Krystalochemiczne przyczyny wpływu podstawień izomorficznych $F$, $Cl$ i $Br$ w apatytach ołowiowych na strukturę i właściwości minerałów

Abstract

Pyromorphite $Pb_{5}(PO_{4})_{3}Cl$, mimetite $Pb_{5}(AsO_{4})_{3}Cl$ and vanadinite $Pb_{5}(VO_{4})_{3}Cl$ belong to lead apatite’s group, occurring in the oxidation zones of $Pb$ deposits. The unique crystal structure of these minerals allow for substitutions at both cationic and anionic positions. Therefore, these minerals are widely used in many fields of science and technology. This includes applications for immobilization of toxic forms of $Pb$ and $As$ in the environment. To date, mostly cationic substitutions of $Ca$, $Pb$, $Sr$ etc. have been studied. Little is known, however, on anionic solid solutions, particularly on systematic changes in the structure and properties due to halogen substitutions in these phases. The aim of this study was to investigate the effect of isomorphic substitution of $F$, $Cl$ and $Br$ on the structure and properties of lead apatites. The objective was synthesis of halogen-substituted lead apatites in pyromorphite series $Pb_{5}(PO_{4})_{3}(F, Cl, Br)$, mimetite series $Pb_{5}(AsO_{4})_{3}(F, Cl, Br)$, and vanadinite series $Pb_{5}(VO_{4})_{3}(F, Cl, Br)$ followed by calculation of lattice parameters, using UnitCell program, and Raman spectroscopy study.

Piromorfit $Pb_{5}(PO_{4})_{3}Cl$, mimetyt $Pb_{5}(AsO_{4})_{3}Cl$ i wanadynit $Pb_{5}(VO_{4})_{3}Cl$ to minerały należące do grupy apatytów ołowiowych, występujące w strefach utlenienia złóż $Pb$. Złożona struktura wewnętrzna apatytów umożliwia występowanie podstawień izomorficznych zarówno na pozycjach kationowych, jak i anionowych. Z tej przyczyny minerały te znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i techniki, m.in. w immobilizacji toksycznych form $Pb$ i $As$. Do tej pory badaniom naukowym były poddawane głównie apatyty ołowiowe zawierające podstawienia na pozycji kationowej (np. $Ca$, $Pb$, $Sr$). Jednakże, mało jest informacji na temat anionowych roztworów stałych zawierających halogenkowe podstawienia. Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu podstawień izomorficznych $F$, $Cl$ oraz $Br$ na strukturę oraz właściwości apatytów ołowiowych. Przedmiotem badań było dziewięć zsyntetyzowanych faz krystalicznych z szeregu piromorfit $Pb_{5}(PO_{4})_{3}(F, Cl, Br)$ – mimetyt $Pb_{5}(AsO_{4})_{3}(F, Cl, Br)$ – wanadynit $Pb_{5}(VO_{4})_{3}(F, Cl, Br)$. Aby zbadać wpływ podstawień na struktury tych faz dokonano analizy zmienności parametrów sieciowych, uzyskanych z interpretacji danych dyfrakcyjnych za pomocą programu UnitCell oraz zarejestrowano dla nich widma Ramana.