У природі, як відомо (Наумко, Калюжний, 1981), топаз утворюється в найтіснішому парагенезісе з літієвими фторвмісними слюдами, особливо лепідолітом в камерних і редкометальних пегматитах, а також в грейзенах і гідротермальних жилах. Це вказує на спільність умов кристалізації цих мінералів і, зокрема, на активну роль в процесі їх освіти фтору. Тому в рамках представленої роботи були проведені також експериментальні дослідження по синтезу і крісталлохимічеськой характеристиці лепідоліту.
Мета і основні завдання досліджень.
Метою досліджень було з'ясування особливостей фізико-хімічних умов кристалізації топазу і лепідоліту, і розробка на цій основі надійного і відтвореного методу вирощування монокристалів топазу на приманку. Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі завдання:
1. Дослідити особливості спільного перенесення глинозему і кремнезему в гідротермальних розчинах різного складу в інтервалі температур 500-750 о С і тиску від 30-40 до 180 МПа.
2. Випробувати методи кристалізації топазу в умовах прямого і зворотного температурного перепаду і вибрати оптимальні склад і термобарические умови зростання його монокристалів на приманку.
3. Вивчити морфологію, кристаллохимические характеристики і основні властивості синтетичного топазу, в тому числі, вирощеного в присутності важкої води.
4. З'ясувати умови синтезу лепідоліту і його кристаллохимические характеристики і основні властивості.
Наукова новизна роботи.
1. Отримані експериментальні дані однозначно довели, що кремнезем і глинозем в умовах прямого температурного перепаду володіють одночасною високою рухливістю тільки при розчиненні кварцу, корунду і топазу (і, ймовірно, інших алюмосилікатів) в кислих водно-фторідних розчинах.
2. Вперше розроблено відтворений метод вирощування монокристалів топазу на приманку, в тому числі, що містять хром. Вага вирощених кристалів досягає 20 м
3. З'ясовано, що структурно-морфологічні характеристики і основні властивості вирощеного і природного топазу, включаючи типи радіаційних забарвлень, практично не помітні.
4. Показано, що при вирощуванні топазу, а також супутнього йому кварцу, в розчинах, що містять важку воду, в кристалах спостерігаються широкі варіації ОН і OD- груп, залежні від співвідношень в початкових розчинах звичайної і важкої води, супроводжувані заміною ОН-груп OD-групами. Дифузійного обміну між воднем і дейтерієм в структурах топазу і кварцу при температурах до 780 ° С і тиску до 180 МПа не спостерігається.
5. Експериментально встановлено, що кристалізація лепідоліту при температурах 600-650 о С і тиску 100 МПа може здійснюватися в гідротермальних розчинах в широкому діапазоні кислотності-лужності (pH 2-11). Залежно від рН розчинів і співвідношень в них літію і фтору можуть формуватися парагенезиси лепідоліту з різними мінералами. Виникненню лепідоліт-топаз-кварцового парагенезиса сприяють кислі фторвмісні розчини з відношенням Li / F-1. т. е. з'являється вікно для використання інфрачервоного випромінювання в відповідних технічних пристроях.
4. Отримані експериментальні дані за умовами синтезу лепідоліту можуть бути використані при вивченні умов освіти редкометальних літієвих пегматитів, що є джерелом видобутку цілого ряду рідкісних елементів (Та, Nb, W, Sn і ін.), А також є сировиною для виробництва скла, кераміки та численних хімічних сполук на основі літію.
1. Кремнезем і глинозем в умовах прямого температурного перепаду володіють одночасною високою рухливістю тільки при розчиненні кварцу, корунду і топазу (і, ймовірно, інших алюмосилікатів) в кислих водно-фторідних розчинах. Глинозем в таких розчинах, незалежно від їх щільності, завжди переноситься з менш гарячою (верхньої) зони в більш гарячу (нижню) зону, а напрямок перенесення кремнезему в розчинах того ж складу неоднозначно і визначається їх щільністю. У нізкоплотний розчинах перенесення обох компонентів збігається і направлений з менш високотемпературної зони в більш високотемпературну зону, а при підвищенні щільності розчину (# 961;> 0,33-0,37 г / см 3 при температурах 650-780 o С) напрямок перенесення кремнезему зазнає інверсію, в той час як перенесення глинозему залишається незмінним. Причиною одночасного просторово роз'єднаного і просторово суміщеного розчинення і росту кристалів кварцу і топазу є відмінність або збіг знаків їх ТКР в кислих фторідних розчинах.
2. Сприятливими для вирощування монокристалів топазу є кислі фторидні розчини, що утворюються при гідролізі фториду алюмінію в інтервалі температур 500-750 o С і тиску 30-180 МПа і обов'язкову присутність кварцу. З численних можливих варіантів розміщення затравки і шихти при вирощуванні топазу в таких розчинах найбільш оптимальним представляється зростання його в зоні з відносно більш високою температурою, т. Е. При розміщенні затравки в нижній частині автоклава, а шихти - у верхній.
3. Крісталлохимічеськая характеристики і основні властивості синтетичного і природного топазу практично не відрізняються. У кристалах топазах і супутніх їм кристалах кварцу, вирощених в присутності важкої води, спостерігається зсув смуг поглинання в інтервалі 3300-3750 см -1. пов'язаних з OH-групами, на смуги в інтервалі 2500-2700 см -1. обумовлені присутністю ОD-груп.
4. Кристалізація лепідоліту може здійснюватися в гідротермальних розчинах при температурах 600-650 о С і тиску 100 МПа в широкому діапазоні кислотності-лужності (pH 2-11). Залежно від рН розчинів і співвідношень в них літію і фтору формуються парагенезиси лепідоліту з різними мінералами. Лепідоліт-топаз-кварцовий парагенезіс виникає в кислих фторсодержащих розчинах з відношенням Li / F 60 Со, ВНІІСІМС, м Александров), а також впливу електронів високих енергій на лінійному прискорювачі (енергія 12 Мв) (Інститут хімічної фізики РАН, Москва) і в ядерному реакторі (сумарна доза опромінення близько 17 Мрад) (Інститут ім. І. В. Курчатова, Москва).
Структура і обсяг роботи.
Робота, загальним обсягом 115 сторінок, включає Введення, 5 глав, Укладання, Список цитованої літератури з 79 найменувань і містить 21 таблицю і 39 ілюстрацій.