Deltalumite, a new natural modification of alumina with spinel-type structure

Cover Page
  • Authors: Pekov I.V.1, Anikin L.P.2, Chukanov N.V.3, Belakovskiy D.I.4, Yapaskurt V.O.1, Sidorov E.G.2, Britvin S.N.5, Zubkova N.V.1
  • Affiliations:
    1. Moscow State University
    2. Institute of Volcanology and Seismology, Far Eastern Division RAS
    3. Institute of Problem of Chemical Physics of the Russian Academy of Science
    4. Mineralogical Museum of the Russian Academy of Sciences
    5. Saint-Petersburg State University
  • Issue: Vol 148, No 5 (2019)
  • Pages: 45-58
  • Section: New Minerals
  • URL: https://journals.eco-vector.com/0869-6055/article/view/12737
  • DOI: https://doi.org/10.30695/zrmo/2019.1485.02
  • Cite item

Abstract


The new mineral deltalumite, an analogue of the spinel-type synthetic δ-Al2O3, the second, after corundum α-Al2O3, natural modification of alumina, was found in products of two eruptions of the Ploskiy Tolbachik Volcano (Kamchatka, Russia). It occurs in pores of basalt lava and basalt scoria altered by fumarolic gas. The mineral forms roundish aggregations up to 0.2 mm across which consist of blocky, coarse prismatic individuals up to 0.03 mm in size. Deltalumite is pale yellowish, pale beige or white, translucent, with vitreous lustre. The mineral is brittle. Dcalc = 3.663 g cm–3. Deltalumite is optically uniaxial (–), ω = 1.654(2), ε = 1.653(2) (λ = 589 nm). Chemical composition (electron microprobe) is: Al2O3 99.74, SiO2 0.04, total 99.78 wt %. The strongest reflections of powder X-ray diffraction pattern [d,Å(I)(hkl)] are: 2.728(61)(202), 2.424(51)(212), 2.408(49)(213), 2.281(42)(206), 1.993(81)(1.0.11, 220, 221), 1.954(48)(0.0.12) and 1.396(100)(327, 400, 2.1.14). The mineral is tetragonal, space group P-4m2 (by analogy with synthetic δ-Al2O3), unit-cell dimensions are: a = 5.608(1), c = 23.513(7) Å, V = 739.4(4) Å3 and Z = 16. Deltalumite belongs to the spinel subgroup within the oxyspinel group, its structural formula can be written as (Al0.670.33)Al2O4 in which □ means vacancy. The new mineral can be clearly distinguished from other modifications of alumina using powder X-ray diffraction pattern or IR spectrum.


ВВЕДЕНИЕ

Для простого оксида алюминия — глинозема Al2O3 известно несколько синтетических структурных модификаций, среди которых численно преобладают шпинелеподобные. Вопросам полиморфизма этого соединения, особенностям строения разных его форм и структурным переходам между ними посвящена обширная литература (см., например, обобщающие работы: Wefers, Misra, 1987; Zhow, Snyder, 1991; Levin, Brandon, 1998; Wolverton, Hass, 2000). В то же время, в качестве достоверного минерального вида до недавнего времени была известна только одна модификация глинозема — корунд, тригональный α-Al2O3 со структурой типа гематита.

Нам удалось найти в литературе три публикации, в которых приводятся сколь-либо обоснованные сведения о находках других природных полиморфов глинозема. Так, δ-Al2O3 и θ-Al2O3 вместе с корундом установлены в тяжелой фракции многолетнемерзлых пород в двух местах в Якутии (Россия), а именно в верхнеплейстоценовых отложениях Быковского полуострова и в голоценовых осадках р. Улаах — притока Лены в ее среднем течении. Эти фазы идентифицированы по порошковым рентгенограммам, и для них предполагается кристаллизация в условиях, далеких от равновесных — при низких, возможно, ниже 0 ºC, температурах (Зигерт и др., 1990). χ-Al2O3 отмечался, также на основании порошковых рентгенографических данных, в составе плотных пизолитов в латеритах хребта Дарлинг (Darling Range) в Западной Австралии, где с ним ассоциируют гётит, гематит, маггемит и, в подчиненных количествах, кварц, гиббсит, бёмит, анатаз и корунд (Singh, Gilkes, 1995). η-Al2O3 идентифицирован по данным порошковой рентгенографии и просвечивающей электронной микроскопии в бокситах месторождения Андум (Andoom) в Северном Квинсленде, Австралия (Tilley, Eggleton, 1996). Однако развернутой минералогической характеристики для этих находок не приводилось.

Нами шпинелеподобная модификация Al2O3 встречена в постэруптивных образованиях на вулкане Толбачик (Камчатка, Россия). Благодаря относительно крупным размерам монофазных обособлений удалось охарактеризовать ее минералогически и, несмотря на отсутствие пригодных для структурного исследования монокристаллов, показать несомненную принадлежность этой природной формы глинозема к δ-Al2O3. По нашей заявке Комиссия по новым минералам, номенклатуре и классификации минералов Международной минералогической ассоциации (КНМНК ММА) утвердила ее как самостоятельный минеральный вид под названием дельталюмит, отражающим аналогию с известной синтетической дельта-модификацией Al2O3 (Pekov et al., 2016).

В 2018 г. КНМНК ММА приняла новую классификацию надгруппы шпинели, где дельталюмит вошел в состав подгруппы шпинели — подразделения группы оксишпинелей. По аналогии с прочими шпинелидами для него предложена идеализированная структурная формула типа AB2X4, отражающая нахождение атомов металлов в двух разнотипных позициях: (Al0.670.33)Al2O4, где □ — вакансия (Bosi et al., 2019).

Эталонный образец дельталюмита хранится в систематической коллекции Минералогического музея им. А. Е. Ферсмана РАН в Москве (№ 95604).

УСЛОВИЯ НАХОЖДЕНИЯ И МОРФОЛОГИЯ

Дельталюмит найден в продуктах двух извержений действующего вулкана Плоский Толбачик, входящего в состав крупного вулканического массива Толбачик в южной части Ключевской группы вулканов. Общие сведения об этом вулканическом массиве можно найти в монографии (Большое.., 1984).

Наиболее детально изучен нами материал с Западного лавового потока трещинного извержения Плоского Толбачика, которое произошло в 2012—2013 гг. Оно получило название Трещинное Толбачинское извержение им. 50-летия Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (или Юбилейное трещинное Толбачинское извержение), сокращеннно — ТТИ-50. Наиболее детально это извержение охарактеризовано в монографии (Толбачинское.., 2017). Западный лавовый поток ТТИ-50 возник в конце ноября—декабре 2012 г. Он протягивается к юго-западу от самого вулкана Плоский Толбачик. Проба, в которой Л. П. Аникин обнаружил будущий новый минерал, была отобрана в 2 км от его конца А. В. Сокоренко и А. А. Овсянниковым в декабре 2012 г. Из нее происходит голотип дельталюмита.

Вторая находка сделана Л. П. Аникиным в марте 2013 г. на лавовом потоке одного из древних извержений того же вулкана. Этот поток находится в верховьях р. Толуд к юго-востоку от Плоского Толбачика. Данный образец рассматривается как котип нового минерала.

В обоих проявлениях дельталюмит находится в мелких миндалинах (порах) базальтовой лавы и базальтового шлака, проработанных фумарольными газами, и ассоциирует с корундом. Здесь же присутствуют основной плагиоклаз, авгит и форстерит, являющиеся более ранними по отношению к оксидам алюминия.

Дельталюмит образует изометричные, обычно округлые (рис. 1, а) или же угловатые (рис. 1, б) обособления с шероховатой поверхностью, достигающие 0.2 мм в поперечнике. Они состоят из грубопризматических индивидов размером до 0.03 мм, которые обладают блочным строением. К сожалению, не представляется возможным определить, являются эти индивиды собственными кристаллами дельталюмита, или же представляют собой его псевдоморфозы или параморфозы по какому-то другому минералу. Для обособлений дельталюмита, с поверхности выглядящих массивными (рис. 1), характерна тонкая пористость, и они легко раздавливаются иглой.

 

Рис. 1. Типичная морфология обособлений дельталюмита. Изображение во вторичных электронах.

 

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

Агрегаты дельталюмита просвечивающие, со стеклянным блеском. Минерал с Западного лавового потока ТТИ-50 имеет желтоватый или светло-бежевый до почти белого цвет, а обособления дельталюмита с древнего потока в верховьях р. Толуд белые. Черта белая. В ультрафиолетовых и катодных лучах минерал не люминесцирует. Спайности или отдельности не выявлено, излом неровный (как показывают наблюдения под сканирующим электронным микроскопом). Дельталюмит хрупкий. Твердость и плотность нового минерала определить не удалось, поскольку его выделения мелкие, тонкопористые и легко раскрашиваются. Вычисленная плотность составляет 3.663 г/см3.

Под микроскопом в проходящем свете дельталюмит (голотип) бледно-желтоватый, не плеохроирует. Это оптически одноосный отрицательный минерал с низким двупреломлением. Его показатели преломления, измеренные в иммерсионных жидкостях (λ = 589 нм): no = 1.654(2), ne = 1.653(2).

Химический состав дельталюмита определен в Лаборатории локальных методов исследования вещества кафедры петрологии МГУ на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6480LV с использованием волнового спектрометра INCA-Wave 500. Условия анализа: ускоряющее напряжение 20 кВ, ток зонда 20 нА, диаметр зонда 3 мкм. Эталоны: Al2O3 (Al), SiO2 (Si). Содержания прочих элементов с атомными номерами >8 оказались ниже пределов обнаружения электронно-зондовым методом. Химический состав минерала (среднее по 10 анализам, в скобках — разброс значений): Al2O3 99.74 (98.18—100.93), SiO2 0.04 (0.00—0.19), сумма 99.78 мас. %. Эмпирическая формула, рассчитанная на 3 атома O, по сути, совпадает с идеальной: Al2.00O3.

ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ

ИК-спектр порошка дельталюмита, запрессованного в таблетку с KBr (рис. 2, кривая а), снят на Фурье-спектрометре ALPHA FTIR (Bruker Optics, Германия) в диапазоне волновых чисел 360—3800 см–1 при разрешающей способности 4 см–1 и числе сканирований, равном 16. В качестве образца сравнения использовалась аналогичная таблетка из чистого KBr. Для сравнения на этом же рисунке приведены ИК-спектры синтетического γ-Al2O3 (кривая б) и корунда α-Al2O3 (кривая в).

 

Рис. 2. Порошковые ИК-спектры (a) дельталюмита, (б) синтетического γ-Al2O3 (Saniger, 1995) и (в) синтетического аналога корунда (Mutschke et al., 2013).

 

Согласно имеющимся данным (Saniger, 1995), группы сильных перекрывающихся полос в ИК-спектрах модификаций глинозема со шпинелеподобными структурами в спектральных интервалах ~500—600 и ~700—800 см–1 относятся, соответственно, к асимметричным валентным колебаниям полимеризованных октаэдров AlO6 и валентным колебаниям изолированных тетраэдров AlO4. Прочие полосы в диапазоне 400—1000 см–1 соответствуют смешанным колебаниям с участием AlO4 и AlO6. Отнесение полосы, наблюдающейся вблизи 390 см–1, неоднозначно; предположительно она может соответствовать деформационным колебаниям O—Al—O (Mozgawa et al., 2011). Слабые полосы в диапазоне 1000—1200 см–1 относятся к обертонам и комбинационным модам.

В целом ИК-спектр дельталюмита близок к спектру родственной ему в структурном отношении γ-модификации Al2O3, но существенно отличается от спектра корунда.

Отсутствие в ИК-спектре дельталюмита полос с волновыми числами выше 1200 см–1 свидетельствует, что в этом минерале нет групп с химическими связями O—H, C—O и C—H.

РЕНТГЕНОДИФРАКЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

Монокристальное рентгеновское исследование дельталюмита выполнить не представляется возможным по причине очень малого размера и несовершенства его индивидов, так что рентгенодифракционные данные для него получены методом порошка. Порошкограммы нового минерала сняты на дифрактометре Rigaku R-AXIS Rapid II с цилиндрическим IP детектором (монохроматизированное CoKα-излучение; геометрия Дебая—Шеррера, d = 127.4 мм, экспозиция — 15 мин). Интегрирование исходных данных с цилиндрического детектора произведено с помощью программного пакета osc2tab (Бритвин и др., 2017). Рентгенограмма голотипного образца дельталюмита приведена в табл. 1.

 

Таблица 1

Результаты расчета порошковых рентгенограмм, симметрия и параметры элементарных ячеек шпинелеподобных модификаций глинозема — дельталюмита с Толбачика и синтетических δ-, γ-, η- и σ-Al2O3

Powder X-ray diffraction data, symmetry and unit-cell dimensions of the spinel-type modifications of alumina: deltalumite from Tolbachik and synthetic δ-, γ-, η- and σ-Al2O3

Дельталюмит

Синтетич. δ-Al2O3

h k l

Синтетич. тетраг. γ-Al2O3

h k l

Синтетич. куб. γ-Al2O3

Синтетич. η-Al2O3

Синтетич. σ-Al2O3

h k l

Iизм

dизм

dвыч

Iизм

dизм

Iвыч*

dвыч

Iвыч*

dвыч

Iвыч*

dвыч

Iвыч*

dвыч

11

5.45

5.455

3

5.467

101

          

15

5.06

5.062

2

5.063

102

          

27

4.55

4.561

15

4.548

103

   

13

4.567

50

4.569

8

4.589

111

3

3.225

3.212

2

3.229

106

          

21

2.863

2.882

29

2.880

107

          

22

2.828

2.804

32

2.812

200

19

2.800

200

59

2.797

  

39

2.810

220

21

2.777

2.787

30

2.786

116

37

2.788

112

       

61

2.728

2.728

71

2.728

202

          

8

2.588

2.563

22

2.590

117

          

10

2.543

2.508

37

2.493

210

          

51

2.424

2.453

56

2.443

212

          

49

2.408

2.389

43

2.409

213

100

2.386

211

68

2.385

45

2.386

100

2.396

311

31

2.372

2.368, 2.361

34

2.373

109, 118

52

2.372

103

       

14

2.315

2.307

37

2.315

214

          

42

2.281

2.280

50

2.279

206

8

2.280

202

8

2.284

19

2.285

6

2.294

222

81

1.993

1.997

1.983

1.976

45

60

70

2.014

2.006

1.986

1.0.11

220

221

43

1.964

220

98

1.978

78

1.979

48

1.987

400

48

1.954

1.959

30

1.969

0.0.12

21

1.964

004

       

32

1.948

1.955

36

1.947

222

          

12

1.912

1.908

16

1.913

218

          

6

1.804

1.818, 1.809

4

1.806

303, 219

1

1

1.816

1.810

301

213

7

1.815

11

1.816

  

331

10

1.796

1.781

4

1.789

304

          

2

1.630

1.627

3

1.628

2.1.11

          

3

1.607

1.616, 1.606

4

1.610

316, 2.0.12

9

5

1.614

1.608

312

204

13

1.615

2

1.615

11

1.622

422

14

1.536

1.526, 1.520

19

1.538

323, 309

14

19

1.524

1.520

321

303

20

1.522

22

1.523

31

1.530

511

10

1.511

1.518, 1.516, 1.510

16

1.517

318, 2.2.10, 1.0.15

7

1.512

105

       

7

1.450

1.454, 1.441

17

16

1.456

1.445

2.2.11

2.0.14

          

100

1.396

1.411, 1.407

1.402, 1.399

1.395, 1.394

56

90

100

1.400

1.396

1.391

327, 3.0.11

400, 401

2.1.14, 2.2.12

27

53

1.400

1.394

400

224

100

1.398

100

1.399

58

1.405

440

           

12

1.338

  

531

2

1.295

1.297, 1.294

4

1.292

3.2.10, 407

          

4

1.282

1.285, 1.281

4

1.284

416, 2.2.14

          

3

1.260

1.261, 1.258, 1.254, 1.253, 1.241

5

1.259

417, 3.2.11, 420, 336, 1.1.18

2

2

2

1.252

1.251

1.243

420

332

116

3

1.251

1

1.251

3

1.257

620

5

1.223

1.206, 1.204, 1.201

2

1.227

419, 4.0.10, 3.0.15

7

5

1.206

1.202

413

305

8

1.206

4

1.207

7

1.212

533

12

1.143

1.147

1.140

1.134

9

10

5

1.151

1.144

1.140

4.1.11

4.0.12

2.2.17

6

1.140

404

8

1.142

8

1.142

4

1.147

444

2

1.104

1.106, 1.104

1.102, 1.098

3

2

1.107

1.101

4.2.10, 3.2.15

434, 1.0.21

     

5

1.108

  

711

2

1.044

1.048

1.045

1.041

3

4

3

1.048

1.044

1.040

508

517

520

          

5

1.036

1.037

5

1.036

522

          

Сингония, пространственная группа и параметры элементарной ячейки (ac, Å; V, Å3)

Тетраг.

P-4m2**

a = 5.608(1)

c = 23.513(7)

V = 739.4

Тетраг.

P-4m2

a = 5.599(10)

c = 23.657(50)

V = 741.6

 

Тетраг.

I41/amd

a = 5.6(2)

c = 7.854(6)

V = 246

Куб.

Fd-3m

a = 7.911(2)

V = 495.1

Куб.

Fd-3m

a = 7.914(2)

V = 495.7

Куб.

Fd-3m

a = 7.948(2)

V = 502.1

 

Источник

Настоящая работа

Repelin, Husson, 1990

 

Li et al., 1990

[ICDD 89—956]

Zhou, Snyder, 1991 [ICDD 79—1558]

Zhou, Snyder, 1991 [ICDD 79—1557]

Guse, Saalfeld, 1990 [ICDD 79—1557]

 

Примечание. * Для расчетных порошкограмм даны только рефлексы с I ≥1; ** по аналогии с синтетической фазой δ-Al2O3.

 

Из порошковых рентгеновских данных четко видно, что дельталюмит (1) имеет структуру шпинелевого типа и (2) однозначно идентифицируется как природный аналог синтетического δ-Al2O3, а не других шпинелеподобных модификаций глинозема (табл. 1). По порошкограмме новый минерал очень сильно отличается от корунда (табл. 2).

 

Таблица 2

Сравнительная характеристика корунда и дельталюмита

Comparative data of corundum and deltalumite

Минерал

Корунд

Дельталюмит

Формула

Al2O3

Al2O3

Сингония

Пространственная группа

Тригональная

R-3c

Тетрагональная

P-4m2*

a, Å

c, Å

V, Å3

Z

4.75—4.77

12.94—13.04

254—257

6

5.608(3)

23.513(7)

739.4(4)

16

Главные линии порошковой рентгенограммы: d, A

3.48—70

2.551—97

2.379—42

2.085—100

1.740—42

1.601—82

1.374—45

2.728—61

2.424—51

2.408—49

2.281—42

1.993—81

1.954—48

1.396—100

Плотность, г/см3

3.95—4.10 (изм.)

3.95 (выч.)

3.66 (выч.)

Оптические данные (589 нм)

no

ne

Одноосный (–)**

1.767—1.771

1.759—1.763

Одноосный (–)

1.654

1.653

Источник

Минералы, 1965;

Anthony et al., 1997

Настоящая работа

Примечание. * По аналогии с синтетическим δ-Al2O3 (RepelinHusson, 1990); ** некоторые образцы демонстрируют аномальную оптическую двуосность.

 

Рассчитанные из порошковых данных параметры тетрагональной элементарной ячейки голотипа дельталюмита таковы: a = 5.608(1), c = 23.513(7) Å, V = 739.4(4) Å3Z = 16. По аналогии с хорошо изученным синтетическим δ-Al2O3 (Repelin, Husson, 1990) мы предполагаем для нового минерала пространственную группу P-4m2.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Дельталюмит δ-Al2O3 диморфен с корундом α-Al2O3. Эти две модификации глинозема сильно различаются не только по расположению атомов в кристаллической структуре (рис. 3) и, соответственно, по симметрии, метрике элементарных ячеек и порошковым рентгенограммам, но и по физическим свойствам, в первую очередь, по плотности и показателям преломления (табл. 2). Структурные соотношения корунда и дельталюмита близки к тем, что известны для двух модификаций Fe2O3 — гематита и шпинелида маггемита.

Общая формула полиморфных модификаций глинозема, имеющих шпинелеподобные структуры с вакансионными дефектами в позициях катионов металлов, может быть записана в самом общем виде (M3O4) как Al2.670.33O4, а с разбивкой катионных позиций на два типа (AB2O4) — как (Al0.670.33)Al2O4. Соотношение этих дефектных шпинелидов с полнокатионными хорошо демонстрируется на примере пары маггемит Fe2O3 = (Fe3+0.670.33)Fe3+2O4 — магнетит Fe2+Fe3+2O4 (Xu et al., 1997): см. рис. 3. Шпинелеподобные γ-, η- и σ-полиморфы Al2O3 относятся к кубической сингонии и кристаллизуются в пространственной группе (пр. гр.) Fd-3m (Shirasuka et al., 1976; Guse, Saalfeld, 1990; Li et al., 1990; Zhou, Snyder, 1991; Gutierrez et al., 2002; Smrčok et al., 2006; Dan’ko et al., 2008). Модификация γ-Al2O3, помимо своей кубической формы (рис. 3, г) с параметром элементарной ячейки (п. э. я.) a ≈ 7.9 Å, имеет также тетрагонально искаженную форму (рис. 3, в) с пр. гр. I41/amd и п. э. я. a ≈ 5.6 и c ≈ 7.9 Å (Li et al., 1990; Paglia et al., 2003). Шпинелеподобный δ-Al2O3 структурно близок к γ-модификации, но отличается от нее наличием сверхструктуры, что приводит к утроению параметра c элементарной ячейки [a ≈ 5.6 и c ≈ 23.7 Å (рис. 3, аб)] и переходу к пр. гр. P-4m2 (Repelin, Husson, 1990). Тетрагональные δ- и γ-Al2O3 четко отличаются как друг от друга (Wolverton, Hass, 2000), так и от кубических шпинелеподобных модификаций глинозема по порошковым рентгенограммам (табл. 1). Полиморф θ-Al2O3 имеет моноклинно искаженную (пр. гр. C2/m) шпинелеподобную структуру (Zhou, Snyder, 1991; Husson, Repelin, 1996) (рис. 3, д) и тоже отличается от других форм глинозема по порошкограмме.

 

Рис. 3. Кристаллические структуры (вычерчены по литературным данным) различных шпинелеподобных модификаций глинозема (а—д): а и б — δ-Al2O3 в двух проекциях (по: Repelin, Husson, 1990); в — тетрагональный γ-Al2O3 (по: Li et al., 1990); г — кубический γ-Al2O3 (по: Gutierrez et al., 2002); д — θ-Al2O3 (по: Husson, Repelin, 1996). Структуры маггемита Fe2O3 (е, по: Xu et al., 1997), шпинели MgAl2O4 (ж, по: Ito et al., 2000) и корунда (з, по: Newnham, de Haan, 1962) приведены для сравнения. Серые кружки — атомы Al (е — атомы Fe), черные кружки — атомы O. Показаны элементарные ячейки.

 

Отметим, что кроме корунда α-Al2O3 и перечисленных абзацем выше шпинелеподобных полиморфов для синтетического Al2O3 также известны модификации χ и κ с другими структурами (Wefers, Misra, 1987).

Разные формы глинозема могут быть получены нагреванием различных гидроксидов алюминия, причем для каждого из этих гидроксидов-прекурсоров характерна своя, индивидуальная цепочка превращений в температурном интервале между 250 и 1000 ºC. Все эти ряды термических преобразований завершаются формированием корунда (α-Al2O3). В целом они выглядят следующим образом:

диаспор α-AlOOH → α-Al2O3;

бёмит γ-AlOOH → γ-Al2O3 → δ-Al2O3 → θ-Al2O3 → α-Al2O3;

байерит α-Al(OH)3 → η-Al2O3 → θ-Al2O3 → α-Al2O3;

гиббсит γ-Al(OH)3 → χ-Al2O3 → κ-Al2O3 → α-Al2O3 (Wefers, Misra, 1987).

Как можно видеть, δ-Al2O3 является членом ряда термических превращений, начальная фаза которого — бёмит. Приблизительные температурные интервалы существования различных модификаций глинозема в этом ряду оцениваются так: бёмит (<500 ºC) → γ-Al2O3 (500—700 ºC) → δ-Al2O3 (700—900 ºC) → θ-Al2O3 (900—1000 ºC) → α-Al2O3 (>1000 ºC) (Wilson, McConnell, 1980; Levin, Brandon, 1998).

Монокристаллы δ-Al2O3 нанометровых размеров были также получены электролитическим методом в температурном диапазоне между 600 и 800 ºC (Tamura et al., 2004).

По нашему мнению, образование дельталюмита на Толбачике связано с процессами взаимодействия фумарольного газа и базальта. Именно последний представляется наиболее вероятным источником алюминия, имеющего низкую летучесть в вулканическом газе даже при температурах выше 500 ºC (Symonds, Reed, 1993). Отметим, что находки корунда и высокоглиноземистых оксидов группы шпинели не являются редкостью для высокотемпературных (600—800 ºC) фумарол Толбачика (Pekov et al., 2014, 2018). Возможно, дельталюмит самостоятельно кристаллизовался при этих температурах или же явился продуктом преобразования ранее возникших глиноземистых минералов (бёмита? гипотетической фазы γ-Al2O3?) — в результате вторичного разогрева под воздействием горячего газа при попадании уже частично остывших участков лавового потока в зону фумарольной проработки.

 

Авторы благодарны А. В. Сокоренко и А. А. Овсянникову, отобравшим пробы лавы на Западном потоке ТТИ-50. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант № 19-17-00050. Рентгеновское изучение порошка минерала осуществлено на оборудовании ресурсного центра «Рентгенодифракционные методы исследования» СПбГУ.

Примечание:

Новый минерал дельталюмит и его название одобрены Комиссией по новым минералам РМО и утверждены Комиссией по новым минералам, номенклатуре и классификации минералов ММА 11 июля 2016 г., IMA No. 2016-027.

Igor Viktorovich Pekov

Moscow State University

Author for correspondence.
Email: igorpekov@mail.ru

Russian Federation, Moscow

Faculty of Geology

Leonid Pavlovich Anikin

Institute of Volcanology and Seismology, Far Eastern Division RAS

Email: alp@kscnet.ru

Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

вед. инженер

Nikita Vladimirovich Chukanov

Institute of Problem of Chemical Physics of the Russian Academy of Science

Email: chukanov@icp.ac.ru

Russian Federation, Chernogolovka

зав. лаб.

Dmitry Il'ich Belakovskiy

Mineralogical Museum of the Russian Academy of Sciences

Email: dmzvr@mail.ru

Russian Federation, Moscow

зав. сектором

Vasiliy Olegovich Yapaskurt

Moscow State University

Email: yvo72@geol.msu.ru

Russian Federation, Moscow

вед. н. с., Геологический факультет

Evgeny Gennadievich Sidorov

Institute of Volcanology and Seismology, Far Eastern Division RAS

Email: mineral@kscnet.ru

Russian Federation, Petropavlovsk-Kamchatsky

зав. лаб.

Sergey Nikolaevich Britvin

Saint-Petersburg State University

Email: sbritvin@gmail.com

Russian Federation, Saint-Petersburg

профессор, кафедра кристаллографии

Natalia Vital'evna Zubkova

Moscow State University

Email: n.v.zubkova@gmail.com

Russian Federation, Moscow

доцент, Геологический факультет

  1. Anthony J. W., Bideaux R. A., Bladh K. W., Nichols M. C. Handbook of Mineralogy. III. Halides, Hydroxides, Oxides. Tucson: Mineral Data Publishing, 1997. 628 p.
  2. Bosi F., Biagioni C., Pasero M. Nomenclature and classification of the spinel supergroup. Eur. J. Miner. 2019. Vol. 31. No. 1. P. 183-192.
  3. Britvin S. N., Dolivo-Dobrovolsky D. V., Krzhizhanovskaya M. G. Software for processing the X-ray powder diffraction data obtained from the curved image plate detector of Rigaku RAXIS Rapid II diffractometer. Zapiski RMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2017. Vol. 146. No. 3. P. 104-107 (in Russian).
  4. Dan’ko A. J., Rom M. A., Sidelnikova N. S., Nizhankovskiy S. V., Budnikov A. T., Grin’ Yu., Kaltaev K. S. Transformation of the corundum structure upon high-temperature reduction. Cryst. Rep. 2008. Vol. 53. No. 7. P. 1112-1118.
  5. Guse W., Saalfeld H. X-ray characterization and structure refinement of a new cubic alumina phase (sigma-Al2O3) with spinel-type structure. N. Jb. Miner. Mh. 1990. H. 5. P. 217-226.
  6. Gutierrez G., Taga A., Johansson B. Theoretical structure determination of gamma-(Al2O3). Phys. Rev. B. 2002. Vol. 65. Pt. 1. 012101/1-012101/4.
  7. Husson E., Repelin Y. Structural studies of transition aluminas. Theta alumina. Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 1996. Vol. 33. P. 1223-1231.
  8. Ito T., Yoshiasa A., Yamanaka T., Nakatsuka A., Maekawa H. Site preference of cations and structural variation in MgAl2-xGaxO4 (0 < x < 2) spinel solid solution. Zeit. Anorg. Allgem. Chemie. 2000. Vol. 626. P. 42-49.
  9. Levin I., Brandon D. Metastable alumina polymorphs: crystal structures and transition sequences. J. Amer. Ceramic Soc. 1998. Vol. 81. P. 1995-2012.
  10. Li D.-L., O’Connor B. H., Roach G. I. D., Cornell J. B. Structural models of eta- and gamma-aluminas by X-ray Rietveld refinement. Acta Cryst. A. 1990. Vol. 46, C61.
  11. Minerals. Reference Book. Vol. II, issue 2. Simple Oxides. Moscow: Nauka, 1965. 342 p. (in Russian).
  12. Mozgawa W., Król M., Barczyk K. FT-IR studies of zeolites from different structural groups. CHEMIK. 2011. Vol. 65. No. 7. P. 667-674.
  13. Mutschke H., Min M., Tamanai A. Laboratory-based grain-shape models for simulating dust infrared spectra. Astronomy & Astrophysics manuscript no. 12267. 2013. P. 1-8.
  14. Newnham R. E., de Haan Y. M. Refinement of the Al2O3 - alpha, Ti2O3, V2O3 and Cr2O3 structures. Z. Krist. 1962. Vol. 117. P. 235-237.
  15. Paglia G., Buckley C. E., Rohl A. L., Hunter B. A., Hart R. D., Hanna J. V., Byrne L. T. Tetragonal structure model for boehmite-derived gamma-alumina. Phys. Rev. B. 2003. Vol. 68. 144110/1-144110/11.
  16. Pekov I. V., Zubkova N. V., Yapaskurt V. O., Belakovskiy D. I., Lykova I. S., Vigasina M. F., Sidorov E. G., Pushcharovsky D. Yu. New arsenate minerals from the Arsenatnaya fumarole, Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia. I. Yurmarinite, Na7(Fe3+,Mg,Cu)4(AsO4)6. Miner. Mag. 2014. Vol. 78. P. 905-917.
  17. Pekov I. V., Anikin L. P., Chukanov N. V., Belakovskiy D. I., Yapaskurt V. O., Sidorov, E. G., Britvin S. N., Zubkova N. V. Deltalumite, IMA 2016-027. CNMNC Newsletter No. 32, August 2016, page 919. Miner. Mag. 2016. Vol. 80. P. 915-922.
  18. Pekov I. V., Sandalov F. D., Koshlyakova N. N., Vigasina M. F., Polekhovsky Y. S., Britvin S. N., Sidorov E. G., Turchkova A. G. Copper in natural oxide spinels: the new mineral thermaerogenite CuAl2O4, cuprospinel and Cu-enriched varieties of other spinel-group members from fumaroles of the Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia. Minerals. 2018. Vol. 8(11). Paper 498.
  19. Repelin Y., Husson E. Etudes structurales d’alumines de transition. I - Alumines gamma et delta. Mater. Res. Bull. 1990. Vol. 25. P. 611-621.
  20. Saniger J. M. Al-O infrared vibrational frequencies of γ-alumina. Mater. Letters. 1995. Vol. 22. No. 1. P. 109-113.
  21. Shirasuka K., Yanagida H., Yamaguchi G. The preparation of eta alumina and its structure. Yogyo Kyokai Shi (J. Ceramic Assoc. of Japan). 1976. Vol. 84. P. 610-613.
  22. Siegert Ch., Shirokov A. L., Nikishova L. V., Pavlova L. A., Babiy O. A. Natural analogues of the alumina modifications (δ-Al2O3 and θ-Al2O3) in permafrost-area sediments. Doklady USSR Acad. Sci. 1990. Vol. 313. P. 689-692 (in Russian).
  23. Singh B., Gilkes R. J. The natural occurrence of χ-alumina in lateritic pisolites. Clay Minerals. 1995. Vol. 30. P. 39-44.
  24. Smrčok L., Langer V., Křesťan J. γ-Alumina: a single-crystal X-ray diffraction study. Acta Cryst. C. 2006. Vol. 62. No. 9. P. i83-i84.
  25. Symonds R. B., Reed M. H. Calculation of multicomponent chemical equilibria in gas-solid-liquid systems: calculation methods, thermochemical data, and applications to studies of high-temperature volcanic gases with examples from Mount St. Helens. Amer. J. Sci. 1993. Vol. 293. P. 758-864.
  26. Tamura S., Kim Y.-W., Masui T., Imanaka M. Electrochemical growth of nanometer-sized δ-Al2O3 single crystals by use of Al3+ conducting solid electrolyte. Solid State Ionics. 2004. Vol. 173. P. 131-134.
  27. The Great Tolbachik Fissure Eruption (eds S. A. Fedotov and Y. K. Markhinin). New York: Cambridge University Press, 1983. 341 p.
  28. Tilley D. B., Eggleton R. A. The natural occurrence of eta-alumina (η-Al2O3) in bauxite. Clays and Clay Minerals. 1996. Vol. 44. P. 658-664.
  29. Tolbachik Fissure Eruption of 2012-2013 (TFE-50) (eds E. I. Gordeev and N. L. Dobretsov). SO RAN Publishing, Novosibirsk, 2017. 421 p. (in Russian)
  30. Wefers K., Misra C. Oxides and Hydroxides of Aluminum. Alcoa Technical Paper No. 19. Alcoa Laboratories, Pittsburgh, PA, 1987. 92 pp.
  31. Wilson S. J., McConnell J. D. C. A kinetic study of the system γ-AlOOH/Al2O3. J. Solid State Chem. 1980. Vol. 34. P. 315-322.
  32. Wolverton C., Hass K. C. Phase stability and structure of spinel-based transition aluminas. Phys. Rev. B. 2000. Vol. 63, 024102/1-024102/16.
  33. Xu W., Peacor D. R., Dollase W. A., Van Der Voo R., Beaubeuf R. Transformation of titanomagnetite to titanomaghemite: A slow, two-step, oxidation-ordering process in MORB. Amer. Miner. 1997. Vol. 82. P. 1101-1110.
  34. Zhou R.-S., Snyder R. L. Structures and transformation mechanisms of the eta, gamma and theta transition aluminas. Acta Cryst. B. 1991. Vol. 47. P. 617-630.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. Typical morphology of deltalumite. SEM (SE) images. View (56KB) Indexing metadata
2. Fig. 2. Powder IR absorption spectra of (а) deltalumite, (б) synthetic γ-Al2O3 (Saniger, 1995) and (в) synthetic analogue of corundum (Mutschke et al., 2013). View (52KB) Indexing metadata
3. Fig. 3. Crystal structures (drawn based on literature data) of different spinel-type modifications of alumina (а—д): а and б — δ-Al2O3 in two projections (Repelin, Husson, 1990); в — tetragonal γ-Al2O3 (Li et al., 1990); г — cubic γ-Al2O3 (Gutierrez et al., 2002); д — θ-Al2O3 (Husson, Repelin, 1996). The structures of maghemite Fe2O3 (е: Xu et al., 1997), spinel MgAl2O4 (ж: Ito et al., 2000) and corundum (з: Newnham, de Haan, 1962) are shown for comparison. Grey circles are Al atoms (in е: Fe atoms), black circles are O atoms. The unit cells are outlined. View (250KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 27

PDF (Russian) - 30

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies