광물학 9: 광상과 경제적 광물 9.2: 광석 광물 2.4 보석 및 보석 광물
출처 덱스터 퍼킨스 노스다코타 대학교 소스: EK 이페어케이 플러스
9.2.4: 보석 및 보석 광물
보석은 장식용으로 사용하기 위해 자르거나 연마할 수 있는 귀중한 또는 준보석 돌 및 관련 물질입니다. 많은 종류가 있으며 천연 또는 합성 일 수 있습니다.
대부분의 보석은 천연 재료입니다. 미네랄 또는 비미네랄일 수 있습니다.
보석이라는 용어는 때때로 광물인 보석을 지칭하는 데 사용됩니다. 표에는 일반적인 보석과 가장 중요한 원산지가 나열되어 있습니다.
단지 한두 나라만이 다이아몬드를 포함한 많은 보석의 생산을 지배하고 있다.
보석은 일반 광물과 모양이 다르기 때문에 광물 이름과 다른 이름을 갖는 경우가 많습니다. 이 표에는 몇 가지 예가 포함되어 있습니다.
다이아몬드, 에메랄드(베릴의 일종), 루비(강옥의 일종)는 역사적으로 가장 가치 있는 보석이었습니다. 사파이어(커런덤의 또 다른 종류)와 알렉산드라이트(크리소베릴의 일종)도 거의 비슷하게 가치가 있습니다. 기록상 가장 비싼 보석은 2017년 홍콩에서 열린 경매에서 7,120만 달러에 팔렸다. 선명한 핑크색의 독특한 타원형 다이아몬드로 무게는 약 60캐럿, 가장 긴 치수는 거의 2cm에 달했습니다.
보석을 가치 있게 만드는 것은 보석의 구성이 아니라 외관입니다. 대부분은 화려한 색상, 투명도, 광채 또는 색상 유희를 나타내는 일반적인 광물의 품종입니다.
다이아몬드, 루비, 사파이어와 같은 가장 단단한 보석은 내구성이 가장 뛰어나기 때문에 특히 가치가 높습니다.
그 아름다움 외에도 보석의 희소성과 독특함은 어떤 사람들에게는 중요하며 보석은 때때로 속물적인 매력을 가지고 있습니다.
일반 베릴은 정체를 알 수 없는 파란색으로 불투명합니다. 예를 들어, 그림 6.89 (6 장)를 참조하십시오.
그러나 뛰어난 베릴 결정은 에메랄드(녹색), 아쿠아마린(파란색), 모거나이트(분홍색), 헬리도르(노란색), 고셰나이트(투명) 및 기타 여러 품종을 포함한 아름다운 반투명 또는 투명한 보석입니다.
아래 4장의 사진(9.59-9.62)은 에메랄드, 아쿠아마린, 헬리오도르, 모거나이트를 잘라 다채로운 보석을 만들 수 있는 보석 같은 예를 보여줍니다.
일반 베릴은 보석으로서의 가치는 없지만 베릴륨 광석 광물로 채굴되는 경우도 있습니다.
광물 보석과 가장 중요한 생산 국가 및 지역
광물 보석 근원
베 릴 에메랄드 콜롬비아, 브라질, 러시아, 이집트, 동아프리카
베 릴 남록색 브라질, 아프가니스탄, 파키스탄
크리소 베릴 알렉산드라이트 러시아, 브라질
커런덤 루비 캄보디아, 미얀마, 아프가니스탄, 인도, 호주, 태국, 스리랑카, 브라질
커런덤 사파이어
다이아몬드 다이아몬드 호주, 남아프리카 공화국, 나미비아, 러시아
경옥 옥 미얀마, 중국
K-장석 월장석 많은 출처
감람석 페리도트 이집트, 미얀마, 호주
오팔 오팔 호주, 헝가리, 멕시코
석영 보라 빛 러시아, 스리랑카, 인도, 우루과이, 브라질
석영 황수정
황옥 황옥 브라질, 스리랑카, 러시아, 인도
토르말린 토르말린 나미비아, 브라질, 미국, 러시아
터키옥 터키옥 미국, 이집트, 호주
트레몰라이트 – 악티놀라이트 네프라이트 (비취) 러시아, 중국, 대만, 캐나다
지르콘 지르콘 스리랑카
그림 9.59: 석영과 황화물 광물이 함유된 에메랄드(녹색 베릴). 녹색 크리스탈의 길이는 2cm입니다
그림 9.60: 백운모 위에 있는 아쿠아마린(하늘색 베릴)
그림 9.61: Heliodor (옐로우 베릴)
그림 9.62: Morganite (핑크 베릴)
그림 9.63: 다이아몬드로 둘러싸인 오팔 펜던트
그림 9.64: 색상의 유희를 보여주는 다이아몬드
그림 9.63에 표시된 오팔과 같은 일부 보석은 다른 각도에서 보석을 볼 때 다른 색상의 변화하는 섬광으로 나타나는 일종의 색상 유희인 불을 나타냅니다.
불은 백색광을 약간 다른 경로를 따라 광물을 통과하는 다른 색상으로 분리하는 능력인 분산을 나타내는 광물에서 가장 분명합니다.
다이아몬드는 이 특성을 가장 잘 나타내지만(그림 9.64), 스펜, 지르콘, 그리고 데만토이드 석류석이라고 불리는 녹색 석류석을 포함한 다른 광물들도 때때로 불을 나타낸다.
불은 투명한 보석에서 가장 두드러지며 강한 색상의 보석에서 완전히 가려질 수 있습니다. 불은 호박이나 진주에서도 볼 수 있는데, 광물은 아니지만 보석이라고 부릅니다.
적절한 연마 또는 절단은 많은 종류의 보석에서 색상 유희를 향상시킬 수 있습니다.
우리는 이전 장에서 색의 유희를 나타내는 광물의 다른 예를 보았습니다. 모두 일반적인 보석입니다 :
• 그림 1.2 (1 장) 및 그림 3.52 (3 장) – 오팔
• 그림 3.51 (3 장) – 리모나이트
• 그림 3.53 (3 장) – 래브라도 라이트
• 그림 3.54 (3 장) – 문스톤
그림 9.65: 여기에 캡션을 복사 및 붙여넣기합니다. (저작권, 출처를 통한 저자)
보석과 다른 광물들은 다양한 것들로부터 그 색깔을 얻는다(3장 참고). 일반 광물은 보석으로서의 가치가 거의 없을지 모르지만, 색상을 변경하거나 향상시킬 수 있다면 일반 석영도 가치가 있을 수 있습니다.
따라서 보석 감정가들은 종종 천연 또는 합성 보석과 광물을 취급하여 색상을 변경하거나 향상시키고 가치를 높입니다.
오늘날 시장에 나와 있는 대부분의 보석은 어떤 식으로든 외관이 향상되었습니다.
예를 들어, 아칸소 주의 온천 지역에서 채취한 석영 결정은 방사선을 조사하여 원자 구조를 파괴하고 연기가 자욱하거나 자주색 또는 검은색을 띠게 합니다.
조사는 다이아몬드와 황옥의 색상 변화를 유도하는 데에도 사용됩니다.
그림 9.65는 현저한 푸른 색의 토파즈 결정을 보여줍니다. 강한 색은 조사에 의해 생성되었습니다.
보석학자들은 또한 염색이나 열처리를 사용하여 돌의 색상을 변화시키지만, 염색은 다공성인 옥과 옥수석과 같은 보석에만 영향을 미칩니다.
보석학자들은 석영, 베릴, 지르콘 및 토파즈에 원소 원자가를 변경하거나 원자 구조를 변경하는 열처리를 성공적으로 사용했지만 결과가 항상 예측 가능한 것은 아닙니다
9.2.4.1 합성 보석
그림 9.66: 합성 사파이어, 루비, 에메랄드. 각 돌의 너비는 9mm입니다.
오늘날에는 다이아몬드를 비롯한 여러 종류의 보석과 다양한 종류의 석영, 베릴, 커런덤, 석류석을 합성하는 것이 일상적입니다.
크리소베릴, 오팔, 루틸, 스피넬, 토파즈, 터키석도 합성됩니다.
우리는 그림 1.16, 1에서 천연 토파즈와 합성 토파즈와 루비의 사진을 보았다.
17, 1.18 및 1.19(1장). 그림 9.66에서 볼 수 있는 사진은 합성 사파이어, 루비, 에메랄드를 보여줍니다.
그림 9.67: 큐빅 지르코니아 (CZ)
천연 등가물이 없는 여러 합성 화합물이 보석의 모조품으로 사용됩니다.
그 중 가장 중요한 것은 이트륨 알루미늄 석류석(YAG; Y3대답 15O12) 및 큐빅 지르코니아(CZ; ZrO2), 둘 다 모조품(또는 프랑스어로 "가짜"를 뜻하는 "진짜 가짜") 다이아몬드로 사용됩니다.
이 사진(그림 9.67)은 (합성) 큐빅 지르코니아의 다양한 예를 보여줍니다.
오늘날 투명 CZ (사진에서 두 가지 예가 볼 수 있음)는 가장 일반적인 다이아몬드 모조품입니다.
CZ는 거의 모든 색상을 가질 수 있으므로 다른 어두운 색상의 보석에 대한 일반적인 시뮬레이션입니다.
Figure 9.68: 합성 보석을 만들기 위한 Verneuil과 Czochralski의 과정
보석 제조업체는 합성 결정을 생산하기 위해 여러 가지 방법을 사용합니다.
베르뇌이(Verneuil) 공정과 초크랄스키(Czochralski) 공정은 모두 용융된 물질로부터 보석을 결정화하는 것을 포함한다(그림 9.68).
보다 일반적인 Verneuil 공정에서 분말 출발 물질은 뜨거운 용광로를 통과하고 용융되어 용광로 바닥에서 성장하는 부울(단일 길쭉한 결정)에 추가되는 물방울을 생성합니다.
boule은 성장함에 따라 용광로에서 천천히 빼냅니다. 이 기술은 대규모 합성 루비, 사파이어, 스피넬 및 기타 보석을 생산합니다. 합성 루비는 종종 레이저의 핵심 구성 요소입니다.
Czochralski 공정(그림 9.68 참조)에서는 종자 결정이 용융물과 접촉하여 성장할 수 있습니다. 그것이 성장함에 따라, 결정은 용융물에서 상승하여 더 오래 자랍니다.
아래 그림 9.69의 왼쪽 사진은 Verneuil 공정을 사용하여 만든 적색 루비를 포함한 합성 커런덤을 보여줍니다. 다른 유색 돌은 일반적으로 사파이어라고 불립니다.
사진 하단의 돌은 장식용 보석으로 사용하기 위해 각면을 그렸습니다.
그림 9.70의 오른쪽 사진은 초크랄스키(Czochralski) 공정을 사용하여 합성되고 있는 루비를 보여줍니다. Czochralski 공정은 40cm 이상의 루비 보울을 생산할 수 있습니다.
Figure 9.69: Verneuil 과정을 사용하여 생성된 커런덤 결정
그림 6.70: Czochralski 방법에 의해 생성되는 루비
세 번째 방법인 플럭스 방법은 때때로 루비, 사파이어, 알렉산드라이트 및 에메랄드와 같은 큰 합성 결정을 산출했습니다.
플럭스는 반응 및 결정 성장을 촉진하지만 결정 구조에는 통합되지 않는 물질입니다.
원하는 광물을 만드는 데 필요한 화학 물질과 플럭스 역할을 하는 화학 물질의 혼합물을 함께 분쇄하고 융점 이상으로 가열합니다. 온도가 낮아지면 결정이 자라기 시작합니다.
용융물이 응고된 후 물 또는 기타 시약이 플럭스를 제거하여 원하는 결정을 남깁니다.
대부분의 합성 루비와 에메랄드는 이러한 방식으로 만들어지지만 그 과정은 매우 느리고 수개월이 걸릴 수 있습니다.
열수법(hydrothermal method)이라고 하는 관련 접근법은 합성 석영과 몇 가지 다른 보석을 생산합니다.
이 방법은 필요한 용해 원소를 포함하는 물을 가열하고 용액이 냉각됨에 따라 결정이 성장하도록 하는 것을 포함합니다. 플럭스 방법과 같이 매우 느린 프로세스입니다.
광물학자들은 다른 방법으로 광물을 합성하지만, 큰 가치를 지닌 보석을 생산하는 경우는 드뭅니다.
예를 들어, 합성 광물은 폭탄이라고 하는 고압 원자로 용기의 열수 용액에서 성장할 수 있습니다.
합성 석영, 커런덤, 에메랄드가 모두 이런 식으로 만들어졌습니다.
합성 다이아몬드와 몇 가지 다른 고압 광물은 고체 상태(용융 또는 물 없음) 접근 방식을 사용하여 만들어집니다.
이 공정에는 두 개의 피스톤 사이에 압착된 흑연 히터로 둘러싸인 출발 물질 실린더가 포함됩니다. 흑연을 통과하는 전기는 결정이 자랄 온도로 재료를 가열합니다.
제너럴 일렉트릭(General Electric)의 화학자들은 보석 품질의 합성 다이아몬드를 만들기 위해 이 기술을 완성했습니다.
9.2.4.2 보석 절단 및 연마
대부분의 보석은 천연 크리스탈과 닮지 않은 모양을 가지고 있습니다.
커런덤의 일종인 사파이어는 일반적으로 육각형 결정으로 자라지만, 사파이어를 주얼리에 사용할 때는 보석 세공인이 사파이어의 아름다움과 가치를 높이기 위해 모양을 만들고 연마합니다.
아래 그림 9.71은 마다가스카르의 천연 사파이어를 보여주고 그림 9.72는 원래 스리랑카의 유명한 보석인 로건 사파이어를 보여줍니다.
20개의 다이아몬드가 사파이어를 둘러싸고 있습니다. 보석 절단은 원료의 품질만큼이나 가치에 영향을 미칩니다. 절단 및 연마는 세계 여러 지역에서 이루어집니다.
이스라엘과 벨기에는 다이아몬드 커팅을 지배하고 있습니다. 미국, 인도, 홍콩, 태국, 브라질 등도 상당한 양의 다양한 보석을 채취했다.
그림 9.71: 마다가스카르산 천연 사파이어
그림 9.72 : 워싱턴 DC의 필드 자연사 박물관에있는 로건 사파이어
그림 9.73: 서로 다른 색상의 전기석 카바숑
보석학자들은 여러 가지 방법으로 보석을 빚습니다.
마노, 오팔, 칼세도니 및 오닉스는 연마/연마제로 실린더에서 굴러떨어질 수 있습니다.
원통은 돌의 표면이 매끄러워질 때까지 회전합니다.
돌은 광택이 나지만 종종 불규칙한 모양을 가지고 있습니다.
또는 보석학자들은 석영 사암(비교적 부드러운 광물의 경우) 또는 다이아몬드가 함침된 금속(더 단단한 광물의 경우)으로 만든 습식 연삭 휠을 사용하여 돌을 성형합니다.
모양을 만들고 연마한 후 돌을 카보숑이라고 합니다. 그들은 매끄럽고 돔형 상단과 일반적으로 평평한 바닥을 가지고 있습니다.
중세 시대까지 대부분의 보석은 카보숑으로 커팅되었습니다.
그림 9.73에 표시된 보석은 모두 카보숑으로 모양이 잡히고 연마된 광물 토르말린의 종류입니다.
그림 9.74: 마다가스카르의 각면 처리된 orthoclase, 너비 2cm
대부분의 부드러운 보석은 카보숑 컷을 받지만 많은 단단한 보석은 각면이 있습니다.
패싯은 작고 광택이 나는 평면 표면으로 돌에 매력적인 모양과 빛의 특성을 부여합니다.
적절하게 자르면 원래 둔한 돌이 반짝일 수 있습니다. 깎인면은 일반적으로 기하학적 모양으로 대칭으로 배열됩니다.
보석학자들은 도프(dop)라고 불리는 홀더에 돌을 장착하고 다이아몬드가 함침된 바퀴로 돌을 연마하여 보석을 만듭니다.
카보숑과 마찬가지로 보석은 분쇄된 후 연마됩니다.
그림 9.74는 마다가스카르의 orthoclase의 패싯 예를 보여줍니다.
그림 9.47-9.50 (스피넬), 9.64 (다이아몬드), 9.66 (합성 사파이어, 루비, 에메랄드),
9.67 (큐빅 지코니아), 9.69 (합성 루비와 사파이어)에는 각면 처리된 보석의 다른 사진들이 포함되어 있다.