Кандидатская диссертация: Экспериментальная минералогия и генезис выращиваемого малахита

Актуальность исследования. Малахит своей красотой и разнообразием обратил на себя внимание людей тысячелетия назад и продолжает оставаться одним из наиболее известных среди цветных камней. Положение малахита как объекта изучения несколько специфично. Его месторождения в стране выработаны, доступ к мировым существенно затруднён, как и к месторождениям драгоценных камней. На рынке встречается материал из Демократический Республики Конго (бывший Заир), но без важной для минералогии какой-либо привязки к месторождению и месту взятия образца, что обесценивает сведения о его свойствах (виде, текстуре, химическому составу, парагенезису). Сведения в литературе резко ограничены и касаются, в основном, общей информации о свойствах камня. Единственным изданием, посвящённым только малахиту, является двухтомник-альбом В. Б. Семёнова «Малахит» [1987], представляющий уральский малахит, его место в истории, его привлекательность в качестве украшений, мелкой пластики и как элемента оформления интерьеров. Попытки синтеза малахита с рисунком, присущим природному, и пригодного для использования в качестве украшений, предметов быта и, шире, – культуры, продолжались на протяжении почти полутора столетий вплоть до второй половины XX века. В начале 70-х годов в лаборатории кристаллогенезиса НИИ земной коры Ленинградского университета был получен ювелирно-поделочный малахит, практически неотличимый от природного, после чего было налажено его промышленное производство. В настоящее время малахит в промышленных масштабах получают и используют при изготовлении изделий в широком ассортименте на ЗАО «Женави» (Санкт-Петербург). Существующая аппаратура, использующаяся для синтеза, непрозрачна, растворы ядовиты и имеют тёмно-синий цвет. Это препятствует прямому наблюдению за процессом формирования продукта даже в случае попытки моделирования в прозрачном кристаллизаторе. Высокая чувствительность малахита к условиям его получения использующимся методом и недостаточно глубокое понимание процесса являются причинами высокого процента брака. Совершенствование метода требует анализа процесса, что доступно в ограниченной степени и может быть проведено лишь: на базе теоретических представлений о росте кристаллов и агрегатов, при контроле загрузки кристаллизаторов и за поддержанием технологического режима, а в конце цикла – изучения получаемого продукта. Для облегчения понимания связей между параметрами сложных производственных процессов требуются новые подходы. При том, что цвет и рисунок малахита являются и остаются источником его ценности в культуре, причины их разнообразия в литературе не освещены, изучение цвета и рисунка с количественной стороны не производилось. С этим связана важность формализации рисунка малахита, количественной оценки его цвета и выяснения причин их изменчивости в природе.
Далее под термином «малахит» понимается природное и синтезированное вещество, паспортные (теоретические) структура и состав которых соответствуют природному объекту, как это принято по отношению ко всем синтетическим материалам (кварц, алмаз и др.). В конкретном случае от синтетического – «выращенного» – малахита требуется визуальное сходство с природным, т. е. это вещество должно обладать текстурами и цветом, свойственными тем разновидностям, которые могут использоваться как «цветной камень».
Цели. Проанализировать процесс получения малахита в промышленных условиях и отобразить его визуально. Предложить способы по уменьшению доли брака. Выяснить причины особенностей оптических характеристик волокнистых агрегатов малахита. Выяснить причины изменчивости рисунка и цвета малахита в природе. Сделать попытку выявить следы аммиака в выращенном малахите. Объективизировать описание рисунков малахита и других цветных камней. Разработать доступный экспресс-метод количественной оценки цветовых характеристик малахита и других цветных камней. Обосновать возможность использования выращенного малахита для реставрации изделий из природного.
Фактический материал и методы исследования. Продукты промышленного получения малахита, получавшиеся на протяжении 5 лет в 80 кристаллизаторах. Авторские журналы наблюдений. Журналы дежурных по цеху. Аналитические данные сред кристаллизации, сопровождавшие запуск установок и съём материала. Образцы природного малахита различных месторождений мира, а также образцы имитации на основе гидроокиси алюминия. Малахитовое убранство Исаакиевского собора.
Минералого-петрографическое изучение шлифов произведено на оптических микроскопах Leica Microsystem CMS Cmbh и Carl Zeiss Axio Imager A1m. Электронная микроскопия и микрозондовый анализ проведены на сканирующем электронном микроскопе FEI Quanta 200 3D. Для выявления параметров и отображения процессов формирования малахита выращенного и природного применён Анализ сетей причинно-следственных связей. Для количественного описания рисунка малахита использован предложенный автором метод параметрического описания рисунка цветных камней. Исследование методом инфракрасной спектроскопии выполнено на спектрометре УР-20 и ИК-фурье спектрометре Bruker Vertex 70. Спектральный анализ выполнен на спектрометре Ломо ДФС-8.
Личный вклад автора заключается в установлении связей между свойствами выращиваемого малахита и условиями технологического процесса его получения, а также формулировании гипотез возникновения вариаций цвета малахита в природе; в разработке параметрического описания рисунков цветного камня и его применения для их кодирования и систематизации; в разработке метода экспрессной полуколичественной оценки цветовых характеристик непрозрачных материалов; в выявлении соотношений цвета малахитов разного происхождения и имитаций; в проведении полного обследования малахитового убранства Исаакиевского собора, составлении картограммы утрат и моделировании замены утрат выращенным малахитом; в участии в разработке новой конструкции кристаллизатора.
Научная новизна. Впервые в области кристаллогенезиса применён Анализ сетей причинно-следственных связей (АСПСС) (он же – этиологический анализ Т. Г. Петрова), с помощью которого выявлена совокупность параметров процесса роста малахита, определяющих формирование особенностей минерала, как при его выращивании, так и в природе. Основываясь на знаниях о процессах при экспериментальном и промышленном производстве малахита, сформулированы гипотезы о влиянии сезонно-климатических условий на рисунок природного малахита, и в развитии её – о связи контрастности, общей светлоты и химического состава с глубиной формирования. Показано, что в процессе синтеза снижается чистота технологических растворов, что характеризуется снижением анэнтропии – характеристики чистоты, входящей в число интегральных характеристик составов по методу RHA. Разработан метод параметрического описания рисунка цветного камня, включающий 1) выделение шести измеряемых характеристик рисунка, одна из которых (изотропность) предложена впервые, 2) формирование буквенно-цифрового кода рисунка, 3) алфавитное упорядочение кодов [Петров, Шуйский, 2013]. Разработан общедоступный метод экспрессной количественной оценки цветовых характеристик непрозрачных материалов; метод использован для соотнесения цветовых характеристик малахита выращенного, природного и их имитации [Шуйский, 2013]. Впервые получены достаточные свидетельства возможности использования выращенного малахита в качестве материала для реставрации изделий из природного [Шуйский, Петров, 2008; 2009; Шуйский, 2014].