Классификация минералов

2. Минералы классифицируются по химическому составу и кристаллической структуре на следующие группы:

1) самородные элементы;

2) сульфиды и сульфосоли;

3) галоидные соединения (галогениды);

4) оксиды;

5) кислородные соли (карбонаты, сульфаты, вольфраматы, фосфаты, силикаты).

Ниже будут рассмотрены минералы этих групп, входящие в программу курса минералогии для студентов металлургических факультетов высших учебных заведений.

Самородные элементы

Земная кора содержит не более 0,1 % (по массе) самородных элементов (83 минерала). Их добыча связана со значительными трудностями, в связи с чем многие из них особенно высоко ценятся и, являясь эталонами человеческого труда, используются в золотых запасах стран в качестве обеспечения национальной валюты в международной торговле. Генетически связаны с процессами кристаллизации магмы (Pt, алмаз, графит), с гидротермальными (Аu) и осадочными (S) процессами. Самородное железо часто имеет космическое происхождение.

Для самородных металлов характерны чрезвычайно высокая пластичность, металлический блеск, ковкость, тепло- и электропроводность, обусловливаемые металлической связью в кристаллической решетке.

Характерны также высокие плотности. Ими обладают самые тяжелые минералы: невьянскит (до 21,5 г/см³) и сыссертскит (до 22,5 г/см³).

Кроме самородных металлов (Ru, Rh, Pd, Аg, Os, Ir, Pt, Au, Fe, Cu, Ni, Нg) встречаются также самородные металлоиды (As, Sb, Bi) и неметаллы (S, Se, Те, С).

Золото, Au. Название от лат. "Soil" - знака солнца у алхимиков. Совершенно чистое, т.н. "губчатое" золото встречается редко. Образует непрерывный ряд твердых растворов с серебром (кюстелит содержит до 20 % Au; электрум - свыше 20 % Au), от которого золото белеет, а также с медью (купроаурид содержит до 20 % Си), примесь которой придает золоту красноватый оттенок. Висмутаурит содержит до 4 % Bi; порпецит - до 11 % Pd и до 4 % Аg.

Кристаллы золота (октаэдры, додекаэдры и кубы) встречаются редко. Характерны неправильной формы зерна, вкрапленные в кварц. Коренные месторождения золота образуются при движении термальных вод по трещинам и порам в кварце. Часто выпадает из растворов вместе с сульфидами. При выветривании коренных месторождений вода выносит крупицы золота в ручьи, реки, на дне которых образуются россыпи золота, добываемые драгами.

Поликсен, Pt. Название от греч. "поли" - много, "ксенос" – чужой (имеется в виду наличие многочисленных примесей в Pt). В технике и быту называют платиной (от испанского "плата" - серебро), т.е. похожая на серебро, "серебрецо". Содержит до 30 % Fe, что дает минералу магнитность (до 14 % Си; до 7 % Pd, до 7 % Ir; до 4 % Ro, до 6%Ni).

Pt кристаллизуется в виде мелких зерен в ультраосновных магмах. Характерные признаки: стально-серый цвет, металлический блеск, высокая плотность. Растворяется только в нагретой царской водке, что позволяет отличить Pt от похожего серебра. Необычайно пластична: из 1 г изготавливается до 500 км проволоки. Присутствие иридия в Pt повышает ее твердость до 7. Используется в качестве катализатора в химии, для изготовления химических тиглей, термопар.

Железо, Fe. Самородное железо бывает теллурическим (т.е. земным) и метеоритным (т.е. космическим). Самородный чугун (теллурическое железо) образуется при взаимодействии железистой магмы с углем, графитом или при подземных пожарах угольных пластов на контакте с железной рудой. Метеоритное железо (феррит) содержит обычно включения троилита (FeS), муссонита SiC и когенита (Fe3С). В подавляющем большинстве случаев содержит много Ni (до 48 %), который распределен в метеоритах неравномерно, концентрируясь полосами, пересекающимися в шлифе под углом друг к другу. Это чередование светлых и темных полос (видманштеттова структура) характерно для метеоритного железа и особенно хорошо выявляется при травлении шлифов слабым спиртовым раствором HN03. Метеоритное железо изредка наблюдается в форме правильных кубов (гексаэдрическое железо) и октаэдров (октаэдрическое железо). Обычно в виде оплавленных масс неокругленной формы с характерными пальцеобразными впадинами на поверхности. Так называемое "палласово железо" содержит в себе включения оливина (MgFeSiO4). Мезосидерит содержит включения железа в массе силикатов. Две последние разновидности метеоритового железа относятся к так называемым железокаменным метеоритам.

Сера, S. Характерны алмазный блеск, желтый цвет, хрупкость; горит синим пламенем, распространяя запах сернистого ангидрида. Образуется при выветривании гипса CaS04. 2 Н2О и сульфидов с участием микробов, а также при окислении сероводорода, выделяющегося из вулканов: Н2S + О2 = 2Н2O + S. Используется для приготовления пороха, для вулканизации резины, в медицине и химии.

Месторождения: о. Сицилия (Италия), Средняя Азия (Шор-Су) и в Поволжье (район г. Твери).

Графит, С. Название от греч. "графо" - пишут; имеется в виду способность графита оставлять черную черту на бумаге. Образуется при кристаллизации из магмы при высоких температурах и низких давлениях, а также при природном коксовании углей на их контактах с магмой.

Разновидности: скрытокристаллический графит и аморфный шунгит. Графит жирен на ощупь, пишет по бумаге. От похожего молибденита отличается более черным цветом и меньшим блеском.

Применяется для изготовления электродов и огнеупорных блоков, графитовых блоков для атомных реакторов.

Месторождения: о. Цейлон, о. Мадагаскар, Австралия.

Алмаз, С. Название от греч. "адамас" - непреодолимый (имелась в виду необычайная твердость алмаза). Кристаллизуется из ультраосновной магмы в виде октаэдров при давления свыше 10 ГПа. и температурах около 2000 °С. Алмаз, вероятно, кристаллизуется из магмы первым на больших глубинах, после чего выносится жидкой магмой к дневной поверхности через жерла гигантских вулканов. Остатки таких вулканических трубок (диатрем), заполненных ультраосновной магмой, подвергшейся выветриванию в течение 140 - 150 млн. лет, находят в наше время в Якутии (Россия) и в ЮАР.

Смесь остатков оливина с продуктами его распада, представляющая собой зеленовато-синюю глину, называется кимберлитом.

Сульфиды

Земная кора содержит не более 0,15 % (по массе) минералов этой группы (230 минералов). С химической точки зрения эти соединения являются солями сероводородной кислоты. Существуют как сульфиды строго стехиометрического состава (FeS2, CuFeS2 и т.п.), так и соединения, в которых содержание серы меняется в определенных пределах (полисульфиды, например FeSx, где х = 1,0.1 - 1,14).

Характерны ионные кристаллические решетки. Большинство сульфидов тяжелые, мягкие, блестящие. Обладают высокой электропроводностью. В большинстве случаев гидротермального происхождения, иногда продукт кристаллизации сульфидной магмы, При выветривании в зоне окисления сульфиды переходят сначала в сульфаты, а затем в оксиды, гидрооксиды, карбонаты.

Сульфиды представляют собой рудную базу цветной металлургии и являются сырьем для производства серной кислоты. Так как сера придает стали красноломкость, присутствие сульфидов в железных рудах снижает их качество. Перед доменной плавкой пылеватые железные руды подвергают окускованию на агломерационных фабриках. В ходе агломерации удается удалить из руды до 99 % сульфидной серы.

Пирит, FeS2. Название от греч. "пир"- огонь (дает устойчивую искру при ударе металлическим предметом; использовался в получении искры в старинных ружьях). Синонимы: серный колчедан, железный колчедан. Ромбическая разновидность называется марказитом. Характерны соломенно-желтый цвет, черная черта, кубический, пентагон-додекаэдрический и октаэдрический облик кристаллов, штриховатость граней, ориентированная перпендикулярно к каждой соседней грани. Важнейшее сырье для получения серной кислоты; месторождения: Урал (Россия), Рио Тинто (Испания).

Пирротин, FeS. Название от греч. "пиррос" - красноватый. Синоним - магнитный колчедан. Троилит представляет собой стехиометрическую разновидность, встречающуюся в метеоритах. Обычно в пирротине несколько больше серы (FeSх, где х =1,01 - 1,14). Характерны металлический блеск, бронзово-желтый цвет, магнитность. Обычно в ассоциации с другими сульфидами гидротермальный. Сырье для производства серной кислоты. Вредная примесь в железных рудах.

Арсенопирит, FeAsS. Синонимы: ядовитый мышьяковый колчедан, миспикель. Данаит и глаукодот - разновидности, содержащие соответственно до 9 и до 22 % Со. Характерны: металлический блеск, оловянно-белый цвет, удлиненные шестоватые, игольчатые кристаллы призматического облика. Гидротермальный. Руда на As и Со. Многочисленные месторождения на Урале и в Сибири, г. Болидэн (Швеция). Присутствие арсенопирита, аурипигмента (Аs2S3), реальгара (AsS), скородита (FeAsO4. 2Н2O) и других мышьяковых минералов в железных рудах недопустимо, так как мышьяк является сильнейшим ядом, что препятствует изготовлению кастрюль, консервных банок, ложек, ножей и вилок из стали, содержащей хотя бы следы мышьяка. Изготовление из такой стали рельсов и балок также нежелательно, так как в дальнейшем постепенно заражается мышьяком весь металлолом страны. В Украине керченские бурые железняки содержат до 0,1 % As в составе скородита.

Халькопирит, CuFeS2. Название от греч. "халькос" - медь; "пир" - огонь. Синоним - медный колчедан. Кубическая разновидность называется талнахитом. Обычно встречается в сплошных массах и зернах. Гидротермальный. Характерны: металлический блеск, зеленовато-желтый цвет с яркой пестрой побежалостью, черная черта. Важнейшая медная руда.

Борнит, Cu5FeS4. Название дано в честь австрийского минералога Иоахима фон Борна (1742 - 1791 гг.). Синонимы: пестрая медная руда, павлинья руда. Встречается всегда в сплошных массах и в виде вкрапленных зерен. Гидротермальный. Характерны: металлический блеск, синяя побежалость. При царапании стальным ножом выявляется истинный медно-красный цвет минерала. Ценная медная руда. Галенит, PbS. Название от лат. "галена" - свинцовая руда. кирпича, быстрому разрушению кладки и к тяжелым авариям, связанным с прорывами горна и вытеканием чугуна из доменной печи через ее фундамент, стенки горна.

Сфалерит, ZnS. Название от греч. "сфалерос" - обманчивый (сфалерит часто путают с другими минералами). Синоним: цинковая обманка.

Разновидности: черные марматит и кристофит, коричневый пршибрамит, светлый - клейофан. Гексагональный ZnS называется вюрцитом. Гидротермальный. Характерны: металлический блеск, тетраэдрический облик кристаллов, чем отличается от похожего по цвету вольфрамита (MnFeWО4). Важнейшая цинковая

Молибденит, МоS2. Название от греч. "молибдос" - свинец (предполагали присутствие свинца в минерале; молибден был открыт позже и назван по названию минерала). Синоним - молибденовый блеск. Характерны: совершенная спайность в листоватых чешуйчатых агрегатах, сильный металлический блеск, Низкая твердость (царапается ногтем), пишет по бумаге. Светлее графита. Гидротермальный. Важнейшая руда на Мо. Месторождения: Тырныауз (Сев. Кавказ, Россия), Клаймэкс (штат Колорадо, США).

Киноварь, HgS. Название от индийского "кровь дракона" (связано с интенсивным красным цветом минерала). Синоним - циннабарит. В скрытокристаллических массах, называемых "печенковой рудой", и в виде намазок и налетов. Гидротермальная. Легко отличается по цвету и высокой плотности. Важнейшая руда на ртуть. Месторождения: Никитовка (Донбасс, Украина), Альмадэн (Испания), Идрия (Югославия), Нью Идрия и Нью Альмадэн (Калифорния, США).

Антимонит, Sb2S3. Название от лат. "антимониум" - сурьма.

Синонимы - сурьмяный блеск, стибнит. Обычно в виде призматических, игольчатых кристаллов с вертикальной штриховкой с ярким металлическим блеском. Совершенная спайность. Гидротермальный. Важнейшая руда на сурьму, месторождения: о. Шикоку (Япония), Раздольнинское (Красноярский край, Россия).

Галоидные соединения

Земная кора содержит около 0,5 % (по массе) галоидных соединений, которые имеют гидротермальное или осадочное происхождение. Флюорит встречается часто в пегматитовых жилах. С химической точки зрения эти минералы являются солями кислот: HF, HI, HBr, HCI. Характерны: стеклянный блеск, малые плотности, растворимость в воде. Галоидные соединения имеют ионные решетки.

Металлургия использует большие количества флюорита для разжижения шлаков. Галоидные соединения находят широкое применение в химии, в сельском хозяйстве (удобрения), в пищевой промышленности.

Флюорит, CaF. Название от итал. "флюоре" - течь (добавки флюорита разжижают металлургические шлаки). Синоним: плавиковый шпат. Гидротермальный или магматический (в пегматитовых жилах). Встречается в виде кубических и октаэдрических кристаллов, или в сплошных зернистых массах. Бесцветен или окрашен в зеленый, фиолетовый цвета. Характерна флюоресценция, т.е. свечение в рентгеновских лучах. Совершенная спайность по октаэдру.

Галит, NaCl. Название от греч. "галос" - море (имеется в виду получение соли выпариванием морской воды, содержащей в 1 литре 35 г солей и в том числе 78 % NaCI, 11 % МgСl2, остальное MgSO4, CaSO4, и др.). Синоним: каменная соль. Характерны растворимость в воде, весьма совершенная спайность по кубу. Часто в виде кристаллов кубической формы, или в сплошных массах. Обычно прозрачен, бесцветен, но примеси окрашивают галит в серый, желтый, красный и черный цвета. Используется как руда на натрий, а также для приготовления электролитов, в пищевой промышленности. Месторождения: г. Суэц (Египет), Величка (Польша), Пенджаб (Индия), Славяновское (Донбасс), Соликамское (Урал).

Сильвин, KCI. Назван по имени голландского врача Сильвия де-ля Баш. Осадочный. Обычно в виде сплошных зернистых масс, реже в виде кубов. Бесцветен, молочно-белого цвета, розовый и красный. Характерен парагенезис с галитом. Водные растворы имеют горький вкус. Используется в сельском хозяйстве в качестве калийного удобрения, а также в химической промышленности. Месторождения: Соликамск (Урал), Штасфурт (Германия), Нью-Мексико (США).

Карналлит, МgСl2. КСl. 6Н2O. Назван в честь немецкого инженера фон Карналла. Обычно в сплошных или зернистых агрегатах. Горький на вкус. Постепенно расплывается, поглощая воду из атмосферы. От похожего красного галита отличается тем, что при бурении стальным предметом скрипит. Характерны: красный цвет, жирный блеск, горький вкус, отсутствие спайности. Используется для производства магния, как калийное удобрение. Месторождения: Соликамское (Урал), Старобинское (Белоруссия), Прикарпатское (Украина).

Оксиды

Общая характеристика группы дана в табл. 4.1. Земная кора содержит до 17 % (по массе) оксидов. Наиболее распространены кварц (12,6 %), оксиды и гидрооксиды железа (3,9 %), оксиды и гидрооксиды AI, Мn, Ti, Сг. Напомним здесь, что главная масса железорудных и марганцевых руд имеют осадочное происхождение. Минералы группы оксидов являются рудной базой черной металлургии. Важнейшие рудные минералы железных и марганцевых руд: гематит (Fe2O3), магнетит (Fe3O4), бурый железняк (Fе2O3. Н2O), пиролюзит (МnО2), браунит (Мn2O3), гаусманит (Мn3O4), псиломелан (МnO2. МnО. n Н2O), манганит (МnO2. Мn(ОН)2.

Для кристаллических решеток оксидов характерна ионная связь. Оксиды Fe, Mn, Сг, Ti имеют полуметаллический блеск и темную окраску. Эти минералы непрозрачны. Для магнетита (Fe3O4) и ильменита (FеО. ТiO2) характерным свойством является их магнитность.

В зоне окисления магнетит постепенно превращается в гематит под действием кислорода воздуха. Продукты окисления магнетита в природе называются полумартитами и мартитами.

Хотя в технике монооксид двухвалентного железа (FeO, вюстит) получают в ходе доменного процесса миллионами тонн, в природе он крайне редок (FeO, иоцит). В зоне окисления присутствуют, таким образом, только высшие оксиды железа: магнетит (Fe3O4), гематит (Fе2O3) и гидрооксиды (Fе2O3 • nН2O).

Чаще всего магнетит образует сплошные зернистые массы черного цвета. Иногда он встречается в виде правильных октаэдрических кристаллов. От похожего хромита отличается черной чертой и сильной магнитностью.

Таблица 4.1 - Оксиды

Научное название минерала	Другие названия	Химическая формула	Крист. решетка	Блеск	Цвет	Твердость по Моосу
Магнетит	Магнитный	Fe3O4	Куб.	Полумет.	Черный	5,5-6
Гематит	Красный железняк	Fe2O3	Тригон.	Полумет.	Черный, стальной, красный	5,5-6
Гётит	Бурый железняк	Fe2О2. Н2О	Ромб.	Алм., полу метал.	Темно-бурый	4,5-5,5
Хромит	Хромистый железняк	FeO. Сr2O3	Куб.	Метал.	Черный	5,5-7,5
Ильменит	Титани-стый железняк	FeO. TiO;	Триг.	Полуметал.	Черный, стальной	5-6
Пиролюзит	-	МnO2;	Тетраг.	Полуметал.	Черный	5-6
Браунит	-	Мn2O3	Тетраг.	Полуметал.	Черный	6
Корунд	-	Аl2O3	Триг.	Стекл.	Синеватый, желто-серый	9
Кварц	-	SiO2	Триг.	Стекл.	Бесцветный	7