3.1. Кристаллическая структура флюорита
Основная особенность кристаллов флюорита - наличие кристаллической
решетки, представляющей собой строгую трехмерную периодичность атомов
химических элементов, определяющих химический состав.
В действительностиправильность такой решетки всегда бывает нарушена разнообразными
дефектами, возникающими из-за влияния внешних полей (теплового,
электрического), особенностей среды и условий образования, а также роста
кристаллов. Дефекты кристаллической решетки создают различные
посторонние атомы, вакансии, радиационные электронные и дырочные центры,
дислокации. Наличие последних определяется понятием "реальная структура
кристаллов". В составе естественных кристаллов различными методами анализа
практически всегда обнаруживаются посторонние примесные атомы, которые
находятся в кристаллической решетке, замещая основные ее элементы.
Количество примесных атомов в разных кристаллах различно — от долей
процента до единиц и десятков процентов. Причин количественного и
качественного разнообразия примесных атомов много, они различны и
объясняются явлением изоморфизма [2, 119].
Кристаллическая структура флюорита рассматривается как плотнейшая
упаковка ионов кальция, которые располагаются в узлах гранецентрированной
кубической примитивной ячейки (рис. 3.1). Каждый ион фтора находится в
тетраэдрической пустоте. Ионы кальция находятся в кубическом, т.е.
восьмимерном окружении ионов фтора (рис. 3.2). Параметр элементарной
ячейки чистого флюорита а0=5,46295+0,00001 А при 28°С [2, 3]. Атомы,
образующие кристаллическую решетку флюорита, связаны друг с другом
ионной связью [21].
![Рис. 3.1. Элементарная ячейка Рис.<div class=]()
3.2. Кубическая координация ионов структуры флюорита кальция в структуре флюорита" />
OF»саШадшкШШЩу^
Рис. 3.1. Элементарная ячейка Рис. 3.2. Кубическая координация ионов
структуры флюорита
кальция в структуре флюорита
Спайность флюорита совершенная по октаэдру, иногда наблюдается
спайность по кубу и ромбододекаэдру, обусловленная включениями и другими
неоднородностями вдоль зон роста [2, 3].
Окраска флюорита характеризуется чрезвычайным разнообразием по
цвету и интенсивности. Природа окраски природного флюорита с примесями и
без них является предметом многочисленных исследований, обзор которых
имеется в работах [4, 47]. В настоящее время окраска флюорита связывается с
дефектностью структуры, которая обусловлена нестехиометричностью состава
и изоморфными примесями. Цвет кристаллов, построенных из бесцветных
ионов и атомов, появляется в результате нарушений идеальности
кристаллической решетки, что происходит из-за неправильного расположения в
ней атомов. Атомы отсутствуют там, где они должны быть - в узлах
кристаллической решетки, возникают места - вакансии. Смещенные атомы
могут появиться в промежутках между теми, которые сохраняют свое
нормальное положение. В кристаллические несовершенства включаются и
крупные нарушения порядка. Большинство кристаллических тел имеет
мозаичное или блочное строение. Между такими блоками (зернами) правильное
расположение во многих случаях нарушено. Размеры блоков чаще всего
бывают от 1000 до 10 ООО атомных диаметров, а на их границах образуется
область с неправильным расположением атомов. Такие несовершенства
обусловливают наличие в кристалле центров окраски (F и У-центры).
Примесные атомы изменяют энергетические свойства минерала, нарушая
строгую периодичность электростатического поля кристаллической решетки.
Это обстоятельство связано с тем, что примесные атомы отличаются по
размерам и по форме внешних электронных орбит от собственных атомов
кристаллической решетки.
В элементарной ячейке кристалла с атомом примесинарушается конфигурация электростатического поля, взаимодействующего
между катионными и анионными узлами решетки, что вызывает неизбежное
искажение первоначального потенциального поля элементарной ячейки
кристалла. Увеличение потенциальной энергии неизбежно вызывает
повышение свободной энергии кристалла [122].
Во флюоритовых рудах Суранского месторождения преобладает, в
основном, фиолетовый, молочно-белый и зеленый флюорит. Результаты
спектрального и химического анализов показали (табл. 3.1), что данные
минералы содержат значительное количество химических примесей. Так,
например, фиолетовый флюорит по сравнению с белым и зеленым содержит
повышенную массовую долю бария, а зеленый - марганца.
