Первоначально существовало два метода синтеза ультрамарина. Первый — сульфатный, при котором шихта составляется из каолина, сульфата натрия и угля или каменноугольного пека в качестве восстановителей. Второй метод — содово-серный; шихта в этом случае состоит из каолина, соды, серы и восстановителя — угля или какого-либо другого органического материала. Синтез велся двухступенчато. После первого обжига получался зеленый продукт, который при повторном обжиге с небольшой добавкой серы превращался в синий ультрамарин. Этот ультрамарин по своему химическому составу полностью соответствовал природному лазуриту.
Позднее было обнаружено, что если дать в шихту избыток серы и несколько увеличить содержание кремния, то за один прием можно получить ультрамарин с очень яркой окраской, содержащий больше кремния и серы, чем они присутствуют в природном лазурите. Сейчас готовится только такой многосернистый и многокремнистый ультрамарин. Применяемая сейчас шихта содержит примерно поровну (по 35 %) каолина и серы; около четверти всей шихты составляет сода и по 4 % — восстановитель — уголь или каменноугольный пек — дополнительная кремнекислота, которую, как пишут, лучше всего вводить в форме рыхлой горной породы — диатомита — скоплений опаловых скелетов одноклеточных водорослей, образующих залежи в вулканогенных областях. Добавляется небольшое количество едкого натра. Как видим, в этой шихте очень большой избыток щелочей и серы, но без этого, как говорят, получить хороший продукт невозможно.
Шихта после дробления и тщательного перемешивания помещается в небольшие пористые шамотные тигли (в каждый 3–7 кг), закрывается крышкой. Пространство между крышкой и тиглем замазывается огнеупорной глиной. Тигли помещаются в печь вниз крышкой (шихта, спекшись в таком положении, закроет промежуток между крышкой и тиглем, и сера будет меньше лететь в воздух). В большую печь входит до 2000–2500 тиглей.
Обжиг ведется в три этапа; за 18–30 ч температуру печи доводят до 700–750°, все время поддерживая восстановительную атмосферу. При максимальной температуре шихту выдерживают 2–3 ч, пока не получится зеленый полупродукт. Дальнейший процесс получения синего ультрамарина идет только при температуре ниже 500°, поэтому сильным током воздуха печь за 8—10 ч охлаждается до этой температуры, а затем печь и дутье закрывают и 10–15 дней ведут «томление» краски. Так как при этом идет небольшое окисление материала, то в атмосфере печи тщательно поддерживают содержание свободного кислорода в 2–3 %, то подпуская воздух, то удаляя кислород, сжигая некоторое количество топлива.
Весьма важно подчеркнуть, что формирование искусственного лазурита идет при температурах только ниже 500°. Это очень важный факт, позволяющий понять многие детали образования естественного лазурита. Полученный после обжига продукт крайне своеобразен. В нем содержится от 25 до 35 % солей (сульфат натрия, гипосульфит) и только остальное — лазурит. Синтезированный таким образом лазурит довольно мелкий, в нем только 20–30 % кристаллов образуют зерна размером 0,1–0,2 мм, остальная большая часть синтезированной краски сложена зернами, не превышающими единичных микрометров.
Для геолога крайне важно в синтезе лазурита-ультрамарина то, что он идет только в условиях очень большого избытка солей. Как будет видно далее, ассоциация лазурита с солями в природе весьма примечательна.
Дальнейшая обработка полупродукта — спека — заключается в тщательной промывке спека теплой водой для вымывания из него всех растворимых солей, а затем его дроблении и фракционировании с целью отмывки ультрамарина от всех непрореагировавших остатков шихты, в первую очередь каолина. Остается еще сортировка и упаковка продукта, после чего он готов к использованию.
Делались опыты по получению красок типа ультрамарина, но иных цветов; среди них нашел некоторое применение только фиолетовый ультрамарин, который получается при 24-часовом обжиге синего ультрамарина в 5 %-ном хлористом аммонии при 150 °C. Розовый ультрамарин получается из синего при обработке последнего сухим хлористым водородом в окислительной среде при 150–180 °C. Розовый оттенок получается при экспозиции пигмента на воздухе. Нагревая розовый ультрамарин до 360°, можно получить желтую краску. Указывается, что «селеновый ультрамарин» имеет кроваво-красный цвет. Ничего этого промышленностью пока не выпускается. Остается только мечтать, что будет создана серия разнообразных очень прочных силикатных красок.