>>

ВВЕДЕНИЕ

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 (быв. 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. Лишь в начале 70-х годов в лаборатории кристаллогенезиса НИИ земной коры Ленинградского университета под руководством Т. Г. Петрова был получен ювелирно­поделочный малахит, практически неотличимый от природного, после чего в результате сотрудничества с «ВНИИЮвелирПромом» 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 обуславливает невозможность прямого наблюдения за процессом формирования продукта даже в случае попытки моделирования в прозрачном кристаллизаторе.
Кроме того, высокая чувствительность малахита к условиям его получения использующимся методом и недостаточно глубокое понимание процесса, являются причинами высокого процента брака. Совершенствование метода требует анализа хода процесса, что доступно в ограниченной степени и может быть проведено лишь: на базе теоретических представлений о росте кристаллов и агрегатов, при контроле за загрузкой кристаллизаторов и за поддержанием технологического режима, а в конце цикла - изучения получаемого продукта со стороны морфологии, рисунка, особенностей цвета, зернистости. Методы кристаллизации совершенствуются десятками лет. Для облегчения понимания связей между параметрами сложных производственных процессов требуются новые средства. 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».

Актуальность работы определяется: во-первых, необходимостью совершенствования метода выращивания малахита, имея в виду: низкую стабильность получения продукта использующимся методом, практическое отсутствие добычи малахита в стране, исчерпаемость природных запасов, а также вредность и опасность шахтной добычи минерального сырья вообще; во-вторых, низкой информированностью о ходе процесса в используемом промышленном кристаллизаторе и о получаемом продукте; в-третьих, потребностью в создании объективированного способа описания рисунков природных камней с возможностями их систематизации и группирования при использовании в качестве инкрустационных и отделочных строительных и реставрационных материалов; в четвёртых, относительной труднодоступностью дорогостоящего оборудования для измерения цветовых характеристик; в- пятых, неясностью причин, вызывающих вариации цвета малахита в природе.

Поскольку наука развивается не только благодаря накоплению данных, но и с появлением новых методов для их получения, представляемая работа в существенной степени была направлена на разработку новых способов получения и организации знаний.

Цели работы

1. Проанализировать процесс получения малахита в промышленных условиях и отобразить его визуально. 2. Предложить способы по уменьшению доли брака. 3. Выяснить причины особенностей оптических характеристик волокнистых агрегатов малахита. 4. Выяснить причины изменчивости рисунка и цвета малахита в природе. 5. Сделать попытку выявить следы аммиака в выращенном малахите. 6. Объективизировать описание рисунков малахита и других цветных камней. 7. Разработать доступный экспресс-метод количественной оценки цветовых характеристик малахита и других цветных камней. 8. Обосновать возможность использования выращенного малахита для реставрации изделий из природного.

Фактический материал и методы исследования

1. Продукты промышленного получения малахита, получавшиеся на протяжении 5 лет в 80 кристаллизаторах. 2. Авторские журналы наблюдений. 3. Журналы дежурных по цеху. 4. Аналитические данные сред кристаллизации, сопровождавшие запуск установок и съём материала. 5. Образцы природного малахита различных месторождений мира, а также образцы имитации на основе гидроокиси алюминия. 6. Малахитовое убранство Исаакиевского собора.

Оптические особенности малахита изучались на оптических микроскопах Leica Microsystem CMS Cmbh и Carl Zeiss Axio Imager Aim. Для изучения морфологии агрегатов выращенного и природного малахита проведена электронная микроскопия и микрозондовый анализ 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.

С целью выявления следов аммиака в выращенном малахите проведено исследование методом инфракрасной спектроскопии на ИК-спектрометре УР-20 и ИК-фурье спектрометре Bruker Vertex 70.

Для анализа составов реактивов и растворов до и после процесса синтеза выполнен анализ на спектрометре Ломо ДФС-8.

Для сравнения составов веществ, участвующих в процессе кристаллизации, и оценке чистоты реактивов до и после процесса синтеза, а также для сопоставления рисунков природного, выращенного малахита и имитации малахита использован метод RHA.

Для различения природного, выращенного и имитаций малахита по цвету использован предложенный автором экспресс-метод полуколичественного анализа цветовых характеристик.

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 синтеза 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.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Лимитирующим фактором формирования пригодного для использования малахита является скорость отвода продуктов разрушения аминокомплексов меди от фронта роста. Для достижения этого требуется увеличение скорости конвекции, для чего предложено отказаться от равномерного симметричного подогрева и теплоизоляции кристаллизационной камеры в пользу асимметричных. Разработана и изготовлена новая конструкция кристаллизатора.

2. Разработан метод пятипараметрического кодирования и систематизации полутоновых рисунков, пригодный для описания минеральных агрегатов и горных пород, который проверен на абстрактных изображениях, рисунках малахита, его имитации, мрамора и гранита. Метод открывает возможности создания каталогов рисунков цветных камней и изделий из них, что необходимо при отборе материала для реставрационных и инкрустационных работ, а также для повышения определённости описания горных пород, в том числе, с разной степенью метаморфизма.

3. Границы цветового тона малахита, выделенные при помощи разработанного автором метода оценки цветовых характеристик непрозрачных камней, позволяют в большинстве случаев отличить выращенный малахит от природного. Компьютерное моделирование замены утрат малахитового убранства Исаакиевского собора малахитом выращенным показало возможность его использования в качестве материала для реставрации изделий и интерьеров.

Апробация работы. Материалы работы представлены и опубликованы в материалах десяти научных конференций: II Международная конференция - Кристаллогенезис и минералогия (Санкт-Петербург, 2007), студенческая научная конференция «Геология - наше будущее» (Санкт-Петербург, 2007, 2008), научно-практическая конференция «Исаакиевский собор между прошлым и будущим» (Санкт-Петербург, 2008), исторические чтения Государственного музея-памятника «Исаакиевский собор» (Санкт-Петербург, 2009), Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского (Пермь, 2011), Уральская минералогическая школа - 2013 (Екатеринбург, 2013), XXIV Молодежная научная конференция, посвященная памяти чл.-корр.

АН СССР К.О. Кратца (Апатиты, 2013), VI Геммологическая конференция (Томск, 2013), Математические исследования в естественных науках (Апатиты, 2013).

По теме диссертации опубликовано три статьи в журналах, входящих в список ВАК РФ: одна на русском языке, другая на английском, третья представлена в английской и русской версии журнала.

Материалы с результатами обследования малахитового убранства Исаакиевского соборы были переданы руководству музея-памятника и использованы при реставрационных работах в 2011, о чем существует официальная справка об апробации работ.

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.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, шести приложений и библиографии - 175 наименований (из которых 38 на иностранных языках). Представлена на 184 страницах (основная часть на 128 страницах), включающих 23 таблицы и 139 иллюстраций. В приложения вынесены информационные материалы по работе, некоторые результаты измерений и схема причинно-следственных связей процесса синтеза малахита формата А3.

В главе 1 представлены общие сведения о малахите, в частности, о его свойствах, морфологии агрегатов, генезисе и истории попыток искусственного получения..

Глава 2 посвящена описанию метода промышленного получения малахита. Представлена схема кристаллизатора, описан процесс синтеза и получаемый материал. Для последнего показаны различные онтогенетические проявления и условия их возникновения. Проведён анализ процесса синтеза, ненаблюдаемого из-за непрозрачности аппаратуры и среды кристаллизации, и построена схема причинно-следственных связей, начиная с устройства аппаратуры до качества продукта.

В главе 3 представлены известные качественные систематизации малахита, указаны их недостатки, и, как вариант их преодоления, разработан способ параметрического, буквенно­цифрового описания рисунка цветного камня, присущего как малахиту, так и другим горным породам, рисунка, сохраняющемся при преобразовании изображения в полутоновое (т.е., при убирании цвета). Для экспрессного определения цвета малахита и непрозрачных камней: разработан способ экспрессной количественной оценки цветовых характеристик, и с его помощью проанализированы, в частности, образцы малахитов, их имитации и показаны особенности их цвета.

В главе 4 с частичным использованием выявленных в гл 2 причинно-следственных связей проведен Анализ связей важнейших факторов при формировании малахита в природе. Система связей представлена таблично и графически. В качестве результата Анализа сформулированы гипотезы образования основных особенностей рисунка малахита, которые, таким образом, обоснованы теоретически и многочисленными наблюдениями за его промышленным получением. Общий смысл гипотез формирования рисунка малахита заключается в необходимости учета связей скоростей процессов формирования малахита и, соответственно, цвета с колебаниями сезонно-климатических условиями существования месторождений и глубиной его образования.

В главе 5 приведены результаты обследования малахитового убранства Исаакиевского собора, проведенного автором работы с целью оценки объёмов труда при планировавшейся реставрации. Показаны результаты компьютерного моделирования использования выращенного малахита для целей реставрации изделий из природного малахита.

В шести приложениях представлены материалы, состоящие в тесной связи с основным содержанием диссертации, А) дающие информацию об истории малахита как декоративно­поделочного камня, Б) дающие информацию о сталактитах как частных проявлениях морфологии природного малахита, В) дающие более полную информацию о строении агрегата малахита на электронно-микроскопическом уровне, Г) предоставляющие документы (и их фрагменты), относящиеся к первому групповому проведению Анализа сетей причинно­следственных связей, с целью улучшения организации, проведения и отчётности экспедиционных работ на геологическом факультете ЛГУ в 1982 году, Д) представляющие визуально обозримую схему - граф причинно-следственных связей процесса при промышленном производстве малахита как сырья, Е) кратко освещающие попытки качественной систематизации рисунков малахита, Ж) описывающие имитации малахита как дешевую замену изделий малахита, З) результаты измерения цветовых характеристик пластин малахита, И) представляющие справку об апробации работ, проведённых в Исаакиевском соборе, от руководства Государственного музея-памятника "Исаакиевский собор".

| >>
Источник: Шуйский Александр Валерьевич. Экспериментальная минералогия и генезис выращиваемого малахита. Диссертация, СПбГУ.. 2015

Еще по теме ВВЕДЕНИЕ:

  1. ВВЕДЕНИЕ
  2. Введение
  3. Глава 5. Порядок введения в действие настоящего Федерального конституционного закона
  4. ВВЕДЕНИЕ
  5. ВВЕДЕНИЕ
  6. Введение
  7. ВВЕДЕНИЕ
  8. Введение Отдел первый. Общий характер и план исследования
  9. ВВЕДЕНИЕ
  10. 1. ВВЕДЕНИЕ
  11. ВВЕДЕНИЕ
  12. Введение
  13. Введение
  14. Замараева Н. Пакистан: введениезаконов шариата в 2009 г.
  15. ВВЕДЕНИЕ: ТЕНДЕНЦИИ ЛИТЕРАТУРНОГО ПРОЦЕССА
  16. ВВЕДЕНИЕ