The studies of granitoids from the Sobótka region in light of theories of the origin of colour in minerals

• Autorzy: Lewicka E.

Identyfikatory

DOI

10.1515/gospo-2016-0001

Warianty tytułu

PL

Badania granitoidów z rejonu Sobótki w świetle teorii powstawania barwy minerałów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of the studies of 19 feldspar-quartz raw materials samples, coming from deposits located in the Sobótka region, in light of four distinct physical theories explaining mechanisms for creating the colour of minerals. This is a successive stage of research carried out by the author on reasons for colour variation of samples after firing at 1200°C. This step encompassed a detailed chemical analysis for main and trace elements contents of all the investigated samples as well as Mössbauer studies of two of them. The chemical analysis reveals that the darkest samples are characterised by the highest contents of the following colouring compounds and elements: Fe₂O₃, MnO, Th, U, Ce, Nd, and V, accompanied by a relatively low amount of TiO₂. The Mössbauer studies demonstrated the quantitative predominance of Fe²⁺ over Fe³⁺ in the sample of a relatively darker hue with a high Fe₂O₃ content, while its spectra parameters suggest that Fe²⁺ is located in octahedral coordination that can result in a cold blue tint. Cations Fe³⁺ (located probably in the tetrahedral position) prevail in the other analysed sample that contain less Fe₂O₃ and a relatively high content of TiO₂, Ce, and Nd. This probably causes a warm, reddish shade of the sample. The above-mentioned observations and examinations lead to the finding that, at this stage of the investigations, the crystal field theory could be the best suited for the interpretation of colour of the studied samples. This formalism associates the colour origin with ions of the transition elements, some REE and actinides located in the structure of minerals, and their ability to selectively absorb visible light.

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań 19 próbek kopaliny skaleniowo-kwarcowej pochodzących ze złóż granitoidów z rejonu Sobótki w świetle czterech teorii fizyki, tłumaczących mechanizmy tworzenia się barw minerałów. Jest to kolejny etap prowadzonych przez autorkę badań nad przyczynami zróżnicowania zabarwienia tych próbek po wypaleniu w 1200°C. Obejmował on wykonanie pełnej analizy chemicznej na zawartość pierwiastków głównych i śladowych wszystkich próbek oraz badania metodą spektroskopii mössbauerowskiej dwóch z nich. Analiza składu chemicznego wykazała, że najciemniejszym zabarwieniem charakteryzują się próbki o najwyższych zawartościach składników i pierwiastków barwiących: Fe₂O₃, MnO, Th, U, Ce i Nd oraz V, przy relatywnie niskim udziale TiO₂. Badania mössbauerowskie ujawniły przewagę ilościową Fe²⁺ nad Fe³⁺ w próbce o ciemniejszej barwie i wysokim udziale Fe₂O₃, podczas gdy parametry jej widma sugerują, że Fe²⁺ może zajmować pozycję oktaedryczną, co prawdopodobnie jest źródłem zimnego błękitnawego odcienia. W drugiej z analizowanych próbek, o niższej zawartości Fe₂O₃ i relatywnie wysokim udziale TiO₂, Ce i Nd, dominują natomiast kationy Fe³⁺ przypuszczalnie w koordynacji tetraedrycznej, powodując jej ciepły, czerwonawy odcień. Powyższe obserwacje i uzyskane wyniki badań skłaniają do stwierdzenia, że najbardziej przydatna do interpretacji barwy badanych próbek granitoidów z okolic Sobótki – na tym etapie badań – jest teoria pola krystalicznego. Wiąże ona pojawienie się określonego zabarwienia z obecnością jonów metali przejściowych, niektórych REE i aktynowców w strukturze minerałów, oraz ich zdolnością do selektywnej absorpcji światła widzialnego.

Słowa kluczowe

EN

colour in mineral; quantum physics theories; transition metals; Mössbauer spectroscopy

PL

barwa minerału; teorie fizyki kwantowej; metale przejściowe; spektroskopia mössbauerowska

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 32, z. 1
• Strony: 55--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Lewicka E.

• Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Alberto et al. 1992 – Alberto, H.V., Gil, J.M., Ayres De Campos, N. and Mysen, B.O. 1992. Equilibria of iron in Ti-bearing calcium silicate quenched glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, pp. 39–50.
• [2] Bancroft, G.M. 1973. Mössbauer Spectroscopy. Londyn: McGraw Hill.
• [3] Bolewski et al. 1991 – Bolewski, A., Budkiewicz, M. and Wyszomirski, P. 1991. Surowce ceramiczne. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 397 pp. (in Polish).
• [4] Bolewski et al. 1981 – Bolewski, A., Kubisz, J. and Żabiński, W. 1981. Mineralogia ogólna. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 434 pp. (in Polish).
• [5] Chyandrasekhar, S. and Ramaswamy, S. 2002. Influence of mineral impurities on the properties of kaolin and its thermally treated products. Applied Clay Science 21, pp. 133–142.
• [6] Czaja, M. 2002. Luminescencja jonów chromu w naturalnych krzemianach. Katowice: Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego 2058, 83 pp. (in Polish).
• [7] Dziubak, C. 2012. Fizykochemiczne podstawy syntezy ceramicznych pigmentów cyrkonowych. Ceramika/Ceramics 112, 179 pp. Wyd. PAN – Oddz. w Krakowie (in Polish).
• [8] Lewicka, E. 2013. Barwa po wypaleniu a skład mineralny kopalin skaleniowych z rejonu Sobótki. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 29(1), pp. 35–51 (in Polish).
• [9] Lewicka, E. 2015. Badanie wpływu domieszek żelaza na parametry barwy kopalin skaleniowo-kwarcowych po wypaleniu. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management 31(1), pp. 81–94 (in Polish).
• [10] Mielicki, J. 1997. Zarys wiadomości o barwie. Łódź: Fund. Rozw. Pol. Kolor (in Polish).
• [11] Nassau, K. 1978. The origins of color in minerals. American Mineralogist 63, pp. 219–229. Mineralogical Society of America.
• [12] Sikora, W. 1974. Żelazo w kaolinach pierwotnych Dolnego Śląska. Prace Mineralogiczne 39. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 76 pp. (in Polish).
• [13] Spiering, B. and Seifert, F. A. 1985. Iron in silicate glasses of granitic composition: a Mössbauer spectroscopic study. Contributions to Mineralogy and Petrology. Springer-Verlag, pp. 63–73.
• [14] Steffen et al. 1984 – Steffen, G., Seifert, F.A. and Amthauer, G. 1984. Ferric iron in sapphire: A Mössbauer spectroscopic study. American Mineralogist 69, pp. 339–349. Mineralogical Society of America.
• [15] Weaver, C.E. 1976. The nature of TiO2 in kaolinite. Clays and Clay Minerals 24, pp. 215–218.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.