litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/1681-9004-2024-24-2-416-423litosphere-2074Research ArticleСтатьиArticlesИзучение особенностей сокристаллизации сложных бериллийсодержащих силикатных фаз в зональных образцах методом рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализаStudying the features of complex beryllium-containing silicate phases co-crystallization in zonal samples using the x-ray electron probe microanalysis methodМамонтоваС. Г.MamontovaS. G.

664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1А

Svetlana G. Mamontova

1A Favorsky st., Irkutsk 664033

svelta@igc.irk.ruБелозероваО. Ю.BelozerovaO. Yu.

664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1А

Olga Yu. Belozerova

1A Favorsky st., Irkutsk 664033

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАНРоссияA.P. Vinogradov Institute of Geochemistry, SB RASRussian Federation202407052024242416423Copyright © Мамонтова С.Г., Белозерова О.Ю., 20242024Мамонтова С.Г., Белозерова О.Ю.Mamontova S.G., Belozerova O.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/2074

Объекты исследования. Слитки силикатов, содержащих четыре видообразующих компонента Be, Mg, Al, Si, относящиеся к составам области кристаллизации бериллиевого индиалита (идеальная формула Mg2BeAl2Si6O18, структурный тип берилла). Цель. Работа направлена на решение фундаментальной задачи по выделению закономерностей дифференциации вещества и формирования стабильных и метастабильных фаз в силикатных матрицах. Метод. Авторы применяли метод фиксирования эволюции фазового состава силикатного расплава путем создания градиента температуры. Оригинальность и новизна результатов. Получены новые данные об особенностях фазовых преобразований в силикатных расплавах на основе данных рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа синтезированных образцов бериллиевого индиалита. Выделены сосуществующие метастабильные и стабильные минеральные фазы, показана близость их составов при разной структуре, установлен характер примесных фаз на каждом этапе кристаллизации. Выводы. Экспериментально зафиксирована эволюционная последовательность фазовых ассоциаций, обеспечивающих кристаллизацию бериллиевого индиалита и метастабильных фаз близкого к нему состава, характер которой задается исходным соотношением компонентов. Расширен спектр возможных фазовых ассоциаций, сокристаллизующихся или замещающих стабильную фазу со структурой берилла в расплавах области существования бериллиевого индиалита в системе BeО–MgО–Al2О3–SiО2. Избирательность вхождения хрома в различные фазы изученной системы зависит от возможностей их структуры. Добавление хромофорного элемента хрома является надежным критерием для визуализации последовательных слоев, зон, участков смены фазовых ассоциаций в конечном слитке.

Research subject. Silicate ingots containing four species-forming components Be, Mg, Al, and Si and belonging to the crystallization region of beryllium indialite (with the formula of Mg2BeAl2Si6O18 and a beryl-type structure). Aim. To investigate the fundamental problem of identifying the patterns of matter differentiation and the stable and metastable phase formation in silicate matrices. Methods. The evolution of the phase composition of silicate melts was registered using a temperature gradient method. Results. New data on the features of phase transformations in silicate melts belonging to the region of beryllium indialite were obtained by electron probe microanalysis (EPMA). Co-existing metastable and stable mineral phases were identified, and the similarity of their compositions with different structures was shown. The nature of impurity phases at each stage of crystallization was established. Conclusions. The evolutionary sequence of phase associations ensuring the crystallization of beryllium indialite and metastable phases of a similar composition, the nature of which is determined by the initial ratio of components, was experimentally recorded. The range of possible phase associations that co-crystallize or replace a stable phase with a beryl structure in melts from the region of existence of beryllium indialite in the BeO–MgO–Al2O3–SiO2 system was extended. The selectivity of the coloring element chromium entry into various phases of the studied system is shown depending on the capabilities of their structure. The addition of a chromophore is a reliable criterion for visualizing successive layers, zones, and areas of changing phase associations in the final ingot.

кристаллообразующая средаметастабильные фазыэволюция минералообразованияперераспределение видообразующих элементовбериллиевый индиалитсмешанный Be–Mg–Al силикатcrystal-forming mediummetastable phasesevolutionary mineral genesisspecies-forming elements redistributionberyllian indialitemixed Be–Mg–Al silicateИсследование проведено в рамках выполнения государственного задания по проекту № 0284-2021-0005 “Развитие методов исследования химического состава и структурного состояния природных и техногенных сред в науках о Земле” с использованием оборудования центра коллективного пользования “Изотопно-геохимические исследования” ИГХ СО РАН. Авторы выражают глубокую признательность М.А. Михайлову (ИГХ СО РАН), внесшему основополагающий вклад в исследование бериллиевого индиалита.The study was carried out within the governmental assignment of Project 0284–2021–0005. The author highly appreciates the contribution by Dr. M.A. Mikhailov (IGC, SB RAS), the founder and leader of beryllian indialite research.ReferencesБелозерова О.Ю., Михайлов М.А. (2017) Оценка однородности синтезированного бериллийсодержащего силикатного стекла с целью его использования как стандартного образца предприятия при рентгеноспектральном микроанализе силикатов. Журн. аналит. химии, 72(7), 686-694. https://doi.org/10.7868/S0044450217050048Belozerova O.Yu., Mikhailov M.A. (2017) Assessment of the homogeneity of the synthesized beryllium-bearing silicate glass for its use as a quality control material in the X-ray electron probe microanalysis of silicates. J. Analytical Chemistry. 72, 815-822 (translated from Zhurn. analit. khimii, 72(7), 686-694). https://doi.org/10.1134/S1061934817050045Демина Т.В., Михайлов М.А. (1993) Образование бериллиевого индиалита при твердофазном взаимодействии в системе. Минералог. журн., 15(1), 61-70.Belozerova O.Yu., Mikhailov M.A., Demina T.V. (2017) Investigation of synthesized Be-bearing silicate glass as laboratory reference sample at X-ray electron probe microanalysis of silicates. Spectrochim. Acta Pt B: Atomic Spectroscopy, 127, 34-41. https://doi.org/10.1016/j.sab.2016.11.007Демина Т.В., Михайлов М.А. (2012) Температурная эволюция расплава Mg2BeAl2Si6O18 (по данным кристаллооптического изучения продуктов закалки). Зап. РМО, 141(2), 101-115.Demina T.V., Mikhailov М.А. (2012) Thermal evolution of the Mg2BeAl2Si6O18 melt (according to data of the crystal optics study of its quenching products). Zap. RMO, 141(2), 101-115. (In Russ.)Мамонтова С.Г., Михайлов М.А., Демина Т.В., Белозерова О.Ю., Богданова Л.А. (2015) Кристаллохимический аспект преобразования вещества в ряду аморфный гель–кристаллический Mg–Вe–Al-силикат в субсолидусных условиях. Кристаллография, 60(1), 21-27. https://doi.org/10.7868/S0023476115010130Demina T.V., Mikhailov М.А. (1993) Formation of beryllian indialite during solid-phase interaction in the system. Mineralog. zhurn., 15(1), 61-70. (In Russ.)Мамонтова С.Г., Богданова Л.А., Зеленцов С.З., Белозерова О.Ю. (2018) Фазовые ассоциации и кристаллохимическое наследование при субсолидусной кристаллизации Be–Mg–Al-силикатов. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, (12), 76-80. https://doi.org/10.1134/S0207352818120132Mamontova S.G., Bogdanova L.A., Belozerova O.Yu., Zelentcov S.Z. (2018) On the Phase Associations and Crystal-Chemical Inheritance of Be–Mg–Al Silicates during Subsolidus Crystallization. J. Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 12(6), 1204-1208 (translated from Poverkhnost’. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neitronnye issledovaniya, (12), 76-80). https://doi.org/10.1134/S1027451018050646Михайлов М.А., Демина Т.В. (1998) Изменение составов и метрики элементарных ячеек в рядах твердых растворов бериллиевого индиалита, кордиерита и берилла. Зап. ВМО, (3), 22-37.Mamontova S.G., Mikhailov М.А., Demina T.V., Belozerova O.Yu., Bogdanova L.A. (2015) Crystallochemical aspect of the substance in the amorphous gel-crystalline Mg–Be–Al silicate series under solid-state conditions. Crystallograp. Rep., 60, 16-22 (translated from Kristallografiya, 60(1), 21-27). https://doi.org/10.1134/S1063774515010137Михайлов М.А., Мамонтова С.Г., Зеленцов С.З., Демина Т.В., Белозерова О.Ю., Богданова Л.А. (2018) О сосуществовании химически сходных стабильной и метастабильных фаз в системе BeO–MgO–Al2O3– SiO2. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, (8), 24-29. https://doi.org/10.1134/S0207352818080139Mikhailov M.A. (2005) The co-crystallization of beryl-structure compounds in the Al2Be3Si6O18 – Mg, Ca/F, Cl system. Crystal Growth, 275(1-2), 861-866. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.11.125Михайлов М.А., Демина Т.В., Белозерова О.Ю. (2007а) Распределение видообразующих и примесных катионов между пирамидами роста граней пинакоида и призмы в кристаллах берилла, кордиерита и бериллиевого индиалита. Геология и геофизика, 48(11), 1189-1200.Mikhailov M.A., Demina T.V. (1998) Changes in the compositions and metrics of unit cells in the series of solid solutions of beryllian indialite, cordierite and beryl. Zap. VMO, (3), 22-37. (In Russ.)Михайлов М.А., Демина Т.В., Мамонтова С.Г., Богданова Л.А. (2007б) О механизмах изменения координационных чисел Mg и Al в центральной части системы MgO–BeO–Al2O3–SiO2. Зап. РМО, 136(7), 199-213.Mikhailov M.A., Demina T.V. (2010) Crystallization of beryllian indialite from its own melt under oxidizing conditions. Crystallogr. Rep., 55(4), 695-702 (translated from Kristallografiya, 55(4), 741-748). https://doi.org/10.1134/S1063774510040279Михайлов М.А., Демина Т.В. (2010) Кристаллизация бериллиевого индиалита из собственного расплава в окислительных условиях. Кристаллография, 55(4), 741-748.Mikhailov M.A., Demina T.V., Belozerova O.Yu. (2007а) Partitioning of species-forming and impurity cations among growth pyramids of pinacoid and prism faces in crystals of beryl, cordierite, and beryllian indialite. Rus. Geol. Geophys., 48(11), 923-932 (translated from Geolog. Geofiz., 48(11), 1189-1200). https://doi.org/10.1016/j.rgg.2007.02.013Минералы. Справочник. (1981) (Под общ. ред. акад. Ф.В. Чухрова). Т. III, вып. 2. Силикаты с линейными трехчленными группами, кольцами и цепочками кремнекислородных тетраэдров. М.: Наука, 614 с.Mikhailov M.A., Demina T.V., Mamontova S.G., Bogdanova L.A. (2007б) On the mechanisms of changes in the coordination numbers of Mg and Al in the central part of the MgO–BeO–Al2O3–SiO2 system. Zap. RMO, 136(7), 199-213. (In Russ.)Печерская С.Г., Михайлов М.А., Демина Т.В., Богданова Л.А., Белозерова О.Ю. (2003) Симметрия и упорядочение соединений со структурой берилла в обогащенной магнием части системы бериллиевый индиалит – кордиерит – берилл. Кристаллография, 48(3), 409-415.Mikhailov M.A., Mamontova S.G., Zelentcov S.Z., Demina T.V., Belozerova O.Yu., Bogdanova L.A. (2018) On the Coexistence of Chemically Similar Stable and Metastable Phases in the BeO–MgO–Al2O3–SiO2 System. J. Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 12(4), 756-760 (translated from Poverkhnost’. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neitronnye issledovaniya, (8), 24-29). https://doi.org/10.1134/S1027451018040328Belozerova O.Yu., Mikhailov M.A., Demina T.V. (2017) Investigation of synthesized Be-bearing silicate glass as laboratory reference sample at X-ray electron probe microanalysis of silicates. Spectrochim. Acta Pt B: Atomic Spectroscopy, 127, 34-41. https://doi.org/10.1016/j.sab.2016.11.007Minerals. Reference book. (1981) (Ed. by F.V. Chukhrov). V. III, pt 2. Silicates with linear three-membered groups, rings and chains of silicon-oxygen tetrahedra. Moscow, Nauka Publ., 614 p. (In Russ.)Mikhailov M.A. (2005) The co-crystallization of beryl-structure compounds in the Al2Be3Si6O18 – Mg, Ca/F, Cl system. Crystal Growth, 275(1-2), 861-866. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.11.125Pecherskaya S.G., Mikhaǐlov M.A., Demina T.V., Bogdanova L.A., Belozerova O.Yu. (2003) Symmetry and ordering of compounds with a beryl-type structure in the Mg-enriched part of the beryllium indialite – cordierite – – beryl system. Crystallogr. Rep., 48(3), 363-369 (translated from Kristallografiya, 48(3), 409-415). https://doi.org/10.1134/1.1578115

The authors declare that there are no conflicts of interest present.