Рентгенографическое исследование в вакууме нового минерала бокситов - лесюкита al 2(OH) 5Cl · 2Н 20 Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

О. М. Янсон

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ В ВАКУУМЕ НОВОГО МИНЕРАЛА БОКСИТОВ - ЛЕСЮКИТА AL2(OH)5CL • 2Н20

(руководитель проф. С. К. Филатов)

Около 75% вулканов Земли приурочены к «Тихоокеанскому Огненному кольцу». Наличие этого вулканического пояса объясняется в рамках теории тектоники плит. Тихоокеанская плита, представленная океанической литосферой, погружается под континентальные плиты (Евразийскую, Индийскую и др.) с выделением породами горячих газов, образованием магматических очагов и извержением вулканов [1].

В результате Большого трещинного Толбачинского извержения (БТТИ) 1975-1976 гг. сформировалась серия новых конусов, на которых до сих пор наблюдается постэруптивная деятельность. Специфические физико-химические условия (повышенная температура, практически атмосферное давление, наличие химически активных газов - фтора, хлора, серы и др.), в которых находятся породы, слагающие конуса, позволяют рассматривать данную минерагенетическую обстановку как зону постэруптивного гипергенеза. Примечательно, что в таких условиях образуется ассоциация эксгаляцинных минералов, специфика которых подробно описана в [2].

Уже почти 30 лет группа минералогов и кристаллографов из Института вулканологии РАН и кафедры кристаллографии Санкт-Петербургского государственного университета проводит мониторинг эксгаляционного ми-нералообразования на конусах БТТИ. Обнаружено более 120 минералов, из которых около 30 оказались новыми.

В 1996 г. был зарегистрирован новый минерал вулканических эксгаляций лесюкит А12(ОН)5С1 ■ 2Н20, названный в честь сотрудника кафедры кристаллографии СПбГУ Г. И. Лесюка [3]. По составу лесюкит близок к бокситам, основными минералами которых являются гиббсит А1(ОН)3, бемит у-АЮ(ОН), диаспор а-АЮ(ОН). Он встречается в значительных количествах на I конусе БТТИ и, вероятно, является промежуточным продуктом микробиологической переработки изверженных пород [4].

Среди высыпок лесюкита был также обнаружен гиббсит А1(ОН)3. Следовательно, процесс формирования ле-сюкита можно рассматривать как одну из стадий современного бокситообразования на вулканах, и в этом состоит значение данных исследований.

Было выполнено рентгенографическое исследование лесюкита А12(ОН)5С1 • 2Н30 в вакууме и сопоставлено влияние на лесюкит вакуумной и термической обработки.

Эксперимент 1. Методом терморентгенографии изучалась дегидратация лесюкита при атмосферном давлении [4]. В данном эксперименте гемперагура играет роль «ускорителя» процесса дегидратации, что позволяет изучить параметры процесса и его продукты. Было обнаружено, что лесюкит начинает «терять» воду уже при комнатной температуре, до 90 °С этот процесс идет линейно, затем на графике «температура - параметр ячейки» наблюдается излом, а при более высоких температурах решетка сжимается более интенсивно вплоть до разложения лесюкита при 140 °С.

Эксперимент 2, В качестве фактора, ускоряющего процесс дегидратации, можно использовать также понижение давления (уменьшение внешнего давления паров воды). Было проведено рентгенографическое исследование (дифрактометр Siemens D-5000) образца лесюкита, помещенного в герметичную камеру, из которой откачивался воздух. Рассчитанные значения параметра элементарной ячейки приведены в таблице.

Параметр кубической ячейки лесюкита, подвергнутого вакуумной обработке

№ Давление, бар а, А

съемки I фаза - II фаза III фаза

Эксперимент 1

1 Атмосферное 19,818(1)

2 2-10"4 19,695(5)

3 4-2-10"7 19,71(2) 19,22(7)

4 2-10"7 19,53(1) 19,10(5)

5 210"7 19,48(5) 19,13(8) 18,8(1)

6 210"7 19,38(2) 19,09(3) 18,8(1)

Эксперимент 2

1 Атмосферное 19,827(2)

2 310~* 19,725(3)

3 6 10"5 19,691(1)

4 4 10"5 19,686(1)

Окончание таблицы

№

а, А

съемки

Давление, бар

I фаза

II фаза

III фаза

5

6

510"5

19,678(2) 19,669(1)

19,54(4) 19,21(9)

510'5 3-Ю"7

Г'

/ 7

В эксперименте 1 наблюдалось уменьшение параметра элементарной ячейки на 0,5 А для I фазы лесюкита, в съемке № 3 выделяется II фаза, в съемке № 5 - третья. Все фазы метастабильны, они имеют значительно меньший параметр элементарной ячейки. В съемке № 2 наблюдалась взрывная потеря воды и часть дифракционной картины оказалась «нечитаемой». В эксперименте 2 этот интервал давлений был исследован с использованием меньшего шага откачки.( Неожиданным результатом оказалось наличие пиков гематита РегОз на рентгенограммах 4, 5, 6 в эксперименте 1.

В результате проведенного исследования было установлено:

1) при дегидратации в вакууме алюминий переходит в аморфную фазу. Следовательно, он становится легко извлекаемым элементом;

2) метастабильные фазы лесюкита могут иметь значительно меньший объем (до 10%) по сравнению с исходной фазой;

3) примесное железо при дегидратации лесюкита образует самостоятельную фазу - гематит Ре20з.

Практический аспект работы заключается в изучении возможности извлечения алюминия из лесюкита. Показано, что откачка паров воды пригодна для этой цели.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 03-05-64853) и программы «Университеты России» (грант УР. 09.01.350).

1. Ломизе М. Г. Вулканическое кольцо Тихого океана: его прошлое, настоящее и будущее // Соросовск. образовав журн. 1999. № 9. 2. Вергасова Л. П., Филатов С. К. Минералы вулканических эксгаляций - особая генетическая группа (по материалам Толбачинского извержения 1975-1976 гг.) // Зап. Всерос. минер, об-ва. 1993. Вып. 3. 3. Вергасова Л. П., Степанова Е. Л., Серафгшова Е. К., Филатов С. К. Лесюкит А12(ОН)5С1 • 2Н20 - новый минерал вулканических эксгаляций // Зап Всерос минер об-ва 1997 Вып 2 4 Филатов С. К., Вергасова Л. П., Степанова Е. Л. и др. Микробиологическое преобразование базальтов Толбачинского извержения 1975-1976 гг. (Камчатка) в лесюкит А12(ОН)5С1 • 2Н20 и другие фазы бокситов // Зап. Всерос. минер, об-ва. 2004. Вып. 6.

Ю. М. Бронзова

ОПТИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ В ПРИРОДНЫХ КРИСТАЛЛАХ ТУРМАЛИНА

(руководители: канд. геол.-минер, наук А. Г. Штукенберг, проф. О. В. Франк-Каменецкая, доц. А. А. Золотарев)

Аномальная двуосность тригональных кристаллов природных турмалинов известна с XIX в., однако причины ее возникновения до сих пор остаются дискуссионными. Наиболее детальные исследования в этой области были проведены М.Г. Горской с соавторами [1]. Ими было установлено, что двуосность турмалинов может быть следствием внутренних напряжений в кристалле, которые возникают из-за сложного зонально-секториального распределения химических компонентов. В 2001 г. японские ученые [2] выявили искажение тригональной метрики решетки турмалинов эльбаит-лиддикоатитового ряда. Они также определили, что величина угла оптических осей (2У) данных турмалинов зависит от сектора роста кристалла, а это указывает на механизм ростовой диссимметризации (кинетическое упорядочение атомов) [3]. Цель нашей работы - всесторонне изучить причины возникновения оптических аномалий в кристаллах турмалинов.

В качестве объектов исследования были выбраны турмалины эльбаит-лиддикоатит-россманитового ряда из месторождений Восточного Памира и Центрального Забайкалья. Изучение под поляризационным микроскопом 13 образцов (спилов, перпендикулярных оси симметрии третьего порядка) показало, что угол 2 V изменяется от 0 до 8°, а положение плоскости оптических осей значительно варьирует в пределах секторов роста кристалла. Эти данные хорошо согласуются с результатами, описанными в работе М Г. Горской с соавторами [1], и свидетельствуют о связи аномальной двуосности с внутренними напряжениями.

Литература