The spectroscopy and high-temperature crystal chemistry of the gadolinite supergroup and stilpnomelane group minerals

Abstract

В ходе данной работы были изучены две группы минералов, обладающие слоистым мотивом структуры, с целью получения информации об их спектроскопических особенностях и высокотемпературном поведении. Минералы группы стильпномелана присутствуют как второстепенные или породообразующие в слабометаморфизованных марганцевых осадочных породах. За счет схожести химического состава для их надежной идентификации требуется использовать комплекс методов, одним из которых может являться Рамановская спектроскопия. В ходе работы получены Рамановские спектры семи минеральных видов, для четырех из них впервые. Показано, что форма и положения пиков в интервалах 85-1200 см-1 и 3300-3800 см-1 позволяют надежно определить минеральные виды. Показано, что изучаемые минералы стабильны до температур 150-350 °С в зависимости от минерального вида, что согласуется с предполагаемыми температурами метаморфизма, при которых образуются данные минералы. Помимо этого, получены оптические характеристики и спектроскопические данные для нового слоистого силиката из группы стильпномелана – каюповаита Минералы надгруппы гадолинита широко распространены в качестве второстепенных и акцессорных в гранитах, щелочных пегматитах и скарнах, и являются потенциальным источником редкоземельных элементов. Данная группа объединяет минералы различного химического состава: бериллосиликаты, боросиликаты, арсенаты, фосфаты. В ходе работы было показано, что фосфатные и арсенатные минералы надгруппы гадолинита имеют наибольшее термическое расширение и устойчивы в наименьшем диапазоне температур (до 700 °С), в то время как бериллосиликатные минералы надгруппы гадолинита имеют меньшие коэффициенты термического расширения, но стабильны до более высоких температур (900-1000 °С). Боросиликатные минералы надгруппы гадолинита претерпевают необратимый реконструктивный фазовый переход в диапазоне температур 700-800 °С и имеют промежуточные значения коэффициентов термического расширения между бериллосиликатами и фосфатами/арсенатами.

During this work, two groups of minerals with a layered structures were studied in order to obtain information about their spectroscopic features and high-temperature behavior. Minerals of the stilpnomelane group are present as minor or rock-forming minerals in weakly metamorphosed manganese sedimentary rocks. Due to the similarity of their chemical composition, their reliable identification requires the usage of several methods, one of which could be Raman spectroscopy. In the course of the work, Raman spectra of seven mineral species were obtained, for four of them for the first time. It is shown that the shape and positions of the peaks in the intervals of 85-1200 cm-1 and 3300-3800 cm-1 make it possible to reliably determine the mineral species. It is shown that the studied minerals are stable up to temperatures of 150-350 °C, depending on the mineral species, which is consistent with the expected metamorphism temperatures at which these minerals are formed. In addition, optical characteristics and spectroscopic data were obtained for a new phyllosilicate from the stilpnomelane group - kayupovaite Minerals of the gadolinite supergroup are widely distributed as minor and accessory minerals in granites, alkaline pegmatites, and skarns, and are a potential source of rare earth elements. This group includes minerals of different chemical composition: beryllosilicates, borosilicates, arsenates, phosphates. In the course of the work, it was shown that phosphate and arsenate minerals of the gadolinite supergroup have the highest thermal expansion and are stable in the smallest temperature range (up to 700 ° C), while beryllosilicate minerals of the gadolinite supergroup have lower thermal expansion coefficients, but are stable up to higher temperatures. (900-1000 °C). Borosilicate minerals of the gadolinite supergroup undergo an irreversible reconstructive phase transition in the temperature range of 700–800 °C and have intermediate thermal expansion coefficients between beryllosilicates and phosphates/arsenates.