Фазовые отношения во фторсодержащей гранитной и нефелин-сиенитовой системах и распределение элементов между фазами

Е.Н. Граменицкий, Т.И.Щекина, В.Н.Девятова.

Содержание

3.МОДЕЛЬНАЯ ГРАНИТНАЯ И НЕФЕЛИН-СИЕНИТОВАЯ СИСТЕМА С ФТОРОМ

3.3 Изменение фазовых отношений в системе при замене натрия на калий и литий

3.3.2. Калиевая часть системы

В части системы K-Al-Si-H-O-F фазовые отношения охарактеризованы опытами для узкой области нормальных по щелочности составов алюмосиликатных расплавов, т.е. прилегающих к разрезу кварц - ортоклаз. Главный массив данных относится к продуктам представительной серии опытов с опорным исходным составом N 8, которые дополняются рядом опытов со смесями, как с большей, так и с меньшей кремнекислотностью (см. табл. 2).

Во всех опытах главными продуктами являются алюмофторидная фаза, близкая по стехиометрии к калиевому аналогу криолита, и алюмосиликатное стекло. В опытах с исходными составами N 10 и В17 к ним добавляется кварц, а с составами N7, В6, В14 и 6-1 - калиевый полевой шпат, благодаря чему на проекции Si-Al-K отрисовываются пределы максимальной кремнекислотности и максимальной глиноземистости расплава, пока, правда, только в богатой SiO₂ части системы (рис. 33).

Рис. 33. Имеющиеся данные о фазовых отношениях в калиевой части системы на проекции Si-Al-K (ат. %)

Из особенностей отдельных фаз отметим, что алюмофторидная фаза образует овальные глобули, аналогичные описанным из опытов с другими исходными составами, однако, в отличие от них само образование глобулей воспроизводится в опытах далеко не всегда. Элементов огранки не наблюдалось. В большинстве случаев глобули однородные. Их состав колеблется около криолитовой стехиометрии, однако, получаемый в анализах разброс отношения K/Al от 4 до 2,5 выходит за пределы точности анализа. Эта фаза концентрирует практически весь натрий, содержащийся в виде примеси в исходных реактивах. В некоторых случаях наблюдалась неоднородность внутреннего строения глобулей, напоминающая распад твердого раствора, причина ее появления не может быть связана с примесью натрия и требует специального исследования. Глобули в образцах с калиевыми составами имеют в среднем меньший размер по сравнению с другими частями системы. Средний размер глобулей для исходного состава N 8 29 12 на 22 9 мкм; удлинение 1,5; максимальная длина до 150 мкм, минимальная - 2 мкм .

Составы стекол хорошо воспроизводятся. Гистограммы для каждого элемента показывают близость к нормальному распределению.

Состав закалочных фаз в стекле довольно разнообразен. Они представлены силикатами и фторидами. Фторидные скелетные кристаллы имеют различные соотношения Al/K или изредка представлены фторидом калия. Обычно сделать анализ чистых фторидных фаз не удается, т.к. их дендриты имеют толщину не более 1-1,5 мкм. Серии анализов таких кристаллов, в той или иной степени <засвеченных> вмещающим силикатным стеклом, дают несколько <трендов>, соединяющих составы стекла и скелетных кристаллов. В них отчетливо выражена обратная корреляция Si и K (а также F) при почти постоянном содержании Al. Такие тренды направлены в сторону фигуративных точек алюмофторидного состава (без кремния и кислорода) с отношениями K / Al равными 1/2; 1/3 (криолитовое отношение); а также между 1/4 и 1/5. Первое из этих <соединений> концентрирует свинец; второе - собирает все железо, которыми загрязнена система.

Из силикатных закалочных кристаллов почти во всех опытах присутствует калиевый полевой шпат, в одном образце (д16) кальсилит и в одном силикат калия с соотношением K/Si=1/2. С идентификацией некоторых закалочных фаз имеются затруднения: в частности, непонятно сгущение фигуративных точек анализов около соотношения Si/Al/K=6/1/1.

Относительная доля алюмосиликатного стекла по анализу изображений на электронном микроскопе для исходного состава N 8 составляет в среднем 93%, а по расчету баланса состава - 82%.

Обсуждение результатов. В чисто калиевой (без натрия) части системы установлены фазовые отношения только в области составов стекол между фигуративными точками кварца и калиевого полевого шпата (рис. 33). Подобно калиево-натриевой части, состав расплава ограничен его равновесиями с кварцем и ортоклазом, последнее исключает появление муллита на ликвидусе. Вблизи фигуративной точки ортоклаза предельный по глинозему состав расплава огибает ее и потому область его существования смещена в агпаитовую область. Известное инконгруэнтное плавление калишпата позволяет ожидать в области исходных составов низкой кремнекислотности равновесия расплава с кальсилитом или лейцитом, а в агпаитовой области - с силикатами калия. На это указывает появление кальсилита и дисиликата калия в качестве закалочных фаз. Комплексы с такой стехиометрией, очевидно, существуют в алюмосиликатном расплаве.

По данным, полученным на ионном зонде, растворимость воды в расплаве несколько выше 7 мас. %.

Для всех изученных исходных составов насыщенный фтором расплав равновесен с калиевым аналогом криолита, который, судя по стехиометричности и известным данным о температуре плавления при атмосферном давлении, является кристаллической фазой. С другой стороны, фазовые отношения в калиевой фторидной области более сложны, о чем свидетельствует наличие нескольких закалочных алюмофторидов с разным отношением K/Al и структуры распада криолита. В глиноземистой области можно ожидать поля устойчивости топаза, исходя из кристаллизации этого минерала в природных фтористых гранитах, а в агпаитовой - фазы KF. Закалочная фаза такого состава в одном случае обнаружена.

Средние содержания фтора (т.е. растворимость фтора ) в продуктах опытов с тремя исходными составами (N 8, 9 и 10) в равновесии с криолитом составляют 6,8; 3,6 и 6,5 вес. %. Данных недостаточно, чтобы говорить о каких либо закономерностях, но величины имеют примерно тот же порядок, что и в ранее рассмотренных частях системы.

Назад Содержание Вперед