Study of the influence of iron impurities on optical characteristics of feldspar-quartz raw materials after firing

Artykuł przedstawia wyniki badań wybranych próbek kopaliny skaleniowo-kwarcowej z czterech złóż granitoidów w rejonie Sobótki: Pagórki Wschodnie, Pagórki Zachodnie, Strzeblów I i Stary Łom. Ich celem było ustalenie przyczyn zróżnicowania zabarwienia próbek o zbliżonym udziale Fe2O3 po wypaleniu w 1200°C. Charakterystykę mineralogiczną, ze szczególnym uwzględnieniem nośników żelaza i innych pierwiastków barwiących, oraz skróconą analizę składu chemicznego kopalin z wymienionych złóż przeprowadzono w latach 2011–2012. Badania te nie dały jednoznacznej odpowiedzi na temat powodów różnej barwy próbek. Postulowano wówczas wykonanie pełnej analizy chemicznej na zawartość składników głównych oraz pierwiastków śladowych, która potwierdziłaby stawianą wówczas hipotezę o podwyższonym udziale innych niż żelazo pierwiastków barwiących w próbkach, tj. m.in.: Mn, Ce, Th, U, REE. Taka analiza, wraz z bardziej szczegółowymi obserwacjami mikroskopowymi SEM połączonymi z pomiarami składu chemicznego w mikroobszarze (EDS) została przeprowadzona w ramach niniejszej pracy. Mimo, iż badania te wykazały obecność metali przejściowych w próbkach, ich zawartość uznano za zbyt małą, by można było wyłącznie z nią wiązać zróżnicowanie barwy. Brak prostej korelacji pomiędzy udziałem żelaza a parametrami barwy „L” i „a” badanych próbek może wskazywać na bardziej złożone przyczyny, tj. różne pozycje strukturalne, wartościowość i koordynację kationów żelaza, przy równoczesnym oddziaływaniu jonów innych metali przejściowych, pierwiastków ziem rzadkich i aktynowców, wykrytych w strukturze minerałów w poszczególnych próbkach. Ich obecność może sprzyjać zjawisku absorpcji, skutkując zmianą barwy.The article presents the studies of selected feldspar-quartz raw materials coming from four deposits of granitoids located in the Sobótka region, i.e.: Pagórki Wschodnie, Pagórki Zachodnie, Strzeblów I, and Stary Łom. The purpose of the research was to determine the reasons for different colour after firing at 1,200°C of samples with a similar content of Fe2O3. The mineralogical characteristics, with particular regard to carriers of iron and other colouring elements, and shortened analysis of chemical composition of the rocks from above mentioned deposits, were conducted in 2011–2012. Those examinations did not give the unambiguous explanation of the reasons for various colours of the samples. Therefore, there was suggested to perform a full chemical analysis on the content of major and trace elements, which could confirm a hypothesis of a higher share of other than iron colouring elements in the samples, including: Mn, Ce, Th, U, and REE. Such an analysis, together with detailed observations in scanning electron microscope (SEM) coupled with measurements by microprobe (EDS) has been performed within the framework of the presented work. Although these studies have shown the presence of transition metals in the samples, however their low contents cannot explain the differentiation in colour. Lack of direct correlation between the quantity of iron present and “L” and “a” colour parameters of the samples may indicate more complex reasons of this phenomenon, i.e. different structural position, valence and coordination, in which iron cations occur in each sample, which can be simultaneously affected by ions of transition metals, rare earths and actinides, detected in the structure of minerals in individual samples. Their presence can promote the phenomenon of absorption resulting in a colour change