Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
12* 179 исходного кристаллического материала; Термообработанный бесцветный и голубой кварц может быть использован как поделочный материал для кабошонов и вставок.
Голубые кристаллы кварца в огранке обладают высокими декоративными характеристиками и пользуются значительным спросом в ювелирном производстве. Относительная простота и эффективность технологического процесса их выращивания обеспечивает стабильную сырьевую базу в этом виде камнесамоцвет-ного сырья. В природных условиях кристаллический кварц синего и голубого цветов встречается крайне редко, чаще всего в виде породообразующего минерала в гранитах, кварцевых порфирах, кристаллических сланцах и гнейсах. Промышленного значения эти образования не имеют. Ряд исследователей связывает синюю окраску естественного кварца с включениями микроскопических кристаллов рутила, турмалина, крокидолита. Таким образом, монокристальный синтетический синий кварц не имеет природного аналога в силу специфики физико-химических условий его получения.
Синтез кварца с радиационными центрами окраски
С последующим воздействием ионизирующей радиации на бесцветный синтетический кварц были выращены кристаллы с дымчатой, аметистовой и радиационной цитриновой окраской. Как рассмотрено подробно в гл. 3, дымчатая окраска характеризуется широкой дихроичной полосой поглощения с максимумом 460 нм. Наблюдается также менее четко выраженный максимум в области 620 нм. Опытами по выращиванию кварца в особо «чистых» условиях, а также в условиях избыточной концентрации примеси алюминия были подтверждены данные электронного парамагнитного резонанса о примесной природе (А13+ + Ме1+) центров дымчатой окраски металла, расположенных в структурном канале по соседству с «германиевым» тетраэдром.
Поскольку замещение Si4+ на А13++Ме1+ не является идеально изоморфным, распределение дымчатой окраски в объеме кристалла имеет резко выраженный секториальный характер. Наибольшую плотность окраски имеют секторы роста основных ромбоэдров и тригональной дипирамиды, наименьшую — пирамиды пинакоида.
При использовании для перекристаллизации в качестве шихты поликристаллического жильного кварца на затравках, параллельных граням основных ромбоэдров, практически во всех случаях вырастают кристаллы с центрами дымчатой окраски. Ромбоэдрические кристаллы, не темнеющие при облучении, могут быть получены либо при относительно низких температурах синтеза, либо за счет применения шихтового кварца с массовым содержанием алюминия в пределах 1—3-Ю-3 %, например кристаллов, выращенных на затравках базисной ориентации. В кварце, обогащен-180 ном неструктурной примесью, алюминий обычно присутствует в качестве примеси внедрения, которая под воздействием радиации не проявляется. Дымчатая окраска в таких образцах может быть получена облучением после предварительного отжига при температуре 600—700 °С. Очевидно, области роста, обогащенные коллоидально-дисперсионными включениями, характеризуются низкой степенью упорядоченности структуры, что создает возможность организации новых центров дымчатой окраски в результате диффузионного перераспределения алюминия в кристаллической решетке. Как было ранее показано, образование потенциальных центров дымчатой окраски путем перехода неструктурной примеси алюминия в структурное положение происходит с энергией активации порядка 0,2—0,7 эВ.
Для температурной области кристаллизации 300—400 °С отмечается обратная температурная зависимость коэффициента захвата примеси структурного алюминия от скорости роста. При более высоких температурах, вероятно, вследствие увеличения растворимости шихтового кварца и соответственно увеличения содержания алюминия в гидротермальном растворе с одновременным уменьшением концентрации коллоидальных комплексов интенсивность захвата алюминия в структурные позиции кристаллической решетки кварца возрастает. Кристаллы с заданной интенсивностью радиационной дымчатой окраски могут быть выращены на затравках, параллельных плоскости отрицательного ромбоэдра, при температурах 350—370 °С со скоростью 0,4— 0,6 мм/сут из растворов гидроокиси и карбоната натрия. Для проявления потенциальных центров окраски достаточно облучения от источника Со60 дозами порядка 1—3 • 10е. Для выращивания морионов необходимо вводить примесь алюминия в исходный шихтовый материал.
Кристаллы аметиста могут быть получены гидротермальным методом из щелочных и кислых растворов в присутствии примеси железа. Впервые кварц с потенциальными центрами аметистовой окраски был синтезирован в 1959 г. Л. И. Цинобером, П. Т. Чен-цовым из раствора карбоната калия в стальных нефутерованных автоклавах. При облучении ионизирующей радиацией пирамид <г> и <R> таких кристаллов они окрашиваются в фиолетовый (аметистовый) цвет, причем интенсивность окраски в пирамиде <R>, как правило, значительно больше, чем- в пирамиде <г>. Аналогичное секториальное распределение окраски характерно и для природных кристаллов аметиста различных месторождений.
В результате экспериментального изучения условий формирования кристаллов аметиста в упомянутой системе, а также сравнительного исследования некоторых физических свойств синтетических и природных кристаллов аметиста было установлено следующее. Кристаллы аметиста образуются в сравнительно широком диапазоне температур кристаллизации (от 320 до 420 °С), причем увеличение скорости роста способствует повышению интенсивности окраски. Процесс выращивания необходимо вести при
