Przemiany fazowe nośników żelaza podczas obróbki termicznej kopalin skaleniowo-kwarcowych z rejonu Sobótki (Dolny Śląsk)

fazy żelaziste, przemiany fazowe, spektroskopia mössbauerowska, kopalina skaleniowo kwarcowa, barwa po wypaleniu

Opracowanie przedstawia wyniki badań kopaliny skaleniowo-kwarcowej pochodzącej ze złóż leukogranitów z rejonu Sobótki. Jest to kolejny etap prowadzonych przez autorkę badań nad wpływem składu chemicznego i mineralnego tych utworów na barwę uzyskanych z nich tworzyw ceramicznych. Obejmował on wypalanie par próbek o analogicznym składzie chemicznym w odmiennych warunkach: w cyklu standardowym, trwającym ponad 2 godziny (w maksymalnej temperaturze 1200°C), oraz szybkim, około 50-minutowym (w maks. 1260°C). Uzyskane tworzywa zostały poddane analizie rentgenowskiej, a także badaniom metodą mikroskopii skaningowej SEM-EDS i spektroskopii mössbauerowskiej w temperaturze pokojowej. Analiza rentgenowska ujawniła obecność kwarcu w obu próbkach, a w przypadku pastylki wypalonej w krótkim cyklu – również reliktów skalenia sodowego. Badania skaningowe potwierdziły, że podstawowym składnikiem badanych tworzyw jest stop glinokrzemianowy, który powstał w wyniku termicznego rozkładu głównie skaleni i częściowo kwarcu. W toku obserwacji stwierdzono obecność pojedynczych ziaren kwarcu oraz innych minerałów cechujących się wysoką temperaturą topienia, takich jak cyrkon. Stosunkowo często obserwowano także produkty przeobrażenia pod wpływem wysokiej temperatury innych faz mineralnych, takich jak: tytanomagnetyt (spinel Fe-Ti), biotyt, ksenotym, sfaleryt oraz przypuszczalnie chloryty i granaty. Badania mössbauerowskie wykazały obecność w tworzywie trzech równorzędnych składowych o względnych zawartościach rzędu 30% każda: Fe₂O₃ (przypuszczalnie hematyt), kationów Fe³⁺ (rozproszonych w stopie glinokrzemianowym) oraz słabo krystalicznej względnie amorficznej fazy tlenkowej żelaza (Fe-O). Stwierdzono również występowanie podrzędnej ilości kationów żelaza o mieszanej walencyjności (Fe^2+/3+), których względny udział w obu próbkach jest niewielki (10 i 5%) i – jak się przypuszcza – nie może przesądzać o zróżnicowaniu ich zabarwienia. Odpowiadający im dublet paramagnetyczny ma przypuszczalnie związek z obecnością tytanomagnetytu lub produktów jego rozkładu termicznego. Powyższe obserwacje i uzyskane wyniki badań skłaniają do stwierdzenia, że główną przyczyną zróżnicowania barwy próbek są odmienne warunki ich obróbki termicznej, w wyniku czego uzyskano tworzywa różniące się stopniem spieczenia oraz zaawansowania przemian fazowych , co zapewne rzutowało na formę związania żelaza i innych pierwiastków barwiących.