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

Основные выводы.

1) В результате серии экспериментов с различными типами растворителей, концентрациями раствор - расплава, примесями Cr₂O₃, Fe₂O₃ и температурными условиями осуществлен синтез кристаллов александрита из исходного природного кристаллообразующего компонента (хризоберилла), что позволило, с одной стороны, избежать обычно используемого весьма токсичного BeO, а с другой стороны, предложить возможность утилизировать отходы хризоберилловых месторождений в промышленных условиях. Выбор оптимальных условий синтеза (Т =1120 - 1150^оС, растворитель Bi₂O₃ - MoO₃, исходное содержание примеси Cr₂O₃ 5 ат.%) позволил вырастить кристаллы александрита до 2 мм с ярко - выраженным <александритовым> эффектом. Самые крупные кристаллы (до 10 мм) получены из раствора хризоберилла в расплаве PbO - V₂O₅ при соотношении кристаллообразующий компонент - растворитель 9:91 (мас.%), что наряду с относительно низкой <рабочей> температурой (970^оС) дает основание отнести его к разряду перспективных.

2) Анализ морфологии кристаллов хризоберилла и александрита, полученных в ходе раствор-расплавной кристаллизации, позволил выделить семь морфологических типов. Показано, что в зависимости от типа расплава, температуры, длительности эксперимента, а также соотношения примесей хрома и железа облик кристаллов меняется от слегка уплощенного по b и удлиненного по c до тонко - пластинчатого или псевдоизометричного в сечении a - b, а габитус - от пинакоидально ромбопризматически ромбобипирамидального до пинакоидально ромбобипирамидально ромбопризматического. Увеличение длительности эксперимента приводит к уменьшению числа морфологических типов кристаллов. Кристаллы с наиболее богатой огранкой проявлены в системе на основе висмут - молибдатного растворителя.

3) Впервые на представительной коллекции природного и синтетического хризоберилла и александрита выполнено комплексное исследование тонких структурных особенностей и диагностических свойств этого минерала. Показано, что однозначная геммологическая диагностика образцов неизвестного генезиса возможна лишь при проведении комплексного исследования рядом дополняющих друг друга инструментальных методов, в том числе оптической микроскопии, термобарогеохимии, КР - спектроскопии (впервые), ИК - спектроскопии, цветной катодолюминесценции в РЭМ (впервые), люминесцентной спектрофотометрии, электронно - парамагнитного резонанса и других. Для природного александрита по сравнению с синтетическим в большинстве случаев характерны: повышенное содержание примеси Fe₂O₃, низкий уровень интенсивности люминесценции, наличие характерной ростовой зональности, присутствие полос поглощения, характерных для OH- групп, преимущественное вхождение Cr³⁺ в позиции М1структуры и размытый, усложненный спектр ЭПР, газово-жидкие, а также различные твердофазные включения.

4) В рамках атомистического подхода осуществлено компьютерное теоретическое моделирование BeAl₂O₄ и его изоструктурных аналогов, позволившее корректно описать изученные экспериментально и рассчитать неизученные структурные, упругие, термодинамические свойства этих соединений, а также оценить энергетику точечных дефектов, границы взаимной смесимости компонентов. Показано, что распределение Cr по неэквивалентным позициями кристаллической структуры оказывает существенное влияние на свойства смешения и стабильность кристаллов александрита.

5) Впервые предложенная оригинальная методика <комбинированного> подхода к расчету теоретического габитуса, учитывающая как геометрические особенности структуры, так и величины поверхностной энергии граней, позволила обеспечить хорошее согласие теоретической и экспериментально наблюдаемой огранки александрита и хризоберилла и может быть рекомендована для расчета теоретических габитусов других кристаллов.