Страницы Список страниц 15 16 17 18 19 · · ·  21

Силикаты

Класс силикатов объединяет большую группу минералов, включающих около одной трети всех известных минералов. По подсчетам А. Е. Ферсмана, силикаты составляют 75% от веса земной коры. Большинство силикатов является породообразующими минералами. Силикаты представляют интерес для ряда отраслей народного хозяйства. Многие силикаты — ценные полезные ископаемые: руды на медь, никель, цинк, железо, литий, сырье для извлечения редких и радиоактивных элементов (торит, циркон, ортит и др.), большая группа силикатов используется в керамическом и огнеупорном производстве (каолинит, полевые шпаты, асбест, оливин), в ювелирном деле (топаз, гранат, берилл, аквамарин), в строительстве (Лабрадор), сельском хозяйстве как удобрения (глауконит, нефелин), в электротехнике и радиопромышленности (слюды) и др.

Силикаты имеют различное происхождение, они возникают в различных участках земной коры как при эндогенных, так и при экзогенных процессах минералообразо-вания. Многие силикаты образуются главным образом в эндогенных условиях (оливин, роговая обманка, полевые шпаты и т. д.), другие же возникают при экзогенном минералообразовании и являются продуктами изменения первичных (эндогенных) минералов — каолинит, глауконит, монтмориллонит и пр.

Главнейшие элементы, входящие в состав силикатов: Si, Na, Са, К, Mg, Al, Fe, Li, О и др. Ранее полагали, что силикаты являются солями различных кремневых кислот— метакремневой, ортокремневой и т. д. Однако успехи рентгеноструктурного анализа силикатов позволили по-новому построить классификацию силикатов. Было выяснено, что в основе структуры силикатов лежит тесная связь ионов кремния и кислорода. В любом силикате каждый ион кремния окружен четырьмя ионами кислорода, располагающимися по вершинам тетраэдра. Иными словами, в каждом силикате присутствуют комплексные анионы [SiО4]4-, называемые кремне-кислородными тетраэдрами (рис. 60).

Кремнекислородный тетраэдр

Рис. 60. Кремнекислородный тетраэдр

Все разнообразие силикатов основывается на различном сочетании таких кремнекислородных тетраэдров. В некоторых силикатах
часть ионов кремния замещается алюминием и образуются алюмокислородные тетраэдры. В этом случае имеют дело с алюмосиликатами.

Все силикаты по структуре подразделяются на следующие типы:
1. Островные силикаты с изолированными тетраэдрами [SiО4]4- и изолированными группами тетраэдров, так называемые двойные силикаты с радикалом [Si2О7]6- (два кремнекислородных тетраэдра соединены вершинами, имея общий ион кислорода) и кольцевые силикаты с радикалами [Si3О9]6- , [Si4О12]8-, [Si6О18]12- (тетраэдры образуют кольцо, состоящее из 3, 4 или 6-кремнекислородных тетраэдров (рис. 61, 62).
2. Цепочечные силикаты (кремнекислородные тетраэдры образуют непрерывную цепочку) с радикалом [Si2O6]4-
3. Ленточные (поясные) силикаты (цепочки объединены в ленты, пояса) с радикалом [Si4O11]6- 4. Листовые (слоевые) силикаты (ленты объединены в листы, или слои, связанные катионами). Они имеют радикал [Si2O5]2-
5. (каркасные силикаты (алюмо- и кремнекислородные тетраэдры образуют сложный каркас). Каркасные силикаты очень разнообразны в связи с присутствием алюмокислородных тетраэдров. Радикал каркасных силикатов[AlmSinO2(m+n)]m-.

Группа из четырех кремнекислородных тетраэдров, связанных в кольцо

Рис 61. Группа из четырех кремнекислородных тетраэдров, связанных в кольцо

Группа из шести кремнекислородных тетраэдров, связанных в кольцо

Рис. 62. Группа из шести кремнекислородных тетраэдров, связанных в кольцо

Ниже охарактеризованы главнейшие представители выделенных структурных типов.

Островные силикаты

Оливин (перидот, хризолит) — (Mg, Fe)2[SiО4]

Назван по оливково-зеленому цвету. Представляет собой изоморфную смесь Mg2[SiO4] — форстерита и Fe2[SiO4] — фаялита. Химически и состав: MgO — 45—50%, FeO —8—20%, NiO —0,1—0,3%, СоО до 0,01%. Иногда присутствует марганец. Сингония ромбическая. Твердость 6,5—7. Уд. вес 3,3—3,5. Морфология. Сплошные зернистые массы, кристаллы (см. рис. 26,6). Спайность несовершенная. Блеск стеклянный. Цвет оливково-зеленый, желтый, темно-зеленый черный. Разновидности. Хризолит — прозрачная желтовато-зелёная разность, используемая в ювелирном деле. Происхождение и парагенезис. Магматическое, связан с ультраосновными породами. Ассоциирует с пироксенами, хромшпинелидами (хромитом), магнетитом, платиной, основными плагиоклазами. При воздействии на оливин гидротермальных растворов образуются серпентин (змеевик) и асбест, называемый также хризотил-абестом (рис. 63). Эти минералы имеют одинаковую формулу Mg6[Si4O1o](ОН)8. Месторождения. Урал, Кавказ, Сибирь. Значение. Используется как огнеупорное сырье, оливиновая мука — удобрение, хризолит—драгоценный камень.

Прожилки хризотил-асбеста

Рис. 63. Прожилки хризотил-асбеста в сер пентинизированной породе

Гранат — R23+R32+[HSiO4]3

Где R2+ —Са, Mg, Mn, Fe, a R3+ — Al, Fe, Cr. Название происходит от латинского слова «гранум» — зерно. Кристаллы граната по форме, а иногда и по цвету напоминают зерна плодов гранатового дерева. Гранаты представляют собой изоморфный ряд. Конечными членами этого ряда являются: пироп Mg3Al2[SiO4]3, альмандин Fe3Al2[SiO4]3, спессартин Mn3Al2[SiO4]3, гроссуляр Ca3Al2[SiO4]3, андрадит Ca3Fe2[SiO4]3, уваровит Ca3Cr2[SiO4]3.
Названные минералы в чистом виде в природе редко встречаются. Обычно они образуют друг с другом твердые растворы. В составе граната нередко отмечаются примеси калия, натрия, циркония, бериллия, ванадия, титана, иттрия и других химических элементов. Средний химический состав гранатов приведен в табл. 8.

Химический состав гранатов, вес.%   Таблица 8
Минерал MgO FeO MnO CaO Al2O3 Fe2O3 Cr2O3 SiO2
Пироп 29,8 25,4 44,8
Альмандин 43,3 20,5 36,2
Спессартин 43,0 20,6 36,4
Гроссуляр 37,8 22,7 40,0
Андрадит 33,0 31,5 35,5
Уваровит 33,5 30,6 35,9

Сингония кубическая. Твердость 6,5—7,5. Уд. вес 3,5—4,3. Морфология. Встречается в виде кристаллов — ромбододекаэдров, пентагон-додекаэдров, тет-рагон-триоктаэдров (см. рис. 22, 4, 5, 7) и зерен, включенных в породу. Спайность отсутствует. Излом неровный, раковистый. Блеск стеклянный. Цвет красный, зеленый, желтый, красно-фиолетовый, черный. Разновидности. Гроссуляр — зеленый, желтый. Ува-ровит — изумрудно-зеленый. Пироп — кроваво-красный. Альмандин — красный, буро-красный. Андрадит — бурый, буровато-зеленый, черный. Прозрачная зеленая разновидность андрадита называется демантоид. Происхождение и парагенезис. Метаморфическое, контактово-метасоматическое, иногда магматическое.

Встречается в гнейсах, кристаллических сланцах, амфиболитах, скарнах. Магматическим путем возникают альмандин и пироп. Для них характерен тетрагон-триоктаэд-рический облик в отличие от контактово-метасоматиче-ских гранатов, имеющих ромбододекаэдрическую форму. Спутниками гранатов являются: для пиропа— алмаз и оливин в кимберлитах, для уваровита — хромит, в скарнах с гранатами гроссуляром и андрадитом встречаются магнетит, шеелит CaWO4, диопсид, кальцит, эпидот и др. Альмандин характерен для слюдяных сланцев в ассоциации с дистеном. Спессартин встречается в пегматитах со слюдой, полевым шпатом, турмалином. Месторождения. Карелия, Урал, Якутия. Значение. Абразивный материала. Ювелирная промышленность (пироп, уваровит, демантоид).

Эпидот— Са2(Аl, Fe)3[SiO4][Si2O7]O(OH)

Название происходит от греческого слова (эпидос)- приращение, прибавка, так как основание призматического кристалла имеет одну сторону длиннее другой. В крастиллохимической структуре эпидота присутствуют одновременно одиночные и сдвоенные тетраэдры. Химический состав: СаО-23,5%, Аl2O3-24,1%, Fe2O3— 12,6%, SiO2— 37,9%, Н2О— 1,9%. Присутствуют примеси: свинца, хрома, марганца, магния, стронция и др. Сингония моноклинная. Твердость 6,5—7. Уд. вес 3,2—3,5. Морфология. Длиннопризматичеекие кристаллы с продольной штриховкой. Лучистые и шестоватые агрегаты, зернистые массы (см. рис. 27,10, 11). Спайность совершенная по {001}. Блеск стеклянный, сильный. Цвет фисташково-зеленый, грязно-зеленый, реже — черный. Разновидности. Клиноцоизит—маложелезистый эпидот, пьемонтит — обогащен марганцем (до 19% МnO2). Происхождение и парагенезис. Метаморфическое в контактовых зонах. Встречается в скарнах в ассоциации с кальцитом, магнетитом, диопсидом, кварцем, гранатом. Гидротермальное — развивается за счет изменения плагиоклазов, амфиболов, гранатов и др. Здесь с ним ассоциирует хлорит. Процесс преобразования горных пород гидротермальными растворами получил название эпидотизации. Месторождения. Урал, Альпы. Значение. Породообразующий минерал, поделочный камень.

Берилл — Be3Al2[Si6O18]

Название дано по химическому элементу бериллию. Химический состав: ВеО — 14,1%, Аl2O3— 19,0%, SiO2 —66,9%. Присутствуют примеси натрия, калия, лития, церия, рубидия, хрома и др. В кристаллохимической структуре бериллия наблюдаются сдвоенные шестерные кольца. Сингония гексагональная. Твердость 7,5—8. Уд. вес 2,6—2,9. Морфология. Призматические удлиненные кристаллы — гексагональные призмы в комбинации с дипирамидой и пинакоидом (ем. рис. 23,5). Кристаллы иногда достигают больших размеров — до нескольких метров в длину. Спайность несовершенная. Излом раковистый. Цвет от бледных оттенков серого, желтого и розового цвета до голубого и ярко-зеленого. Разновидности. Аквамарин — голубой, цвета морской волны, прозрачный. Изумруд — ярко-зеленого цвета. Воробьевит- розовый (содержит цезий). Гелиодор — желтая прозрачная разновидность с примесью Fe2O3. Происхождение и парагенезис. Пневматолитовый и гидротермальный — в пегматитах, грейзенах, кристаллических сланцах, в кварцевых жилах. Спутники: топаз, вольфрамит, касситерит, молибденит, турмалин, мусковит, полевой шпат, кварц и др. Месторождения. Урал, Забайкалье, Колумбия, США. Значение. Руда на бериллий. Изумруд, воробьевит, аквамарин и гелиодор — драгоценные камни.

Турмалин

NaR3Al6(BO3)3[Si6O18](OH, F)4, где R = Fe2+ тогда минерал называют шерлом, если R = Mg — дравитом, если R= (Li, Al) —эльбаитом и др. Примеси: калий, хром, титан, рубидий, бериллий, ванадий, цезий и др. Химический состав колеблется в широких пределах. Для широко распространенной разновидности турмалина — шерла — отмечается следующий средний состав (в %): Na2O— 1,9— 2,7; FeO -9,9—15,1; Аl2O3 — 28,5—34,4; В2O3 —8,3—10,7; SiO2 — 33,8—35,5; Н2O — 1,9—3,8; F — 0—0,9, а также примеси магния и лития.
Основу структуры турмалина составляют сдвоенные шестичленные кольца кремнекислородных тетраэдров подобно соединению их в берилле. Сингония триго-нальная. Твердость 7—7,5. Уд. вес 2,9—3,2. Морфология. Агрегаты шестоватые, радиально-лучистые, волокнистые, реже — зернистые. Кристаллы призматические, игольчатые, вытянуты вдоль оси третьего порядка. Характерна продольная штриховка и сечение в форме сферического треугольника. Радиально-лучистые агрегаты называются турмалиновыми солнцами. Спайность отсутствует. Блеск стеклянный. Цвет разнообразен— от светлых тонов до бурых и черных оттенков. Разновидности. Шерл — черный.

Рубеллит—розовый (содержит литий). Индиголит — синий. Правит — бурый. Встречаются полихромные турмалины — с чередующимися полосами разных оттенков красного, розового, зеленого, бесцветного, синего. Происхождение и парагенезис. Возникает в пегматитах — шерлы с мусковитом, апатитом, кварцем, дравиты — в ассоциации с кварцем и альбитом; рубеллиты и полихромные турмалины со сподуменом, лепидолитом, тантало-ниобатами; в грейзенах—дравиты и шерлы с бериллом, мусковитом, флюоритом; при гидротермальных и пневматолитовых процессах в кварцевых жилах; в грейзенах с кварцем, касситеритом, флюоритом, слюдами, топазом, бериллом возникают шерлы, дравиты и другие разновидности, Особые свойства. Обладает пьезо- и термоэлектрическими свойствами. Месторождения. Урал, Карелия, Восточная Сибирь, Украина, Бразилия, Шри Ланка. Значение. Пъезо- и термоэлектрическое сырье, в ювелирной промышленности.

Цепочечные силикаты

К цепочечным силикатам относятся минералы называемые пироксенами. Название «пироксены» дано Р. Ж-Гаюи зеленоватым кристаллам, обнаруженным им в лавах. Гаюи считал их посторонними включениями, не свойственными магматическим породам (греч. «пир» — огонь, «ксенос» — чужой).
Кристаллохимическая структура пироксенов характеризуется наличием одинарной цепочки, состоящей из кремнекислородных тетраэдров. Схематическая формула пироксенов: R2[Si2О6], где R — Mg, Fe, Са, Al, Na, Li; анион характеризуется четырьмя отрицательными зарядами — [Si2O6]4-.
Пироксены имеют короткостолбчатый облик и изо-метричное поперечное сечение. Минералы подразделяются на моноклинные (авгит, диопсид, сподумен, эгирин и др.) и ромбические (энстатит, гиперстен) пироксены. Ниже рассматривается представитель моноклинных пироксенов — авгит.

Авгит — Ca(Mg, Fe, Al)[(Si, Аl)2O6)]

Назван от слова «авге» — блеск (греч.) из-за сильного блеска на гранях. Сингония моноклинная. Твердость 5—6,5. Уд. вес 3,2—3,5. Морфология. Короткостолбчатые таблитчатые кристаллы (см. рис. 27,2, 4). Сплошные зернистые массы. Спайность средняя. Излом раковистый. Блеск полуметаллический, стеклянный. Цвет черный, бурый, темно-зеленый. Разновидности. Ти-танавгит (содержит ТiO2 до 4—5%). Происхождение и парагенезис. Магматическое в основных эффузивных породах в ассоциации с магнетитом, основными плагиоклазами, оливином. Обнаружен на Луне. Является, по-видимому, титанавгитом (SiO2 — 48,0%; FeO —8,49%, ТiO2 —5,91 %, СаО—19,88%). Значение. Породообразующий минерал.

Ленточные силикаты

К ленточным силикатам относятся минералы, называемые амфиболами. В отличие от пироксенов амфиболы имеют вытянутые призматические, игольчатые кристаллы. Термин «амфибол» происходит от греческого слова «амфиболос» неясный, из-за разнообразия химического состава и внешнею вида минералов этой группы. Схематическая формула амфиболов R7(Si4O11](OH)2, где R = Сu, Nig. Fe Могут входить также трехвалентные алюминий и железо. В таком случае излишняя валентность компенсируется одновременным вхождением одновалентного натрия или приобретением отрицательной валентности, вследствие замещения кремния алюминием. Амфиболы вместе с пироксенами составляют 16% по весу от земной коры. Амфиболы представлены вытянутыми, призматическими кристаллами, иногда лучистого и игольчатого вида (тремолит, актинолит). Хорошо выражена спайность параллельно грани призмы. Амфиболы подразделяются на моноклинные (тремолит, актинолит, роговая обманка и др.) и ромбические (антофиллит). Ниже рассматривается представитель моноклинных амфиболов— роговая обманка.

Роговая обманка — (Са, Na)(Mg, Fe)4(Al, Fe) (Al, Si)4O11]2(OH)2

Химический состав сложный и непостоянный. Сингония моноклинная. Твердость 5,5—6. Уд. вес 3,1—3,3. Морфология. Длинно-призматические, иногда столбчатые кристаллы (см. рис. 27,5). Спайность совершенная. Излом часто занозистый. Блеск стеклянный. Цвет зеленый, бурый, черный. Разновидности. Базальтическая роговая обманка — бурого или черного цвета (в базальтах, туфах). Уралит — псевдоморфоза роговой обманки по пироксену. Происхождение и парагенезис. Магматическое, в средних и щелочных интрузивных породах в ассоциации с плагиоклазами, слюдами. Широко распространена в метаморфических породах — роговообман-ковых сланцах, гнейсах и др. Значение. Породообразующий минерал.

Листовые (слоевые) силикаты

В основе кристаллохимической структуры листовых силикатов находятся кремнекислородные слои (листы), состоящие из шестичленных колец кремнекислородных тетраэдров. Шестерные кольца листовых силикатов [Si2O5]2- связываются катионами, главными среди которых являются магний, алюминий и железо, в пакеты состава [Si4O10]4-. В данном радикале кремний может замещаться алюминием, радикал приобретает вид [(Si, Al)4O10], а минералы относят к алюмосиликатам. Наличие пакетов у листовых силикатов, состоящих из гексагональных сеток, и слабых остаточных (ван-дер-ваальсовых) связей между ними обуславливает их физические свойства: низкую твердость (тальк и каолинит — 1, слюды — 2—3), весьма совершенную спайность, псевдогексагональную форму кристаллов, диэлектрические свойства. Ниже рассматриваются наиболее важные представители листовых силикатов: тальк, слюды, гидрослюды, хлориты, минералы глин.

Тальк (тальковый камень, жировик)

Mg3[Si4O10](OH)2. Химический состав: MgO — 31,7%, SiO-63,5%, Н2 —4,8%. Сингония моноклинная. Твердость 1. Уд. вес 2,7—2,8. Морфология. Листовые, чешуйчатые, плотные массы. Спайность весьма совершенная. Блеск стеклянный, перламутровый. Цвет бледно-зеленый, белый, желтоватый. Разновидности. Стеатит (жировик) — плотные массы. Благородный тальк (листоватые агрегаты цвета морской волны). Особые свойства. Жирен на ощупь. Огнеупорен (т. пл. 1400°С). С раствором азотнокислого кобальта при прокаливании приобретает розовую окраску. Происхождение и парагенезис. Является продуктом гидротермального изменения ультраосновных пород. Ассоциирует с хромшпинелидами, магнетитом, серпентином, магнезитом, доломитом, гематитом и др. Месторождения. Шабровское, Миасс (Урал), Канада. Значение. Используется в бумажной, парфюмерной, красочной и текстильной промышленностях.

Слюды

Слюды относятся к листовым силикатам. Они объединяются рядом общих физических свойств: весьма совершенной спайностью по {001}, листоватым или чешуйчатым обликом, небольшой твердостью (2—3). В кристаллической структуре кремнекислородные пачки листов связаны через катионы, где связи сравнительно непрочны и вдоль этих листов минералы легко расщепляются, проявляя весьма совершенную спайность.

Мусковит — KAl2[AlSi3O10](OH, F)2

Название произошло от старинного названия города Москвы — «Муска» (итальянск.), так как через Москву этот минерал вывозился на запад под названием «московского стекла». Химический состав: К2О — 11,8% , Аl2O3 —38,5%, SiO2 — 45,2%, Н2O— 4,5%.Cингония моноклинная. Твердость 2—3. Уд. вес 2,7—3,1. Морфология. Сплошные листовато-зернистые и чешуйчатые агрегаты. Спайность весьма совершенная. Блеск перламутровый. Цвет бесцветный, желтоватый, зеленоватый. Разновидности.; Серицит — мелкочешуйчатый мусковит. Особые свойства. Листочки гибки и упруги. Диэлектрик. Огнеупорен. Происхождение и парагенезис. Широко распространен как магматический минерал в интрузивных породах кислого и среднего состава, где является породообразующим совместно с кварцем, полевыми шпатами, роговой обманкой. В грейзенах — с топазом, турмалином, кварцем, вольфрамитом, касситеритом, молибденитом. В пегматитах— с кварцем и полевыми шпатами. В метаморфических породах — в слюдяных сланцах и гнейсах. Месторождения. Восточная Сибирь (р. Мама), Карелия, Индия, Бразилия. Значение. Электро- и радиотехническая промышленность. Для изготовления огнестойких материалов. В обойном бумажном и резиновом производствах, в химической промышленности (краски, взрывчатка).

Рис. 64. Кристалл биотита

Рис. 64. Кристалл биотита

Биотит —K(Mg, Fe)3[Si3AlO10](OH, F)2

Химический состав: K2O-6-ll%, MgO — 0,3—28,3 %, FeO — 2,7—27,6%, Fe2O3 — 0,1—20,7%, Аl2O3 — 9,4-31,7%, Si02-32,8-45%, Н20 — 0,9-4,6%, F до 4,2%, Сингония моноклинная. Твердость 2—3. Уд. вес 3,0. Морфология. Пластинчатые и зернисто-чешуй чатые массы (рис. 64). Спайность весьма совершенная. Блеск перламутровый. Цвет черный, бурыйл Разновидности. Лепидолит — черная слюда, без магния. Происхождение и парагенезис. Магматическое, пегматитовое, контактовое. Встречается в ассоциации с кварцем, мусковитом, полевыми шпатами в кислых и средних магматических породах. Метаморфическое —в слюдяных сланцах и гнейсах. Значение. Породообразующий минерал.

Гидрослюды

Гидрослюды занимают промежуточное положение между слюдами и минералами глин. Их также относят к листовым силикатам. Состав гидрослюд сложный и непостоянный.
Глауконит является водным алюмосиликатом калия, железа, магния и алюминия. Название — от цвета «глаукос» — синевато-зеленый (греч.). Содержит от 4 до 9,5% К2О. Сингония моноклинная. Твердость 2—3. Уд. вес 2,2—2,9. Морфология. Землистые, рыхлые массы, мелкопесочный, тонкочешуйчатый. В виде зерен в осадочных породах. Кристаллы редки. Цвет зеленоватый разных оттенков. Происхождение. Является экзогенным минералом. Возникает в осадочных породах морского происхождения — песках, песчаниках, глинах, фосфоритовых и карбонатных отложениях. Образование связывают со сложными биохимическими процессами. Особые свойства. Сильно парамагнитен. Способен к катионному обмену, благодаря чему используется при опреснении воды и обесцвечивании некоторых материалов. Месторождения. Украина, Подмосковье, Поволжье. Значение. Калийное удобрение. Для изготовления дешевой зеленой краски. Смягчитель жестких вод в сахарной, пивоваренной, винокуренной и текстильной промышленности. Используется для определения абсолютного возраста осадков калий-аргоновым методом.

17

16 18