Галина Казарина, автор «Эксперт Сибирь»

Толстостенный автоклав с затравочными пластинами и диафрагмой, гранулы природного берилла, минерализаторы и исключительная интуиция — все, что нужно для выращивания кристаллов драгоценных камней

Фото: Борис Барышников

Технология выращивания кристаллов изумруда, созданная новосибирскими учеными Александром Лебедевым, Алексеем Ильиным, Дмитрием Фурсенко в 1970−е годы, известна сегодня во всем мире. Изумруды, выращенные по этой оригинальной технологии, называют Russian Emeralds — «русские изумруды». А в самом начале, когда метод еще не распространился столь широко по всему миру (во многом благодаря промышленному шпионажу), их именовали не иначе как «сибирскими».

Совершенная копия

Компания «Тайрус», созданная в 1989 году на базе Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО АН СССР, продолжает традиции сибирских ученых. Выращиваемые в «Тайрусе» кристаллы по своим характеристикам практически не отличаются от природных и не имеют аналогов среди синтетических кристаллов, что доказали многочисленные независимые экспертизы, проведенные известными геммологическими лабораториями мира.

Однажды сотрудники компании отправили свои кристаллы в одну из авторитетнейших американских лабораторий через третьих лиц. Результат оказался ожидаемым: получили сертификат, в котором черным по белому было написано, что все камни — природные. Эта своеобразная процедура экспертизы повторялась неоднократно. «У нас есть несколько сертификатов, в которых указано, что вся наша продукция настоящая. Но бизнеса мы из этого не делаем, никого не обманываем — говорим, что все камни выращенные. Нам просто было интересно, и для самоутверждения, наверное, было нужно. Где-нибудь в Пакистане в розницу наши камни, может, и продаются как природные. Но мы это уже не контролируем. А вообще наши кристаллы очень легко отличить от настоящих. Они получаются слишком совершенными, без каких-либо посторонних примесей. В природе хорошие, чистые камни встречаются редко, в основном с какими-либо дефектами», — рассказывает генеральный директор ООО «Тайрус» Олег Холдеев, возглавляющий предприятие с первого дня его основания.

Сегодня «Тайрус» занимает лидирующее положение на мировом рынке искусственных драгоценных камней. Европа, Австралия, Северная и Южная Америка, Ближний Восток, Азия — вот география распространения продуктов компании. Развитию дистрибьюторской сети способствует таиландская фирма Pinky Trading Co. Ltd. — давний партнер и соучредитель «Тайруса».

Единственная в мире, компания «Тайрус» выращивает аквамарин (прозрачная разновидность берилла), получает кристаллы корунда и разноцветные сапфиры в гидротермальных условиях (близких к природным). В «Тайрусе» разработаны уникальные методы выращивания колумбийского изумруда и синего сапфира. В Геммологическом институте Америки (GIA), самом большом и авторитетном центре по исследованию камней и кристаллов в мире, подготовили тест для студентов США, состоящий из 20 пунктов. В одном из них требуется указать характеристики сапфиров, выращенных в «Тайрусе».

Ведущий научный сотрудник предприятия «Тайрус» Виктор Томас в качестве таковых называет равномерную окрашенность сапфира и большую толщину слоев, из которых он состоит. «Сейчас делают сапфиры достаточно тонких слоев, потому что известными методами толстые слои интенсивно окрашенного сапфира вырастить не удается. У нас получилось. Мы изготовили массивные кристаллы сапфира и при этом равномерно окрашенные», — объясняет Виктор Габриэлович, предпочитающий говорить о камнях в единственном числе: «Когда наша технология расползлась по всей стране, на изумруд появился большой спрос. Не растил его только ленивый. Потому что на самом деле была найдена прекрасная схема».

При прочих равных гидротермальных условиях

Метод, покоривший мир, называют гидротермальным. «Кристаллы растут у нас так же, как в недрах земли. Просто при больших давлениях и температурах это происходит быстрее. Если в природе тысячу лет, то у нас — два–три месяца. Единственное, что мы ускоряем, — это время. В принципе, процесс один и тот же. Очень важно, что при гидротермальном методе можно целенаправленно менять определенные свойства кристаллов, например, оптическую или цветовую гамму», — рассказывает Олег Холдеев.

Гидротермальный метод используется для выращивания кристаллов, которые трудно или невозможно вырастить другими методами. При высоких температурах (до 700 °С) и давлениях (до 3 000 атмосфер) водные растворы солей способны активно растворять соединения, практически нерастворимые при нормальных условиях.

Для гидротермального выращивания кристаллов берилла (изумруда, аквамарина), корунда (рубина, сапфира) или александрита применяются специальные прочные стальные сосуды — автоклавы, способные выдерживать столь экстремальные давления и температуры. В некоторых случаях — например, при выращивании кристаллов кварца — каждый раз перед началом ростового процесса проводится дефектоскопия стенок автоклава. «Давления очень большие, и если произойдет разрушение автоклава, то случится взрыв. Мы с такими автоклавами, естественно, не работаем», — рассказывает Виктор Томас.

Выращивание кристаллов происходит следующим образом. На дно автоклава, нагреваемого снизу и охлаждаемого сверху, помещается растворяемое вещество, которое называют шихтой. В качестве такового могут служить гранулы природного берилла — минерала, достаточно распространенного в природе, в отличие, допустим, от аквамарина, а потому относительно дешевого. Затем засыпается специальная солевая часть раствора — минерализаторы. В верхней части автоклава устанавливаются затравочные пластины, или затравки, выпиленные по определенному направлению из кристалла выращиваемого вещества. Именно на затравках и будут вырастать кристаллы. А в середине размещается так называемая диафрагма. Как просто объясняет Виктор Томас, это стальная пластина с дырочками, служащая для того, чтобы локализовать (разделить) зоны с низкой и высокой температурой.

Гидротермальный раствор циркулирует между гранулами шихты, насыщаясь веществом выращиваемого кристалла, одновременно происходит его нагревание. Горячий и потому более легкий раствор поднимается в верхнюю часть автоклава, где остывает. Холодный высокоплотный обедненный раствор опускается вниз. Цикл повторяется до полного переноса вещества шихты на затравки.

«Обычно на один автоклав уходит около 100 граммов берилла», — поясняет Виктор Томас. «И сколько получается на выходе?» — спрашиваю я. «Сколько хочется или сколько получается?» — улыбаясь, «уточняет» Виктор Габриэлович и отвечает на вопрос: «В удачном опыте сколько загрузил, столько и получается. То есть вся шихта откладывается на затравочные пластины. Конечно, несколько граммов берилла постоянно содержится в растворе, но это совсем незначительное количество».

«А не проще, не дешевле просто обработать природный берилл и не выращивать кристаллы искусственно?» — задаю другой вопрос. «Дело в том, что окраска изумруда обусловлена присутствием примесей хрома и ванадия. Чтобы получить изумруд, нужно эти примеси в берилл как-то внедрить. Некоторые производители специальными ионными пушками обстреливают кусок берилла ювелирного качества. Я считаю, это жульнические схемы, поскольку кристалл только с поверхности прокрашивается в зеленый цвет, далеко ионы хрома и ванадия пройти не могут, образуя лишь тончайшую пленочку. Единственный путь внедрить ионы хрома и ванадия в берилл — это растворить его и заново вырастить», — безапелляционно утверждает Виктор Томас.

Люди, которые делают изумруды

Историю выращивания искусственных драгоценных камней начала фирма IG Farben Industry, первой в мире вырастив изумруды из растворов в расплаве. Специалистам этой германской компании удалось подобрать специальный набор солей, расплав которых растворил компоненты берилла. Однако Вторая мировая война диктовала свои условия. Нужны были танки, а не изумруды, и процесс производства искусственных драгкамней заглох.

В 1950−е все началось по-новому. Кристаллы уже растили не только из растворов в расплаве, но и из гидротермального высокотемпературного раствора. «Наилучшие результаты были достигнуты, по-видимому, из растворов в расплаве. По крайней мере, фирма с мировой известностью Chatham, впервые употребившая сочетание created gems (созданные камни — Ред.), использовала именно этот метод. Технология гидротермального выращивания изумруда развивалась параллельно. Больше всех в этой области преуспела американская исследовательница Э. Фланиген. К сожалению, при использовании ее метода процесс роста кристаллов затухал достаточно быстро, поэтому приходилось в течение двух недель кристаллы растить, потом их извлекать и закладывать по новой, чтобы дорастали. Образовывались посторонние фазы, и компоненты берилла очень плохо растворялись, поэтому скорость падала фактически до нуля», — рассказывает Виктор Томас.

Активно технологии выращивания кристаллов в СССР начали развиваться в начале 1970−х, когда академик Владимир Соболев поставил перед коллегами задачу вырастить наш изумруд, по нашей технологии. Владимир Степанович нисколько не преувеличивал насущность этой задачи, предсказывая высокий спрос на изумруд в ближайшие годы. И оказался прав — вскоре начался настоящий бум.

Советские минералоги-экспериментаторы пошли двумя путями. «Первый путь — это использование флюсового метода: выращивание драгкамней из расплавов солей, когда нужный минерал расплавляется в специальном растворе. Подобное, конечно, происходит в природе, но для кристаллов берилла, изумруда, аквамарина естественны другие процессы — они вырастают в результате гидротермального синтеза», — сообщает Виктор Томас и характеризует флюсовый метод как неустойчивый: «В одном опыте мог получиться прекрасный кристалл изумруда, а в другом — промежуточные вещества». Абсолютно точно ясно было одно: метод нужно совершенствовать. Тогда и возникла идея взяться за разработку оригинальной — гидротермальной — схемы выращивания изумруда. Холодной сибирской зимой 1972 года к изучению процесса гидротермального синтеза и роста кристаллов изумруда были привлечены молодые ученые Александр Лебедев, Алексей Ильин, Дмитрий Фурсенко. Все проводимые ими исследования держались в строжайшей секретности, а о результатах незамедлительно сообщалось в Москву. Через два года эксперименты, не без участия власти, были прекращены, и только через 17 лет группа ученых, возглавляемая ведущим специалистом по гидротермальному синтезу Александром Лебедевым, чье имя долгие годы засекречивалось советским режимом, возобновила работы. Александр Сергеевич стал первым советским специалистом, получившим сразу два международных сертификата, подтвердивших его высокую квалификацию геммолога в области идентификации и определения свойств природных и синтетических драгкамней.

Главная задача, над которой бились все, — как подобрать правильный состав растворов. «Если идти путем простого перебора, то не хватит, пожалуй, времени жизни Солнечной системы», — говорит, не сдерживая смеха, Виктор Томас. «Как же была решена эта задача?» — спрашиваю я и получаю трудно поддающийся здравому уму ответ: «Зачастую надо было как-то интуитивно действовать. У Александра Сергеевича (Лебедева — Ред.) была исключительная интуиция».

Герой рассказа «Человек, который делал алмазы» Герберта Уэллса тоже значительное место в процессе выращивания кристаллов отводил интуиции: «Все это давно известно химикам, но никому еще не удалось напасть именно на тот флюс, в котором надо плавить углерод, и определить давление, которое может дать наилучшие результаты». Нелегкой задаче найти способ изготовить драгоценный камень уэллсовский герой посвятил всю свою жизнь. «Я знал, что на это уйдет лет десять, а то и двадцать, которые могут отнять у человека все его силы, всю его энергию, но даже и тогда игра стоила свеч», — откровенно признался он случайному встречному.

С интуицией и оглядкой на природу в течение нескольких десятков лет ученые Академгородка отрабатывали свою технологию, анализируя составы потенциально растворимых солей, наборы минералов, образующихся вместе с изумрудом, детально изучая физические свойства природных и синтетических драгоценных камней. Высокое качество кристаллов и устойчивая воспроизводимость экспериментов по их выращиванию определили конкурентоспособность сибирских минералогов и геммологов на мировом рынке и дали возможность перейти к промышленному выращиванию изумрудов. Так появилось совместное советско-таиландское предприятие «Тайрус».