Synthetische smaragden: flux- en hydrothermaal procedé | NL

De eerste synthetische smaragden dateren van 1848 – bijna 30 jaar voor er sprake was van synthetisch robijn. De minuscule stenen die werden bekomen door gemalen natuurlijke smaragden te laten kristalliseren in gesmolten boorzuur zijn toe te schrijven aan Jean-Jacques Ebelmen (1814-1852).
 
In 1888, het jaar waarin Cecil Rhodes (1853-1902) en Barney Barnato (1852-1897) overigens fuseerden tot De Beers, slaagden Paul Gabriel Hautefeuille (1836-1902) en Adolphe Jean Edmé Perrey er in om in een tijdsspanne van 2 weken smaragdkristallen met een diameter van 1 mm te produceren. Ze bekwamen die door de essentiële bouwstenen van smaragd (Al2Be3Si6O18) – aluminium (Al), beryllium (Be), silicium (Si) en een tikkeltje chroom (Cr) voor de kleur – met elkaar te laten reageren in het gepaste oplosmiddel. Hiermee zijn zij de grondleggers van het flux-procedé.
 
Of het nu gaat over de productie van edelstenen, of kristallen voor elektro-optische toepassingen, de zoektocht naar de gepaste flux - het meest geschikte oplosmiddel – is telkens een bijzondere opgave. Na vele experimenten vonden Hautefeuille en Perrey dat voor de productie van synthetische smaragd het dubbelzout van lithium- en molybdeenoxide, lithiummolybdaat (Li2Mo2O7), de beste resultaten opleverde. Het is een beproefd recept, want het wordt nog steeds gebruikt.
 
De structuur van beril, waarvan smaragd de door chroom en vanadium groen gekleurde variëteit is, is complex. De verschillende benodigde chemicaliën worden bovendien gekenmerkt door verschillende smeltpunten en dichtheden. Daarom is de toepassing van dit bijzonder proces cruciaal. Ze bijvoorbeeld samen laten smelten in een knalgasvlam zoals dat gebeurt bij de groei van robijn, saffier en spinel in het Verneuil-proces, is dus totaal ondenkbaar. Vooraleer het ene ingrediënt gesmolten is, is het andere immers al lang verdampt.
 
In de ideale flux zijn alle reagentia niet alleen perfect oplosbaar; ook hun smeltpunt verlaagt aanzienlijk net door die verhoogde oplosbaarheid. Het probleem van de verschillende dichtheden in het geval van smaragd, wordt op mechanische wijze opgelost door de specifieke constructie van de smeltkroes. De temperatuur dient echter goed in de gaten gehouden te worden, want wanneer die hoger is dan 800°C, begint silicium met beryllium te reageren met als resultaat de vorming van fenakiet (Be2SiO4) in plaats van smaragd. Hierna zal het silicium al het beschikbare beryllium verder opgebruiken, met als gevolg een totaal geruïneerde productie en een fikse financiële aderlating.
 
Terwijl er in de literatuur vrij veel informatie te vinden is – tot patenten toe – met details over de productieprocessen van een brede waaier aan synthetische stenen en artificiële producten, was dat aanvankelijk niet zo in het geval van smaragd. En hoewel we ons vandaag wel een vrij gedetailleerd beeld kunnen vormen van de gebruikte processen voor de synthese van smaragd, worden cruciale details echter nog vaak geheimgehouden door de producenten.