Фазовые соотношения при раствор-расплавной кристаллизации редкоземельно-алюминиевых боратов

Глава 1. Основные сведения о кристаллических боратах редкоземельных элементов и алюминия.

Класс природных боратов, насчитывающий более 160 минеральных видов, дополнен несколькими сотнями синтезированных в лабораторных условиях соединений, в том числе содержащих р.з. элементы (R). Одной из причин разнообразия их структурных типов является способность атома бора находиться в двоякой координации - треугольной и тетраэдрической. Безводные р.з. бораты условно можно разделить на простые (одинарные), двойные и более сложные их представители с оригинальными структурными мотивами (табл. 1). Простые бораты представлены большой группой ортоборатов типа RBO₃, изоструктурных кальциту, арагониту и фатериту в зависимости от природы р.з. катиона. Однако характерные для них метастабильные состояния затрудняют изучение строения и выделение в чистом виде отдельных модификаций.

Среди двойных боратов наиболее популярной стала обширная группа с общей формулой RM₃(BO₃)₄ (R=Y; La-Lu), (M=Al, Cr, Ga, Fe, Sc), подавляющее большинство которых изоструктурно карбонатному минералу хантиту Mg₃Ca(CO₃)₄ (пр. гр. R32). Возможность широкого изоморфизма в катионной позиции позволяет модифицировать состав кристаллов RAl₃(BO₃)₄ (R=Y, Pr-Lu) в пределах их структурного типа и получать твердые растворы замещения с ценными функциональными свойствами. Однако выращивание кристаллов семейства хантита осложняется рядом обстоятельств: плавятся они инконгруэнтно, кроме того в наиболее технологичных на сегодняшний день растворах-расплавах состава р.з.-алюминиевый борат - тримолибдат калия последовательность выделения твердых фаз при охлаждении в интервале 1150-900^oС, т.е. при умеренных значениях летучести и вязкости кристаллизационной среды, зависит от типа бората, его концентрации и состава расплава-растворителя.

В целом, анализ литературных данных свидетельствует о неполном и, зачастую, узконаправленном характере исследований боратных систем с р.з. элементами. Эти обстоятельства и послужили основанием для системного исследования фазообразования и кристаллизации в системах RAl₃(BO₃)₄-K₂Mo₃O₁₀-B₂O₃-R₂O₃ (R=Tm, Yb), а также последующего сравнения полученных результатов с данными по ранее изученным р.з.-алюминиевым боратам.