Раствор - расплавная кристаллизация и комплексное исследование состава, кристалломорфологии и свойств хризоберилла и александрита

Глава 3. Морфология синтетических кристаллов хризоберилла и александрита: анализ экспериментальных данных.

Для изучения морфологических особенностей кристаллов хризоберилла и александрита были использованы синтетические кристаллы, полученные в настоящей работе методом раствор - расплавной кристаллизации. Особенности кристалломорфологии были определены визуально для всех кристаллов, а для наиболее крупных из них получены сферические координаты граней на оптическом отражательном двукружном гониометре ZRG - 3 (расчеты проведены в установке Pbnm, параметры ячейки: a = 4.424, b = 9.393, c = 5,473 Å)

Выделено семь различных морфологических типов (рис. 2), проявляющиеся в зависимости от термодинамических условий, кинетических факторов, соотношения примесей Cr₂CO₃ и Fe₂CO₃. Все типы выделены по степени развития присутствующих простых форм. Практически внутри каждого типа наблюдаются незначительные колебания площадей ромбических призм и бипирамид. Из - за различной степени развития простых форм, габитус полученных кристаллов изменяется от ромбопризматически пинакоидально ромбобипирамидального: {110} + {021} - {010} - {111} до пинакоидально ромбобипирамидально ромбопризматического: {010} + {001} - {111} - {110} + {021}.

Тип I характеризуется короткостолбчатым обликом кристаллов, слегка удлиненным вдоль оси с, слегка уплощенным по b, либо псевдоизометричным в сечении а - b. Габитус кристаллов пинакоидально ромбопризматически ромбобипирамидальный: {010} + {001} - {110} + {021} - {111} (рис. 2а). Для кристаллов хризоберилла, полученных в эксперименте с добавлением примеси Fe₂CO₃ до 50 ат. % (рис. 2ж), характерно появление ромбической призмы {011}. Типы II и III выделены на основе появления дополнительных призм {hk0} и {0kl}, а также по степени уплощения кристаллов. Для кристаллов типа II характерно осложнение типа I ромбической призмой {120} и ромбической бипирамидой {121} (рис.2з). Кристаллы данного типа имеют короткостолбчатый облик, слегка удлиненный вдоль с, уплощенный по b. Для кристаллов типа III характерно осложнение типа I ромбическими призмами {011}, {120} и появление пинакоида {100} (рис.2и). Кристаллы обладают короткостолбчатым обликом, слегка удлиненным вдоль с, псевдоизометричным в сечении а - b. Облик кристаллов IV типа клиновидный, практически отсутствует пояс {hk0}. Габитус кристаллов пинакоидально ромбобипирамидальный: {010} - {111} (рис.2 к - м, с). В кристаллах V типа формирование грани {100}, отсутствующей практически во всех других типах кристаллов происходит за счет нарастания пирамид роста < 010 >, что объясняет штриховку на гранях {100}, параллельную [001] кристаллов александрита и хризоберилла (рис.2н). Кристаллы данного типа характеризуются короткостолбчатым обликом, слегка удлиненным вдоль с. Кристаллы типа VI отличаются от кристаллов I типа морфологически большим удлинением по с и значительным уплощением по b (рис.2о, т). Облик кристаллов удлиненно - пластинчатый. Облик кристаллов VII типа тонкопластинчатый, удлиненный по с, уплощенный по а. Габитус пинакоидально ромбопризматически ромбобипирамидальный: {100} + {010} - {021} - {121} (рис.2б).

Расплав Li₂CO₃ - MoO₃, использованный в качестве растворителя в I серии опытов, приводит к образованию кристаллов хризоберилла и александрита двух морфологических типов: I и VII. Введение дополнительного количества примеси Cr₂CO₃ в этой системе не отражается на морфологии полученных кристаллов. В свою очередь, появление двух различных типов кристаллов хризоберилла обусловлено кристаллизацией в различных областях тигля с различным температурным режимом. Уплощенные, более крупные кристаллы хризоберилла и александрита (тип VII) характерны для более быстро остывающей области.

Рис. 2. Реконструкция идеализированного вида кристаллов хризоберилла и александрита, полученных в экспериментах по раствор - расплавной кристаллизации.

Кристаллы с наиболее богатой огранкой отмечены в системе на основе висмут - молибдатного расплава (II серия), в которой проявлены первые шесть морфологических типов кристаллов хризоберилла и александрита (рис.3). Как видно из рис. 3 существенное влияние на кристалломорфологию оказывает длительность экспериментов: при 12 сут. (опыт 1873) проявляются три различных типа кристаллов, увеличение длительности эксперимента до 37 сут. (опыт 1731) приводит к их сокращению до одного типа. Совместное введение примесей Cr₂CO₃ и Fe₂CO₃ приводит к ухудшению качества кристаллов и образованию VI морфологического типа. В расплаве PbO - V₂O₅ (III серия) появляются кристаллы I и IV морфологических типов. Различные типы появляются в зависимости от влияния как дополнительных компонентов среды, в данном случае добавления в шихту кристаллов природного берилла, так и различной длительности эксперимента. Качество кристаллов хризоберилла, полученных в расплаве Na₂B₄O₇, неудовлетворительное, поэтому реконструкция их идеализированного вида не возможна.

Рис. 3. Кристаллы хризоберилла и александрита, полученные во II серии экспериментов по раствор-расплавной кристаллизации с использованием в качестве растворителя Bi2CO3 - MoO3. Зеленым кружком отмечены опыты, в которые была добавлена примесь Cr2CO3, коричневым кружком - примесь Fe2CO3, цифра в кружке означает количество введенной примеси (ат.%). Римской цифрой отмечен морфологический тип. В скобках указано соотношение кристаллообразующий компонент - растворитель (отн.ед.).