Рутил это минерал, сложное неорганическое вещество, в состав которого входят: титан Тi и кислород О.
Входит в группу рутила к которой относятся двуокиси титана (рутил), олова (касситерит) и марганца (пиролюзит), а также полиморфные модификации ТiO2 — анатаз и брукит.
Химическая формула рутила ТіО2, применяется как руда для получения титана.
Что такое минерал рутил
Название рутила происходит от лат. слова рутилюс — красноватый, анатаза — от греч. слова анатасис — вытянутость (подчеркивается, что обычная пирамида длинней, чем в других тетрагональных кристаллах).
Брукит назван в честь английского минералога Генри Джемса Брука (1771—1857 гг.).
Размеры элементарной ячейки для рутила — а0 = 4,58, с0 = 2,95; а0 : с0 = 1 : 0,644; для брукита — а0 = 5,436, b0 = 9,16, с0 = 5,14; a0 : b0 : с0 = 0,591 : 1 : 0,5602; для анатаза — а0 = 3,73, с0 = 9,37; а0 : с0 — 1 ‘. 2,512.
Кристаллическая структура этих минералов разная, чем и обусловлены различия в их физических свойствах.
В основу кристаллической структуры рутила положена плотнейшая гексагональная упаковка ионов кислорода. Одна из двойных осей упаковки параллельна четверной оси рутила.
В направлении этой оси возникают колонки из октаэдров, заполненных ионами титана.
Ионы титана в элементарной ячейке образуют объемноцентрированную решетку, в которой два атома кислорода размещены по диагонали основания тетрагональной призмы.
Каждый атом титана окружен октаэдрически шестью атомами кислорода, а каждый атом кислорода — тремя атомами титана, расположенными в вершинах почти равностороннего треугольника.
Вытянутость колонок октаэдров вдоль оси с обусловливает призматический, а часто даже игольчатый габитус кристаллов рутила.
А размещение этих колонок в плоскости гексагональной плотнейшей упаковки вызывает образование коленчатых двойников и тройников с углом между индивидами, близким к 120°.
Кристаллическая структура анатаза (рис. Структура анатаза а— элементарная ячейка, б — связи между титаном и кислородом, в — та же структура в октаэдрах, г — титанокислородная цепочка) характеризуется плотнейшей кубической упаковкой ионов кислорода с вертикальной четверной осью.
Каждый ион титана окружен октаэдр ически шестью ионами кислорода, а каждый ион кислорода — тремя ионами титана (так же, как и у рутила).
Кристаллическая структура брукита (рис.Структура брукита: а — разреженная модель, б — в октаэдрах) состоит из листов гексагональной.
И кубической упаковок ионов кислорода (возникает так называемая топазовая плотнейшая упаковка).
Между ионами кислорода в шестерной координации находятся ионы титана, образующие зигзагообразные цепочки октаэдров в каждом слое плотнейшей упаковки.
Агрегаты и габитус
До игольчатого, причем особенно характерно образование удлиненных призм и тонковолокнистых кристаллов.
Тонкие иголочки рутила, пронизывающие кварц, называются волосатиками. Они особенно распространены в некоторых месторождениях Среднего и Северного Урала.
В кристаллических сланцах рутил иногда встречается в виде более или менее изометрических зерен, а также мелких коленчатых двойников.
Сложносетчатые двойниковые срастания называются сагенитами.
По Н. В. Белову, коленчатые двойники рутила (также и касситерита) возникают в тех случаях, когда в минерал ообразующей среде присутствует Fe2O3.
Главными формами на кристаллах рутила являются {100}, {111}, {110}, {101}.
В отличие от рутила брукиту свойствен уплощенный облик (рис. 3 Габитус кристаллов брукита) с вертикальной штриховкой на гранях.
Рутил встречается в зернистых и сплошных агрегатах, а брукит и анатаз — почти исключительно в кристаллах.
Известны закономерные срастания анатаза с рутилом (а также пароморфозы анатаза по рутилу), рутила с гематитом, магнетитом, ильменитом и брукитом.
Физические свойства
Цвет описываемых минералов обычно темно-желтый, бурый, красный, черный. Черта бесцветная до буровато-белой.
Блеск — от алмазного до металловидного. Прозрачны в тонких елках. Излом от раковистого до ровного.
Оптические свойства: рутил одноосный, положительный; брукит двухосный, положительный; анатаз одноосный, отрицательный.
Под микроскопом в проходящем свете рутил обычно красный или коричневато-красный, брукит желтовато-коричневый до темно-коричневого.
Анатаз коричневый, желто-коричневый, зеленоватый и синий. Иногда наблюдаются зональные пояса роста (брукит и анатаз).
Рутил обладает полупроводниковыми свойствами.
Как определить рутил
Диагностические признаки. Диагностическим признаком описываемых минералов является габитус их кристаллов.
Которым характерны тетрагонально-призматические кристаллы и коленчатые двойники рутила, остроби-пирамидальные кристаллы анатаза и таблитчатые кристаллы брукита.
Главные линии на рентгенограммах: 3,242; 2,488; 1,689 (для рутила); 3,508; 1,877; 1,696 (для анатаза); 3,22; 2,45; 1,681 (для брукита).
Применение паяльной трубки: не плавятся и не изменяются.
От циркона рутил отличается твердостью (твердость циркона 7—8), от касситерита — плотностью (плотность касситерита 6,8— 7), от турмалина — оптическими свойствами.
Искусственное получение. Рутил можно получать при разложении TiCl4 или TiF4 при температуре красного каления, а также сплавлением ТiO2 в буре, фосфорной соли.
Или в вольфрамовокислом натрии (при температурах порядка 760—700° С образуются брукит и анатаз).
Переход брукита в рутил происходит при температуре выше 700° С, а анатаза в рутил — при 915° С.
Образование
В осадочных горных породах рутил известен как минерал россыпей. Последнее обстоятельство важно в том отношении, что оно иногда может служить критерием для определения материнских пород и областей сноса.
Чаще всего рутил встречается в связи с метаморфическими образованиями, где формируется за счет титансодержащих минералов.
В метаморфизованных породах он иногда образует тонкие, явно поляризующие иголочки вокруг углистых частичек.
То же самое касается брукита и анатаза, встречающихся в изверженных породах и кристаллических сланцах.
Кроме того, эти минералы образуются пневматолитовым путем, входят в состав пегматитов и других жил.
Особенно характерны для всех трех минералов так называемые альпийские жилы.
На земной поверхности анатаз образуется при выветривании титансодержащих минералов изверженных пород.
Наибольшее практическое значение принадлежит гидротермальным и россыпным месторождениям.
Месторождения
Месторождения анатаза — Семиз-Бугу в Центральном Казахстане, месторождения Северной Каролины в США.
Россыпные месторождения Урала (особенно Атлянское вблизи Миасса), Самотканское на Украине, а также альпийские жилы Швейцарских Альп, Северного Урала, Бразилии.
Хорошо образованные таблитчатые кристаллы брукита до 5 см в диаметре были найдены в Граубюндене в Альпах.
А кристаллы всех трех минералов — в Атлянских золотоносных россыпях на Урале.
На земной поверхности рутил, анатаз и брукит устойчивы и при разрушении материнских пород образуют россыпные месторождения.
Применение
Описываемые минералы являются рудой для получения ферротитана. Они используются для выплавки специальных сортов стали, для изготовления титановых белил и т. д.
Применяется коллекционерами, а также в учебных заведениях как образец минерала.
Группа рутила
К группе рутила относятся двуокиси титана (рутил), олова (касситерит) и марганца (пиролюзит).
Кроме этих минералов, мы здесь условно рассмотрим также полиморфные модификации ТiO2 — анатаз и брукит.
Первый относится к минералам каркасного строения, а второй — к минералам слоистого строения.
За исключением брукита, все эти минералы кристаллизуются в классе дитетрагональный бипирамиды тетрагональной сингоний — D4h — 4/mmm(L44L25PC).
Брукит кристаллизуется в классе ромбической бипирамиды ромбической сингоний — D2h — mmm(3L23PC).
Рутил, брукит, анатаз — ТiO2. Наиболее устойчивой модификацией является рутил. В виде изоморфных примесей в нем присутствуют Nb, Та, Fe, Сr и V.
По Н. В. Белову, ТiO2 в виде рутила возникает в тех случаях, когда в минералообразующей среде присутствует железо, в других случаях происходит образование анатаза.
Наименее частой модификацией является брукит. Его устойчивость определяется участием в структуре колумбитового компонента (Fe, Mn)(Nb, Та)2О6, количества которого для кристаллизации колумбита явно недостаточны.