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

Основные результаты и выводы.

1. Полученные экспериментальные данные однозначно доказали, что кремнезем и глинозем в условиях прямого температурного перепада обладают одновременной высокой подвижностью только при растворении кварца, корунда и топаза (и, вероятно, других алюмосиликатов) в кислых водно-фторидных растворах. Глинозем в таких растворах, независимо от их плотности, всегда переносится из менее горячей (верхней) зоны в более горячую (нижнюю) зону, а направление переноса кремнезема в растворах того же состава неоднозначно и определяется их плотностью. В низкоплотных растворах перенос обеих компонентов совпадает и направлен из менее высокотемпературной зоны в более высокотемпературную зону, а при повышении плотности раствора (ρ > 0,33-0,37 г/см³ при температурах 650-780^oС) направление переноса кремнезема претерпевает инверсию, в то время как перенос глинозема остается неизменным. Причиной одновременного пространственно разобщенного и пространственно совмещенного растворения и роста кристаллов кварца и топаза является различие или совпадение знаков их ТКР в кислых фторидных растворах.

2. Наиболее благоприятными для выращивания монокристаллов топаза являются кислые фторидные растворы, образующиеся при гидролизе фторида алюминия в интервале температур 500-750⁰С и давлений 30-180 МПа при обязательном избытке в растворе кремнезема. Из многочисленных возможных вариантов размещения затравки и шихты в автоклаве наиболее оптимальным представляется рост топаза в зоне с относительно более высокой температурой, т. е. при размещении затравки в нижней зоне автоклава, а кварц-топазовой шихты - в верхней его зоне.

3. Разработанный метод выращивания топаза на затравку может явиться основой для создания технологии получения его монокристаллов, включая наиболее ценную хромсодержащую разновидность.

4. Из бесцветного выращенного топаза могут быть получены практически все его радиационно окрашенные разновидности.

5. Структурно-морфологические характеристики и основные свойства выращенного и природного топаза, включая типы радиационных окрасок, практически не различимы. Вместе с тем, установлено, что в топазах и сопутствующих им кристаллах кварца, выращенных в присутствии тяжелой воды, наблюдается смещение полос поглощения в интервале 3300-3750 см^-1, связанных с OH-группами, на полосы в интервале 2500-2700 см^-1, обусловленные присутствием ОD-групп. За счет замещения ОН-групп и HF-комплексов OD-группами и DF-комплексами может представиться возможность изготовления новых устройств с окнами для пропускания ИК-излучения в области 3300-3750 см^-1.

6. Эксперименты показали, что при температурах 600-650^oС и давлении порядка 100 МПа образование лепидолита может осуществляться в гидротермальных растворах в широком диапазоне кислотности-щелочности (pH 2-11). В зависимости от рН растворов и соотношений в них лития и фтора формируются парагенезисы лепидолита с различными минералами. Лепидолит-топаз-кварцевый парагенезис возникает в кислых фторсодержащих растворах с отношением Li/F < 0,2 - условиях близких к росту топаза в проведенных опытах. В кислых до слабощелочных растворах с соотношением 0,2 < Li/F < 0,4 лепидолит кристаллизуется в ассоциациях с микроклином и эвкриптитом, а при соотношении 0,4 < Li/F < 0,8 образуются литиевые и фторсодержащие алюмосиликаты, такие, как эвкриптит, петалит, сподумен и др.

7. Экспериментальные данные по условиям синтеза лепидолита могут быть использованы при изучении условий образования редкометальных литиевых пегматитов, являющихся источником добычи целого ряда редких элементов (Та, Nb, W, Sn и др.), а также сырьем для производства стекла, керамики и многочисленных химических соединений на основе лития.

Благодарности

Автор диссертации выражает глубокую благодарность своему научному руководителю академику РАН, профессору, д.г.-м.н. Д. Ю. Пущаровскому, а также глубокую признательность заведующему кафедрой кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета МГУ академику РАН, профессору, д.х.н. В.С. Урусову, и сотрудникам кафедры профессору, д.х.н. Н.И. Леонюку, кандидатам геолого-минералогических наук доцентам Г.И. Дороховой Н.В. Зубковой, Е.В. Копорулиной и старшему научному сотруднику к.г.-м.н. Ю. К. Кабалову за постоянное внимание и необходимую помощь в проведении исследований. Особую благодарность автор работы выражает заведующему лабораторией синтеза и модификации минералов ИЭМ РАН профессору, д.г.-м.н. В.С. Балицкому и сотрудникам этой лаборатории к.х.н. Т.М. Бубликовой, В.С. Шевелеву и В.Т.Кадиеву, а также другим сотрудникам ИЭМ РАН (к.ф.-м.н. Г.В. Бондаренко, Т.М. Докиной и А.Н. Некрасову) за помощь в постановке опытов, обсуждении их результатов и исследовании выращенных кристаллов топаза.

Работа не могла бы быть успешной без тесного сотрудничества с учеными Института геонаук и георесурсов Римского университета Др. К. Аурисиккио и Др. М.-А. Рома.