Zaffiro: la pecora nera dell'industria dell'orologeria

Jan 16, 2024

Ogni ogni volta che guardi l'orologio, stai sfruttando le proprietà dello zaffiro senza notarle. Lo zaffiro è importante nella nostra vita quotidiana per la sua trasparenza e resistenza ai graffi. Oltre alle coperture per orologi, viene utilizzato in grandi volumi per applicazioni che vanno dai substrati LED ai finestrini antigraffio per veicoli militari.

Una notevole quantità di zaffiro viene utilizzata per realizzare gioielli e orologi, dove i consumatori di fascia alta stanno diventando sempre più consapevoli della sostenibilità dei prodotti che acquistano. Preferiscono acquistare prodotti di buona fattura, che durino e mantengano il loro valore, piuttosto che beni più economici che dovrebbero buttare via dopo poco tempo. Lo zaffiro sintetico prodotto industrialmente è duro quanto lo zaffiro naturale ma più trasparente perché privo degli oligoelementi che conferiscono alle gemme le loro varie tonalità. Lo zaffiro è spesso commercializzato come "resistente ai graffi" o "praticamente antigraffio". Questo perché misura nove sulla scala di durezza Mohs, il che significa che può essere graffiato solo da una sostanza più dura come il diamante, che ha un punteggio di dieci.1

Il processo industriale per produrre e personalizzare lo zaffiro si svolge in tre fasi principali. Il primo passo è produrre l'allumina di elevata purezza (ossido di alluminio, chiamato HPA). Il secondo passaggio consiste nel cristallizzare questo HPA a temperature molto elevate, intorno ai 2.050°C, per formare un cristallo grezzo di zaffiro sintetico. Nella terza fase, questa massa cristallina viene modellata e tagliata in pezzi con seghe diamantate. I wafer risultanti vengono quindi macinati e lucidati per l'applicazione desiderata.

Questi processi causano un’impronta di carbonio sostanziale a cui potremmo non pensare finché non ne saremo consapevoli. Ad esempio, la fase di cristallizzazione totale (seconda fase) genera 43 kg di CO2 per kg di zaffiro prodotto. Tuttavia, può essere ridotto sostanzialmente prestando particolare attenzione ad ogni passaggio.

La produzione di HPA inizia con una materia prima minerale. Se questa materia prima viene prodotta solo con energia idroelettrica, la sua unica impronta di carbonio all’ingresso dello stabilimento in cui viene prodotto l’HPA è dovuta al trasporto.

Se la fonte è vicina allo stabilimento, questa può essere minima o addirittura azzerata mediante compensazione. È il caso di Advanced Energy Minerals (AEM), che produce HPA in Québec, Canada. Utilizza materie prime provenienti dal Québec, prodotte prevalentemente con energia idroelettrica.

Lo stabilimento AEM è stato progettato per ridurre al minimo il consumo energetico utilizzando un processo brevettato di cristallizzazione della lisciviazione del cloro. Le fonti rinnovabili locali, idroelettrica ed eolica di Hydro Quebec, forniscono l'energia di AEM. La fabbrica di Cap-Chat è vicina al parco eolico di Le Nordais con 133 turbine. Attualmente le rinnovabili sono al 96%, con piani specifici per raggiungere il 100% entro la fine dell’anno. Ciò ridurrà praticamente a zero le emissioni di CO2 dal valore attuale di meno di due tonnellate di CO2 per tonnellata di HPA.

Ciò è in forte contrasto con quelli che utilizzano il tradizionale processo alcossido, tipicamente alimentato da fonti non rinnovabili, che emette 12,3 tonnellate di CO2 per tonnellata di HPA. Altri produttori hanno l'obiettivo di ridurlo di un fattore cinque, che è ancora molto elevato.

La personalizzazione per soddisfare le esigenze del cliente rende più efficienti le seguenti fasi del processo. AEM dispone di una linea di prodotti per fornire ai propri clienti allumina compattata 4N e 5N personalizzata. Le dimensioni variano da dischi di pochi grammi a dischi giganti fino a 21 kg.

I processi per convertire l'HPA in zaffiro fondono tutti l'allumina a una temperatura superiore a 2.050°C. Questo è seguito da un lento processo di raffreddamento che richiede da una a due settimane per creare un cristallo di zaffiro. Poiché si tratta di un processo a bassa tecnologia, il cristallo non è perfetto. Può tuttavia essere influenzato dalla qualità dell'HPA utilizzato e dalla destrezza dell'operatore del forno. Per i LED viene utilizzato un HPA di purezza inferiore. Il livello successivo di purezza trova applicazione nelle coperture degli orologi. L'HPA della massima qualità è trasparente ai raggi UV profondi grazie al suo basso contenuto di titanio. Ciò lo rende adatto per applicazioni mediche. I problemi di cristallizzazione possono anche influire sulla qualità del prodotto finale e determinare l'applicazione finale. Ad esempio, un dispositivo LED contenente un componente in zaffiro imperfetto e disomogeneo potrebbe presentare una diminuzione dell'efficienza, una durata di vita più breve o una variazione nel colore dell'emissione.3