ГЕОЛОГИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, 2009, том 51, № 3, с. 272-275
УДК 549.211
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА РОМБОДОДЕКАЭДРИЧЕСКОГО ГАБИТУСА
© 2009 г. Е. И. Жимулев, В. М. Сонин, А. И. Чепуров, А. А. Томиленко
Институт геологии и минералогии СО РАН 630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3 Поступила в редакцию 26.03.2008 г.
В статье приведены результаты хроматографического изучения особенностей образования алмазов ром-бододекаэдрического габитуса, выращеных в системе Fe-Ni- СЦ—С при 5.5-6.0 гПа и 1350-1450°С, в том числе кристаллов с округлыми поверхностями ромбододекаэдра с параллельной штриховкой, являющихся морфологическими аналогами природных алмазов, широко распространенных на различных кимбер-литовых, лампроитовых и россыпных месторождениях мира. Хроматографический анализ проводили при температуре 150°С при механическом разрушении алмазов. Обнаружено устойчивое выделение метана при разрушении алмазов с габитусной формой {110}. Делается вывод, что появление габитусного ромбододекаэдра может быть связано не только с влиянием температуры и давления на рост кристаллов алмаза, но и с восстановительными условиями в кристаллизационной системе. С другой стороны, появление углеводородов в системе в значительных количествах приводит, по-видимому, к торможению роста граней {110} (и {100} и появлению на их месте специфических поверхностей, которые сложены микроскопическими акцессориями, ограненными плоскостями {111}.
ВВЕДЕНИЕ
На природных кристаллах алмаза из плоских граней, имеющих габитусное значение, встречаются только грани октаэдра (Кухаренко, 1955; Орлов, 1963; Бартошинский, Квасница, 1991). Тем не менее плоскогранные и острореберные октаэдры алмаза достаточно редки. Более часто форма {111} на природных алмазах присутствует совместно с искривленными или округлыми поверхностями ромбододекаэдра и куба, которые в кристаллографическом понимании не являются гранями, а относятся к граням торможения или поверхностям растворения (Квасница, 1985; Афанасьев и др., 2000). Применительно к форме ромбододекаэдра оба варианта реализованы экспериментально.
Об округлых кристаллах алмаза ромбододекаэд-рического габитуса, полученных в результате растворения в силикатном расплаве, впервые сообщено в работе (Чепуров и др., 1985). С другой стороны, присутствие ромбододекаэдра в качестве второстепенных граней на кристаллах синтетического алмаза, выращиваемых в металлуглеродных системах при высоких температурах и давлениях, является обычным явлением (Burns, Davies, 1992; Чепуров и др., 1997). О ростовой природе формы {110} на кристаллах синтетического алмаза свидетельствует наличие секторов роста граней ромбододекаэдра (Kanda et al, 1989; Wierzchowski et al, 1991; Burns, Davies, 1992). Впервые о получении габитусной формы {110} в результате роста кристаллов алмаза сообщалось в работе (Yamaoka et al., 1977). В
Адрес для переписки: В.М. Сонин. E-mail: sonin@uiggm.nsc.ru
исследовании (Чепуров и др., 1982) установлен морфологический ряд октаэдр-ромбододекаэдр.
В экспериментах по кристаллизации алмазов обнаружено, что второстепенные грани ромбододекаэдра на октаэдрических кристаллах алмаза появляются при добавлении в ростовую систему небольшого количества воды (Kanda вг а1., 1982). Вероятно, это обстоятельство позволило авторам работы (Па-льянов и др., 1997) утверждать, что "образование ромбододекаэдров и антискелетных кристаллов связано с торможением роста алмаза за счет влияния примеси H2O". Но данная зависимость не очевидна. При содержании H2O в кристаллизационной системе более 2 мол.% нарушается плоскогранность кристаллов алмаза, образуются скелетные индивиды и, в конечном счете, формируются агрегаты, состоящие из мельчайших кристаллитов (Sunagawa, 1990).
Тем не менее возможное влияние флюидной фазы на рост кристаллов алмаза нельзя исключать, поскольку она в них присутствует в виде включений. По данным хроматографического анализа при термической дегазации синтетических алмазов в составе выделившихся газов установлены: СО2, СО, Н2О, Щ, К2, СН4 (Chepurov вг а1, 1999). Методом КР-спектроскопии во флюидных включениях в синтетических алмазах обнаружены углеводороды (Tomilenko вг а1, 1998).
В связи с этим в предлагаемом вниманию исследовании проведен хроматографический анализ синтетических алмазов, различающихся по степени развития кристаллографической формы ромбододекаэдра.
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ УСЛОВИИ ОБРАЗОВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ
273
Результаты хроматографического анализа кристаллов алмаза (содержание компонентов в мг/кг; температура анализа - 150°С)
№ п.п. Категория кристаллов CO2 H2O H2 N2 CO CH4 C2H2 C2H4,6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 SO^S Навеска, мг
6 1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 сл. 0.0 0.0 0.0 40
7 1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 130
4 2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 40
5 2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 140
8 3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 100
9 3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 90
10 3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 90
1 4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 40
2 4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 30
3 4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.8 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 80
Примечание. Категория 1 - обычные янтарно-желтые октаэдрические кристаллы с второстепенными гранями {100}, {311}, {110}; категория 2 - серо-желтые октаэдрические кристаллы с второстепенными гранями {110} и {100}; категория 3 - бесцветные малоазотные кристаллы (тип IIa по физической классификации), комбинация {111} + {100} + {110} + {311} + {511}; категория 4 - черные непрозрачные кристаллы ромбододекаэдрического габитуса, часто в комбинации с гранями {111} и {100}.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты по росту алмазов проводили на многопуансонном аппарате высокого давления типа "разрезная сфера" методом перекристаллизации на затравку в системе Бе-№-С при давлении 5.5-6.0 ГПа и температуре 1350-1450°С. Методика опытов детально рассмотрена в работе (Чепуров и др., 1997). Для выращивания малоазотных алмазов в кристаллизационную систему добавляли в качестве геттера азота металлический титан в количестве нескольких весовых процентов по отношению к железо-никелевому сплаву.
Морфология кристаллов алмаза изучена с помощью оптических микроскопов МБС-10, МБИ-15 и электронного сканирующего микроскопа 18М-35. Перед хроматографическим анализом кристаллы алмаза промывали в кислотах, дистиллированной воде и сушили. Для анализа алмазы помещали в специальную установку, соединенную с хроматографом. Систему продували гелием для вытеснения воздуха, нагревали до 150°С, затем алмазы механически разрушали. Выделившиеся из алмазов газы в результате данной процедуры в токе гелия поступали на хроматограф. Методика позволяет анализировать содержание Н20, С02, СО, Н2, N2, СН4, С2Н„, С3Н„, С4Н„, тяжелые углеводороды, Н28, 802 (Осор-
гин и др., 1995; Chepurov et al, 1999). Вследствие возможных реакций в газовой фазе или газовой фазы с алмазом (Чепуров и др., 1997) при высоких температурах анализ ограничили температурой в 150°С.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты хроматографического анализа образцов представлены в таблице. Выращенные алмазы нами были разделены на несколько категорий, которые приведены в таблице. Основным критерием их выделения в данном случае была степень развития граней ромбододекаэдра.
При анализе обычных синтетических алмазов, выращиваемых в металлуглеродных системах (категория 1), выделения газов не зафиксировано. Аналогичный результат получен при дроблении желтых октаэдр-ромбододекаэдрических кристаллов (категория 2). В кристаллах категорий 3 и 4 обнаружена устойчивая примесь метана.
Малоазотные алмазы типа IIa по физической классификации (категория 3) растут при добавлении в кристаллизационную систему геттеров азота, в нашем случае металлического титана. Но металлический титан, кроме того, является сильным восстановителем, связывающим кислород. Поэтому алмазы типа IIa кристаллизуются в более восстановитель-
274
ЖИМУЛЕВ и др.
мм
_I
Фиг. 1. Кристалл алмаза ромбододекаэдрического габитуса с плоскими, истинными гранями {111}.
ных условиях по сравнению с обычными желтыми синтетическими алмазами типа К>. Вероятно отсюда и устойчивая примесь метана. Морфология малоазотных алмазов характеризуется примерно равным развитием кристаллографических форм: {111}, {110}, {100}, {311}, то есть ромбододекаэдр имеет в данном случае габитусное значение.
Тем не менее морфологически более интересны кристаллы алмаза выделенной нами категории 4 (таблица). Это абсолютно черные непрозрачные кристаллы. При небольших размерах они имеют ромбододекаэдрический габитус (фиг. 1). При увеличении размеров их морфология характеризуется комбинацией форм {110} + {111} + {100}. Но, если грани октаэдра относительно ровные, хотя и имеющие полицентрическое строение, то поверхности {100} состоят из большого количества мельчайших пирамидок, ограненных плоскостями {111}, а поверхности {110} сложены эшелоном параллельных ступеней, также ограненных плоскостями {111} (фиг. 2). Алмазы категории 4, как и алмазы категории 3, выращены при добавлении в систему металлического титана, но скорость их роста была выше.
Из практики выращивания кристаллов известно, что адсорбирующиеся примеси могут не только влиять на скорость роста граней, но и изменять габитус кристаллов (Чернов, 1980; Петров и др., 1983). Это связано со спецификой адсорбции примеси, способной отравлять грани только некоторых простых форм. Применительно к алмазу в рассматриваемом случае это формы {110} и {100}. В результате данные грани прекращают расти, а на кристаллах алма-
Фиг. 2. Комбинационный кристалл октаэдр-куб-ромбододекаэдр: грани {111} сложены тригональными пластинами, грани {100} - мелкими пирамидками, грани {110} - эшелоном параллельных ступеней, создающих параллельную штриховку. Все поверхностные скульптуры огранены октаэдрическими плоскостями.
за остаются только грани октаэдра, то есть формы {110} и {100} являются гр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.