Вода и водородсодержащие дефекты в жильном кварце Урала : метод инфракрасной Фурье-спектроскопии

• Автор: Штенберг, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 163 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Месторождения жильного кварца Центрально-Уральского поднятия
1.1.1. Гигантозернистый гидротермальный молочно-белый кварц месторождения Желанное
1.1.2. Гиганто- крупнозернистый гидротермальный молочно-белый кварц Караяновского месторождения
1.1.3. Кузнечихинское месторождение гидротермально-метаморфогенного мелко- тонкозернистого прозрачного гранулированного кварца
1.1.4. Кыштымское месторождение гидротермально-метаморфогенного среднезернистого прозрачного гранулированного кварца
1.2. Месторождения гидротермального жильного кварца Тагильской зоны
1.2.1. Гиганто- крупнозернистый молочно-белый кварц жилы «Толстиха»
1.3. Месторождения жильного кварца Восточно-Уральского поднятия
1.3.1. Гиганто- крупнозернистый гидротермальный молочно-белый кварц с участками прозрачного кварца месторождения Гора Хрустальная
1.3.2. Гиганто- крупнозернистый гидротермальный молочно-белый кварц с участками прозрачного кварца Светлореченского месторождения
1.3.3. Вязовское месторождение прозрачного среднезернистого гранулированного кварца
1.3.4. Иткульское месторождение среднезернистого гранулированного кварца
1.3.5. Аргазинское месторождение среднезернистого гранулированного кварца..
1.4. Характеристика гидротермального и гидротермально-метаморфогенного
жильного кварца месторождений Урала
ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Основы ИК-спектроскопии
2.2. Общие сведения о структуре кварца и примесях в нем
2.3. История изучения кварца методом ИК-спектроскопии
2.4. Аппаратура и условия проведения экспериментов
2.5. Методика регистрации инфракрасных спектров пропускания кварцевой крупки..
2.6. Обработка и моделирование спектров
2.7. Коэффициенты экстинкции для воды и ОН-групп в кварце
2.8. Методика расчета концентрации воды и ОН-групп
ГЛАВА 3. ЖИЛЬНЫЙ КВАРЦ УРАЛА ПО ДАННЫМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ И ДРУГИХ МЕТОДОВ
3.1. Результаты инфракрасной спектроскопии кварца
3.2. Соотношение воды и ОН-групп в пластинках кварца и кварцевой крупке
3.3. Сопоставление результатов ИК-спектроскопии с другими методами
3.4. Инфракрасная микроспектроскопия жильного кварца
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИЛЬНОГО КВАРЦА
4.1. Низкотемпературные спектры воды и кварца
4.2. Высокотемпературный ступенчатый отжиг кварца
4.3. Сверхвысокочастотная декрепитация кварцевой крупки

4.4. Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Кварц, в первую очередь гранулированный, является важнейшим сырьем для производства качественного кварцевого стекла. Требования к качеству кварцевого стекла со стороны высокотехнологических отраслей промышленности постоянно возрастают. В настоящее время требуется не только химически чистое кварцевое стекло, но и стекло, не содержащее таких дефектов как газонаполненные пузыри, которые резко ухудшают свойства систем и устройств для волоконной оптики и микроэлектроники.
Известно, что присутствие пузырей в кварцевом стекле определяется присутствием в исходном кварце летучих компонентов и, прежде всего воды, которая находится в этом номинально безводном минерале в виде различных водородсодержащих группировок. Одним из эффективных методов для изучения воды и Н-дефектов в кварце является инфракрасная спектроскопия.
Актуальной задачей является исследование кварцевой крупки по данным ИК-спектроскопии. Большой как научный, так и практический интерес представляет изучение поведения летучих компонентов (воды и углекислого газа) в кварце при его термообработке. Такой же интерес представляют ИК-спектроскопические исследования при низких температурах, поскольку при понижении температуры происходят значительные изменения спектров в «водной» области (3000-4000 см'1). Детальный анализ этих изменений позволит уточнить интерпретацию спектров и получить количественную информацию о воде и Н-дефектах в кварце. Не менее актуальным является исследование с помощью ИК-микроспектроскопии распределения концентраций водородсодержащих группировок по различным секторам и зонам роста кристаллов кварца.

Кварцевое ядро сложено кварцем светло-серого, белого или дымчато-серого оттенков с участками прозрачного или полупрозрачного кварца. Структура кварца среднезернистая, местами крупно- гигантозернистая. Текстура массивная, реже сланцеватая.
Выделяются три зоны жильного кварца, которые резко отличаются по качеству и, соответственно, промышленному использованию: I зона -
стекловидного прозрачного кварца из ядра, пригодного для замены низких сортов горного хрусталя; II зона - блокового кварца, который может быть заменителем рядового гранулированного кварца; III зона - обычного молочно-белого кварца, представляющего собой рядовое промышленное сырье. Количество запасов в трех зонах соотносится как 1:2:4 [Евстропов и др., 1995].
Кварцевые месторождения Сысертско-Ильменогорского гнейсово-мигматитового комплекса
Комплекс располагается на Восточно-Уральском поднятии, с запада номинально отделен от Тагильско-Магнитогорского прогиба региональным глубинным разломом, а с востока - от Арамильско-Сухтелинского синклинория -Сысертско-Чебаркульской серией разрывных нарушений.
В геологическом строении района выделяют гнейсовое ядро и сланцевое обрамление. Гнейсовое ядро сложено породами шумихинской (биотитовые плагиогнейсы) и черновской серии (амфиболиты с прослоями слюдяных микрогнейсов и углистых кварцитов) (Рис. 1.10). Сланцевое обрамление представлено ларинской серией, включающая ильменогорскую (нижняя толща -плагиогнейсы, верхняя толща — амфиболиты), игишскую (черные пелитокарбонатные породы, в различной степени окварцованные) кундравинскую свиты (вулканогенно-осадочные породы с прослоями мраморов) [Кейльман, 1974].
На периферии и во внутренних частях комплекса широко развиты дизъюнктивные нарушения с интенсивной тектонической переработкой пород. Именно к таким тектонически ослабленным зонам и приурочены известные в районе месторождения гранулированного кварца - Вязовское, Иткульское и Аргазинское.