On the identification of Ti-Ta-Nb-oxides in “wiikites” from Karelia

Abstract

Purpose. With respect to the nature of Ti-Ta-Nb-oxides, which are included in the mineral associations that have historically gone by the now outdated name of “wiikites”, there is no unanimity of opinion. The main difficulty in identifying them is associated with the complexity of their chemical composition, their metamict structure and the substantial changes in their initial mineral form due to the effects of natural weathering. The aim of this work is the development of methodology to identify Ti-Ta-Nb-oxides corresponding to the mineral formulas AB2O6 and A2B2O7. Methods. The methodology developed in the work includes two experimental approaches: 1) electron probe microanalysis of phases revealed through use of the SEM-BSE method. Based on the resulting data, a hypothesis about the nature of the Ti-Ta-Nb-oxides in a number of wiikite samples is proposed. 2) XRD analysis of those phases that are formed in the course of thermal annealing of samples from 200 to 1000°C. Based on the resulting data here, the previous hypotheses are either accepted or rejected for each sample. Findings. Using this methodology, three “wiikite” samples were analyzed (the experimental codes were Wk-2, Wk-3 and Wk-7). The Ti-Ta-Nb-oxides in two of these wiikites (Wk-2 and Wk-3) were preliminarily determined to be hydroxyyttropyrochlore and hydroxycalciobetafite, respectively. In the third sample (Wk-7), the Ti-Ta-Nb-oxide was classified as polycrase. The results of XRD phase analysis of the annealed samples were compatible with the primary hypotheses that hydroxycalciobetafite and polycrase were the initial minerals in “wiikites” 3 and 7, respectively. Originality. The paper considers the issue of the chemical conditions necessary for the recovery of the original Ti-Ta-Nb-oxide during recrystallization of the metamict structures. This is a problem that has not been substantively addressed in the literature. Also for the first time experimentally proved the existence of the polycrase in “wiikites”. Practical implications. Completed work expands our knowledge of the mineral composition of the granitic pegmatites of the Baltic shield and the possibility of their use both for research purposes and for needs of national economy.

Мета. Розробка методології ідентифікації Ti-Ta-Nb-оксидів складного хімічного складу з метаміктною структурою, що відповідають мінеральним формулами АВ2О6 та А2В2О7. Методика. Для розробки методології ідентифікації у роботі використано два експериментальних підходи: 1) рентген-спектральний мікроаналіз фаз, виявлених методом скануючої електронної мікроскопії зразків у назад відображених електронах. На основі отриманих результатів висунута гіпотеза щодо природи Ti-Ta-Nb-оксидів. 2) рентген-дифракційний аналіз фаз, що утворюються в процесі термічного відпалу зразків від 200 до 1000°С. На основі отриманих результатів для кожного зразка первинна гіпотеза приймалася або відкидалася. Результати. З використанням даної методики були вивчені три зразки “віікітів” (шифри зразків: Wk-2, Wk-3 і Wk-7). Наявність Ti-Ta-Nb-оксидів попередньо визначено e двох зразках (Wk-2 і Wk-3) відповідно, як гідроксііттропірохлор та гідроксікальціобетафіт. У третьому зразку (Wk-7) Ti-Ta-Nb діагностований як полікраз. Результати рентген-дифракційного аналізу відпалених зразків підтвердили гіпотези про те, що початковими мінералами у Wk-3 і Wk-7 були гідроксікальціобетафіт і полікраз відповідно. Наукова новизна. Визначено хімічні умови, необхідні для утворення початкового Тi-Ta-Nb під час рекристалізації метаміктної структури, що раніше не розглядалось у відповідній тематичній науковій літературі. Вперше експериментально виявлено присутність у “віікітах” полікраза. Практична значимість. Отримані результати розширюють й доповнюють знання щодо мінерального складу гранітних пегматитів Балтійського щита та надають можливість їх використання в дослідницьких цілях і потребах народного господарства.

Цель. Разработка методологии идентификации Ti-Ta-Nb-оксидов сложного химического состава с метамиктной структурой, соответствующих минеральным формулам АВ2О6 и А2В2О7. Методика. Для разработки методологии идентификации в работе использовано два экспериментальных подхода: 1) рентген-спектральный микроанализ фаз, выявленных методом сканирующей электронной микроскопии образцов в обратно отраженных электронах. На основе полученных результатов выдвинута гипотеза о природе Ti-Ta-Nb-оксидов. 2) рентген-дифракционный анализ фаз, образующихся в процессе термического отжига образцов от 200 до 1000°С. На основе полученных результатов для каждого образца первоначальная гипотеза принималась или отвергалась. Результаты. С использованием данной методики были изучены три образца “виикитов” (шифры образцов: Wk-2, Wk-3 и Wk-7). Наличие Ti-Ta-Nb-оксидов предварительно определено в двух образцах (Wk-2 и Wk-3) соответственно, как гидроксииттропирохлор и гидроксикальциобетафит. В третьем образце (Wk-7) Ti-Ta-Nb диагностирован как поликраз. Результаты рентген-дифракционного анализа отожженных образцов подтвердили гипотезы о том, что первоначальными минералами в Wk-3 и Wk-7 были гидроксикальциобетафит и поликраз соответственно. Научная новизна. Определены химические условия, необходимые для образования первоначального Тi-Ta-Nb во время рекристаллизации метамиктной структуры, что ранее не рассматривалось в соответствующих тематических научных литературе. Впервые экспериментально выявлено присутствие в “виикитах” поликраза. Практическая значимость. Полученные результаты расширяют и дополняют знания о минеральном составе гранитных пегматитов Балтийского щита и дают возможности их использования в исследовательских целях и нуждах народного хозяйства.