Корунд

Корунд — это минерал, кристаллическая модификация оксида алюминия (Al₂O₃), относящийся к классу простых оксидов. Обладает высокой твёрдостью (9 по шкале Мооса, уступая только алмазу), химической стойкостью и тугоплавкостью. Прозрачные разновидности корунда, окрашенные примесями, являются драгоценными камнями: рубин (красный) и сапфир (все остальные цвета, кроме красного). В промышленности используется как абразивный и огнеупорный материал, а также в производстве синтетических камней и компонентов электроники.

Физические и химические свойства

Корунд представляет собой кристаллический оксид алюминия. В природе встречается в виде вкрапленников, зернистых агрегатов и отдельных кристаллов, часто бочонкообразной или дипирамидальной формы. Кристаллическая решётка — тригональная сингония.

Основные характеристики:

• Твёрдость: 9 по шкале Мооса. Это один из самых твёрдых природных материалов, что делает его незаменимым в абразивной обработке.
• Плотность: 3,95–4,10 г/см³.
• Блеск: стеклянный, иногда алмазный (у прозрачных разновидностей) или жирный (у непрозрачных).
• Излом: неровный, раковистый.
• Спайность: отсутствует (ложная спайность по ромбоэдру наблюдается редко).
• Цвет: в чистом виде бесцветный (лейкосапфир). Примеси хрома (Cr³⁺) придают красный цвет (рубин), железа и титана (Fe²⁺, Ti⁴⁺) — синий (сапфир), марганца — розовый, ванадия — фиолетовый, никеля — жёлтый. Непрозрачные разновидности имеют серый, бурый, синеватый оттенки.
• Прозрачность: от прозрачного до непрозрачного.
• Химическая стойкость: нерастворим в кислотах и щелочах, устойчив к выветриванию.
• Термические свойства: температура плавления — около 2045 °C. Корунд является огнеупорным материалом.

Разновидности

Корунд классифицируется по цвету, прозрачности и области применения.

Драгоценные разновидности

• Рубин — красная прозрачная разновидность, окрашенная хромом. Один из самых дорогих драгоценных камней. Ценится за яркий, насыщенный красный цвет (от розово-красного до густо-вишнёвого).
• Сапфир — общее название для всех прозрачных разновидностей корунда, кроме красного. В узком смысле под сапфиром понимают синий камень. Цвет обусловлен примесями железа и титана. Существуют также жёлтые, зелёные, розовые, фиолетовые, оранжевые (падпараджа) и бесцветные (лейкосапфир) сапфиры.

Промышленные и поделочные разновидности

• Наждак — тонкозернистая непрозрачная разновидность, смесь корунда с магнетитом, гематитом и другими минералами. Тёмно-серого или чёрного цвета. Используется как абразив.
• Алмазный шпат — прозрачные или полупрозрачные кристаллы сероватого, желтоватого или синеватого цвета, используемые для изготовления часовых камней и подшипников.
• Обыкновенный корунд — непрозрачные, часто трещиноватые кристаллы серого, бурого или синеватого цвета. Применяется в производстве огнеупоров и абразивов.

Месторождения и добыча

Корунд образуется в магматических и метаморфических породах, богатых глинозёмом и бедных кремнезёмом. Типичные геологические обстановки: контактово-метаморфические скарны, пегматиты, россыпи.

Крупнейшие месторождения драгоценного корунда:

• Мьянма (Могок) — классическое месторождение рубинов высокого качества.
• Шри-Ланка (Ратнапура) — знаменита сапфирами и рубинами.
• Таиланд (Чантхабури) — месторождения рубинов и сапфиров.
• Мадагаскар — крупные месторождения сапфиров (в том числе оранжевых и розовых).
• Кения, Танзания — месторождения рубинов.
• Австралия — крупнейшие месторождения сапфиров (в основном синих и зелёных).
• Россия — месторождения корунда известны на Урале (Ильменские горы, Кыштым), в Карелии, на Кольском полуострове. Промышленные месторождения высококачественного драгоценного корунда в России немногочисленны.

Добыча ведётся открытым (карьеры) и подземным способами, а также в россыпях.

Синтетический корунд

Синтетический корунд впервые получен в 1902 году французским химиком Огюстом Вернейлем методом плавления в пламени водородно-кислородной горелки (метод Вернейля). В настоящее время синтез осуществляется также методами Чохральского, гидротермальным и зонной плавки.

Синтетический корунд используется:

• В ювелирном деле — как имитация природных рубинов и сапфиров. Синтетические камни имеют более чистый цвет, меньше дефектов и стоят значительно дешевле.
• В технике — для изготовления:
• Часовых камней и подшипников (в механизмах, где требуется высокая износостойкость).
• Оптических элементов (линзы, окна для лазеров).
• Подложек для микроэлектроники (сапфировые подложки).
• Абразивных материалов (электрокорунд).
• Огнеупорных материалов (корундовые кирпичи, тигли).

Применение

Ювелирное дело

Рубины и сапфиры относятся к драгоценным камням первого порядка (наряду с алмазом, изумрудом и александритом). Из них изготавливают вставки в кольца, серьги, браслеты, колье. Огранка — бриллиантовая, ступенчатая, кабошон (для камней с эффектом астеризма — звездчатые рубины и сапфиры).

Промышленность

• Абразивы: корундовый порошок (электрокорунд) используется для шлифовки, полировки, резки металлов, стекла, керамики. Из него изготавливают шлифовальные круги, наждачную бумагу, пасты.
• Огнеупоры: корундовые кирпичи, тигли, муфели применяются в металлургии, стекольной и керамической промышленности.
• Электроника: сапфировые подложки используются для выращивания эпитаксиальных слоёв полупроводников (например, в светодиодах, лазерах, СВЧ-транзисторах).
• Оптика: корундовые окна и линзы применяются в лазерной технике, спектроскопии, а также в защитных стёклах для космических аппаратов и подводных лодок.
• Медицина: корундовые имплантаты (например, в стоматологии и ортопедии) благодаря биосовместимости и износостойкости.

Интересные факты

• В древности рубины и сапфиры считались одним и тем же камнем, различающимся только по цвету. Термин «сапфир» происходит от греческого «sappheiros» (синий камень), а «рубин» — от латинского «ruber» (красный).
• Звездчатые рубины и сапфиры (астеризм) — это камни с эффектом шестилучевой звезды, вызванным включениями игольчатых кристаллов рутила (TiO₂).
• Самый крупный ювелирный рубин — «Рубин Принца» (около 100 карат) — хранится в Британском музее естественной истории.
• Корунд используется в качестве эталона твёрдости в минералогии (шкала Мооса).
• Синтетический корунд (лейкосапфир) применяется в качестве защитного стекла для часов и смартфонов (например, в часах Apple Watch и некоторых моделях смартфонов).

Источники

• Минералогическая энциклопедия. — М.: Недра, 1985.
• Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — М.: КДУ, 2007.
• Смит Г. Драгоценные камни. — М.: Мир, 1984.
• Синтетические корунды: свойства, получение, применение / Под ред. В. А. Лаптева. — М.: Металлургия, 1988.
• Данные Геологической службы США (USGS) по добыче корунда.