом виде бесцветен (лейкогранат).

Демантоид.Химическая формула Ca3 (Fe,Cr)2[SiO4]3. Цвет яркозеленый, травянозеленый. Наиболее ценен с ювелирной точки зрения. Характеризуется прекрасной игрой света.

Блеск и игра камня обеспечиваются высоким показателем преломления света (1,88–1,89) и дисперсией (0,057). Эти характеристики выше, чем у алмаза.

Турмалин.Боросиликат. Химическая формула (Na,Cr) (Mg,Fe,Li)3Al6[Si608][BO3]3(OH)4. Состав турмалина непостоянен. Ионы натрия, калия, железа, марганца, лития и алюминия могут замещать друг друга в различных количествах. Кроме того, турмалины содержат различные примеси: калий, хром, титан, ванадий, бериллий, рубидий, цинк, цезий. Кристаллическая решетка тригональная. Твердость 7,0–7,5.

Цвет турмалинов весьма разнообразен. Часто окрашены полихромно, встречаются двух, трех, четырех– и иногда пятицветные. Различают следующие разновидности турмалинов. Шерл – черный; железистый. Рубеллит – розовый; марганцовистый. Дравит – коричневый, желтый, бурый, магниевый. Инголит – синий, полихромный; натриеволитиевый. Хромтурмалин – зеленый; хромистый. Турмалины могут иметь множество различных оттенков. Крупные прозрачные турмалины редки. Г ранят розой, бриллиантовой огранкой, комбинированной.

Все турмалины используются в ювелирной промышленности в виде монокристаллов. Кроме камнеймонокристаллов используют некоторые поликристаллические минералы, которые относят к группе поделочных камней. Из них изготовляют вставки для недорогих кулонов, колец и т. п. К таким минералам относятся жадеит, малахит, лазурит, нефрит, полевые шпаты.

На рисунке 14.9 приведены серьги фирмы Tiffany, выполненные из платины с драгоценными камнями.

Жадеит.Химическая формула NaAl(Si2Oe). В структуре натрий часто замещается кальцием, алюминий – магнием, железом, хромом. Твердость 6,5–7,5, Цвет минерала зависит от состава. Чаще всего встречается яблочнозеленая разновидность. Изумруднозеленый жадеит ценится наиболее высоко. Его цвет обусловлен присутствием ионов хрома (в прозрачных камнях – в сотых долях процента, в непрозрачных – до 7,0 %). Существуют также белые, черные, розовые, синие, желтые, красные и фиолетовые разновидности жадеита. Огранка непрозрачных, полупрозрачных камней – кабошон.

НефритХимическая формула Ca2(Mg,Fe)5[Si40n]2 (ОН]. В качестве примесей может содержать титан, хром, ниобий. Кристаллическая решетка моноклинная. Твердость 5,5–6,5. Цвет зеленый различных оттенков. Непрозрачен. Просвечивает только в тонких сколах.

Широко используется в ювелирной промышленности для изготовления бус, браслетов, вставок в кольца и т. п.

На рис. 14.10 показана подвеска из белого и розового золота с драгоценными камнями.

Полевые шпаты.Алюмосиликаты. Химическая формула Na[AISi3Og] – альбит, Ca[Al2Si208] – анортит. Кристаллическая решетка – триклинная. Твердость 5–6,5.

Разновидности полевых шпатов применяются в ювелирной промышленности для различных вставок в дешевые изделия. Среди них «солнечный камень» – альбит, в котором рассеяны мельчайшие включения гетита и гематита, создающие эффект оранжевокрасного свечения. «Лунный камень» – анортит с нежносиневатым перламутровым отливом. Лабрадорит – темносерый с синим или зеленым отливом. Амазонит – голубоватобелый или зеленобелый.

Лазурит.Химическая формула Na3Ca2 [AlSiOJ (S04)r/ Кристаллическая решетка кубическая. Твердость 5–6. Непрозрачный. Цвет яркосиний, цвета лазури. Из лазурита изготавливают вставки, бусы, браслеты и др.

Малахит.Химическая формула Cu2[COs] (ОН)2. Твердость 3,5–4. Непрозрачен. Цвет зеленый различных оттенков.

Окраска малахита неоднородна. Строение зональное. На полированном срезе отчетливо видны чередующиеся зоны – темнозеленые и светлозеленые. У бирюзового малахита расположение зон концентрическое и их размер – десятые доли миллиметра. Темные зоны обычно более крупные. Рисунок бирюзового малахита муаровый. Плисовый малахит имеет радиальнолучистое строение и используется в ювелирных изделиях реже.

Бирюза.Химическая формула CuAl6[POО4]4(ОH)8 5H2О. Состав непостоянный. Может содержать дополнительно железо, кремний, кальций, магний, хром и пр. Кристаллическая решетка – триклинная. Твердость 5–6. Непрозрачна. Цвет – небесноголубой, голубоватозеленый, сероватозеленый. Часто содержит включения кристаллов пирита, кварца, рутила и других минералов. Легко обрабатывается. Обычно придают форму кабошона. Наиболее ценится бирюза небесноголубого и зеленоватоголубого цвета без включений и примесей.

Кроме неорганических природных минералов в ювелирных изделиях применяют некоторые органические вещества: янтарь, жемчуг, кораллы.

Янтарь.Ископаемая смола. Химическая формула С10Н16О. Твердость 2–3. Прозрачность – от прозрачного до непрозрачного. Цвет – все оттенки желтого: от светложелтого, почти бесцветного, до желтооранжевого, красного, коричневого, реже – черного. Иногда куски янтаря имеют включения насекомых или растений. Из янтаря изготовляют бусы, браслеты, различные вставки и пр.

Жемчуг.Химический состав – углекислый кальций 85–90 %, органика 4–6 %, вода 3–4 %. Твердость 3–4. Прозрачность – от прозрачного до непрозрачного.

Жемчуг образуется в раковинах некоторых моллюсков, которые выделяют перламутр. Небольшая песчинка, случайно попавшая между створками раковины и мантией моллюска, обволакивается перламутром. Слои перламутра нарастают со временем, и происходит рост жемчужины.

Жемчуг может быть разных цветов: белый, голубой, желтый, зеленоватый, розовый, серый, черный. Механически не обрабатывается.

На рис. 14.11 приведено золотое кольцо с черным и белым жемчугом.

Коралл.Карбонат кальция. Скелеты некоторых морских полипов. Твердость 3–4. Непрозрачен. Цвет – молочнобелый, телеснорозовый, бледнорозовый, яркорозовый, оранжеворозовый, красный, черный.

На рисунке 14.12 приведено кольцо, украшенное кораллами и бриллиантами. Коралл обрабатывается для вставок в форме кабошонов или уплощенных бусин. Имитация ювелирных камней.

Имитация – использование различных материалов, сходных по свойствам с драгоценными камнями, а также искусственно выращенные минералы и искусственно выращенный жемчуг. Для имитации используется в первую очередь стекло – стеклянная имитация. Также применяются для имитации дублеты– и триплетысклейки нескольких материалов, пластмасса и полимеры.

На рис. 14.13 приведено колье, выполненное из желтого золота и украшенное бриллиантами, черным культивированным жемчугом и хризолитами.

Использование наноматериалов в ювелирных изделиях в настоящее время ограничено. Это связано с высокой стоимостью их получения и трудностью очистки от загрязнений истирающими материалами измельчаемого порошка. Тем не менее в ювелирном деле применяют такие вещества, как аэрозоли, красящие пигменты, а также нанопленки и нанопокрытия, используемые для увеличения коррозионной – и износостойкости. Особенно хорошо они защищают ювелирные изделия от биокоррозии, т. е. коррозии в результате захвата руками. Кроме того, нанопокрытия прекрасно защищают поверхность серебряных украшений от потемнения, которое имеет место при образовании сернистого соединения на поверхности серебряного изделия. (Сероводород, находящийся в атмосфере, реагирует с серебром и образует сернистое соединение черного цвета.)

Можно предположить, что в ближайшем будущем в ювелирном деле будет использоваться механическое легирование, в результате которого можно будет получать нанопорошки легированных сплавов, имеющих самую неожиданную окраску, включающую поверхностные узоры и радужные оттенки основного цвета. Уникальным достоинством способа является то, что за счет взаимодиффузии в твердом состоянии возможно получение «сплавов» таких элементов, взаимная растворимость которых в расплавах очень мала.

Приложения