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人工宝石相关知识


我国人工宝石产业的发展现状及
2011-09-05
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陈汴琨
一、我国人工宝石产业概况
中国的人工宝石产业起源于20世纪50年代后期,最初,发展此类产业的目
的不是为了美化生活,而是为了满足工业上(尤其是军工部门)的需要,例如在1958年左右,为了发展精密仪器仪表工业,学习引进了国外(主要是前苏联)生长红蓝宝石(Al2O3)的工艺技术,其中主要是焰生长红宝石梨晶技术和设备,60年代初开始生产出宝石晶体并用以制造仪表轴承,高峰时期曾有20多家焰熔法合成宝石工厂,能生长出红、蓝、黄等十几种颜色的刚玉系列宝石(包括星光刚玉宝石)、尖晶石系列以及金红石和钛酸锶等仿钻石人造宝石。自此开启了中国人工宝石产业的先河。
但是,作为美化、装饰生活的人工宝石产业的规模化发展,严格地说是从20世纪80年代初改革开放以后才开始的。随人民生活水平的提高,对装饰美化生活的宝石饰物的需求也急剧增加,加上国外原本就很高的需求,人工宝石晶体产业自然也就跨越了仅仅局限于工业和科技行业的门槛,步入了千家万户,成为受人民群众喜爱的装饰用消费商品。资料表明,到2005年止,我国珠宝首饰加工企业(包括人工宝石)上一定规模的有5000多家,珠宝玉石加工及零售的专业厂、店超过3万个,从业及相关人员300多万,2005年国内销售总额1400亿元,出口创汇54.9亿美元,其中国营或国营控股企业在全国珠宝首饰企业总数中不足10%,产值不足10%,非公有制企业占90%以上。人工宝石产业在这期间也有了很大的进展。众所周知,人工宝石是在实验室和工厂中合成或生长出来的,它的生产量可以根据市场的需要进行调节。从仿制有的天然宝石来说,人工宝石的目标是力求达到相应天然宝石中档次最高、质量最好、且最美观漂亮的品相。自然,人工宝石的价格比相同质量的天然宝石便宜很多,通常便宜1000倍以上,且由于其非常漂亮,可以做出许多不同的款式,适合于人民大众佩带和使用,具有广泛的群众基础,弥补了由于天然珠宝的矿产资源有限,尤其是高档宝石及其优质品更少,且价格昂贵,很难满足市场上广大人民群众对流行时尚饰品的大量需求的不足之处。举例来说,钻石的稀少和价格昂贵众所周知,一只嵌大量钻石的手表(俗称满天星)价值数十万元人民币;而如果用外观性能相近似的合成立方氧化锆嵌,则只需数百元人民币,其普及率自然很高了。
我国人工宝石产量虽然没有专门机构精确统计,但人工宝石不同专业的专家对本行业的生产量还是比较清楚的,下面是几类人工宝石的专家提供的资料:截至2005年9月,我国有合成立方氧化锆晶体用冷坩埚生长炉205台每炉生产400公斤,年总生产能力达到12300吨左右,但开工率不足,实际年生产量6000吨左右,用以磨制的合成立方氧化锆颗粒约120亿粒/年,占全世界第一;截至2000年底,我国年产合成水晶1760吨,也是世界第一;焰熔法合成红宝石和无色蓝宝石,截至2004年9月统计,年产量已经达到235吨,若加上福建屏南鑫磊晶体有限公司新建的300吨焰熔法红宝石投产,那么总产量可达到年产量535吨,在世界上也排名第一;截至2002年中,我国人工合成工业磨料级金刚石年产量达到12亿克拉以上,也是世界第一;根据2006年7月底所得到的信息,我国人工合成金刚石已不限于只能作为磨料的粉体,而是可以作到厚1毫米左右,面积100平方厘米左右,重量为150克拉的块体,只不过价格还偏高,这样一块金刚石原料价格大概在1万元人民币左右。另外,2004年,我国的玻璃质仿金星石年产量达到600吨,产量高、质量好、价格便宜,把意大利和日本的同类产品挤出了中国市场,其产量也是世界第一;由我国科技工作者自主创新开发的产品如人工合成的人造夜光玉、玻璃质仿猫眼、掺杂稀土改性的高折射率玻璃质人工宝石(俗称稀土玻璃)等,也是世界第一。仅就这些数据,可以自豪地说,我国人工宝石的产量名列世界前茅乃至世界第一是完全有科学根据的,是当之无愧的。
二、有关今后我国人工宝石产业发展的几个问题
1、人工宝石产业如何在今后能继续发展,成为可持续发展的产业经济
作为我国市场经济一部分的人工宝石产业,其产业链大致由如下几部分组成,即:


在一般情况下,只要不发生意外,例如战争、自然灾害等,世界各国(包括我们国内)对人工宝石的需求是不会间断,且总是不断地呈现增长的态势,因为世界经济趋势总的来说是不断发展和前进的。但需求的关系并非直线发展,而是一种在市场规律作用下自动抑扬调控的动态平衡。但是,从另一方面来说,人工宝石产业之所以近二十年来在我国得到长足的进展,主要依靠的是在我国能获得廉价而熟练的劳动力和相对低廉的能源供应,从而能获得更高的利润。是一种由外向内(例如由香港经广再伸展至梧),从高能价地区(如北京、上海等大城市)向偏僻的低能价地区(如广西资源县、四川雅安市等)转移的劳动密集型产业,而不是一种自主开发以创新为主的高科技产业。即使是晶体生长技术,也是属于较成熟的能大批量生产晶体的技术的移植、改进和开发,且市场掌握在外商手中,从而随着产量上升价格反而一降再降例如;人工合成立方氧化锆晶体在20世纪80年代中期我国刚投放市场时,每公斤价格约为800至1000元人民币;而20年后的今天,每公斤价格降至80至100元左右,下降了10倍,以至于只剩下非常微薄的利润空间留给生产厂家和工人。必须看到的是,随着时间的流逝,即使是这种低利润、高度劳动密集型的加工形式,其加工利润也还将由于其销售价格的内部竞争而愈来愈小以至于趋于极限。但生产者又必须得到一定的利润才能维持企业的生存,那么,出路何在呢?根据国内外的发展道路和经验看,出路就在于:在保持现有品牌的基础上,开拓发展具有高技术含量,能带来更高效益和更高附加值的生产技术和工艺设备,以及相关产业链。例如:加工大量消旺盛的玻璃质仿钻石产品,在国外(欧的奥地利、捷克等)早不用人工方法切磨,而是直接用自动化机械设备将玻璃棒从切割至琢磨、抛光一次性完成(每小时约生产40万颗);为提高折射率而采用的亭部镀金属(铝、铜等),也是在真空镀膜机中成千上万粒一次性镀成,其效率大大超过人工加工,目前我国也高价从国外引进了数条此类生产线,产生的效益明显高于投资于设备的成本。对于合成立方氧化锆的加工:目前,自动磨削、抛光设备从20世纪80年代开始开发至今,几经反复,也终于问世,其效率也远高于人手加工,今后将逐渐减少对手工加工制品的依赖是必然的趋势。
又如:用焰熔法生长的红宝石和蓝宝石,其价格虽较提拉法生长的红宝石和蓝宝石便宜,但因其内部缺陷多、尺寸小,不能用作LED光源材料基片,更不能用作导弹窗口材料等高科技、高附加值产品,因而即使提拉法所需设备的一次性投资较焰熔法高,但所产生的效益和利润将十倍乃至百倍高于焰熔法生产的刚玉类宝石。目前,浙江衢市巨化集团公司下属的巨宗人工宝石晶体材料厂所走的正是这样一条道路,并且得到了巨大的进展。
对于时尚饰品而言,正在不断地推陈出新。根据时尚的需求,不断地设计和制造出一批又一批新颖的更新换代产品,以满足顾客不断变化的口味,是企业得以生存、发展的关键。在这方面,浙江义乌的“新光饰品有限公司”所走的道路为我们树立了一个样板和典范。该公司现为全国最大的时尚饰品生产企业,他们巳独立开发出锡-铅合金、爪链合金、铜-银合金等五大系列有玻璃仿钻石品、合成立方氧化锆等人工宝石约二十余类、三十多万种款式的产品,销售网络覆盖全国,产品远销海外七十多个国家和地区。2005年9月,新光饰品被认定为“中国名牌”产品。据介绍,公司现有职工5600人,每天仅生产使用玻璃仿钻石就达500万粒,仅每天把这些玻璃仿钻石品粘到饰品上的人就需要约600人。公司之所以取得如此巨大的成绩,原因固然有许多方面,但重要的一点是公司拥有一支强大的设计队伍,不断地开发出新款式的饰品。走进公司的样品陈列室,人们都不能不为那精巧玲珑、琳琅满目、熠熠生辉的各种各类饰品所吸引,饰品令人目不暇,而且价格合理,自然也就难怪顾客盈门,产品畅销海内外了,公司自然也就能不断地发展了。
总之,纵观国内外经验,企业发展到一定规模后,要得到持续的发展,一定要高度重视自主开发创新,要舍得投入一定的资金和精力,有一个独立的研发部门,不断地推陈出新,推出符合不断变化的市场需求,进一步引导市场需求的新产品,才能立于持续发展的不败之地。
2、如何将我国的人工宝石产业打造成为绿色环保型产业
随着国内外对生态环保、生命健康愈来愈高的重视和要求,人们对导致环境污染的各种因素诸如大气排放、污水排放、生活环境中的重金属污染等等)要求愈来愈严,指标愈来愈高,在经济发达的欧美、日本等地尤其更甚。
在污染源中,与人工宝石行业关系密切的莫过于重金属污染。所谓重金属,是指密度在5g/cm3以上的金属,如金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等共45种,而从环境污染角度来看,所指的重金属,实际上主要是指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)以及类金属砷(As)等生物毒性显著的重金属。其中,与人工宝石行业关系最为密切的重金属则是铅,例如:饰品中大量使用的玻璃质仿钻石,俗称“水钻”,其主要成分即为含铅量高达20%以上的铅玻璃,加入铅的目的是为了提高折光率,这种玻璃有时在市场上又称“水晶玻璃”,可以作饰品也可以作摆件,市场销售量很大。又如,目前市场上时尚饰品中,各种镶玻璃仿钻石(俗称水钻)的金属材料作成的饰品,由于价格较金、银饰品低廉很多,且款式众多,很受群众喜爱,大量出口至欧美各国,但其主要的金属成分则是铅-锡合金,铅含量达30%以上。此外,在各类塑料制品中(包括玩具、饰品、包装盒等),为了抗老化脆裂,往往加入氧化铅作为增塑剂,含量在百分之几范围内。由此可见,铅在人工宝石行业中的应用是非常广泛的。
铅对人体健康的危害,是通过铅进入人体来产生作用的。铅可以通过皮肤接触和口腔、呼吸道进入人体,这些铅能与多种器官亲和,对神经、血液、消化道、心脑血管、泌尿道等多个系统造成损害,严重影响体内新陈代谢。它堵塞金属离子代谢通道,造成低钙、低锌、低铁,且导致补充困难。体内的铅靠人体自身排除是很慢的,在不继续接受铅污染的条件下,骨骼内的铅要经过20年才能排除一半。因此铅中毒损害人体器官是终身的,不可逆的。
在人工宝石及饰品的生产企业中,铅主要是以粉尘和烟雾的形式通过呼吸道和消化道进入人体的;对消者来说,主要是通过皮肤接触进入人体。铅进入人体后即进入肝脏,小部分由胆汁排入肠内,随粪便排出体外;另一部分则进入血液,随血液先分布在各个组织里,以肝、肾中含量最高,随后以不溶于水的磷酸铅形式沉积在骨头和头发等处。急性铅中毒临床表现为恶心、呕吐、腹绞痛和便秘等胃肠道症状。慢性铅中毒,患者早期症状是乏力,肌肉、关节酸痛,腹痛和神经衰弱症状等,随着病情发展,还可出现贫血、腹绞痛、胃下垂、肾功能改变等更严重的症状。此外,高浓度铅接触还会引起女工不孕、流产、死产,还可由母体经胎盘、乳汁传递给孩子。总之,铅对人类健康的影响十分严重,为害巨大。因此,国内外将铅列为对人体健康危害最大的4种重金属之一。从2006年7月1日起,欧盟开始执行在2003年就制定出的标准和法律:在家用电器、玩具、焊接材料、时尚饰品乃至电脑中,禁止使用含铅等六类超标的有害重金属材料,这一法律称为ROHS标准,又称为ROHS环保指令或无铅指令认证,该指令主要针对的是电气和电子类产品,但也包括玩具、钟表及体育用品等。这就意味着从此之后,大量的机、电产品以及含铅的人工宝石及时尚饰品等将不再允许从我国出口至欧洲批发销售。据估计,对我国出口至欧洲产品金额的损失可能高达560亿美元。其中自然包括人工宝石及其深加工制品,因为出口的饰品中相当一部分是销往欧盟的。
除了重金属污染外,在人工宝石及时尚饰品行业中,还存在其它的污染源,如电镀中还采用有剧毒的氰化物,磨制宝石中的粉尘污染,磨削废料的倾倒污染等等。由此可见,如何将我国的人工宝石行业打造成绿色生态环保型行业,是一项刻不容缓的任务。它不仅关系到人民的健康,还直接影响到产品的生产、销售和出口,是关系到企业生存、不容忽的大问题。
为此,首先应当进行的工作是与国际接轨,根据我国国情和国内有关的法律、政策及标准,制定出相应的行业标准和国家标准,同时也应制定出相应的检测方法和标准,以及产品标志等。当然,更重要的仍然是如前所述的,建立自的创新、开发机制,不断开发出新的无公害绿色环保型产品,例如,开发饰物用低熔点金属,用不含铅的锡-铜-锌或锡-铜-银系合金来代替等等。
3、如何将人工宝石产业构建成为循环经济产业链的重要组成部分
为了使我国的人工宝石产业能成为不断壮大的可持续发展产业,除了市场需求这一第一要素外,如何尽可能促使其融入我国的循环经济产业链也是十分重要的事情,例如:对于人工宝石的晶体材料生产,诸如红宝石、蓝宝石、合成立方氧化锆、尖晶石等,都是众所周知的高能耗产业,在能源紧张的今天,注定会受到能源价格的制约因此,国内外纷纷将上述晶体生长企业迁往低能源价格的地点,但这还不能构成循环经济,还要独辟蹊径,在这方面作得较好的企业可以福建屏南县的鑫磊晶体材料公司为例:该公司附近的某化工厂生产时排出大量有毒的废氯化氢(HCl)气,过去一段时间一直向空排放,污染十分严重,被列为全国“十大污染案例”之一,鑫磊公司与中科院大连化学物理研究所合作,将废气分解成可回收的氯气(Cl2)和氢气(H2),每年可消除相当于2吨左右剧毒的氯气,并回收成可利用的含氯化合物。回收的可燃烧的氢气(H2)约3000万立方米/年,约折合成年生产1.65亿度的电能,相当于年生产300吨焰熔法红宝石(或蓝宝石)晶体所需能耗,既消除了污染,又获得了大量低价能源,所创年产值可达1.5亿元人民币左右。所生产的刚玉系列晶体除作为人工宝石外,还可进一步作为节能灯LED基片晶体的原材料,从而构成一条循环经济的生产链。目前,鑫磊公司被福建省和国家发改委列为循环经济产业的典型和样板。
同样,磨制宝石的废弃粉料如果任其随便丢弃和排放,也会成为污染源。目前,我国环保卫生部门正就土壤和河流中的难分解微细颗粒物的含量,诸如SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2等制定防污染限量标准,因此,如何回收利用磨制大量人工宝石过程中所留下的废弃粉料,必然是重要的课题。实际上,废弃的各类粉体,虽然是各种磨削中废料的混合物,成分复杂,但仍然是以无机氧化物为主,有机物质只占少数,只要在800ºC以上高温煅烧,有机物即可全部去除。剩余粉料经研磨机反复研磨,即可达到超微细粒度,可以用作为:
A.远红外线保暖纤维或泡沫塑料、远红外陶瓷甚至美容化妆品的主要原料。
B.工业上的隔热保温材料。
C.建筑材料中隔热涂料原料。
其价格随着粒度的减小而增加,最高可到200-300元/kg。
三、人工宝石专业委员会今后在人工宝石产业中的定位和作用
人工宝石专业委员会是中宝协下属的分支结构,根据中宝协章程,在新一届委员会成立后的未来几年内,将着重抓如下的几项工作:

 

  1. 继续并加强与国内外人工宝石行业内同仁们的联系, 作好为广大企事业单位的相关服务工作,诸如收集、统计、分析、发布行业信息等;
  2. 积极组织并参与品牌培育和推荐工作;
  3. 配合国家的有关职能部门,制定出有关产品的各种质量标准和规范;
  4. 积极协助并组织对需要助的企业进行技术改进、人员培训、科普教育方面的技术服务工作;
  5. 做好桥梁和纽带作用,组织商贸洽谈会、组织国内企业参与国际市场竞争。

 

 

作者介绍:
陈汴琨――中宝协人工宝石专业委员会第一届、第二届和第三届主任委员
原北京航空航天大学材料科学和工程系教授



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