ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2020
Просмотров: 13832
Скачиваний: 112
Раздел IV. Окислы (оксиды)
311
делах Курской магнитной аномалии (КМА) в докембрийских железистых
кварцитах, являющихся результатом регионального метаморфизма перво
начально осадочных железистых толщ, многократно собранных в крутые
складки. Руды этой формации имеются и в
Кривом Роге
(Украина).
Примером гидротермальных месторождений является
Кутимское
(Северный Урал), руды которого залегают в палеозойских доломитах и
представлены кристаллическими массами крупнопластинчатого гемати
та, местами превращенного в магнетит. Оолитовые красные железняки в
виде пластовых залежей распространены на западном склоне Среднего
Урала — в
Кусье'Александровском
и
Пашийском
районах. Мартитовые
руды в существенных количествах встречаются в верхних зонах ряда круп
ных магнетитовых месторождений Урала: на горах
Магнитной
,
Высокой
(у Нижнего Тагила) и др. Сростки типа «железных роз» отмечены в неко
торых хрусталеносных жилах
Приполярного Урала
.
Из зарубежных месторождений отметим крупнейшие месторождения в
докембрийских метаморфизованных толщах в районе
Верхнего озера
(США)
и в
Итабири
(штат МинасЖерайс, Бразилия). Большой интерес в минера
логическом отношении представляет конктактовопневматолитовое место
рождение на о.
Эльба
, откуда происходят замечательные кристаллы желез
ного блеска, экспонирующиеся во многих минералогических музеях.
«Железные розы» встречаются в ряде мест в Альпах (СенГоттард и др.).
Практическое значение.
Гематитовые руды принадлежат к числу важ
нейших железных руд, из которых выплавляются чугун и сталь. Значе
ние их в народном хозяйстве и промышленности общеизвестно. Содер
жание железа в сплошных гематитовых рудах обычно колеблется от 50
до 65 %. Чистые разности порошковатого гематита употребляются в ка
честве красок и для изготовления красных карандашей.
ИЛЬМЕНИТ
— FeTiO
3
, или FeO
.
TiO
2
. Название происходит от Иль
менских гор (Южный Урал), где этот минерал впервые был установлен.
Синоним: титанистый
железняк.
Химический состав.
Fe — 36,8 %, Ti — 31,6 % , О — 31,6 %. В качестве
изоморфных примесей может содержать Mg, нередко в значительных ко
личествах (пикроильменит), иногда Мn (до нескольких процентов), так
же Cr, Al и V. Существуют непрерывный изоморфный ряд FeTiO
3
—
MgTiO
3
(гейкилит) и, вероятно, ряд FeTiO
3
—MnTiO
3
(пирофанит), а при
высоких температурах устанавливается ряд и с Fe
2
O
3
(гемоильмениты).
Сингония
тригональная; ромбоэдрический в. с.
L
6
3
C
. Пр. гp.
R
3 (
C
2
3
i
).
а
0
= 5,083;
с
0
=
14,04.
Кристаллическая структура
аналогична структуре
корунда, с той лишь разницей, что места Аl через слой поочередно зани
маются Fе
2+
и Тi
4+
. Такая замена разнородными ионами ведет к снижению
симметрии структуры.
Облик кристаллов
толстотаблитчатый (рис. 149),
ромбоэдрический, иногда пластинчатый. Наиболее часто наблюдаются
следующие формы: пинакоид {0001}, ромбоэдры {101
–
1}, {022
–
1}, {224
–
3}
Описательная часть
312
и др. Двойники по ромбоэдру {101
–
1}. Обычно
встречается в виде вкрапленных зерен неправиль
ной формы, редко в сплошных зернистых массах.
Под микроскопом ильменит в виде пластинчатых
выделений устанавливается в некоторых разно
стях гематита в качестве продукта распада твер
дых растворов, но гораздо чаще он наблюдается в
так называемых титаномагнетитах и изредка в не
которых титанистых разностях авгитов и других
минералов тоже как продукт распада твердых растворов.
Цвет
ильменита железночерный или темный стальносерый.
Черта
большей частью черная до темносерой, иногда бурая или буроватокрас
ная (для разностей, содержащих в виде включений гематит).
Блеск
по
луметаллический. Непрозрачен.
Твердость
5–6.
Спайность
несовершенная по ромбоэдру {101
–
1}, из
лом неровный и полураковистый.
Уд. вес
4,72. Не ферромагнитен, гемо
ильмениты слабо магнитны.
Диагностические признаки.
Похож на гематит. В кристаллах отли
чим по их формам (присутствуют только ромбоэдры, нет граней гексаго
нальных дипирамид и скаленоэдров). В сплошных массах от гематита
отличается по черте и более слабому блеску.
П. п. тр. не плавится. В восстановительном пламени становится явно
магнитным. В порошке с трудом растворяется в концентрированной HCl
с выделением окиси титана. После плавления с КНSО
4
при кипячении с
оловом дает синеватофиолетовый раствор, при разбавлении водой розо
вый (реакция на титан).
Происхождение и месторождения.
В качестве вкрапленников в ким
берлитах содержится пикроильменит, являющийся одним из минералов
— индикаторов, позволяющих обнаруживать коренные месторождения ал
маза по ореолам механического рассеяния. В виде вкрапленности ильме
нит встречается в основных изверженных породах (габбро, диабазах, пи
роксенитах и др.), часто в ассоциации с магнетитом, а также в щелочных
породах. В значительных количествах он иногда наблюдается в пегмати
тах некоторых типов (сиенитовых) в парагенезисе с полевыми шпатами,
биотитом, ильменорутилом и др.
В гидротермально измененных изверженных породах ильменит, как
правило, наблюдается в разложенном состоянии, будучи превращен в так
называемый лейкоксен. Известны также случаи разложения ильменита
с образованием механической смеси гематита и рутила с сохранением
внешней формы кристаллов ильменита.
В России кристаллы ильменита, иногда значительных размеров, встре
чаются в пегматитах
Ильменских
и
Вишневых
гор около г. Миасса (Юж
ный Урал) среди сиенитогнейсов. В виде включений в титаномагнети
тах он широко распространен во многих месторождениях.
Рис. 149.
Кристалл
ильменита.
с
{000
–
1},
n
{224
–
3},
r
{101
–
1},
s
{022
–
1}
Раздел IV. Окислы (оксиды)
313
В поверхностных условиях ильменит относительно устойчив и мо
жет, претерпевая дальнюю транспортировку, накапливаться в аллювиаль
ных и особенно в прибрежноморских россыпях с рутилом, цирконом
и др. (см. рис. 58).
Из иностранных месторождений отметим норвежские:
Экерзунд'Зог'
гендаль
в виде жил в норитах (основная изверженная порода),
Крагерё
,
где встречаются крупные кристаллы до 6–7 кг
весом, и др.
Практическое значение.
Является главной рудой на титан (большая
часть добывается из россыпей), используемый в виде TiO
2
в качестве бе
лой краски (титановых белил с высокой кроющей способностью), а так
же для сплавов с железом — ферротитана, содержащего 10–15 % Ti, для
изготовления особых сортов стали и для других целей.
Способность металлического титана выдерживать высокие темпера
туры, устойчивость к коррозии, способность свариваться и низкий удель
ный вес делают его особенно ценным сырьем для авиационной промыш
ленности.
5. Группа браунита
Сюда относятся окислы Mn, частью с Fe, существенно отличающиеся
по кристаллическому строению от минералов группы корунда.
БРАУНИТ
— Mn
2+
Mn
3+
6
SiO
12
. Иногда пишут сокращенную формулу
с другой стехиометрией: Мn
2
О
3
.
Химический состав.
MnO — 44,8 %, MnO
2
— 55,2 %. В брауните не
редко устанавливается железо, иногда до 10 % и выше. Спектроскопически
обнаруживается также присутствие B и Ba. Последний элемент, возмож
но, связан с баритом, являющимся обычным спутником браунита.
Сингония
тетрагональная; дитетрагональнодипирамидальный в. с.
L
4
4
L
2
5
PC
. Пр. гр.
I
4/
acd
(
D
20
4
h
).
а
0
= 13,44;
с
0
= 18,93. Структура координа
ционная субслоистая. Может быть представлена в виде дефектной, силь
но искаженной кубической плотнейшей упаковки кис
лорода с послойным заполнением октаэдров одного
слоя катионами только Mn
3+
, а в другом слое наряду с
октаэдрами Mn
3+
имеются скрученные кубы Mn
2+
и тет
раэдры Si
4+
.
Кристаллы
имеют октаэдрический облик
(рис. 150); тетрагональная дипирамида, приближающа
яся по углам к октаэдру, находится иногда в комбина
ции с гранями призмы и пинакоида. Чаще наблюдается
в зернистых агрегатах.
Цвет
браунита черный до серого, с коричневым оттенком.
Черта
бу
рая до коричневой.
Блеск
полуметаллический. Непрозрачен.
Твердость
6.
Спайность
заметная по {111}.
Уд. вес
4,7–5,0. Немагнитен.
Диагностические признаки.
Похож на многие марганцевые черные ми
нералы. Для него характерны высокая твердость, буроваточерная черта.
Рис. 150.
Крис
талл браунита
Описательная часть
314
С достоверностью может быть установлен в полированных шлифах под мик
роскопом и рентгенометрическим путем.
П. п. тр. не плавится. С бурой дает реакцию на Mn. В HCl с трудом
растворяется с выделением из раствора хлора и студенистого кремнезе
ма. В HNO
3
разлагается на MnO и MnO
2
(в осадке).
Происхождение и месторождения.
Возникает в восстановительных
условиях, но устойчив в пределах определенных значений восстановитель
ноокислительного потенциала. В более восстановительной обстановке
замещается гаусманитом MnMn
2
O
4
. Встречается в некоторых
контакто'
во'метасоматических
месторождениях, а также в
гидротермальных
жилах
в ассоциации с различными минералами марганца и железа баритом, квар
цем и др. В значительных массах распространен в
регионально'метамор'
физованных
осадочных месторождениях марганца (формация гондитов).
В зоне окисления браунит неустойчив: постепенно окисляясь до выс
шей валентности Mn, превращается в псиломелан, а затем в более устой
чивый в присутствии кислорода пиролюзит (MnO
2
).
На Урале известно гидротермальное месторождение
Сапальское
(у Нижнего Тагила) в известняках, где браунит ассоциирует с гаусмани
том, гематитом, магнетитом, якобситом, сульфидами Fe, Pb и др. Извес
тен также на
Поперечном
месторождении (Хабаровский край). В больших
массах находится в ряде метаморфизованных осадочных месторождений
в Центральном Казахстане:
Джезды
в Карсакпайском районе, где он в виде
сплошных зернистых агрегатов наблюдается также в небольших жилах
гидротермального происхождения;
Караджал
в Атасуйском районе и др.
Из иностранных месторождений следует указать крупные метамор
физованные месторождения Индии, Бразилии, Южной Африки (Пост
масбург) и др.
Практическое значение.
Браунитовые руды принадлежат к числу
важнейших марганцевых руд, используемых в черной металлургии для
выплавки ферромарганца, который идет в присадку при выплавке сталей
в мартеновских печах. Бедные марганцем руды употребляются для под
шихтовки при выплавке обыкновенных чугунов в домнах.
6. Семейство шпинелидов
Минералы семейства шпинелидов с типовым составом RO
.
R
2
O
3
, со
гласно данным рентгенометрии, должны рассматриваться как двойные
окислы, а не как соли кислородных кислот, т. е. не как алюминаты, фер
риты и др. В этой группе широко представлены изоморфные смеси. В ка
честве трехвалентных металлов, замещающих друг друга, принимают уча
стие: Fe
3+
, Аl
3+
, Сr
3+
, V
3+
, Аl
3+
и Mn
3+
, а в качестве двухвалентных — главным
образом Mg
2+
, Fe
2+
, иногда Zn
2+
, Мn
2+
и изредка, обычно в небольших ко
личествах, Cu
2+
, Ni
2+
и Со
2+
; кроме того, в составе шпинелидов может при
сутствовать Ti
4+
. Характерно, что двухвалентные ионы с большими ион
Раздел IV. Окислы (оксиды)
315
ными радиусами — Pb, Sr, Ca, Ba, а также одновалентные — Na и K — со
вершенно не участвуют в составе минералов этой группы. В зависимости
от сочетаний перечисленных элементов различают большое количество
минеральных видов, имеющих много общих свойств в форме кристал
лов, физических признаках и условиях образования (возникают преиму
щественно при высоких температурах и давлениях).
Подавляющая их масса кристаллизуется в кубической сингонии, об
разуя кристаллы преимущественно октаэдрического облика. Лишь неко
торые принадлежат к тетрагональной сингонии, причем облик их крис
таллов также октаэдрический. Особняком стоит соединение аналогичной
химической формулы — хризоберилл. Ионный радиус Be
2+
настолько мал,
что это соединение имеет существенно отличную структуру, кристалли
зуясь в ромбической сингонии.
Кристаллическая структура минералов группы шпинели довольно
сложная. Кислородные ионы плотно упакованы в четырех плоскостях,
параллельных граням октаэдра (кубическая плотнейшая упаковка).
В структурном типе
нормальной
шпинели (
n
шпинель) двухвалентные ка
тионы, (Mg
2+
, Fe
2+
и др.) окружены четырьмя ионами кислорода в тетра
эдрическом расположении, в то время как трехвалентные катионы (Аl
3+
,
Fe
3+
, Cr
3+
и др.) находятся в окружении шести ионов кислорода по вер
шинам октаэдра. При этом каждый ион кислорода связан с одним двух
валентным и тремя трехвалент
ными катионами. На рисунке 151
изображен основной мотив струк
туры шпинели MgАl
2
О
4
из AlO
6
октаэдров в установке с верти
кальной четверной осью. Все
пустующие колонки этого моти
ва выполнены полосами из тет
раэдров MgO
4
. Если обозначить
двухвалентные катионы буквой А,
а трехвалентные — В, то общая фор
мула нормальной шпинели, с обо
значением координационных чи
сел катионов верхними индексами,
может быть записана в следующем
виде: А
IV
В
VI
2
О
4
. В структуре
инвертированной
(обратной)
i
шпинели разме
щение катионов по позициям отвечает следующей формуле: В
IV
(АВ)
VI
О
4
.
Таким образом, структура характеризуется сочетанием изометричес
ких «структурных единиц» — тетраэдров и октаэдров, причем каждая вер
шина является общей для одного тетраэдра и трех октаэдров.
Эти особенности структуры хорошо объясняют такие свойства этих
минералов, как оптическая изотропия, отсутствие спайности, химическая
Рис. 151.
Кристаллическая структура
шпинели. Основной мотив структуры из
октаэдров в установке с вертикальной
четверной осью (по Н. В. Белову)