12 Лабораторная работа класс «Каркасные силикаты»

12.1 Краткие сведения о минералах класса «Каркасные силикаты»

Многие из силикатов (алюмосиликатов) этого подкласса относятся к числу породообразующих и, в частности, наиболее распространенных в природе минералов. В первую очередь это полевые шпаты – главные составные части гранитов, гнейсов и других горных пород. К этому же подклассу минералов относятся нефелин – ведущий минерал некоторых щелочных горных пород, лейцит – обычная минеральная фаза в базальтоидах. Среди них есть и ценное нерудное сырье: микроклин, цеолиты и минералы на рудные элементы. Нефелин – руда на алюминий. Поллуцит – руда на цезий. Каркасные силикаты слагают 57,9% толщи земной коры.

12.1.1 Полевые шпаты

Полевые шпаты среди всех минералов пользуются наибольшим распространением. Они названы «полевыми» благодаря их повсеместному распространению – у реки, в поле, в горах. Распределение полевых шпатов в горных породах следующее: 60% - в изверженных, 30% - в метаморфических, 10% - приходится па долю осадочных пород. По химическому составу полевые шпаты являются алюмосиликатами Na, K, Ca, отчасти Ba. Полевые шпаты подразделяются по их составу на калинатровые, известково-натровые (или натриево-кальциевые, называемые также плагиоклазами) и кали-бариевые. Ниже рассматриваются представители наиболее распространенных первых двух групп полевых шпатов.

Кали-натровые полевые шпаты (щелочные) объединяют несколько минералов моноклинной и триклинной сингонии с формулой (K,Na)[AlSi₃O₈] или K[AlSi₃O₈]. Наибольшим распространением пользуются ортоклаз и микроклин, имеющие одинаковую формулу K[AlSi3O8] и содержащие Na₂O в количестве до нескольких процентов. Первый кристаллизуется в моноклинной сингонии, а второй в триклинной. Ортоклаз и микроклин можно различить только под микроскопом.

Химический состав. SiO₂ – 64,7-67,7%, Al₂O₃ – 18,4-19,2%, Na₂O – 0-8,9%, K₂O – 4,2-16,9%. Наблюдаются примеси бария, кальция, рубидия, железа. Физические свойства этих минералов близки. Морфология и облик кристаллов. В природе встречаются в виде сплошных масс, кристаллы толстотаблитчатого и призматического облика. Твердость 6-6,5. Плотность 2,5-2,6. Цвет светло-розовый, желтый, бурый, серый, мясо-красный, зеленый. Черта бесцветная. Блеск стеклянный, перламутровый (на плоскостях спайности). Спайность совершенная в двух направлениях под углом 90⁰ (у микроклина угол отличается на 20^/). Излом ступенчатый. Разновидности. Адуляр – водяно-прозрачная разновидность ортоклаза. Амазонит – зеленый микроклин. Диагностические признаки. По внешним признакам микроклин не отличим от ортоклаза. В тонких шлифах под микроскопом легко узнается по характерному решетчатому строению отдельных индивидов, хорошо наблюдаемому при скрещенных николях, а нерешетчатый микроклин – по оптическим константам.

Происхождение и парагенезис: магматическое – в изверженных кислых и средних горных породах в ассоциации с кварцем, слюдой, плагиоклазами, роговой обманкой. Пегматитовое – с кварцем, слюдой, бериллом, турмалином. При процессах выветривания подвергаются каолинизации под воздействием воды и углекислоты с образованием каолиновых глин.

Месторождения. Казахстан (Лайбулакское, Асубулакское пегматитовое поле и др.), Средний Урал, Карелия, Забайкалье, Италия и др. Практическое значение. Сырье для керамической и стекольной промышленности. Абразивный материал. Амазонит, как поделочный материал.

Известково-натровые (натриево-кальциевые) полевые шпаты представляют собой изоморфный ряд двух крайних членов Na[AlSi₃O₈] – альбита и Ca[Al2Si₂O₈] – анортита, смешивающихся в различных пропорциях. Минералы этой группы получили название «плагиоклазы», что в переводе с греческого означает «косораскалывающиеся». У плагиоклазов, обладающих совершенной спайностью в двух направлениях, угол между плоскостями спайности косой, отличающийся от прямого на 3,5-4⁰. Федоров предложил для плагиоклазов классификацию, основанную на процентном содержании в минерале анортитовой молекулы Ca[Al₂Si₂O₈]. Среди плагиоклазов Федоров выделил: альбит от 0до10%, олигоклаз от 10 до 30%, андезин от 30 до 50%, лабрадор от 50 до 70%, битовнит от 70 до 90%, анортит от 90до 100 %. Содержание анортитовой молекулы в плагиоклазе принято выражать номером плагиоклаза. Например, плагиоклаз № 60 содержит 60% анортитовой молекулы и 40% альбитовой и относится к лабрадору. Номер плагиоклаза устанавливается с помощью универсального столика Федорова.

Установлено, что в плагиоклазах меняется содержание кремнезема – оно убывает от альбита (с 68,81%) к анортиту (до 43,28%). В соответствие с этим, плагиоклазы от № 0до №30 называют кислыми, от № 30 до №50 – средними, от № 50 до № 100 – основными. Химический состав SiO₂ – 43,3-68,8%, Al₂O₃ – 19,4-36,6%, CaO – 0-20,1%, Na₂O – 0-10,8%. Имеются примеси K, Ba, Sr, Fe. Сингония триклинная (С). Морфология и облик кристаллов. Мелкозернистые кристаллические массы, часто сахаровидные (альбит). Часты таблитчатые и таблитчато-призматические кристаллы. Характерны полисинтетические двойники, наблюдаемые под микроскопом. Твердость 6-6,5. Плотность 2,6-2,8. Цвет белый, серый (альбит, олигоклаз, анортит), темно-серый до черного (лабрадор). Блеск стеклянный. Спайность совершенная. Излом ступенчатый. Разновидности. Лунный камень – олигоклаз с синеватой иризацией. Солнечный камень – олигоклаз с искристо-золотистыми переливами.

Диагностические признаки. Плагиоклазы от похожих на них полевых шпатов отличаются по косому углу спайности. Перед паяльной трубкой плавится с трудом в стекло, окрашивая пламя в зеленый цвет. В кислотах не растворяется. Иризация у лабрадора и лунного камня.

Происхождение и парагенезис. Плагиоклазы являются породообразующими минералами магматических пород: кислые и средние плагиоклазы – в кислых и средних породах совместно с кварцем, с калинатровыми полевыми шпатами; основные – в основных породах в ассоциации с магнезиально-железистыми силикатами. Плагиоклазы встречаются также в пегматитах и метаморфических породах. При выветривании полностью разлагаются.

Месторождения. Казахстан (Бакенное, Юбилейное, Белогорское), Урал, Украина, Забайкалье и др. Практическое значение. Облицовочные и поделочные камни (лабрадор, лунный и солнечный камни). Породообразующий минерал.

12.1.2 Фельдшпатиды

К фельдшпатидам относятся минералы (нефелин, лейцит, лазурит содалит и др.) близкие к полевым шпатам по структуре, но содержание меньшее количество кремнезема и больше щелочей по сравнению с полевыми шпатами. Их иногда называют заместителями полевых шпатов в породах, недонасыщеных кремнеземом. Ниже рассмотрим самые распространенные представители этих минералов в природе.

Нефелин - Na[AlSiO₄]. Название дано от греческого слова «нефели» - облако, так как при разложении в крепких кислотах минерал дает облаковидный гель кремнезема. Химический состав. SiO₂ – 41,5-46,4%, Al₂O₃ – 31,0-34,0%, Na₂O – 15,7-17,3%. Присутствует обычно калий (содержание K₂Oот 5 до 16%), поэтому формулу минерала можно выразить в виде KNa₃[AlSiO₄]₄. Устанавливаются также примеси СаО (0,5-7%), иногда F₂O₃, хлор, фтор, бериллий и вода. Сингония гексагональная (L⁶6L²7PC). Морфология и облик кристаллов. Обычно распространен в виде неправильной формы вкрапленных в породу кристаллических зерен или в виде сплошных крупнозернистых масс. Кристаллы призматические и короткостолбчатые. Твердость 5-6. Хрупкий. Плотность 2,5-2,6. Цвет серый, желтоватый, зеленоватый, красноватый. Черта жирная белая. Блеск на плоскостях кристаллов стеклянный, жирный. Спайность несовершенная. Излом неровный. Разновидности. Элеолит (масляный камень) – сливные массы с жирным блеском. Диагностические признаки. Сероватая окраска, жирный блеск. Перед паяльной трубкой плавится легко, окрашивая пламя в желтый цвет. Разлагается кислотами.

Происхождение и парагенезис. Магматическое, связан с бедными кремнеземом щелочными породами (нефелиновыми сиенитами и их пегматитах и др.) в ассоциации с альбитом, щелочными пироксенами, щелочной роговой обманкой, с апатитом, биотитом. Характерно, особенно в пегматитах, присутствие минералов циркония и титана (циркон, сфен, ильменит и др.), а также апатита, биотита и ряда редких минералов.

Месторождения Урал (Ильменские горы), Кольский полуостров, Кузнецкий Алатау и др.

Практическое значение. Руда на алюминий, калийное удобрение, используется в керамической и стекольной промышленности, в небольших количествах без добавки щелочей для получения зеленых стекол. Сплошные нефелиновые массы и отходы обогатительных фабрик, состоящие (после извлечения апатита или других полезных ископаемых) главным образом их нефелина, могут быть использованы в различных отраслях промышленности. Вследствие относительно легкой разлагаемости в кислотах нефелиновые отходы обогатительных фабрик могут быть использованы для получения из них глинозема (содержание Al₂O₃ колеблется в пределах 31-34%), а также силикагеля, соды, ультрамарина и др.

Лазурит – Na₈[AlSiO₄]₆[SO₄]. Формула точно не установлена. Содержит СаО до нескольких процентов. Название дано по ярко-синей окраске минерала. Синонимы: ляпис-лазурь, ультрамарин (искусственный). Химический состав. Na₂O – 16,8%, CaO – 8,7%, Al₂O₃ – 27,2%, SiO₂ – 31,8%, SO₃ – 11,8%, S – 0,34%, Cl – 0,25% и немного H₂O, MgO, K₂O, Fe₂O₃, CO₂.

Сингония кубическая (3L⁴4L³6L²9PC). Морфология и облик кристаллов. Обычно встречается в сплошных, плотных массах. Кристаллическая структура аналогична структуре содалита. Твердость 5,5. Хрупок. Плотность 2,38-2,42. Цвет лазурита густой лазурево-синий, фиолетовый, иногда голубой или зеленовато-синий. Блеск стеклянный. Спайность по {110} несовершенная. Излом неровный. Диагностические признаки. Легко узнаем по ярко-синему цвету как в массе, так и в порошке. От содалита отличается по парагенезису. П. п. тр., вспучивается, легко сплавляется в белое стекло. После прокаливания усиливает свою окраску. Разлагается в НСl, выделяет H₂S (чувствуется по запаху) и после выпаривания оставляет студенистый кремнезем. Происхождение и парагенезис. Редко встречающиеся месторождения приурочены к контактам щелочных изверженных пород (сиенитов, гранитов и их пегматитов) с карбонатными породами. Ассоциация с кальцитом, нередко наблюдается пирит в виде мелких зернышек, хорошо видимых на полированных образцах, а также глауконит и другие минералы, за исключением кварца. Изредка обнаруживается в щелочных лавах (Везувий). Месторождения. Мало-Быстринское (Южное Прибайкалье), Афганистан (Бадашханское) и др. Практическое значение. Поделочный камень (в виде чаш, шкатулок, колец и т.д.), для приготовления прочной, красивой краски.

Контрольные вопросы для самопроверки.

1)Чем определяется заряд каркаса в структуре алюмосиликатов?

2)Какова классификация полевых шпатов?

3)Каковы особенности изоморфизма и структуры распада калиевых полевых шпатов?

4)Каковы особенности изоморфизма и структуры распада плагиоклазов?

5)Каковы процессы изменения полевых шпатов?

6)Что такое фельдшпатиды, их особенности и парагенезис?

7)Назовите крупнейшие месторождения полевых шпатов.

8)Практическое значение лабрадора и лунного камня?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основная цель прохождения курса «Кристаллография и минералогия» и выполнения лабораторных работ по изучаемой дисциплине – научить студентов, изучающих технологию переработки минерального сырья получать и использовать количественную информацию минералогических характеристик, влияющих на процессы переработки и использования пород, руд и минеральных продуктов. Также методическое пособие полезно студентам, магистрантам и аспирантам, занимающимся геологией, петрологией, металлургией, горным делом. Будущие специалисты получают навыки поисковой минералогии – это комплекс исследований, направленных на разработку минералогических критериев поиска минеральных месторождений, а также методов и приемов их практического использования в дальнейшей работе в области оценки и переработки минерального сырья

ЛИТЕРАТУРА

1 Аншелес О.М. Начала кристаллографии. Л., Изд. ЛГУ, 1952.-257с.

2 Бокий Г.Б. Кристаллография. М., Изд. МГУ, 1960.

3 Бондарев В.П. Основы минералогии и кристаллографии. М: Высшая школа, 1978.-189с.

4 Буллах А.Г. Минералогия с основами кристаллографии. М: Недра,

1989.-343с.

5 Бетехтин А.Г. Минералогия. Госгеоиздат, 1956.-518с.

6 Бетехтин А.Г. Курс минералогии, М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1961г.

7 Курс лекций «Минералогия с основами кристаллографии», на русском и государственном языках (Черненко З.И., Айтбаева С.А., 2005)

8 Кузин М.Ф., Егоров Н.И. Полевой определитель минералов. М: Недра, 1974.-236с

9 Джонс М.П. Прикладная минералогия.М.: Недра, 1991.-350с.

10 Шаскольская М.П. Кристаллография. М: Высшая школа, 1976.-369с.

11 Учебное пособие ч. I «Кристаллография и минералогия» для студентов и магистрантов геологических специальностей (Черненко З.И., 2011 – 69c.).

12 Учебное пособие ч. II «Кристаллография и минералогия» для студентов и магистрантов геологических специальностей (Черненко З.И., 2011 – 158с.).