Кристаллизация с образованием твердых растворов

Кристаллизация систем с образованием твердых растворов характеризуется следующими особенностями:

а) в процессе кристаллизации происходит реакция выделившихся кристаллов с остаточным расплавом и состав твердой фазы непрерывно меняется;

б) температура определяет соотношение между жидкой и твердой фазами и их состав;

в) температура начала и конца кристаллизации, состав последних порций расплава и возникших кристаллов определяется составом исходного расплава.

Рассматриваемая система имеет большое значение, поскольку, многие главные породообразующие минералы представляют собой твердые растворы (оливины, ромбические и моноклинные пироксены. плагиоклазы и другие).

Общие принципы кристаллизации по этому типу твердых растворов известны из физической химии, поэтому рассмотрим только один случай системы с твердыми растворами на примере кристаллизации плагиоклазов. Последние представляют собой твердые растворы альбита (NaAlSi₃O₈) и анортита (CaAl₂Si₂O₈). Температура плавления альбита равна 1100˚С, анортита - 1550˚С. Ход кристаллизации плагиоклазов изображается диаграммой с двумя кривыми: кривой начала кристаллизации (ликвидус) и кривой затвердевания (солидус). Точки на ликвидусе отвечают составу расплава, а на солидусе - составу выделившегося минерала.

Рассмотрим ход кристаллизации расплава, содержащего 50% альбита и 50% анортита (см. рис.). При понижении температуры фигуративная точка (1450˚С) достигает линии ликвидус и начинается выделение кристаллов плагиоклаза, содержащих значительно больше анортитовой составляющей, чем исходный расплав (выделяется плагиоклаз № 85). Выделение более основного плагиоклаза, чем состав расплава приводит, к обогащению последнего альбитовой составляющей. При дальнейшем понижении температуры ранее выделившийся кристалл плагиоклаза реагирует с расплавом обогащаясь альбитом. При продолжении процесса бедет происходить постепенное приспособление состава кристаллов к составу остаточного расплава, и кристаллизация полностью закончится после израсходования всего расплава в точке Y. При медленном постепенном течении процесса конечный продукт будет представлен агрегатом плагиоклаза №50, который отвечает составу исходного расплава.

Если падение температуры будет происходить быстро, то ранее выделившиеся кристаллы не будут успевать прореагировать с расплавом и на них будут нарастать новые слои плагиоклаза более кислого состава. Состав конечных продуктов кристаллизации будет обогащен альбитом по отношению к составу исходного расплава. Таким образом, возникают кристаллы плагиоклаза с прямой зональностью.

В случае переохлаждения расплава или изменения давления могут возникать кристаллы с обратной или повторяющейся зональностью.

РИС

Дата добавления: 2015-10-16