降温法
4．长槽搅拌式连续结晶器 分为敞式和封闭式，搅拌装置一般12m×0.6m。 可生产硅酸钠、硫酸钠等无机晶体。
5、回转式结晶器(类似于水泥厂的回转窑)。是一种 连续操作的结晶器，结晶溶液与冷空气逆向流动， 简内装有档板，将溶液升举，并淋沥到冷空气中。
挥发法
蒸发式结晶器 借助蒸发使溶液变
浓而结晶，如历史悠久 的利用太阳能白海水中 晒盐。
温差法高压釜
水热法宝石晶体生长所需的设备
• 水热法宝石晶体生长所需的基本设备有：高压釜、炉子、 热电偶、温度控制器和温度记录器。
水热法生长晶体时所用电炉和高压釜的典型装置
（1）高压釜
•
高压釜为可承高温高压的钢
制釜体。一般可承受1100oC的温
度和109Pa的压力，具有可靠的
密封系统和防爆装置。由于内部
筒放置培养液，B筒放置籽晶，两筒间保持一定 的温度差。定时地摆动A、B两个圆筒以加速它 们之间的对流，利用两筒之间的温差在高压环 境下生长出晶体，此法也曾用于水晶的生长。
水热法宝石晶体生长的分类
• （3）温差法 • 温差法是在立式高压釜内生
产晶体，高压釜内部的对流 挡板将釜腔分成上、下两部 分，籽晶挂在生长区的培育 架上，晶体在籽晶上逐步生 长；对流挡板的下部为培养 料区(也称溶解区)，溶解区 内放人适量的高纯度原料和 矿化剂。加热，使高压釜的 上、下部分形成一定的温差。
如合成水晶加氢氧化钠，刚玉加氢氧化钾、氢氧化钠，祖 母绿加氯化钠等，浓度要合适。浓度太小生长慢，而太大 晶体可能不完全结晶而影响晶体生长。 • 3、对流挡板 • 开孔率大小影响上、下两区的温差变化，从而影响晶体的 生长速率。开孔率大，生长速率减小；开孔率小，生长速 率增大。小口径高压釜开孔率为10~12%，大口径高压釜为 5~7%。
不加籽晶，也不搅拌。 优点：设备简单，成本低。 缺点：生产效率低，晶体粒度无法控制，常形成品簇、连 晶，因此，适于对产品的产量，纯度，粒度等要求不高的 情况。
降温法
• 2．搅拌式结晶槽 在敞式槽中安上搅拌器即成，可使槽内的温度、
粒度均匀，生产能力及晶体质量有所提高。 • 3．摆式结晶器
一个长而浅的敞口槽(一般15m×2m)装在托辊 上，可以摆动，自然冷却，可生产粒度大(12mm) 而均匀的晶体，主要用来生产Na2SO4、NaAc(醋 酸钠)，磷酸氢钠等无机晶体。
水热法的影响因素
• 4、生长区温度与温差
• 1）温度
•
当上下温度一定时，温度越高生长越快，但会出
现饱和溶液供应不足而影响晶体质量，因此要保持一
定的温度。
• 2）温差
•
影响溶液对流速度和饱和度的高低，温差越大，
生长速度越高，但会形成过多的包体，使透明度变差，
因此也要保持一定的温差。
水热法宝石晶体生长的分类
• （1）等温法
等温法主要利用物质 的溶解度差异来生产晶体。 所用原料为亚稳定相物质， 籽晶为稳定相物质。高压 釜内上、下无温差，是这 一方法的特色。此法的缺 点是无法生长出晶形完整 的大晶体。
等温法高压釜
水热法宝石晶体生长的分类
（2）摆动法 摆动法的装置由A、B两个圆筒组成，其中A
水热法
• 1、定义 水热法也称热液法，是在密封的高压容器内，从水溶
液中生长出晶体的方法，在一定程度上再现了地下热液矿 床矿物结晶的过程。 • 2、原理
是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或 难溶的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控 制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析 出生长晶体的方法。
要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，
当温度和压力较高时，在高压釜
内要装有耐腐蚀的贵金属内衬，
如铂金或黄金内衬，以防与釜体
材料发生反应。也可利用在晶体
生长过程中釜壁上自然形成的保
护来防止进一步的腐蚀和污染。
高压釜
（2）矿化剂
• 矿化剂：水热法生长晶体采用的矿化剂的溶液。 通常可分为以下五类：
• 1) 碱金属及铵的卤化物，NaCl； • 2) 碱金属的氢氧化物，NaOH； • 3) 弱酸与碱金属形成的盐类，Na2CO3 • 4) 酸类（一般为无机酸），HCl。
装置比较庞大，一 般由加热器、蒸发筒， 排气孔等构成。常由几 个蒸发筒相连。
水热法
• 早在1882年人们就开始了水热法合成人工晶体的研究, 最 早获得成功的是合成水晶。
• 随后，水热法合成红宝石于1943年由Laubengayer和Weitz 首先获得成功，Ervin和Osborn进一步完善了这一技术。
• 1946年奥地利的N.Lechleitner首先成功合成水热法祖母 绿，1965年美国的Linde公司开始水热法合成祖母绿的商 业生产。
• 1988年我国有色金属工业总公司广西桂林宝石研究所曾骥 良等用水热法合成出质量较好的宝石级祖母绿。
• 九十年代俄罗斯以水热法合成出了海蓝宝石、红色绿柱石 等其它颜色的绿柱石。
其中碱金属的卤化物及氢氧化物是最为有效且广 泛应用的矿化剂。矿化剂的化学性质和浓度影响物质 在其中的溶解度与生长速率。
水热法生长人工晶体的优缺点
• 优点 a、能够生长存在相变(如ɑ石英等)和在接近熔点时蒸汽压 高的材料(如ZnO)或要分解的材料(如V02)。 b、能够生长出较完美的优质大晶体，并且能够很好地 控制材料的成分。 c、用此法生长晶体时，由于与自然界生长晶体的条件 很相似，因此生长出的人工晶体与天然晶体最接近。
第九章 人工晶体-3
工业生产常用的人工晶体培养技术
• 溶液生长： 降温法 挥发法 水热法
• 熔体生长： 水热法 焰熔法 下降法 冷坩埚法
降温法
• 使用冷却式结晶器实现，结晶过程不除去溶剂，通过溫度 下降使溶液进入过饱和状态。此法适于随温度下降而溶解 度明显下降的物质。
• 1．敞式结晶槽 最原始的方法，用耐腐蚀材料制成，在大气中自然冷却，
• 缺点 a、需要材料比较特殊的高压釜和相应的安全防护措施。 b、需要大小适当、切向合适的优质籽晶。 c、整个生长过程无法观察。 d、投料是一次性的，因此生长晶体的大小受高压釜容器 大小的限制。
水热法的影响因素
• 1、溶液的过饱和度 • 2、矿化剂的性质与浓度 • 纯水的溶解度低，需要加适当的矿化剂得到较大的溶解度。