Введение к работе
Актуальность. В верхних горизонтах литосферы, особенно в зоне гипергенеза фосфатсодержащих пород и фосфатных месторожде-.^НиЙ-довол'ьно широко распространены минералы, являющиеся смешанными солями фосфорной и серной кислот: сванбергит, вудхаузеит, дестинезит, хотсонит и другие. Эта группа минералов, занимающих промежуточное положение между сульфатами и фосфатами, носит условное название сульфатофосфатов. Они занимают важное место в иерархии минерального мира.
Сульфатофосфатные минералы являются носителями полезных элементов таких как фосфор, церий, лантан, стронций и могут быть их промышленными источниками, а также служить поисковыми признаками определенных типов рудной минерализации. Они используются также на индикаторы определенных условий гипергенного минералообразо-вания.
Часто генезис сульфатофосфатов в зоне гипергенеза связан с заключительными стадиями эволюции сложных многокомпонентных коллоидных систем. Выяснение основных закономерностей, трансформации таких коллоидов и условий формирования кристаллических сульфатофосфатов имеет большое значение для развития представлений о коллоидном минералообразовании. В то же время изученность этой группы минералов далеко недостаточна для их эффективного использования.
Кристаллохимичеокая структура минералов с двойными комплексными анионами [РО^] , [SO^l практически не расшифрована, во всяком случае достоверно не определены структурные взаимосвязи между анионами. Недостаточно изучены свойства минералов, не разработаны их диагностики, поэтому нет достоверной оценки распространенности сульфатофосфатов в природе. Не разработана удовлетворительная классификация сульфатофосфатов, не определено их положение в общей кристаллохимической классификации минералов.
Цель работы заключается в изучении -конституционных особенностей минералов группы сульфатофосфатов с помощью ИК-спектро-скопии и ряда других методов, в изучении их свойств, структурных соотношений, в моделировании условий их кристаллизации, разработке надежных методов диагностики.
Основные задачи исследований
-
Диагностика сульфатофосфатных минералов и получение эталонных ИК-спектров.
-
Определение форм нахождения железа в структуре сульфатофосфатов.
-
Разработка структурной классификации сульфатофосфатных минералов и установление их места в общей кристаллохимической классификации.
-
Определение условий кристаллизации сульфатофосфатов на основе модельных экспериментов.
Научная новизна. Впервые проведено систематическое исследование всей группы минералов сульфатофосфатного состава. Получены диагностические ИК-спектры и расшифрованы их особенности. Доказано, что сульфатофосфатные минералы являются самостоятельными минеральными видами, а не смесью сульфатов и фосфатов. Выявлены позиции иона Fe и его структурное окружение в кристаллическом дестинезите, его аморфном аналоге - диадохите, в коллоидных образованиях. Установлено место сульфатофосфатных минералов в кристаллохимической классификации. Экспериментально определены условия образования железистых сульфатофосфатов.
Практическая значимость. Проведенные исследования дополняют минералогическую изученность сульфатофосфатных соединений, позволяют проводить более правильную диагностику сульфатофосфатных образований и точнее определять их распространение в природе. Данные минералы могут служить поисковыми признаками соответствующей минерализации.
Основные защищаемые положения
-
ИК-спектры важнейших сульфатофосфатов (дестинезита, хот-сонита, сванбергита, вудхаузеита, гинсдалита) достаточны для их идентификации и могут быть использованы в качестве эталонов сравнения.
-
Координационным полиэдром железа в структуре дестинезита является октаэдр с малой долей ковалентной связи, в диадохите и алюможелезосульфатофосфатных коллоидах координационными полиэдрами являются октаэдр и тетраэдр.
-
Сульфатофосфатные минералы - это самостоятельные минеральные виды и в кристаллохимической классификации минералов в классе "Минералы с двойными анионными комплексами" образуют отделы сульфатофосфатов.
Методы исследования. В качестве основного метода исследований выбран метод инфракрасной спектроскопии (ИКС) как один из экспрессных методов, позволяющих получить достоверную информацию о конституционных особенностях минералов изучаемой группы. ИК-спектры были получены на ИК-спектрометрах UR-20, DS-701G, Spe-cord М80, Specord 75 IR. Для достоверности ИК-спектров съемка проводилась по разным методикам (запрессовка в диск с КВг, оеаж-
дение из раствора, суспензия в вазелиновом масле). В работе использованы данные других физических и химических исследований. Сделано около 200 анализов ИК-спектров, 50 рентгеноструктурных анализов, 30 полных силикатных анализов, более 100 микрозондовых анализов, 10 мессбауэровских и 4 анализа по оптической спектроскопии, 50 снимков электронной микроскопии. Синтез железистых сульфатофосфатов проведен на кафедре неорганической химии Сыктывкарского государственного университета. Химический, рентгено-структурный, термический анализы, ИК-спектроскопия выполнены в Институте геологии Коми научного центра Уральского отделения АН СССР.
Фактический материал. Основу работы составил материал из зоны гипергенеза фосфатсодержащих пород Пай-Хоя, севера Урала, юга Коми ССР, Тимана, отобранный при полевых исследованиях сотрудниками Института геологии Коми НЦ УрО АН СССР и предоставленный нам для изучения А.А.Иевлевым, Д.Н.Литошко, В.В.Лихачевым, И.В.Швецовой. В работе использованы образцы, переданные нам для исследования из музейных коллекций Ленинградского горного института, Минералогического музея им.А.Е.Ферсмана, Московского геолого-разведочного института, Свердловского горного института, а также из частных коллекций В.Н.Авдонина, А.Ю.Белякова, В.В.Бука-нова, А.В.Козлова, Н.П.Юшкина, которым автор искренне благодарен.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании "Минералогия Урала" (Свердловск, 1986, 1990), Всесоюзном семинаре "Катионное упорядочение в структурах минералов" (Иркутск, 1990), Всесоюзной конференции "Прикладная мессбауэровская спектроскопия" (Казань, 1991), на школе "Физика минералов" (Свердловск, 1986), на Всесоюзном совещании "Теория минералогии" (Сыктывкар, 1991), на минералогических семинарах Института геологии (Сыктывкар, 1990, 1991).
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения, содержит 202 страницы, включая 55 рисунков и 30 таблиц.
Работа выполнена в лаборатории региональной минералогии Института геологии Коми научного центра Уральского отделения АН СССР по теме "Минералогия Урала" (Код 01.9.00) под руководством члена-корреспондента АН СССР профессора Н.П.Юшкина и кандидата физико-математических наук Б^З.Белашева (Институт геологии Карельского филиала АН СССР).
