Диагностические свойства минеральных пород

Этот метод целесообразно использовать для определения химического  состава минерала, находящихся в нем включений любых размеров и в случае зональности минерала установления химического состава каждой зоны (табл. 3), что может иметь большое значение при художественно-декоративном применении камня, а также влиять на технологические способы обработки и возможности осуществить огранку минерала в целом.

В большинстве случаев был установлен классический состав гранатов, свойственный конкретной подгруппе минералов  данного вида. Вместе с тем 

были установлены некоторые  особенности химического состава следующих минералов.

Преобладание Fe (темно-зеленые) или Al (светло-зеленые, бесцветные) в различных  по окраске зонах (зоны хорошо видны  при визуальном осмотре кристалла) гроссуляра (образец 04), месторождение Асбест. Зоны, в которых преобладает Al, имеют пониженную твердость, что сказывается негативно на целостности кристалла, так как он расслаивается по зонам и при механической обработке возможно его разрушение.

Повышенное количество Fe в темных зонах и пониженное в светлых (зоны определены  при микроскопическом исследовании при увеличении Х 2,5) андрадита из Питкяранты. Это привело к тому, что минерал  неравномерно окрашен и непрозрачен, что исключает его применение в качестве ограночного сырья. Этот гранат можно использовать как ювелирно-поделочный камень.

Наряду с изучением собранной  коллекции гранатов был изучен химический состав девяти шеломитов. Образец, указанный в табл. 1 и 2, имеет самое низкое содержание Ti. Этот шерломит отличался от остальных прозрачностью, имеет черный цвет с красноватым отливом, просвечиванием на сколах и в тонких пластинах, выраженным блеском и отсутствием массивной структуры, что указывает на связь между этими свойствами и химическим составом минерала. Пониженное содержание Ti приближает данный шерломит по составу к андрадиту, что делает его более прозрачным.

Для иммерсионного исследования применялся поляризационный микроскоп ПОЛАМ РП-1 и набор высокопреломляющих иммерсионных жидкостей в пределах от 1,734 до 2,000. Работа проводилась при максимальном увеличении х 20. Образцы для данного вида исследования должны быть мономинеральными и представлять собой либо частичку минерала (иногда достаточно 1мм), либо микрокристалл. Анизотропия минерала определяется в скрещенных николях. Показатель преломления устанавливается путем погружения минерала в подобранную иммерсионную жидкость с соответствующим показателем преломления и наблюдением полоски Бекке.

Из результатов иммерсионного  исследования следует, что не все  гранаты являются изотропными, то есть их физические свойства по разным направлениям в кристалле отличаются друг от друга, особенно это свойственно гранатам гроссуляр-андрадитового ряда. В случае диагностики минерала его изотропность или анизотропность, как правило, является классическим диагностическим признаком. При диагностике гранатов это свойство целесообразнее дополнить другими исследованиями.  Известно, что показатель преломления (n) минерала непосредственно связан с высотой огранки: чем выше n, тем значительнее можно снизить высоту огранки, сохраняя при этом световые и оптические эффекты камня. Показатель преломления керимасита оказался неожиданно высоким по сравнению с теми же показателями других гранатов.

Инфракрасная (ИК) спектроскопия –  один из неразрушающих аналитических методов исследования различных материалов. Работа осуществлялась на ИК-спектрофатометре «Bruker». В данном исследовании использовались специально приготовленные спрессованные «таблетки», состоящие из мономинерального гранатового порошка и 2 г бромида калия. Применяли для количественного определения компонентов в различных смесях, для расшифровки структуры кристаллов, идентификации неизвестных материалов, определения функциональных групп в органических и неорганических веществах.

В ходе работы было установлено наличие группы ОН в гидроморимотоите (Хибинский массив), что сказывается на твердости и показателе преломления минерала в сторону уменьшения. Это означает, что в случае ювелирной обработки камня с вышеуказанными характеристиками высота огранки должна быть относительно высокой, чтобы максимально выявить эстетическую ценность минерала.

Данный метод также явился способом идентификации изучаемого вещества, так как в спектре пропускания либо отражения облучаемого образца были выявлены особенности, позволяющие судить о характерных частотах колебаний молекул, кристалла и их электронных свойствах. Спектральные характеристики (положения максимумов полос, интенсивность) зависят от масс составляющих вещество атомов, геометрического строения, особенностей межатомных сил, распределения заряда и др.

 

 

 

 

   4. Основной текст.

Описание  диагностической методики разработанной на примере исследования собранной коллекции минералов группы граната дана в (рис.1). В результате проведенной работы была экспериментально обоснована целесообразность применения монокристальной съемки (монокристальный дифрактометр STOE IPDS II) и электронно-зондового микроанализа (сканирующие электронные микроскопы CamScan с энергодисперсионным анализатором Link AN10000 и JEOL JSM 6510, оборудованным энергодисперсионным детектором EDAX) как методов наиболее быстрой и точной диагностики минералов. Монокристальное исследование можно отнести к неразрушающим, так как можно использовать ограненный прозрачный минерал или незначительное количество вещества. Основа для разработки данной диагностики − это идентификация минерала и выявление в нем свойств и качеств, соответствующих ювелирному сырью. Результатом применения диагностики  явилась возможность определения дальнейшего применения минерала, подбор наиболее оптимальной технологии обработки, классификация по типам и группам естественных ювелирных и поделочных камней или соответствия установленным стандартам. Гранаты ювелирного качества, подходящие для дальнейшей огранки. К ним относятся: пироп (Богемия), пироп (Грибовское), гроссуляр 01 (Асбест), пироп-кноррингит (Ботуобинская). Эти камни обладают прозрачностью,  хорошими цветовыми характеристиками. Включения в них столь мелки и незначительны, что их можно рассматривать только как диагностические признаки. Такие камни рекомендовано использовать в качестве ограночного.

Отдельно стоит отметить потенциальные  ювелирные качества керимасита, имеющего необычный цвет, сверкающие естественные грани, прозрачность и высокий показатель преломления. Как известно, от показателя преломления минерала напрямую зависит выбор углов при огранке камня, и чем выше показатель преломления, тем больше можно снизить градус углов огранки, не влияя на игру света в камне. Из этого следует, что высота огранки такого камня может быть ниже. Рекомендовано применение в качестве ограночного материала высокого качества.

К гранатам ювелирно-поделочного качества отнесены: шорломит (Карелия),  гроссуляр 02 (Вилюй), гроссуляр (Мончегорск), гидроморимотоит, альмандин (Шуерецкое), альмандин (Кителя), гроссуляр 05 (Асбест). Все указанные камни рекомендуется обрабатывать в виде кабошонов или использовать в качестве поделочных. Главная причина таких рекомендаций заключается в непрозрачности данных образцов граната или присутствии значительного количества включений в прозрачном минерале, создающих полосы, зоны затемнения и т.п.

Зеленый мончегорский гранат мог бы использоваться для огранки, но данный образец имеет значительное количество сколов, что, видимо не является природными особенностями этого граната. Поэтому такие гранаты, не имеющие механических повреждений, могут использоваться в огранке.

Гроссуляр 05 (Асбест) обладает мерцанием  за счет равномерно распределенных включений пластинок бадделеита. Данную особенность камня и его розовую окраску наиболее  подчеркнет обработка кабошоном.

Сарановский уваровит рекомендуется использовать в качестве декоративных вставок.

Исследованный гидроморимотоит непрозрачен, что исключает возможность его огранки. Однако, встречаются и прозрачные индивиды, в случае огранки которых, необходимо учитывать пониженный показатель преломления (по сравнению с другими гранатами близкими по составу) и делать огранку высокой, чтобы выгодно подать камень.

По результатам проведенной  работы поделочными камнями можно  назвать: андрадит (Питкяранта, старое рудное поле), андрадит (Питкяранта), андрадит Дашкесан), гроссуляр 02 (Асбест), спессартин (Грубепендиты).

Визуально гроссуляры 02 и 05 месторождения  Асбест схожи, однако неравномерное расположение большого количества серпентина (твердость по шкале Мооса 2,5-4) и крупнозернистая текстура делает обработку камня невозможной. Не рекомендуются для обработки: гроссуляр 04 (Асбест) по причине зональной структуры и включения хромита в центре кристалла. Гроссуляр 01 (Вилюй) также имеет зональную структуру, при обработке может раскрошиться по зонам роста. Уваровит (Рай-Из) содержит в себе большое количество включений серпентина и хромита. Значительное количество серпентина разрушает кристаллы уваровита при малейшем механическом воздействии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   5. Выводы.

  1. Разработан методический  подход к минеральному сырью  для его диагностики, выявления в нем качеств и свойств, соответствующих камнесамоцветному материалу, а также всестороннего изучения.

  2. Определены методы исследования минерала, позволяющие значительно сократить потерю ценного ювелирного сырья и провести его диагностику качественно и быстро, а также позволяющие диагностировать редкие и выявлять новые минералы.

3. Определена зависимость между показателями преломления минерала и количеством расходуемого минерального сырья. Так как огранка для минерала с наибольшим показателем преломления может иметь меньшую высоту, то расход такого сырья соответственно уменьшается.

 4. Установлено, что для данной минеральной группы такой диагностический признак как изотропность, необходимо дополнить другими исследованиями, поскольку значительная часть изученных в ходе исследования гранатов обладают анизотропией и в качестве типичной характеристики изотропность гранатов не стоит рассматривать.

 5. Определена зависимость цвета и твердости зон в минерале от особенностей их химического состава.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   6. Возможные практические  рекомендации на основе результатов  исследования.

Разработанная диагностическая методика позволяет значительно ускорить процесс определения минерала, его различных свойств и качеств, соответствующих ювелирному камню. Уже на начальной стадии исследования можно определить оптимальные методы для решения конкретной задачи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  7. Список литературы

1.Кузнецова И.В, Жукова Л.Т.  История технологии обработки  гранатов. Особенности природных  ювелирных гранатов//Дизайн. Материалы.  Технология. 2010.  № 1 (12), с. 35-40.

2.Кузнецова И.В Жукова Л.Т.  Влияние новых технологий исследований  на расширение диапазона ювелирных камней на примере минералов гранатовой группы//Дизайн. Материалы. Технология. 2010. № 4 (15). с. 81-84.

3.Кузнецова И.В. Влияние свойств минералов на качество ювелирных гранатов//Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической промышленности. – СПб.: СПГУТД, 2009. –188-193 с.

4. Кузнецова И.В. Классификация гранатов по качеству//Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической промышленности. –СПб.: СПГУТД, 2010. – 231-235 с.

5.Зайцев А.Н., И.В Кузнецова и др. Сб. научн. тр. XXVI Международной конференции «Геохимия магматических пород» / School Geochemistry of Alkaline Rocks. 2009. – 170 с.

6. / Зайцев А.Н., Кузнецова И. В  и др.   Новый минерал IMA No. 2009-29 [Электронный ресурс]//Check-list for new-mineral proposals: http://pubsites.uws.edu.au/ima-cnmnc/ new_minerals_approved_in_july_2009.pdf

          7. Zaitsev A.N., Kuznetsova I.V., Williams C.T., Britvin S.N., Spatt J., Petrov S.V., Keller J. Kerimasite, a new garnet from carbonatites of Kerimasi volcano and surrounding explosion craters, northern Tanzania //Miner. Mag, 2010, No.10, Vol. 74(5) - pp. 841-858.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   8.Приложение

  Цветовы характеристики гранатов исследуемой коллекции                                                                                                                         Таблица 1

Название минерала	Месторождение	Цвет
Пироп	Богемия	Малиново-красный
Пироп	Кимберлитовая трубка «Гриб»	Густо-красный
Пироп	Дора-Майра	Светло-розовый
Андрадит	Питкяранта	Буро-черный
Андрадит	Питкяранта	Кричневый
Андрадит	Дашкесан	Красновато-коричнево, темный
Шерломит	Ковдор	Черный, на сколах - красно-черный
Гроссуляр 01	Асбест	Оранжево-желтый
Гроссуляр 02	Асбест	Бело-розовый
Гроссуляр 04	Асбест	От светло-зеленого до яблочно-зеленого
Гроссуляр 05	Асбест	Розовый
Гроссуляр 01	Вилюй	Коричневый, бурый
Гроссуляр 02	Вилюй	Коричневато-зеленый, светлый
Гроссуляр	Мончегорск	Ярко-зеленый
Гидроморимотоит	Хибинский массив	Светло-коричневый
Альмандин	Кителя	Бордовый
Альмандин	Шуерецкое	Коричневато-красный
Спессартин	Грубепендты	Бордово-сиреневато-красный
Уваровит	Сарановское	Яркий травянисто-зеленый
Уваровит	Рай-Из	Светло-зеленый
Кимцеит	Танзания	Коричневый, красновато-коричневый, бурый, темный
Керимасит	Танзания	Красновато-коричневый,желто-коричневый, светлый и темный
Пироп-Кноррингит	Кимберлитовая трубка «Ботуобинская»	Александритовый эффект: Фиолетово-красный (свет лампы накаливания), темно-зеленый (дневной свет)