Диагностика камнесамоцветного сырья для производства ювелирных изделий



Дата20.06.2016
өлшемі367.01 Kb.
түріАвтореферат диссертации


На правах рукописи

Кузнецова Ирина Васильевна




Диагностика камнесамоцветного сырья для производства ювелирных изделий
Специальность 17.00.06 – Техническая эстетика и дизайн

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2010
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна» на кафедре технологии художественной обработки материалов и ювелирных изделий

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Жукова Любовь Тимофеевна


Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор

Мельников Евгений Павлович



кандидат технических наук, доцент Гой Мария Валентиновна

Ведущая организация: Иркутский государственный техничский университет

г. Иркутск
Защита состоится 20 декабря 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.04 в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18, Инновационный центр, 1 этаж.
Текст автореферата размещен на сайте: http://www.sutd.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 18.


Автореферат разослан 19 ноября 2010 г.




Ученый секретарь

диссертационного совета С. М. Ванькович



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Высокая конкуренция на отечественном и международном рынках камнесамоцветного сырья вынуждает гранильные предприятия искать пути улучшения дизайна и снижения себестоимости выпускаемой продукции.

Сегодня это возможно только с применением современных наукоемких технологий и методов исследования, использованием передовой техники и высокоэффективного оборудования, материалов, обладающих свойствами, повышающими потребительский спрос и постоянным творческим поиском художественных образов в создании новых дизайнерских решений.

В настоящее время в мире существует большое количество различных методов исследования минерального сырья. В результате развития и совершенствования техники и технологий появились новые высококачественные приборы и другие технические средства для изучения и диагностики минералов. В современных условиях качественная техника стала доступной, что позволяет проводить комплексное исследование минерала за меньший промежуток времени. Развитие и расширение научно-технической базы не может не влиять на подход к минералу в целом, то есть при изучении и диагностике минерального объекта вместо нескольких методов достаточно использовать один или использовать такие методы, которые дадут наиболее полную информацию о минерале, в зависимости от поставленной перед исследователями задачи. На данный момент существуют различные методики оценки и диагностики минерального сырья. Следует отметить, что геммологической диагностике подлежит только ограночное минеральное сырье, в остальных случаях, как правило, приводится общая последовательность действий которая не даёт полной информации об объекте исследований и достаточно субъективна.

В настоящее время способы диагностики минералов и оценки их возможных ювелирных качеств существуют в виде методических указаний для работы с минеральным сырьем и в виде ТУ, которые, как правило, разработаны для конкретных видов минералов реальных месторождений.

Таким образом, актуальным вопросом является создание диагностическай методики, включающей в себя обоснованную схему действий и манипуляций производимых с минералом для его точной и полной идентификации и выявления в нем качеств потенциального ювелирного материала. Данная методика позволит оптимально подобрать перечень методов исследования минерала для каждого конкретного случая, так как в ней раскрыты особенности рассматриваемых методов, их преимущества и информативность. Преимуществом такой диагностики является его простота и наглядность. Схематическое решение данной диагностической методики сделает ее доступной для широкого круга пользователей.



Цель и задачи работы. Целью данной работы является разработка гибкой диагностической методики с целью выявления наиболее качественного и быстрого способа идентификации минерального объекта и определения его потенциальной перспективности в качестве ювелирного сырья.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Проанализировать отечественные и зарубежные методики оценки минералов, установленные стандарты для оценки камнесамоцветного сырья (Технические условия, стандарты GIA (геммологического института Америки) и т.д.), методические руководства и указания по аттестации основных показателей качества природных драгоценных минералов обработанных и в сырье, учебные и методические пособия.

2. Провести сравнительный анализ методов изучения и диагностики минералов с целью выявления методов, позволяющих проводить исследование за меньший промежуток времени с большей точностью.

3. Разработать методику диагностики самоцветов в сырье с использованием современных методов, позволяющих диагностировать как типичные ювелирные и ювелирно-поделочные камни, так и редкие или новые минералы, ювелирные характеристики которых ранее не рассматривались.

4. Провести сравнительный анализ гранатов рабочей коллекции гранатов по данным, полученным в процессе исследования для последующего определения их годности и принадлежности к конкретному типу самоцветных камней.

5. Разработать практические рекомендации по применению предлагаемой методики для камнесамоцветного сырья на примере минералов группы граната.

Объекты исследования:

- методики оценки минералов;

- минералы рабочей коллекции группы граната.

Методы исследования. Поставленные в диссертационной работе задачи решены на основе следующих методов исследования и диагностики минералов.

Микроскопическое исследование минералов группы граната проводилось с помощью поляризационного микроскопа ПОЛАМ РП-1 и Leica DFC-320. Оптические свойства изучались в высокопреломляющих иммерсионных жидкостях с показателем преломления в пределах от 1.734 до 2.000, при увеличении х20.

Химический состав изучался методом электронно-зондового микроанализа с использованием сканирующего электронного микроскопа JOEL JSM 6510 с энергодисперсионным детектором EDAX и электронно-зондового микроанализатора с волново-дисперсионным детектором Cameсa SX-20.

Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализы образцов проводилисьс использованием порошкового дифрактометра ДРОН-2; порошкового дифрактометра STOE Stadi P; монокристального дифрактометра STOE IPDS II.

Инфракрксные спектры поглощения получены на ИК-спектрофотометре Bruker Vertex 70.

Научная новизна. В представленной работе новыми являются следующие результаты:

1. Разработана комплексная методика диагностики для самоцветов в их природном (необработанном) состоянии с целью обнаружения качеств и свойств, соответствующих ювелирному сырью.

2. Экспериментально доказана целесообразность идентификации нетипичных и редких минералов, а также выявления новых.

3. Разработаны рекомендации по применению изученных минералов группы граната;

4. В процессе исследования минералов из рабочей коллекции обнаружен и детально исследован новый минерал, кальций-циркониевый гранат, керимасит (kerimasite) Ca3Zr2(Fe2Si)O12. Новый минерал и его название утверждены Комиссией по новым минералам и названиям минералов Международной Минералогической Ассоциации (CNMMN IMA), IMA # 2009-029.

Практическая значимость работы. 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.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на: научно-технических конференциях и семинарах СПГУТД (СПб., 2009, 2010); заседаниях кафедры технологии художественной обработки материалов и ювелирных изделий СПГУТД (СПб., 2008─20010); Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современная техника и технологии» ТПУ (Томск, 2009); ХХV1 Международной конференции "Geochemistry of Magmatic Rocks / School Geochemistry of Alkaline Rocks" (Москва, 2009).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, пяти приложений. Текст работы изложен на 150 страницах, содержит 38 рисунков, 12 таблиц. Список использованных источников включает 67 наименований.



СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В главе 1 приведен обзор отечественных и зарубежных литературных источников. В процессе анализа литературных данных было установлено, что применение в ювелирном производстве ювелирного и ювелирно-поделочного сырья определяется различными качествами, свойствами и эффектами, влияющими на общую ценность минерала как эстетического объекта. Вместе с этим значительными являются прочностные характеристики камня, позволяющие осуществить ювелирную обработку минерала. Таким образом, основополагающими для камней, используемых в ювелирном деле, являются следующие особенности: красота, редкость и долговечность.

Красота определяется художественно-эстетической восприимчивостью человека внешнего облика минерала и является субъективной, так как степень выраженности и причины визуальных раздражителей в минералах различны.

Редкость камня, свидетельствует не только о его недоступности для широкого круга ценителей ювелирных камней, но часто и о его уникальности, что значительно повышает цену такого минерала. Редкими следует считать не только камни ювелирного качества редких минеральных видов, но и достаточно распространенные минералы необычных для какого-либо конкретного вида цветов и (или) обладающих визуальными (оптическими, световыми) эффектами, также положительно влияющими на стоимость обработанного минерала.

Долговечность характеризуется возможностью осуществить ювелирную обработку минерала и его дальнейшей сохранностью в готовом ювелирном изделии на протяжении долгого времени.

Эти особенности камнесамоцветного сырья определяются следующими свойствами минералов. Красота камня зависит от цвета (окраски) минерала, чистоты, наличия световых и оптических эффектов, блеска. Редкость самоцвета выражается в отличии от традиционных характеристик распространенных минералов или редкости определенного минерального вида соответствующего ювелирного качества. Долговечность напрямую связана с физическими особенностями камня: его твердостью, вязкостью, текстурно-структурными особенностями (выраженной спайностью, зональностью и пр.). На выявлении именно этих свойств базируется современная оценка ювелирных камней, тогда как для диагностики минералов необходимо использовать специальные методы для определения минерального и химического состава. Появление новых технических методов исследования минералов делает необходимыми корректировки в классических схемах действий при диагностике и выявлении ювелирных свойств минералов, существующих разрозненно и не представляющих на сегодняшний день единой методики.

Под диагностикой минерала понимается определение его различных свойств (твердости, показателей преломления, кристаллохимических особенностей и т. д.), позволяющих установить принадлежность исследуемого минерала к конкретному минеральному виду, то есть идентифицировать минерал.



В главе 2 определены факторы, благодаря которым группа граната выбрана в качестве модели для разработки методики диагностики и определения пригодности минерального сырья для ювелирной обработки. Описан широкий цветовой диапазон гранатов, представленных в рабочей коллекции (Табл. 1), раскрыты причины, обуславливающие столь значительную вариативность окрасок минералов этой группы. Минералы группы граната имеют общую формулу R32+R23+[XO4]3, где R2+ = Ca, Fe2+, Mg, Mn2+; R3+ = Al, Fe3+, Cr, реже Ti4+, Zr и V3+; X = Si, реже Al, Fe3+. В данной группе традиционно выделяются две подгруппы, объединяющие бóльшую часть известных в природе гранатов:

пироп Mg3Al2[SiO4]3;

альмандин Fе3Al2[SiO4]3;

спессартин Mn3Al2[SiO4]3;

кноррингит Mg3Cr2[SiO4]3;

кальдерит Mn3Fe2[SiO4]3.


Данная подгруппа носит название пиральспиты, по названиям трёх наиболее распространённых её представителей – пиропу, альмандину и спессартину. Вторая подгруппа отличается постоянным катионом R2+, всегда представленным кальцием, с разнообразными изоморфными замещениями катионов R3+:

уваровит Ca3Cr2[SiO4]3;

гроссуляр Ca3Al2[SiO4]3;

андрадит Са3Fе2[SiO4]3;

голдманит Са3V2[SiO4]3.
Аналогично подгруппе пиральспитов, данная подгруппа носит название уграндиты, по первым буквам названий трёх наиболее распространённых членов – уваровита, гроссуляра и андрадита. Наиболее известные ювелирные гранаты относятся, как правило, к одной из данных подгрупп. Ряд редких гранатов, таких как Ti, Zr и Sn-содержащие гранаты, не может быть отнесен к вышеперечисленным подгруппам. Как правило, эти гранаты не рассматриваются в качестве ювелирного сырья. Однако их физические характеристики (твёрдость, цвет, прозрачность, показатель преломления) позволяет рассматривать эти минералы в качестве ограночного материала, в случае нахождения кристаллов, достаточно крупных для выполнения огранки.

Гранаты наиболее подходят для решения задач, поставленных в работе, так как благодаря разнообразию химического состава обладают рядом свойств, делающих эти минералы хорошей моделью для разработки общей методики диагностики и оценки минерального сырья. К таким особенностям относятся:



  1. Высокая твёрдость, лежащая в пределах от 6,5 до 7,5 по шкале Мооса.

2) Широкий диапазон цветов, обусловленный широким изоморфизмом и наличием элементов-хромофоров (исключение составляет только синий цвет, не встречающийся среди природных гранатов).

3) Кристаллическая структура граната при значительных вариациях химического состава остается неизменной, кубическая структура обеспечивает одинаковость физических свойств по разным направлениям в кристалле.

4) Наличие включений, различных по типу и составу.

5) Возможность отнесения гранатов ко всем типам камнесамоцветного сырья.


Таблица 1− Цветовые характеристики гранатов исследуемой коллекции


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

Красноватоо-коричневый, желто-коричневый, светлый и темный

Пироп-Кноррингит

Кимберлитовая трубка «Ботуобинская»

Александритовый эффект: Фиолетово-красный (свет лампы накаливания), темно-зеленый (дневной свет)

Минералы гранатовой группы, к сожалению, недооцениваются российским потребителем, хотя за рубежом пользуются высоким спросом тсавориты (ярко зеленая разновидность гроссуляра), спессартины яркого красно-оранжевого цвета и другие гранаты. Эта группа самоцветов обладает яркими, насыщенными и разнообразными окрасками, что позволяет осуществлять самые разнообразные творческие замыслы мастеров ювелирного искусства. Такие гранаты по классификации Е. Я. Киевленко (1983 г.) относятся к III порядку первой группы — ювелирные (драгоценные) камни.


В главе 3 приведены результаты исследований свойств коллекции , полученные различными методами.

Определение формы выделения минералов показало, что форму хорошо ограненных кристаллов имеют: пироп (Богемия), пироп (Грибовское), шерломит (Карелия), гроссуляр 01 (Асбест), гроссуляр 04 (Асбест), гроссуляр 02 (Вилюй), гроссуляр (Мончегорск), кимцеит (Танзания), керимасит (Танзания), уваровит (Сарановское), уваровит (Рай-Из), пироп-кноррингит (Ботуобинская). Остальные гранаты собранной коллекции представлены скрытокристаллическими агрегатами.

Макроскопическое описание образцов проводилось при естественном (дневном) освещении невооруженным глазом и использовании лупы с увеличением х 2,5.

В ходе описания были выявлены образцы в виде четких кристаллов, красиво окрашенные, прозрачные, не имеющие текстурно-структурных особенностей негативно сказывающихся на внешнем облике камня, а также выявлено отсутствие видимых трещин и включений (табл. 2). Такими образцами являются: пироп (Богемия), пироп (Грибовское), гроссуляр 01 (Асбест), уваровит (Сарановское), керимасит (Танзания), пироп-кноррингит (Ботуобинская), которые при выявлении остальных характеристик, свойственных ювелирным камням могут считаться минеральным материалом для фасетной огранки.

Определение твердости гранатов по шкале Мооса. Твердость гранатов рабочей коллекции установлена в пределах от 6,5 до 7,5 по шкале Мооса, что соответствует классическим характеристикам данного минерального вида. Исключение составил уваровит (Рай-Из), твердость которого данным методом установить не удалось, так как минерал при малейшем механическом воздействии разрушается.

Микроскопическое исследование проводилось на поляризационном микроскопе ПОЛАМ РП-1 с максимальным увеличением х 20. Для данного вида исследования были изготовлены прозрачно-полированные шлифы. В процессе исследования были определены предварительный минеральный состав гранатов, типы и виды минеральных включений, их количество и равномерность распределения в основном минерале (табл. 2), из данных приведенных в ней следует, что при наличии включений соответствуют общим эстетическим тре-

бованиям и рассматриваются для ювелирно-поделочных работ следующие гранаты: шерломит (Карелия), пироп (Дора-Майра), гроссуляр 01 (Вилюй), гроссуляр (Мончегорск), гидроморимотоит (Хибинский массив), альмандин (Шуерецкое), альмандин (Кителя), гроссуляр 05 (Асбест).

Определение химического состава включало в себя следующие этапы.

Определение химического состава камня или определение концентрации минералов в изучаемом минеральном объекте осуществляли с помощью количественного рентгенофазового анализа тонкодисперсных образцов на порошковом дифрактометре ДРОН 2.0. Для данного исследования необходимо около 10 мг вещества, растертого в порошок. В ходе проведения было установлено, что в случае большого количества разнообразных по составу минеральных включений установить их не является возможным, так как полученные на дифрактограмме пики, соответствующие разным минеральным видам перекрывают друг друга и по этой причине идентифицировать все, входящие в состав образца минералы не представляется возможным. Также интерпретация полученных результатов достаточно трудоемка и занимает значительное количество времени.

Сравнение полученных результатов проводилось по международной рентгеновской базе порошковых рентгенограмм — ICDD (International Committee on Diffraction Data).

Монокристальная съемка на монокристальном дифрактометре STOE IPDS II с двухкоординатным детектором IPDS (Stoe) (MoKα-излучение, графитовый монохроматор, λ = 0.71073 Å) позволила определить класс симметрии минерала и параметры его элементарной ячейки. Данный способ позволил идентифицировать минерал за 10-15 мин. В других случаях необ ходимо время от 8 часов и более.

Для проведения съемки выделялся мономинеральный прозрачный образец (частичка минерала, микрокристалл, прозрачный ограненный камень). В ходе монокристальной съемки определяли вид симметрии исследуемого минерала и параметры его элементарной ячейки, что способствует точной и быстрой диагностике. Для интерпретации результатов использовали базу структурных параметров неорганических соединений — ICSD (International Committee on Single-crystal Data). Результатом этого исследования стала разработка методики диагностики всех гранатов рабочей коллекции, установление подгруппы, к которой они относятся по качеству и открытие нового минерала.



Электронно-микрозондовое исследование проводилось на сканирующих электронных микроскопах CamScan с энергодисперсионным анализатором Link AN10000 и JEOL JSM 6510, оборудованным энергодисперсионным детектором EDAX для определения химического состава вещества с высокой степенью локальности (~ 2 мкм). Для проведения данной работы использовались, приготовленные ранее прозрачно-полированные шлифы, изготовлена шайба с микрокристаллами граната с полированной поверхностью, микрокристаллы гранатов.
Таблица 2− Результаты макроскопического и микроскопического исследования гранатов


Минерал, месторождение

Чистота*

Наличие дефектов

Текстурно-структурные особенности **

Визуальное исследование

Микроскопическое исследование

Пироп, Богемия

П

-

-

Спайность отсутствует

Пироп, Грибовское

П

-

-

Спайность отсутствует

Пироп, Дора-Майра

П

Трещины

Включения темного минерала, трещины

Тонкозернистая текстура

Андрадит, Питкяранта (Старое рудное поле)

НП

Трещины

Редкие включения светлого минерала

Массивная структура

Андрадит, Питкяранта

ПП

-

Трещины, пленки гидроокислов железа, зональность

Массивная структура

Андрадит, Дашкесан

НП

-

Трещины

Спайность отсутствует

Шерломит, Карелия

ПТС

-

Незначительные включения

Спайность отсутствует

Гроссуляр 01, Асбест

П

-

-

Спайность отсутствует

Гроссуляр 02, Асбест

ПП

Мелкие включения, создающие слабый мерцающий эффект

Вуаль образованная большим количеством трещинок и пузырей, равномерно расположенные минеральные включения

Крупнозернистая текстура

Гроссуляр 04, Асбест

ПЗ

Темное включение в центре кристалла




Зональная структура

Гроссуляр 05, Асбест

ПП

Мелкие включения, создающие слабый мерцающий эффект

Вуаль образованная преимущественно трещинками и незначительным количеством пузырей, равномерно расположенные минеральные включения

Тонкозернистая текстура

Гроссуляр 01, Вилюй

НП

-

Мелкие редкие трещины

Зональная структура

Гроссуляр 02, Вилюй

ПП

-

Мелкие редкие трещины

Спайность отсутствует

*П-прозрачный; ПП-полупрозрачный; ПЗ-прозрачный с зонами затемнения; ПТС-прозрачный в тонких сколах; НП-непрозрачный.

Продолжение таблицы 2




Минерал, месторождение

Чистота*

Визуальное исследование

Микроскопическое исследование

Текстурно-структурные особенности **

Гроссуляр, Мончегорск

П

Большое количество трещин

Незначительное количество минеральных включений

Спайность отсутствует

Гидроморимотоит

ПП

-

Вуаль из мелких трещинок

Спайность отсутствует

Альмандин, Кителя

ПЗ

Зоны затемнения, полосы

Большое количество минеральных включений, параллельные трещины

Тонкозернистая текстура

Альмандин, Шуерецкое

ПЗ

Темные полосы, трещины

Продолговатые зоны затемнения, образованные скоплением темных минеральных включений

Тонкозернистая текстура

Спессартин, Грубепендиты

НП

Полосчатый рисунок

Большое количество разных включений, светлые зоны в образце пронизаны мелкими трещинами

Тонкозернистая текстура

Уваровит, Сарановское

П

Незначительные темные включения

Включения темного минерала

Спайность отсутствует

Уваровит, Рай-Из

НП

Значительное количество включений разных минералов







Кимцеит, Танзания

П

-

-

Спайность отсутствует

Керимасит, Танзания

П

-

-

Спайность отсутствует

Пироп-кноррингит, Ботуобинская

П

-

-

Спайность отсутствует

*П-прозрачный; ПП-полупрозрачный; ПЗ-прозрачный с зонами затемнения; ПТС-прозрачный в тонких сколах; НП-непрозрачный.
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.

В процессе работы был открыт новый минерал — керимасит. Микрозондовое исследование единичного кристалла обнаружило необычный для известных на данное время гранатов химический состав со значительным количеством Fe. Монокристальная съемка позволила установить класс симметрии и параметры элементарной ячейки этого минерала, которые оказались самыми большими среди известных гранатов.

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.

В главе 4 дано описание предлагаемой диагностической методики (рис.1), разработанной на примере исследования собранной коллекции минералов группы граната. 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 нализатором 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


Таблица 3 − Результаты иммерсионного и электронно-зондового микроанализа исследуемой коллекции гранатов

Минерал, месторождение

Показатели преломления



Изотропность/анизотропность

Минеральные включения, %*

Общее количество включений, %

Особенности химического состава минерала

Пироп, Богемия

1,749

изотр.

-

-

Cr, Fe

Пироп, Грибовское

1,780

изотр.

-

-

-

Пироп, Дора-Майра

1,754

изотр.

Циркон

10

-

Андрадит, Питкяранта (Старое рудное поле)

1,856

изотр.

Пироксен, хлорит, апатит, магнетит

15

-

Андрадит, Питкяранта

1,870

анизотр.

Пироксен

20

-

Андрадит, Дашкесан

1,872

изотр.

Кварц

-

-

Шерломит, Карелия

1,900

изотр.

Пироксен

5

Пониженное содержание Ti

Гроссуляр 01, Асбест

1,758

анизотр.

Карбонат

-

-

Гроссуляр 02, Асбест

1,732

анизотр.

Серпентин, пирит, эпидот

25

-

Гроссуляр 04, Асбест

1,750

анизотр.

Хромит, шпинель

5

Зоны: cветлые — 1,5%Fe, Зеленые - Cr+V

Гроссуляр 05, Асбест

1,765

изотр.

Циркон, бадделеит

10

-

Гроссуляр, Рай-Из

1,736

изотр.

Хлорит

-

-

Гроссуляр 01, Вилюй

1,747

анизотр.

Пироксен

5

Зоны: темные зоны — Ti, Fe; светлые - Al

Гроссуляр 02, Вилюй

1,750

анизотр.

Пироксен

5

-

Гроссуляр, Мончегорск

1,768

анизотр.

Хромит

5

-

Кимцеит, Танзания

1,942

изотр.

-

-




Керимасит, Танзания

1,945-1,940

изотр.

-

-




Гидроморимотоит

1,832

анизотр.

-

-

ОН

Альмандин, Кителя

1,806

изотр.

Кварц, ильменит, апатит, циркон, хлорит

15

-

Альмандин, Шуерецкое

1,812

изотр.

Рутил, циркон

10

-

Спессартин, Грубепендиты

1,813

изотр.

Эпидот, кварц, слюда

25

-

Уваровит, Сарановское

1,837

анизотр.

Шпинель, хромит

10

Cr

Уваровит, Рай-Из

1,804

анизотр.

Хромит, андрадит, Серпентин

40

-

* - указаны не все минеральные включения, а только видимые при увеличении х 2,5-5;

изотр. - изотропный минерал; анизотр. - анизотропный минерал.


обработки, классификация по типам и группам естественных ювелирных и поделочных камней или соответствия установленным стандартам.

В главе 5 по полученным данным предложена классификация изученных гранатов по качеству.

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.



Идентификация минерала

1. Определение формы и выделения минерального объекта





Выраженные кристаллические структуры

(единичные кристаллы,

друзы)


Скрытокристаллические структуры

Аморфные минералы

(обсидиан, опал)

2. Макроскопическое описание минерала


3. Определение твердости по шкале Мооса



4. Микроскопическое исследование минерального образца



Описание основного

минерала


Описание включений

Описание характера

распределения и процентного

содержания включений



5. Определение кристалло-химических особенностей

минерала




Определение

химического

состава минерала

Определение

концентрации

минералов

в образце



Монокристальная

съемка










6. Иммерсионное исследование образцов

Определение анизотропии минерала

Определение показателей преломления

7. ИК-спектроскопия





8. Обработка полученных данных

Определение ценных свойств минералов,

возможных способов обработки и применения.


Рисунок − Общий алгоритм идентификации минерального сырья

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.

В заключении сформированы основные результаты диссертационной работы:

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. Установлена зависимость качества и способа дальнейшей обработки минерала от типа, химического состава, твердости, размера и количества включений.

4. 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.

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.

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

7. Предложены рекомендации по применению данной диагностики в отраслях, связанных с ювелирной промышленностью, а также другими областями, в которых необходимо учитывать изученные характеристики минералов.



ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

Статьи в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК РФ:

1. Кузнецова, И. В. История технологии обработки гранатов. Особенности природных ювелирных гранатов [Текст] / И. В Кузнецова, Л.Т. Жукова // Дизайн. Материалы. Технология. −2010. − № 1 (12). – С. 35–40.

2. Кузнецова, И. В Влияние новых технологий исследований на расширение диапазона ювелирных камней на примере минералов гранатовой группы [Текст] / И. В Кузнецова, Л.Т. Жукова // Дизайн. Материалы. Технология. −2010. − № 4 (15). – С. 81–84..

3. Zaitsev A.N., Kuznetsova I.V., Williams C.T., Britvin S.N., Spatt J., Petrov S.V., Keller J. Kerimasite, Ca3Zr2(Fe23+, Si)O12, 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.
Статьи, опубликованные в сборниках научных трудов:

4. Кузнецова, И. В. Влияние свойств минералов на качество ювелирных гранатов [Текст] / И. В Кузнецова // Сб. научн. тр. Всерос. науч.-техн. конф. студентов и аспи­рантов: Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической пром-ти. – СПб.: СПГУТД, 2009. – C. 188– 193.

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

6. Кузнецова, И. В. Классификация гранатов по качеству [Текст] / И. В Кузнецова // Сб. научн. тр. Всерос. науч.-техн. конф. студентов и аспи­рантов: Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической пром-ти. –СПб.: СПГУТД, 2010. –С. 231-235.

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

Оригинал подготовлен автором.

Подписано в печать 10.11.2010. Печать трафаретная.

Усл. печ. л. 1,0. Формат 6084 1/16. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии СПГУТД

191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26.








Достарыңызбен бөлісу:




©dereksiz.org 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет