합성 다이아몬드, 천연 다이아몬드 시장 위협?

업계는 합성 다이아몬드가 멜리 팩 속에서 발견되었다는 사실에 동요되었다. 문제가 얼마나 심각한가?

2012년 봄, 다이아몬드 업계가 스스로 제정한 명기 관행에 대한 신뢰는 심각한 훼손을 입었다. 앤트워프와 뭄바이의 IGI(International Gemological Institute) 감정소는 감정 의뢰된 멜리 다이아몬드 팩 속에서 천연석으로 둔갑한 600개 이상의 합성임이 명기되지 않은, 천연 다이아몬드 가격의 합성 다이아몬드를 발견했다. 해당 나석 딜러와 그의 공급업자는 0.3~0.7캐럿에 이르는 VVS~VS 클래러티 등급, F~J 컬러 등급의 스톤들이 천연석이라는 느낌을 받았다.

뭄바이와 앤트워프 감정소에 각각 의뢰된 합성 스톤의 특징은 같았다. 따라서 이 스톤들의 출처가 같다고 볼 수 있다. 이러한 스톤들이 발견되었다는 사실은 천연 다이아몬드 산업 내에 내재된 구멍을 부각시켜 준다. 사이즈가 큰 스톤들은 일반적으로 감정서를 발급받기 때문에 천연인지 합성인지를 구별하기가 쉽다.

리히텐슈타인의 Gemlab과 멜리 스톤 및 유색석의 감정 및 테스트를 전문으로 하는 제네바의 GemTechLab가 합쳐진 GGTL 감정소의 Thomas Hainschwang 팀장은 “일반적으로 합성석들이 천연 다이아몬드의 팩 속에 흩어져 있고 스톤이 작을수록 찾기가 힘들기 때문에 0.2캐럿 이하의 멜리 사이즈 스톤은 검사가 힘들고 감별 역시 매우 까다롭다”고 말했다.

이 사건은 업계에 일련의 파장을 일으켰다. IGI의 롤랑 로리에 사장은 업계의 반응을 설명하면서, “일반적인 다이아몬드 딜러들은 천연과 합성 다이아몬드의 차이점을 말할 수 없다. 검사를 위해서는 감정소에서 사용하는 고성능 기계류가 필요하다. 이는 시장에 많은 양의 명기되지 않은 합성 다이아몬드가 있다는 것을 뜻한다”고 말했다.

많은 업계 단체 및 감정소들이 딜러들에게 스톤의 원산지를 조심스럽게 살필 것을 당부하고 적절한 풀 명기 및 감별의 중요성을 다시 한 번 일깨우기 위한 경고문을 발표했다.

DTC가 발표한 경고문은 “잘못 설명되거나 잘못 명기된 상품의 거래는 그것이 고의든 아니든 간에 업계의 명성에 회복할 수 없는 피해를 입힐 수 있다. 더 나아가 이러한 무책임한 행동은 다이아몬드의 공급 체인의 신뢰에 해를 끼치고 업계와 소비자 신뢰 모두를 손상시킬 수 있다”고 지적했다. 많은 업계인들이 이번 사건이 단발적인 것인지, 아니면 합성 시장이 천연 다이아몬드 시장에 심각한 위협이 될 수 있음을 뜻하는지에 대해 아직 확신을 가지지 못한 상태이다. 합성석이 어떻게 만들어 지는지, 감별은 어떻게 하는지, 내재적인 특성이 무엇인지, 시장 점유율이 어떤지를 이해하는 것은 다이아몬드 및 주얼리 산업에 있어서의 합성석의 위치를 이해하고 천연 및 합성 산업이 어느 선까지 공존할 수 있는지를 분석하는 데 있어 매우 중요하다고 할 수 있을 것이다.

두 가지 타입

제메시스 홈페이지(www.gemesis.com)를 방문하면 자세한 CVD, HPHT 합성 다이아몬드의 가격을 확인할 수 있다. 실제 구매도 가능하다.

합성석은 현재 두 가지 방법을 통해 생산된다. HPHT법과 CVD법이 그것이다. GIA의 감정소 및 연구 부문 수석 부회장인 토마스 모세스는 “두 방법 모두가 보석질의 다이아몬드를 만들어낼 수 있으며, 두 방법 모두 비용이 많이 들고 과정이 까다롭다”고 말했다. 하지만 두 방법은 합성의 과정 및 생성된 합성석의 타입에 있어서 많은 차이를 보인다.

HPHT
모세스는 “HPHT는 1954년에 제너럴 일렉트릭이 개발한 것으로, 수백만 년에 걸쳐 탄소를 천연 다이아몬드로 결정화시키는 강한 온도와 압력을 흉내 낸 것이다”고 말했다. HPHT 합성석은 이러한 극한적인 조건을 생성할 수 있는 프레스 안에서 만들어진다. 제너럴 일렉트릭이 개발한 첫 번째 프레스는 ‘벨트 프레스’라고 불렸으며, 현재는 이 모델을 응용한 다양한 크기와 용량의 프레스가 있다. 모든 프레스 안에는 성장 채임버가 있어서 이 안에서 HPHT 스톤이 금속 용매 촉매(주로 철, 니켈이나 혹은 이 두 가지를 섞어 만든다) 내의 탄소 분자로부터 성장하게 된다.

모세스는 “일반적으로 1캐럿 HPHT 합성 다이아몬드의 성장 기간은 일주일가량이다. 하지만 성장 채임버의 크기가 작기 때문에 한 번에 성장시킬 수 있는 스톤 수는 몇 개뿐이다”고 말했다. 이러한 단점과 더불어 성장과 규모의 경제 문제 때문에 대부분의 HPHT 스톤은 0.5캐럿 정도로 생산된다. 하지만 모세스는 “드문 경우에 4캐럿에 이르는 합성 다이아몬드 원석이 생산되기도 한다. 이러한 원석은 패싯 작업을 거쳐 약 2캐럿의 다이아몬드 나석이 된다”고 말했다. HPHT의 역사가 반세기에 이르기는 하지만 수익성이 확보된 것은 비교적 최근이다.

Hainschwang은 “HPHT법이 1950년대부터 알려지기는 했지만 이것이 상업적으로 실행 가능한 방식으로 진화하기까지에는 여러 해가 걸렸다. 10년 전까지만 해도 HPHT 다이아몬드의 가격은 너무 높았다”고 말했다.

HPHT 스톤의 특성
다이아몬드는 과학적으로 다이아몬드 내에 함유된 불순물의 양과 위치에 의해 그 타입이 분류된다. 대부분의 HPHT 스톤은 0.05% 가량의 질소가 분산되어 있는Ⅰb 타입이다. 이러한 타입의 다이아몬드는 천연 스톤의 경우 전체의 1% 미만이다. 천연 스톤의 경우 98%는 Ⅰa 타입이며, 0.3% 정도의 질소를 포함하고 있는 이 타입의 스톤은 서로 겹쳐진 클러스터 상태로 발견된다. HPHT 스톤 중 Ⅰa타입은 그 비율이 낮으며, 이 경우 질소 원자가 둘씩 짝지어 있다. HPHT 스톤의 질소는 흩어져 있고 분산되어 있기 때문에 대부분의 스톤이 특징적인 칼라를 띄고 있다.

Hainschwang은 “아직까지 HPHT 스톤의 대부분은 H~P 등급의 컬러로 생산된다. 단 하나의 질소 원소만 있어도 노랗거나 갈색 기가 도는 컬러가 나타난다”고 말했다. 현미경으로 볼 때도 HPHT 스톤은 내재적으로 천연석과 다른 형태를 띤다. 모세스는 “HPHT 성장 방법은 육면체-팔면체 같은 크리스탈을 성장시킨다. 이는 천연 다이아몬드 크리스탈과 다르다”고 말했다. HPHT 스톤은 철이나 니켈로 된 금속 용매 내에서 성장하기 때문이 많은 HPHT 스톤이 금속성 내포물을 가지고 있어서, 보통 스톤 위의 검은 점으로 보이게 되고, 이로 인해 강한 자성을 띄게 된다. 일부 천연 다이아몬드의 경우에도 역시 자성을 띌 수 있으나, HPHT 방식을 통해 생성된 자성보다 강도가 훨씬 낮다.

CVD

CVD공법으로 제조된 합성 다이아몬드 원석, CVD 기술은 지난 10년전보다 획기적으로 발전되어 현재 CVD 합성 다이아몬드는 상용화에 이르렀다.

모세스는 “CVD 방법은 진공 채임버 안에서 마이크로파 혹은 다른 에너지원을 이용하여 메탄 등의 탄화수소 가스를 분해, 합성 다이아몬드를 성장시킨다는 점에서 HPHT와 완전히 다르다. 이 때문에 탄소 원자가 눈송이가 눈 위에 쌓이는 것처럼 평평한 다이아몬드 기판 위에 얇은 층으로 쌓이게 된다”고 설명한다.

이 과정에서 사용되는 기판(이 기판은 리액션 채임버 안에 놓는다)은 반드시 HPHT 합성석 혹은 그래파이트 등의 탄소 성분의 것이어야 한다. 그러나 한 시간에 0.1mm 혹은 100 마이크론의 다이아몬드가 생성되는 CVD 법은 스톤의 성장 속도가 느리다. 스톤의 두께 면에서도 한계가 있다. 두께가 3mm가 넘는 CVD 스톤으로 성장시키는 것은 극도로 힘든 작업이다.

텍사스주 휴스턴 소재 화학품 제조업체인 Union Carbide Corporation이 1950년대에 개발한 CVD법에 대해 모세스는 “이 방법은 HPHT법에 비해 적절한 온도와 저압에서 시행되고 기계 역시 HPHT 기계보다 크기가 작고 가격도 저렴하기 때문에 비용이 덜 들어가고 과정도 덜 까다롭다”고 말했다. HPHT와 마찬가지로 CVD법 역시 최근에 경제적인 생산이 가능해졌다. 합성 및 처리 다이아몬드에 대한 감별 서비스 제공 및 감별 기술의 연구 개발을 시행하는 영국 메이든헤드 소재 DTC 연구 센터의 연구개발 팀장인 사이먼 로슨은 “CVD 합성석 생산량은 지난 5년 동안 눈에 띄게 늘어났다. 그리고 현재 보석용 CVD의 상업적 생산을 시도하려는 신생 업체 몇 곳의 설립이 포착되고 있다”고 말했다.

CVD 스톤의 특성

제메시스사가 생산한 1캐럿 사이즈의 무색 쿠션컷 CVD 합성 다이아몬드

CVD 스톤은 그 독특한 성장 방식 때문에 극소량의 질소만을 함유한, 열전도율이 높은 Ⅱa 타입이 된다. 또한 CVD 스톤은 셰입이 독특하다. 모세스는 “CVD법은 평평한 판 모양의 합성 다이아몬드 크리스탈을 만들어 내기 때문에 천연 다이아몬드 크리스탈과 구분된다”고 말했다. 3mm 이상의 CVD 스톤을 성장시키는 것은 까다롭고 비용이 많이 들기 때문에 대부분의 CVD 스톤은 1캐럿 이하로 제조된다. 사실 지금까지 생산된 최대의 보석질의 CVD 스톤은 1.05캐럿이며, 이는 2010년에 지금은 없어진 합성석 제조업체인 아폴로 다이아몬드가 생산한 것이다. CVD 스톤은 금속이나 질소를 함유하고 있지는 않지만, 생성 과정에서 사용되는 가스로 인해 독특한 컬러를 띄게 된다.

Hainschwang은 “상업적 비용의 성장 환경 속에서 생성된 대부분의 CVD 다이아몬드 크리스탈은 무색에 가깝다기 보다는 브라운 기가 도는 걸러를 띄고 있다”고 말했다.

합성석의 감별

제메시스의 1캐럿 HPHT 합성 다이아몬드의 EGL감정서 캐럿당 5,000불에 거래되고 있다.

Hainschwang은 “HPHT 및 CVD 스톤이 서로 다르기는 하지만 두 합성 다이아몬드 모두 감별에 사용되는 방법은 같다. 두 타입의 합성석 모두 테스트 과정에서 약간의 변화만 주면 된다”고 말했다. 합성석은 화학 불순물에서 결정 형태에 이르는 합성석의 고유한 특성을 테스트하는 최신 기술의 사용법에 대한 훈련을 받은 감정 기술자의 경우 감별이 가능하다.

Hainschwang은 “감별에 사용되는 방법으로는 현미경 관찰, 저파 및 단파 자외선 테스트, 다양한 여기(excitation) 밴드를 이용한 루미네선스 현미경, 딥 자외선 이미지 테스트, 적외선 분광, UV-Vis(ultraviolet-visible) 분광 및 준 적외선 분광, 에너지 분산형 엑스레이 형광, 포토루미네선스 분광 등이 있다”고 말했다.

HPHT 및 CVD 스톤의 서로 다른 특성을 고려할 때 각각의 스톤 타입에 다른 감별법을 적용하는 것이 가장 잘 맞다.

Hainschwang은 “HPHT 스톤의 경우 일반적으로 부분적인 성장 존, 특이한 내포물 혹은 부분적인 발광이 나타나는 반면, CVD 스톤의 경우 포토루미네선스 스펙트럼 검사를 통해 감별할 수 있다”고 말했다. 합성석을 감별하는 보석 감정소들은 그들이 발견한 명시되지 않은 합성석의 전반적인 숫자가 미미한 수준이라고 전했다.

Hainschwang은 “대부분의 스톤에 있어 우리는 시장에 나와 있는 명시되지 않은 합성석의 비율이 거의 제로에 가깝다고 추정한다”고 말했다. 합성석의 내재적인 특성과 스톤들이 생산되는 과정을 고려할 때 많은 이들은 감별법이 앞으로도 지금과 같을 것이라고 믿고 있다. 모세스는 “생산 과정이 더욱 복잡해져 감에 따라 감별이 더욱 까다로워질 수도 있다. 하지만 합성 다이아몬드에는 전문 기구가 갖추어진 보석 감정소의 훈련받은 보석 감정사들이 감별할 수 있는 성장 패턴과 현미경적 특성 등, 근본적인 특성이 있다. 그리고 우리는 이러한 독특한 특성이 계속해서 합성석에 존재할 것이라고 추정한다. 왜냐하면 합성석의 제조 방법이 오랜 기간의 지질 연대에 걸쳐 일어나는 천연 다이아몬드의 생성 과정과는 매우 다르기 때문이다”고 말했다.

임의 추출 테스트

일본에서 개발된 합성 다이아몬드

보석 감정소들은 의뢰된 멜리 스톤 팩 중에서 임의의 샘플을 추출하여 감별을 시행한다. 로슨은 “모든 멜리를 감정소로 보내는 것은 비용 면에서 효율적이지 않다. 그러므로 현재로써는 임의 테스트라는 접근 방법을 시행할 필요가 있으며, 이 경우 한 패키지 당 비교적 적은 수의 멜리 다이아몬드에만 테스트를 시행하게 된다. 우리는 이 분야에 대한 비용을 낮춤으로써 가까운 시일 내에 드비어스가 공급하는 모든 멜리 스톤에 대해 저렴한 테스트 서비스를 시행하기 위해 노력하고 있다”라 말했다.

모든 멜리 스톤의 저렴한 테스트가 아직 멀기는 했지만 감정소들은 다이아몬드 딜러들이 더욱 쉽게 이러한 서비스를 이용할 수 있도록 하기 위해 노력 중이다.

예를 들어 GIA는 2012년 여름에 저렴한 비용으로 테스트를 의뢰할 수 있는 품질 보증 서비스 프로그램을 런칭했다. 이 서비스는 스톤 한 개당 비용이 12달러이며, 0.2캐럿 미만의 D~Z 컬러 다이아몬드 및 팬시 컬러의 다이아몬드, 0.5캐럿 미만의 블랙 다이아몬드 나석 혹은 세팅된 다이아몬드 여러 개가 들어있는 팩에서 임의로 스톤을 골라 테스트한다.

시장에서의 합성석의 위치
언뜻 보기에 합성석 시장은 천연 다이아몬드 산업에 대해 심각한 위협인 것처럼 보인다.

뉴욕 소재 컨설팅 업체인 Bain & Company가 2011년에 조사, AWDC(Antwerp World Diamond Centre)가 발표한 보고서, ‘글로벌 다이아몬드 산업: 미스터리의 베일 벗기기’에 따르면 2010년에 생산된 합성 다이아몬드는 50억 캐럿에 달한다. 하지만 이 50억 캐럿의 다이아몬드 중 거의 대부분은 공업용 목적으로 사용되었으며, 2010년에 합성석이 보석용 다이아몬드 시장에서 차지한 비율은 0.01% 미만이었다.

사우스캐롤라이나 주 그린빌 소재 합성 다이아몬드 제조업체인 Scio Diamond Technology Corp의 조랜시아 사장은 “우리의 사업의 거의 대부분은 저가용 시장을 목표로 하고 있다. 미래에 다이아몬드를 휴대폰과 노트북에 내부에 사용, 발열 온도를 낮추는 것을 상상해보라. 또한 의료 기구에 다이아몬드를 사용할 수도 있다. 수술용 메스의 다이아몬드 날은 가장 높은 정확도를 자랑한다. 우리 회사의 경우 생산량이 천연 다이아몬드 시장에 영향을 줄 만큼이 아닌데다 생산의 초점을 공업용 스톤에 맞추고는 있지만 보석용 스톤 생산 부문을 갖추고 있기는 하다”고 말했다.

시장을 달구고 있는 대부분의 합성석들은 클래러티 등급이 적어도 VS 이상이다. 이는 제조업체들이 생산에 대해 규제를 받고 있어서라기보다는 제조업체들이 수익성이 있는 고품질의 스톤만을 출시하고 있기 때문이다. 랜시아 사장은 “분명 일정 수준의 규제가 이루어지고 있기는 하지만 우리는 하나의 리액터(생산 장치) 안에서 약 30개의 스톤을 생산할 수 있다. 하지만 30개 모두가 같은 품질이 될 것이라고 예측할 수는 없다”고 말했다. 시장에 나와 있는 합성석의 대부분은 또한 천연 다이아몬드보다 크게 낮은 가격으로

책정되고 있다.

2012년 9월에 사업을 시작한 워싱턴 소재 CVD 다이아몬드 생산업체인 워싱턴 다이아몬드의 Uzi Breier 사장은 “우리 연구실에서 생산되는 다이아몬드는 같은 사이즈, 커팅, 클래러티 등급을 가진 천연 다이아몬드 가격의 25% 이하 가격에 판매된다”고 말했다. 사실 가격이 판매에서 중요한 역할을 하게 되므로 많은 제조업체들은 상품의 시장 경쟁력을 위해 저렴한 상품을 개발하려고 애쓴다. Breier 사장은 “현재 우리는 우리의 아름다운 다이아몬드를 인터넷을 통해 가장 저렴한 가격으로 공급해 줄 수 있는 유통업체를 찾고 있다”고 말했다. Scio Corporation과 워싱턴 다이아몬드를 제외할 때, 현재 전 세계 주얼리 시장에서 영업 활동을 벌이고 있는 합성 다이아몬드 제조업체는 몇 개 되지 않는다.

미국의 D. Nea Diamonds, Chatham Created Gems, LifeGem, Gemesis와 러시아의 New Age Diamo
nds 등이 여기에 속한다.

합성석은 위협적인가?

다양한 색상의 HPHT 합성 다이아몬드

많은 다이아몬드 산업 종사자들은 합성 다이아몬드의 부적절한 명기가 심각한 문제인 것은 사실이지만, 합성 시장의 규모가 작기 때문에 업계가 합성석의 잘못된 명기 문제가 진정한 위협이 되는 것을 막을 능력이 있다고 확신하고 있다.

다이아몬드 나석 연마업체인 뉴욕 소재 Nice Diamonds의 Nilesh Sheth 회장은 “이러한 잘못 명기된 스톤을 감별하게 된 감정소는 그 뿌리를 조사, 해당 스톤의 출처가 된 업체 및 소유주의 이름을 공개해야 한다. 업계인들은 이후 해당 업체 및 협력 업체들과의 거래를 피하게 될 것이다. 그리고 아직까지는 합성 다이아몬드의 주요 생산업체가 몇 개 되지 않는다. 그러므로 이들이 규범을 준수하는 한, 이 문제는 일회성 이슈로 끝날 것이며, 업계에 위협이 되지 않을 것이다”고 말했다. 때로 도매업체들은 신중을 기하기 위해 자사의 스톤을 감정소에 보내 합성인지의 여부를 테스트한다. 하지만 대부분은 자신들이 믿을만한 공급업체들과 안정된 관계를 맺고 있기 때문에 합성석이 자신의 매대로 들어오는 상황으로부터 이미 보호를 받고 있다고 믿고 있다.

뉴욕에서 작은 사이즈의 나석 및 주얼리 제조 사업을 벌이고 있는 Mr. Baguette의 Greg Telonis 회장은 “나는 일부 다이아몬드에 대해 감정서를 의뢰하고 있으며, 합성석 감별에 있어서는 감정소에 의존한다. 하지만 재고 상품을 정기적으로 감정소로 보내 합성석 여부를 체크하고 있지는 않다. 이스라엘과 벨기에의 다이아몬드 연마업체들과 직접 거래를 하고 있기 때문에 그들이 나에게 적절한 상품을 판매한다는 것을 믿고 있기 때문이다. 전반적으로 우리는 엉터리 업체가 아닌 오랫동안 윤리적으로 신용을 쌓은 공급업체와 거래하고 있다는 사실에 안심하고 있다”고 말했다.

합성석이 천연 다이아몬드와 적절하게 구분될 필요가 있기는 하지만 합성석이 앞으로 언제나 시장의 틈새 상품으로 존재할 것이라는 점은 놀라운 지적이다. 포프 사장은 “나는 모든 사물에 자기 자리가 있다고 생각한다. 천연 다이아몬드는 언제까지나 천연이고, 희귀한 상품일 것이다. 다른 보석들의 합성석은 오래 전부터 존재해 왔지만 결코 천연석을 대체하지는 못했다”고 말했다.

Sheth 사장은 이에 동의한다며, “시장에는 모든 상품을 위한 공간이 있다. 합성석 역시 크리스탈, 큐빅 지르코니아, 모이써나이트 등과 같이 시장에서 자기 자리를 찾게 될 것이다”고 말했다.

/ 라파포트 뉴스

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