Выращивание, структурно-морфологические характеристики и основные свойства монокристаллов топаза и ассоциирующих с ним слюд

Глава 2.

В главе 2 рассмотрено экспериментальное изучение процессов переноса кремнезема и глинозема при раздельном и совместном растворении кварца, корунда и топаза в гидротермальных растворах различного состава.

Растворение и рост кристаллов топаза и ассоциирующих с ним минералов, главным образом, кварца и лепидолита, часто происходит в природе в условиях температурного градиента в результате локального переноса кремнезема и глинозема. В частности, это наблюдается в камерных пегматитах по проявленным в них одновременным процессам растворения и роста кристаллов кварца и топаза, находящимся в разобщенном и совмещенном положениях в в пространстве пегматитовых тел (Балицкий, 1978; Наумко, Калюжный, 1981). Учитывая это, мы выбрали для моделирования процессов переноса основных компонентов топаза - кремнезема и глинозема гидротермальный метод температурного перепада. При этом, прежде всего, представлялось необходимым выяснить поведение в переносе кремнезема и глинозема в гидротермальных растворах различного состава и различных плотностей, поскольку, наряду с температурой, указанные параметры влияют на устойчивость кварца и топаза и направление их переноса в условиях температурного градиента. С этой целью были проведены эксперименты как по раздельному, так и совместному растворению топаза и минералов, состоящих целиком либо из кремнезема (кварц), либо из глинозема (корунд) в условиях прямого температурного градиента.

Исходные растворы готовились на основе водного дистиллята и химических реактивов, компоненты которых часто обнаруживаются во флюидных включениях в топазе (AlF₃, KF, LiF, NaCl), а также Na₂CO₃ (квалификация ХЧ). Плохо растворимый при комнатных условиях реактив AlF₃ помещался в сухом виде в необходимом количестве на дно автоклава. Кислые флюиды при этом (pH 1-2 после опытов) формировались непосредственно во время ввода автоклава в рабочий режим, согласно реакции

с переходом гидроксида алюминия при температуре выше 500^oC в корунд

Растворы с хорошо растворимыми реактивами готовились непосредственно перед заливкой их в автоклавы.

Исходные образцы минералов для опытов выпиливались в виде стержней заданной кристаллографической ориентации из синтетического кварца и корунда и природного топаза с Волынского месторождения (Украина).

Основное количество опытов было проведено при температуре от 500 до 780^oC, давлении от 20 до 180 MПa и разнице температур между нижним и верхним торцами автоклава от 20 до 100^oC. Интенсивность растворения минералов и направление переноса кремнезема и глинозема рассчитывались по увеличению и потере веса исходных образцов кварца, топаза и корунда и появлению на их признаков и фигур растворения или роста, а конгруэнтный или инконгруэнтный характер растворения определяли по отсутствию и появлению новых минеральных фаз.

Результаты исследований по раздельному и совместному растворению кварца, топаза и корунда отражены на графиках (рис. 1-3).

Как видно, при растворении кварца в закритической области в чистой воде, нейтральных хлоридных и щелочных флюидах перенос кремнезема происходит в направлении от более высоких к низким температурам (рис 1). Однако в кислых водно-фторидных флюидах направление переноса кремнезема обнаруживает четкую зависимость от плотности флюидов (ρ): прямой перенос его осуществляется только при ρ выше 0,34 - 0,37 г/см³; при более низких значениях ρ перенос кремнезема становится обратным. При этом направление переноса кремнезема не зависит от того, происходит ли оно в отсутствии или присутствии топаза. Топаз взаимодействует с флюидами аналогичных составов иначе. В щелочных и нейтральных хлоридных флюидах, независимо от присутствия или отсутствия кварца, он неустойчив и замещается либо полевыми шпатами (при высокой щелочности), либо слюдой (при относительно невысокой щелочности). Во фторидных близнейтральных и кислых флюидах в отсутствии кварца топаз практически не растворяется (прослежено до температуры 780^оС и давлении до 180 МПа). Но в присутствии кварца интенсивности растворения обоих минералов становятся сопоставимыми. Однако, в отличие от кварца, топаз, независимо от плотности водно-фторидных флюидов (прослежено при значениях ρ от 0,05 до 0,52 г/см³), всегда растворяется в менее горячей зоне и переносится в более горячую зону (рис. 2). Аналогичный характер переноса глинозема в условиях прямого температурного градиента отмечается и при взаимодействии корунда с водно-фторидными флюидами (рис. 3). Это указывает на общность явлений переноса глинозема при растворении топаза и корунда в водно-фторидных флюидах. Однако, в отличие от корунда, интенсивное растворение топаза и перенос глинозема в указанных растворах отмечаются только в присутствии кварца. Что касается совместного нахождения корунда и кварца в водно-фторидных флюидах, то оба минерала в этом случае замещаются топазом или (при низкой концентрации фтора) - х-андалузитом.

Таким образом, полученные экспериментальные данные позволили впервые однозначно доказать, что пространственно совмещенные и пространственно разобщенные процессы растворения и роста кристаллов кварца и топаза могут происходить одновременно в условиях прямого температурного градиента. Основной причиной этого является различие или совпадение знаков их ТКР. Выполненные эксперименты моделируют процессы кристаллизации топаза и кварца в некоторых геологических образованиях, и, в частности, в камерных пегматитах. Вместе с этим, полученные экспериментальные данные по выяснению особенностей переноса глинозема и кремнезема в сверхкритических водных растворах, явились основой для разработки воспроизводимого метода выращивания кристаллов топаза на затравку.