Abstract

We describe several unusual forms of natural graphite from an alkaline pegmatite that cross-cuts rischorrite in the Hackman Valley, Khibiny Massif, Kola Peninsula, Russia. The graphite occurs macroscopically in two forms: as spherical aggregates up to 2 cm in diameter of friable, radially aligned fibers ~20 μm in cross section, and as fine-grained surface coatings in cavities covering aegirine, strontian fluorapatite and K-feldspar. Optical microscopy and field emission scanning electron microscopy (FESEM) show that the fibers are actually hollow channels whose walls are composed of tabular crystals of graphite greatly elongate in the direction of the fiber axis and with their basal planes oriented parallel to the channel walls. Inside and among the channels occur rolled graphitic structures (RGS): scrolls, tubes, and cones up to 2 μm in diameter and up to 15 μm in length. The fine-grained graphite coatings on the surfaces of cavities, on the other hand, consist almost solely of micro- and nanoscale RGS. The largest of the RGS are hollow scrolls, with the c axis predominantly perpendicular to the scroll axis. These are usually cigar-shaped but can also be more tubular. Conical RGS occur at the micro- and nanoscales. The nanoscale cones tend not to be hollow and may have a cone–helix structure. Transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy, and FESEM indicate that the RGS are composed of well-ordered graphitic layers but are commonly coated by amorphous carbon. The morphologies and paragenesis of these unusual graphite forms suggest a possible hydrothermal origin.

Abstract

Nous décrivons plusieurs morphologies inhabituelles du graphite naturel trouvé dans une pegmatite alcaline recoupant la rischorrite dans la vallée de Hackman, massif de Khibiny, péninsule de Kola, en Russie. Le graphite se présente macroscopiquement sous deux formes, en aggrégats sphériques fibroradiés atteignant 2 cm de diamètre, faits de fibres alignées friables d’environ ~20 μm de diamètre, et en pellicules à grains fins sur les parois de cavités recouvrant l’aegyrine, la fluorapatite strontifère et le feldspath potassique. Nous démontrons par microscopie optique et par microscopie électronique à balayage avec champ d’émission (FESEM) que les fibres sont des structures tubulaires dont les parois sont faites de plaquettes de graphite fortement allongées dans la direction de l’axe des fibres, avec le plan des feuillets orienté parallèle aux parois des canaux. A l’intérieur et parmi les canaux, on trouve des structures de graphite enroulé, soit en rouleaux, en tubes ou en cones jusqu’à 2 μm de diamètre et 15 μm de long. Les pellicules de graphite à granulométrie fine sur les surfaces exposées des cavités, en revanche, sont faites presqu’entièrement de telles formes enroulées à une échelle micrométrique ou nanométrique. Les structures les plus grosses sont des rouleaux vides dans lesquels l’axe c est surtout orienté perpendiculaire à l’axe du rouleau. Ces structures montrent en général la morphologie d’un cigare, mais peuvent aussi être plutôt tubulaires. Les formes coniques sont développées à l’échelle micrométrique ou nanométrique. Les cones nanométriques n’ont pas tendance à être tubulaires, mais semblent adopter une structure hélocoïdale. D’après nos observations en microscopie électronique à transmission, en spectroscopie de Raman, et au FESEM, les structures enroulées seraient faites de couches de graphite bien ordonné, mais elles sont couramment recouvertes de carbone amorphe. Les morphologies et la paragenèse inhabituelles du graphite seraient conformes à un origine hydrothermale.

(Traduit par la Rédaction)

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