Выращивание, структурно-морфологические характеристики и основные свойства монокристаллов топаза и ассоциирующих с ним слюд

Глава 4.

В главе 4 рассматриваются структурно-морфологические характеристики топаза и его основные свойства. Несмотря на относительно короткую продолжительность опытов, на выращенных кристаллах проявились практически все известные для природного топаза грани. Габитус кристаллов определяется размерами, кристаллографической ориентировкой и соотношением скоростей роста основных габитусобразующих граней. Поскольку в большинстве опытов топаз выращивался на стержнях прямоугольного сечения с удлинением вдоль направления [010]. В связи с ограниченной продолжительностью опытов и малыми скоростями роста величины нароста были относительно небольшими. Поэтому выращенные кристаллы характеризовались стержневидным или плитчатым (рис. 4) габитусом. О равновесном габитусе топаза, выращенного в аналогичных условиях представляется возможным судить по кристаллам топаза спонтанного зарождения, сопровождающим в некоторых опытах рост кристаллов на затравку (рис. 5).

Показатели преломления, измеренные на некоторых кристаллах, колеблются в пределах 1,610-1,620. Как видно, они немного ниже показателей преломления природного топаза. Плотность выращенного топаза равняется 3,57 г/см³, т. е. немного выше, чем у природного топаза, обедненного гидроксилом (Hoover, 1992). Возможно, что это связано с наличием в синтетическом топазе зарощенных обрывков проволоки, на которой подвешивались затравки.

При добавлении LiF на стенках, кристаллах и внутренней арматуре автоклава, как правило, образовывались отдельные кристаллики и агрегаты слюды. Рентгенограммы этой слюды соответствуют таковым природного лепидолита.

Подобно кристаллам природного топаза, его синтетические аналоги окрашиваются под воздействием ионизирующего облучения в красновато-коричневый (γ-облучение). и светло-голубой (электроны высоких энергий) цвета. Под воздействием суммарного ядерного облучения выращенный топаз приобретает бурую окраску, которая после термообработки при 280-300^оС трансформируется в интенсивный голубой цвет.

Наросший слой одного из выращенных топазов имел первичную красновато-фиолетовую окраску. Микрозондовым анализом в этом окрашенном слое установлено повышенное содержание хрома (0,31 масс. % Cr₂O₃), который, вероятно, мог поступать в раствор за счет коррозии стенок автоклава, изготовленного из Сr-Ni сплава.

С помощью микроанализатора был сопоставлен также состав четырех образцов топаза, трех выращенных и одного природного. В выращенных топазах исследовались затравка, зона нароста и граница между ними. Что касается основных топазообразующих компонентов, то содержания их практически не отличаются.

Для определения параметров элементарной ячейки выращенного топаза была получена рентгенограмма, содержащая 70 пиков. Межплоскостные расстояния синтетического топаза были сопоставлены с межплоскостными расстояниями природного топаза, взятыми из карточки 12-0765 картотеки ICDD. Сопоставления показывают, что синтетический топаз обладает параметрами элементарной ячейки, очень близкими к параметрам природного топаза.

Положение полос поглощения в ИК-спектрах выращенного топаза изучалось с целью сравнения их со спектрами природного топаза в области 2000-4000 см^-1. Наиболее характерные полосы в ИК-спектрах в указанной области, как известно (Londos et al., 1992), связаны с вхождением в кристаллы воды, гидроксила OH- и НF- комплексов. Пластинки для записи ИК-спектров готовились двух видов: одни из них состояли только из наросшего слоя, а в других присутствовали как затравка природного топаза, так и наросший слой. Кроме того, для изготовления пластинок использовались обломки топаза из шихты опытов, в которых использовалась тяжелая вода. Эти опыты проводились для оценки возможности диффузионного обмена между OH- и OD- группами в природном топазе в присутствии тяжелой воды при высоких температурах (до 780^оС) и давлениях (до 180 МПа), как это наблюдалось в кварце (Kats, 1962). Сопоставление полос поглощения приводится в таблицах 1 и 2. Как видно, в опытах с участием тяжелой воды также выяснялись соотношения между положением и интенсивностью OH- и OD- полос в синтетическом топазе в зависимости от доли тяжелой воды в исходных растворах. В области 2000-4000 см^-1 ИК-спектры природного и синтетического топаза имеют практически один и тот же набор полос поглощения, среди которых наибольшей интенсивностью обладают полосы в интервале 3400-4000 см^-1. Отличием может служить только заметно более высокая интенсивность полосы поглощения вблизи 3945 см^-1 и вблизи 3350-3370 см^-1 в природном топазе, по сравнению с синтетическим. Не замечено существенного влияния на изменение положения и интенсивности полос поглощения в природном и синтетическом топазах в зависимости от насыщенности их флюидными включениями. Добавление к исходным растворам тяжелой воды даже в незначительном количестве (10 % D₂O) незамедлительно сказывается на характере ИК- спектров: в них наблюдается появление новых полос поглощения вблизи 2542, 2588, 2605, 2617, 2650, 2665, 2683, 2704 см^-1, причем с увеличением доли тяжелой воды (50 % D₂O) в растворе интенсивность их возрастает, в то время как, интенсивность полос, связанных с гидроксилом и НF-комплексами в области 3400-4000 см^-1, падает.

Доказательством наличия различных соотношений обычной и тяжелой воды в растворах является отчетливое фиксирование D₂O и Н₂О во флюидных включениях в выращенных кристаллах топаза.