На главную

Спектры поглощения касситеритов


Спектры поглощения касситеритов

Башкирский Государственный Университет

Кафедра геологии и геоморфологии.

РЕФЕРАТ

на тему: «Спектры поглощения касситеритов»

Выполнил: студент III курса гр.3.5

Э.Р.Япаров.

Проверил: С.Ф.Зарипова.

Уфа–2001

Оглавление.

Введение…………………………………………………………….3.

Спектры поглощения касситеритов…………………………...4.

Вывод………………………………………………………………...9.

Литература…………………………………………………………...9.

Введение.

Касситерит является промышленным минералом олова в оловорудных

месторождениях различных генетических типов и давно привлекает внимание

исследователей. Большое внимание в этих исследованиях отводится изучению

различных типоморфных особенностей касситеритов, зависящих от условий

формирования оловорудных месторождений и в значительной мере суммированных

в различных работах. Однако методы оптической спектроскопии в этих

исследованиях использованы недостаточно полно. В настоящей работе

приводятся результаты исследования оптических спектров поглощения десяти

образцов касситеритов из месторождений Приморья, Чукотки, Памира.

Спектры поглощения касситеритов.

Касситерит имеет пространственную группу симметрии P4/mnm. Основу его

структуры составляют октаэдры SnO6, сцепленные противоположными ребрами в

колонки, протирающиеся параллельно оси С кристалла и соединяющиеся между

собой вершинами [4].октаэдры SnO6 имеют симметрию D2h и характеризуются

расстоянием между атомами О и Sn, в среднем равным 2,08А.

Образцы для исследований приготовлялись в виде полированных пластинок

толщиной 1-2 мм, а в двух случаях использовались петрографические шлифы.

Исследованные образцы касситеритов имели различные окраски: темно-бурую,

коричнево-черную, серую. В тонких пластинках почти все исследованные

образцы обнаруживают плеохроизм. В поляризации ЕIIС отмечаются окраски:

темно-желтая, розовато-серая, розовато-красная, красная. В поляризации Е

[pic]С наблюдаются более светлые окраски: светло-желтая, светло-серая,

серая с зеленоватым оттенком, зеленовато-белая, зеленовато-желтая. Лишь

один из исследованных образцов не обнаруживал плеохроизма, что, по-

видимому, связано с большой дефектностью его структуры. О чем

свидетельствует отсутствие угасания этого образца в скрещенных николях.

Измерение спектров поглощения проводились при комнатной температуре в

поляризованном свете на спектрометре СФ-14 в области от 400 до 750 нм и на

спектрофотометрической установке, собранной на базе монохроманотора ДМР-4,

в области 700-2000нм. Наиболее характерные кривые спектров поглощения

обследованных образцов касситеритов приведены на рис.1. Выделено 4 типа

спектров. Первый тип спектров (рис.1а.)

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Рис.1. Спектры поглощения касситеритов из различных районов СССР: а –

Забайкалье; б – Чукотка; в – Приморье; г – Памир.

обнаруживают образцы темно-бурого касситерита с очень сильным

плеохроизмом от красного (Е II C) до зеленовато-желтого (Е [pic]С) и

характеризуются очень интенсивным и поляризованным поглощением в

ультрафиолетовой части видимой области спектра. Длинноволновый край этого

интенсивного поглощения располагается при 600 нм в поляризации Е II C и при

500 нм в поляризации Е[pic]C. В ближней инфракрасной области в спектрах

всех исследованных образцов обнаруживаются широкие парные полосы поглощения

в районе 1000нм. В спектрах первого типа эти полосы являются наиболее

интенсивными и располагаются при длинах волн 970нм и 1120 нм в другой

поляризации Е II C. В другой поляризации Е[pic]C они «сливаются» в одну

полосу 1000 нм заметно меньшей интенсивности.

Спектры второго типа (рис.1б) характеризуются несколько менее

интенсивным коротковолновым поглощением, край которого располагается при

длинах волн 452 нм в поляризации Е II C и 434 нм в поляризации Е[pic]C,

наличием слабой полосы 560 нм и парных полос 945 нм и 1130 нм. Полосы 560,

945, 1130 нм, так же как и коротковолновое поглощение, являются более

интенсивными в поляризации Е II C, с чем и связан сильный плеохроизм

касситеритов, обнаруживающих этот тип спектров поглощения. Окраска этих

образцов в тонких пластинках изменяется от розовато-красной в поляризации Е

II C до зеленовато-белой в поляризации Е[pic]C.

Третий тип спектров обнаруживают желтые (в шлифах) касситериты из

месторождений Приморья и характеризуются наличием полос поглощения 430, 470

нм на длинноволновом крыле интенсивного поглощения с максимумом,

расположенным в ультрафиолетовой области (рис. 1в). Полосы 430, 470 нм

являются более интенсивными в поляризации Е II C и, по-видимому,

ответственны за плеохроизм касситеритов, проявляющийся в изменении окрасок

от темно-желтой (Е[pic]C) у образцов, характеризующийся этим типом спектра.

В ближней инфракрасной области отмечаются довольно интенсивные полосы

поглощения 950, 1125 нм.

Четвертый тип спектров показывают касситериты серого цвета из

месторождений Памира (рис. 1г). они характеризуются довольно интенсивным

поглощением в ультрафиолетовой области, край которого захватывает и части

видимой области, располагаясь при 444 нм в поляризации Е II C и при 434 нм

в поляризации Е[pic]C. В видимой области спектра отмечается полоса

поглощения 500 нм с волнистым изгибом в районе 540 нм. Полосы 500, 540 нм

боле интенсивны в поляризации Е II C. Интенсивность полосы 500 нм в

поляризации Е[pic]C значительно улучшается, а полоса 540 нм здесь совсем не

обнаруживается. Такое поведение полос 500, 540 нм и перемещение края

интенсивного коротковолнового поглощения в зависимости от ориентировки

плоскости поляризации обуславливает плеохроизм этих касситеритов. Их

окраска изменяется от розово-серой (Е II C) до серой с зеленоватым

оттенком(Е[pic]C).

Край собственного поглощения монокристаллов искусственного касситерита

располагается в области 340 нм. Поэтому бездефектные касситериты являются

бесцветными и прозрачными. Природные же касситериты обычно содержат то или

иное количество различных примесей, наиболее обычными из которых являются

железо, тантал, ниобий, титан, марганец. Считается, что основная масса

примесей железа. Тантала, ниобия находится в касситеритах в виде

микровключения минералов (тапиолит, вольфрамит, рутил, ильменорутил,

кулумбит, гематит и др.) эти включения имеют размеры меньше 1мк, являются

полупрозрачными, окрашенными и существенным образом влияют на формирование

оптических свойств природных касситеритов. В основном с этими

микровключениями и связывается интенсивное поглощение света в

ультрафиолетовой и прилегающей к ней видимой области спектра, появление

темных окрасок и сильной нормальной дисперсии показателей преломления

природных касситеритов. Многие из минералов примесей изоструктурны с

касситеритом и располагаясь закономерным образом относительно элементов

структуры последнего, могут обуславливать проявления плеохроизма

касситеритов. Неравномерное распределение микровключений этих анизотропных

минералов в кристаллах касситерита может приводить к появлению двухосности

последнего. Видимо, поэтому двухосность обычно характерна для окрашенных

касситеритов, в то время как бесцветные касситериты почти всегда одноосные.

Несомненно, что часть перечисленных выше элементов примесей в касситеритах

изоморфно замещает олово и также оказывает заметное влияние на формирование

оптических свойств природных касситеритов. Эти примеси приводят к

образованию донорно-акцепторных уровней вблизи валентной зоны и зоны

проводимости и электронные переходы с участием этих уровней порождают

появление интенсивного поглощения вблизи края собственного поглощения

вблизи края собственного поглощения касситеритов. Кроме того, в этой

области спектра для переходных элементов отмечаются электронные переходы,

сопровождающиеся переносом заряда между молекулярными орбиталями металла и

лигандов и называемые переходами с переносом заряда металл-лиганд. Такие

переходы, например, характерны для ионов Fe2+, и они приводят к появлению

интенсивности поглощения, захватывающего ультрафиолетовую часть видимой

области спектра природных касситеритов. Электронные переходы

рассматриваемого типа в центрах симметрии D2h являются поляризованными и

видимо, существенным образом влияют на плеохроизм природных касситеритов,

который в оптических спектрах проявляется в перемещении края интенсивного

поглощения в зависимости от ориентировки плоскости поляризации света.

Существенное влияние на окраску и плеохроизм касситеритов оказывают

полосы поглощения 430, 470 нм, обнаруживаемые в спектрах третьего типа.

Положение этих полос в спектре весьма близко к полосам ионов Nb4+ в

растворах. Учитывая постоянное присутствие ниобия в природных касситеритах,

полосы 430, 470 нм связываются с ионами Nb4+ и отвечают электронным

переходам [pic]терма [pic]конфигурации 4[pic]. Наличие двух полос перехода,

по видимому, связано с расщеплением уровня [pic]эффектом Яна-Теллера и

кристаллическим полем на два подуровня. Сила кристаллического поля Dg для

ионов Nb4+ в касситерите оказывается равной 2230 см-1. отжиг касситеритов

при 500оС приводит к исчезновению полос 430, 470 нм, что, по-видимому,

связано с окислением ионов Nb4+ до пятивалентного состояния. При этом

плеохроизм образцов заметно ослабевает, и их окраска становится заметно

светлее. В природных касситеритах одной из главных примесей является

тантал. Электронная конфигурация тантала и его свойства весьма близки к

ниобию. Поэтому можно предполагать наличие в касситеритах и ионов Та4+ с

электронной конфигурацией [pic], для которой возможен электронный переход

[pic]. Однако энергия этого перехода для ионов Та4+ должна быть несколько

больше, чем для ионов Nb4+, в связи с увеличением силы кристаллического

поля с ростом порядкового номера центрального иона. Поэтому поглощение,

связанное с ионами Та4+ должно наблюдаться в ближней ультрафиолетовой

области спектра, что, и имеет место в природных касситеритах, и этим в

значительной степени вызвано интенсивное поглощение в ближней

ультрафиолетовой области, захватывающее своим крылом и часть видимой

области.

Полосы 500, 540 нм в четвертом типе спектров поглащения касситеритов

(рис. 1г) по своему положению аналогичны полосам ионов Mn3+ и связываются с

трехвалентным марганцем. Эти полосы отвечают электронным переходам с уровня

[pic] на уровень[pic], расщепленный кристаллическим полем и эффектом Яна-

Теллера на два подуровня. Сила кристаллического поля Dg для ионов Mn3+ в

касситерите оказывается равной 1925 см-1. Прокаливание касситеритов при 500

оС приводит к исчезновению полос 500, 540 нм, что сопровождается

посветлением окраски образцов и ослаблением плеохроизма.

Полоса поглощения 560 нм отнесена к трехвалентному титану, так как ее

положение в спектре близко к полосам ионов Ti3+ в других минералах и

соединениях и кроме того, титан является постоянной примесью в природных

касситеритах. Эта полоса присутствует в спектрах второго типа исследованных

касситеритов, имеет преимущественную поляризацию ЕIIС и в значительной

степени определяет плеохроизм этих образцов. Полосу 560 нм следует отнести

к электронному переходу [pic]. Величина силы кристаллического поля Dg для

ионов Ti3+ в касситеритах оказывается равной 1785 см-1. прокаливание

касситеритов при 500 оС уничтожает полосу 560 нм, и окраска таких образцов

становиться несколько светлее.

Как видно из перечисленных выше данных, большую роль в формировании

оптических свойств природных касситеритов играют элементы примеси,

находящиеся в минерале в необычном валентном состоянии. В одних случаях это

проявляется в понижении валентности тантала, ниобия и тантала, а в других –

в повышении валентности марганца. Этот процесс, по-видимому, регулируется

соотношением концентраций Sn, Ta, Nb, Ti, Mn в среде минералообразования и

величиной ее окислительного потенциала. По-видимому, оптически активные

центры ионов Mn3+ и связанные с ним полосы поглощения 500, 540 нм

характерны для касситеритов, образующихся в более окислительной обстановке,

в то время как касситериты с полосами поглощения 430, 470, 560 нм ионов

Nb4+, Ti3+, вероятно, образуются в среде относительно невысоким

окислительным потенциалом.

Парные полосы в ближней инфракрасной области спектра связываются с

ионами Fe2+ и отвечают электронным переходам с уровня [pic] на уровень

[pic], расщепленный эффектом Яна-Теллера и кристаллическим полем на два

подуровня. Эти полосы имеют преимущественную поляризацию Е II С, но

поляризация не является сильной. Полосы ионов Fe2+ оказываются несколько

смещенными в спектрах различных образцов касситеритов и располагаются при

различных длинах волн. Эти данные позволяют предполагать, что ионы Fe2+

входят касситериты не в виде изоморфной примеси, замещающий олово, а входят

в состав микровключений различных минералов. Поляризация и небольшая

величина смещения этих полос, свидетельствуют о том, что ионы Fe2+

находятся в изоструктурных с касситеритом минералах, микровключения которых

ориентированы вдоь структурных элементов касситерита. В пользу сделанного

заключения говорит и такой факт. Образец темно-бурого касситерита, спектр

поглощения которого отгостится к первому из выделенных выше типов и

характеризуется наиболее интенсивными полосами ионов Fe2+ , подвергался

прокаливанию при 500оС и 1000оС. до прокаливания он обладал сильным

плеохроизмом от красного ( Е II С ) до зеленовато-желтого (Е[pic]C). После

прокаливания при 500оС в течении одного часа окраска образца стала заметно

светлее и плеохроизм сильно ослаб, что, по-видимому, связано с отжигом

центров Nb4+, Ta4+, частичной ликвидацией донороно-акцепторных уровней

примесных ионов и перемещением края интенсивного поглощения в поляризации

Е II С от 600нм до прокаливания к 540 нм после прокаливания. Дальнейшее

прокалывание в течении одного часа при 1000оС привело к тому, что его

окраска потемнела и стала вищнево-красной. Плеохроизм почти полностью

исчез. Край интенсивного поглощения сместился в область 580 нм, а полосы

поглощения ионов Fe2+ в районе 1000 нм сильно ослабли. Это свидетельствует

о том, что двухвалентное железо в минеральных микровключениях окислились до

трехвалентного, в связи с чем возросло поглощения света в ультрафиолетовой

и прилегающей к ней видимой части спектра, связанное с электронными

переходами с переносом заряда в полиэдрах ионов Fe3+. В то же время

произошла и разориентация этих микровключений минералов, что привело к

исчезновению плеохроизма в касситерита. Если бы двухвалентное железо

замещало олово в структуре касситерита, то окисление ионов Fe2+ до Fe3+

сопровождалось бы усилением плеохроизма образцов, чего, однако, не

происходит и что подтверждает сделанное выше предположение о форме

нахождения ионов Fe2+ в исследованных образцах.

Вывод.

Таким образом, проведенные исследования подтверждают вывод работы о

том, что основная масса элементов примесей в касситеритах находится в виде

микровключений самостоятельных минералов. Однако определенная часть

элементов примесей входит в касситериты в изоморфном форме, замещая олово.

Это относится прежде всего к таким элементам, как Nb, Ta, Ti, Fe3+, Mn3+.

Окраска и оптические свойства касситеритов обусловлены в значительной

степени окрашенными микровключениями других минералов, но немалую роль в

этом играют и изоморфные примеси, образующие оптически активные центры в

структуре касситерита.

Литература.

1. Повареных А.С. Кристаллохимическая классификация минеральных

видов. Киев, «Наукова думка», 1966.

2. Кристаллофизика минералов. Издательство казанского университета

1979.

© 2010