Минералы и горные породы. Учебное пособие

1.3. Классификация минералов и их описание

Большинство оксидов имеет высокую (7–9) или среднюю (5–6) твердость. У гидроксидов твердость заметно ниже и колеблется от 1 до 5. Плотность находится в соответствии с химическим составом минералов. Из других характерных диагностических свойств необходимо отметить повышенную магнитность некоторых из этих минералов, наиболее ярко выраженную у магнетита.

Происхождение оксидов и гидроксидов различное. В основной массе они образуются в результате экзогенных процессов в верхних частях земной коры, но встречаются оксиды и глубинного происхождения.

Минералы класса оксидов и гидроксидов имеют важное практическое значение. Многие из них используются как основные руды для получения железа, алюминия и других металлов, как ценное оптическое и огнеупорное сырье, как особо твердые абразивные и полировочные материалы. Красиво окрашенные разновидности минералов применяются в ювелирном деле в качестве драгоценных и поделочных камней.

В этом классе рассмотрим породообразующие минералы группы кварца: кварц (SiO2) и его разновидности – халцедон (SiO2) и опал (SiO2 ∙ nH2O), группы железа: рудные минералы магнетит (FeO ∙ Fe2O3), гематит (Fe2O3) и лимонит, не имеющий строго определенного состава, а также корунд (Al2O3).

Кварц (SiO2). Кварц, как отмечалось, является одним из главных породообразующих минералов земной коры. Минерал кварц имеет несколько полиморфных модификаций природного кремнезема (SiO2) – низкотемпературный кварц, высокотемпературный кварц – тридимит, кристобалит, а также стишовит, коэсит и др. Главным среди них является низкотемпературный кварц, или так называемый кварц-α, который по распространенности в земной коре является вторым после полевых шпатов минералом.

Формально по химическому составу кварц – оксид и традиционно рассматривается среди минералов класса оксидов. Однако по особенностям внутреннего строения он относится к классу силикатов, в частности каркасных силикатов.

Кристаллы удлиненные, призматического вида. Встречается кварц в одиночных кристаллах, их сростках разного типа (друзах, щетках

31

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

и др.), в зернистых массах, в виде зерен неправильной формы, в виде сплошных масс и прожилков.

Цвет кварца различный. Чаще всего он бесцветный, белый, серый, но встречаются и окрашенные разности. Просвечивает, реже прозрачен. Черта отсутствует. Блеск стеклянный на гранях кристаллов, жирный на изломе. Твердость эталонная – 7. Плотность – 2,65. Излом раковистый или неровный. Прочие свойства: поперечная штриховка на гранях призматических кристаллов; обладает пьезоэлектрическими свойствами; стойкий по отношению к разрушению – химически

не разлагается.

Разновидности (по цвету): 1) горный хрусталь – водяно-прозрач- ный, бесцветный, обычно образует хорошо ограненные кристаллы; 2) аметист – фиолетовый разных оттенков; 3) морион – черный непрозрачный. Имеется много других, более редких цветовых разновидностей кварца, обычно со своими собственными названиями: дымчатый кварц (раухтопаз), зеленый кварц (празем), золотисто-желтый кварц

(цитрин), компостельский рубин, авантюрин и др.

Диагностика: узнается по призматической форме кристаллов с поперечной штриховкой, раковистому излому, высокой твердости, стеклянному или жирному блеску.

Происхождение: магматическое, пегматитовое, гидротермальное, метаморфическое, скарновое и др. Соответственно, кварц является главным минералом таких магматических пород, как граниты, пегматиты, осадочных – пески, песчаники, метаморфических – гнейсы, кварциты.

Кварц является ценным пьезооптическим сырьем и широко применяется в электронике, радиотехнике, оптике; драгоценные и поделочные разновидности кварца используются в ювелирном деле; чистые кварцевые пески используются в стекольной промышленности,

песчаники и кварциты – как строительный камень и др.

Особой разновидностью кварца является халцедон. Под общим названием «халцедон» объединяются скрытокристаллические разности кремнезема. Они образуют плотные массы, натечные формы, желваки, корочки.

Цвет различный. Наиболее распространен халцедон серого или голубовато-серого цвета. Черта отсутствует. Блеск восковый, матовый.

32

1.3. Классификация минералов и их описание

Твердость – 7–8. Плотность – 2,5–2,6. Спайность отсутствует. Излом неровный или раковистый. Прочие свойства: полупрозрачен, может

содержать примесь глины, кальцита, опала и других минералов.

Разновидности (по цвету, рисунку, сложению): 1) сердолик – красный, оранжевый; 2) хризопраз – яблочно-зеленый; 3) агат – концен- трически-зональный, различно окрашенный халцедон; 4) оникс – кон- центрически-зональный с чередующимися черными и белыми слоями

халцедон; 5) кремень – халцедоновая порода с примесью песка и глины. Диагностика: распознается по плотному строению, высокой твер-

дости, восковому или матовому блеску, отсутствию спайности. От

кварца отличается блеском, от опала – большей твердостью. Происхождение: халцедон и его разновидности (агаты, сердолики и

др.) выделяются в трещинах и пустотах застывших лав, встречаются в виде миндалин во многих эффузивных породах. Халцедон экзогенного происхождения представлен желваками кремня в осадочных породах.

Поделочные разновидности халцедона (сердолики, агаты и др.) используются в ювелирном деле.

Опал (SiO2 ∙ nH2O). Аморфный минерал, представляющий собой твердый гидрогель кремнезема. Обычно наблюдается в виде плотных натечных образований различной формы – корок, почковидных масс, оолитов, землистых агрегатов.

Цвет белый, серый, примесями бывает окрашен в различные цвета (желтый, бурый, зеленый, черный, голубой и др.); иногда обнаруживает красивую игру цветов (опалесценцию). Просвечивает в куске или по краю. Черта белая до слабоокрашенной у цветных разновидностей. Блеск восковый, матовый. Твердость – 5,5. Плотность – 1,9–2,3. Спайность отсутствует. Излом неровный, раковистый. Прочие свойства:

очень хрупкий, растрескивается при дегидратации.

Разновидности: 1) благородный опал – отличается радужной (опалесцирующей) игрой цветов (разные оттенки голубого цвета, реже красноватые); 2) кахолонг – фарфоровидный опал; молочный опал –

молочно-белый опал и др.

Происхождение: типичный минерал коры выветривания: образуется при разложении полевых шпатов и других силикатов; может формироваться из гейзерных вод; значительное количество образуется

33

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

осадочным биогенным путем – опал слагает твердые ткани организмов, особенно диатомовых водорослей.

Опаловые породы (диатомиты, опоки, трепелы) используются

впроизводстве керамики, термоизоляции, для полировки металлов,

вхимической, пищевой, нефтяной промышленности. Благородные опалы являются драгоценными камнями и используются в ювелир-

ном деле.

Гематит (Fe2O3). Кристаллы имеют форму шестиугольных пластинок или более сложно ограненных таблитчатых кристаллов. Обычно встречается в виде плотных мелкокристаллических, чешуйчатых или листоватых скоплений, а также в землистых массах и натечных агрегатах. В последнем случае он называется красным железняком.

Цвет у кристаллических разностей от стально-серого до черного, блеск металлический или полуметаллический. Цвет землистых и натечных масс яркий вишнево-красный до черного, блеск стеклянный или матовый. Во всех случаях черта особенного вишнево-красного цвета (характерный диагностический признак). Твердость – 5–6. Плотность – 5,2. Спайность отсутствует. Излом неровный. Прочие свойства: у скрытокристаллических масс твердость уменьшается (твер-

дость агрегата).

Разновидности. 1) железная слюдка – чешуйчатый гематит сталь- но-серого цвета; 2) красная стеклянная голова – натечный гематит радиально-лучистого строения, цвет черный с красноватым оттенком, поверхность блестящая; 3) мартит – псевдоморфоза (ложная форма)

по магнетиту черного цвета, кристаллы в виде октаэдров. Диагностика: по цвету черты, облику кристаллов и агрегатов. По-

хож на магнетит, но не магнитен и имеет вишнево-красную черту. Происхождение: 1) магматическое; 2) гидротермальное; 3) контак-

тово-метаморфическое, скарновое; 4) метаморфическое, связанное с метаморфизмом осадочных железных руд (железистые кварциты); 5) экзогенное – в зонах окисления и выветривания железных руд.

Гематит является важнейшей железной рудой.

Магнетит (FeO ∙ Fe2O3). Наиболее богатый железом оксид. Образует зернистые агрегаты, сплошные массы, реже кристаллы в виде хорошо выраженных октаэдров.

34

1.3. Классификация минералов и их описание

Цвет и черта черные. Блеск металлический или полуметаллический. Твердость – 5–6. Плотность – 5. Спайность отсутствует. Излом

неровный, зернистый. Прочие свойства: сильная магнитность. Разновидности: титаномагнетит – магнетит с содержанием оксида

титана (TiO2) до нескольких процентов, также содержит ванадий (V). Диагностика: безошибочно узнается по цвету, блеску, сильной

магнитности. По внешнему виду и физическим свойствам магнетит напоминает кристаллическую разновидность гематита и отличается

от него по черному цвету черты и магнитным свойствам. Происхождение: 1) магматическое, 2) гидротермальное; 3) мета-

морфическое, скарновое. Часто встречается в россыпях и при промывке придает шлиху черный цвет. При окислении магнетит переходит в гематит.

Как и гематит, является важнейшей рудой на железо. Титаномаг-

нетит служит рудой на ванадий.

Лимонит. Представляет собой смесь различных гидроксидов железа, а также механических примесей кремнезема, глинистого вещества и др.

Лимонит встречается обычно в виде землистых охристых и плотных натечных масс, конкреций и оолитов.

Цвет от охристо-желтого у рыхлых разностей до ржаво-коричне- вого и черного у плотных. Черта желтая или ржаво-бурая. Блеск восковый, матовый. Твердость – от 1 у рыхлых и землистых до 5 у плотных разностей. Плотность – 3–4. Спайность отсутствует. Излом неровный, землистый. Прочие свойства: часто можно наблюдать в одном образце переходы плотных разностей в землистые, свойства, соответственно, могут изменяться в пределах одного образца. Обычны псевдоморфозы

лимонита по пириту, сидериту и другим минералам.

Разновидности: 1) бурая стеклянная голова – натечный лимонит с гладкой блестящей поверхностью; 2) железная охра – землистый, порошковатый лимонит охряно-желтого цвета; 3) бобовая руда – лимо-

ниты оолитового сложения.

Происхождение: типичное экзогенное – образуется в результате выветривания железосодержащих минералов, а также путем осаждения в поверхностных водоемах (озера, болота, мелководная часть морей).

35

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Является рудой на железо, порошковатые массы используются для

приготовления красок.

Корунд (Al2O3). Кристаллы очень часты и типичны по облику: столбчатые бочонковидной формы. Встречается также в сплошных зернистых агрегатах.

Цвет голубовато-серый, синий. Черты не дает. Блеск стеклянный до алмазного. Твердость эталонная высокая – 9. Плотность – 4. Спай-

ность отсутствует. Излом неровный, иногда раковистый. Разновидности: 1) рубин – хромсодержащий корунд кроваво-

красного цвета; 2) сапфир – голубой или синий корунд, содержащий примеси железа или титана; 3) наждак – сплошная зернистая корундовая порода серовато-черного цвета от тонких примесей гематита,

магнетита и других минералов.

Диагностика: узнается по высокой твердости, форме кристаллов,

цвету.

Происхождение: 1) магматическое, пегматитовое; 2) метаморфическое, контактово-метаморфическое. Накапливается в россыпях.

Используется как драгоценный камень (рубин, сапфир) и как абразив (наждак).

1.3.5. Карбонаты

Минералы класса карбонатов являются природными солями угольной кислоты (H2CO3) и представляют собой соединения кальция, магния, железа, меди с кислотным радикалом [CO3]2–.

Всего в этом классе известно более 200 минералов. Их среднее содержание в земной коре составляет 2,5 % (Булах и др., 2008). Некоторые из них очень широко распространены в природе. Особенно это относится к кальциту и доломиту, нередко образующим в земной коре мощные толщи мономинеральных пород (известняки, доломиты и др.). Из остальных наиболее широкое распространение имеют магнезит и сидерит.

Карбонаты обычно встречаются в виде массивных, кристалличе- ски-зернистых и натечных агрегатов, а также в виде кристаллов разной формы. Наиболее характерная форма кристаллов карбонатов – ромбоэдр. Хорошо образованные кристаллы иногда достигают крупных размеров (до нескольких десятков сантиметров).

36

1.3. Классификация минералов и их описание

Большинство минералов этого класса бесцветно или имеет белый цвет. Окраска карбонатов определяется в основном присутствием в их составе элементов-хромофоров, а также изоморфных и механических примесей. Например, карбонаты меди, являющейся типичным хромофором, имеют зеленую (малахит) или синюю окраску. Бесцветный или белый в чистом виде кальцит приобретает розовую окраску от изоморфных примесей марганца, а при загрязнении другими минера- лами-примесями – зеленую (от включений хлорита или актинолита), красную (от включений гематита), темно-серую или черную (от включений битуминозных веществ).

Твердость карбонатов – около 3–4,5, плотность невелика. Большинство минералов имеет стеклянный блеск на гранях и плоскостях спайности.

Важным диагностическим признаком карбонатов является характер их реакции с кислотой (HCl). Кальцит реагирует бурно (даже с разбавленной HCl), и капля раствора вскипает от выделяющихся пузырьков CO2. Доломит реагирует слабо, только в порошке, магнезит – при нагревании. Сидерит сравнительно легко разлагается в HCl, при этом капля раствора желтеет. Из оптических свойств для карбонатов очень характерным является двойное светопреломление (кальцит и др.).

По происхождению карбонаты осадочные (органогенные и хемогенные осадки) или осадочно-метаморфические минералы; выделяются также поверхностные, характерные для зоны окисления, и иногда гидротермальные.

Карбонаты – важные полезные ископаемые. Они используются в качестве строительных материалов (известняки, доломит), в металлургической промышленности как огнеупорные материалы (магнезит), являются рудой на железо (сидерит), применяются в качестве декоративного и поделочного камня (малахит, мрамор) и др.

Ниже приводится характеристика наиболее распространенных карбонатов – кальцита, магнезита, доломита, сидерита, а также карбо-

ната меди – малахита.

Кальцит (Ca[CO3]). Один из широко распространенных минералов земной коры. Кристаллы весьма разнообразны, главным образом ромбоэдры и скаленоэдры. Кальцит встречается в одиночных кристал-

37

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

лах и друзах. Обычен и в сплошных кристаллически-зернистых агрегатах (известняк, мрамор), землистых массах (мел), в виде зернистых прожилков, гнезд и отдельных вкраплений. Часто представляет собой натечные формы в виде сталактитов и сталагмитов.

Бесцветный или белый, но примесями может быть окрашен в различные цвета (розовый, зеленый, красный, коричневый, черный). Иногда прозрачный или просвечивает. Черта белая. Блеск стеклянный, иногда на плоскостях спайности – перламутровый. Твердость эталонная – 3. Плотность – 2,7. Спайность совершенная в трех направлениях (по ромбоэдру). Излом по спайности, ступенчатый. Прочие свойства:

бурно реагирует с соляной кислотой.

Разновидности: 1) исландский шпат (оптический кальцит) – прозрачный бесцветный кальцит, характеризующийся сильным двойным лучепреломлением; 2) мраморный оникс – полосчатая разновидность

кальцита.

Диагностика: реакция с соляной кислотой, совершенная спай-

ность, средняя твердость.

Происхождение: 1) осадочное – образуется в известняках хемогенным или биогенным путем; 2) метаморфическое, скарновое; 3) гидротермальное.

Известняки используются как строительный материал для получения извести, цемента и бутового камня, в химической (сода) и металлургической (флюс) промышленности, для известкования кислых почв. Мраморы – метаморфически измененные известняки – являются ценным

облицовочным камнем. Исландский шпат – ценное оптическое сырье. Магнезит (Mg[CO3]). Встречается в виде кристаллически-зерни-

стых агрегатов и фарфоровидных плотных скрытокристаллических масс. Кристаллы (ромбоэдры) редки.

Цвет белый, серый, желтоватый. Черта белая. Блеск стеклянный. Твердость – 4–4,5 (у фарфоровидных разновидностей – до 7). Плотность – 3. Спайность совершенная в трех направлениях (по ромбоэдру). Излом зернистый, раковистый. Прочие свойства: в соляной кис-

лоте разлагается только при нагревании.

Диагностика: узнается с трудом. Белая массивная разновидность магнезита похожа на кремень, но обладает более низкой твердостью.

38

1.3. Классификация минералов и их описание

От схожих с ним кальцита и доломита отличается характером реакции

с соляной кислотой.

Происхождение: 1) гидротермальное; 2) метасоматическое.

Используется как огнеупорный материал и как руда на магний. Доломит (CaMg[CO3]2). Широко распространенный минерал.

Обычен в виде кристаллически-зернистых, мраморовидных агрегатов. Образует также плотные или пористые массы. Кристаллы ромбоэдрического облика, иногда искривленные.

Цвет белый, желтый, серый. Черта, спайность и блеск – как у кальцита. Излом зернистый, раковистый. Твердость – 3,5–4. Плотность –

2,8–2,9. Прочие свойства: реагирует с соляной кислотой в порошке. Диагностика: узнается с трудом. Реагирует с соляной кислотой

только в порошке, чем и отличается от похожих кальцита и магнезита. Происхождение: 1) в основном осадочное; 2) гидротермальное;

3) метасоматическое.

Используется как флюс и огнеупорный материал в металлургии, как строительный камень, в сельском хозяйстве, химической промышленности.

Сидерит (Fe[CO3]). Агрегаты кристаллически-зернистые, плотные, землистые, иногда в виде натечных скоплений, конкреций и оолитов. Кристаллы ромбоэдрического облика (чечевицеобразные).

Цвет буровато-желтый, бурый разных оттенков до темно-корич- невого. Черта белая, буроватая. Блеск стеклянный. Твердость – 3,5–4,5. Плотность – 4. Спайность совершенная по ромбоэдру. Излом зернистый, ступенчатый. Прочие свойства: реагирует только с нагретой со-

ляной кислотой.

Диагностика: узнается по ржаво-бурому цвету и высокой плотности. Вскипает при действии нагретой соляной кислоты, при этом капля кислоты на поверхности минерала желтеет. Напоминает лимонит, но отличается реакцией с соляной кислотой, а также кристаллическим

строением и более сильным стеклянным блеском.

Происхождение: 1) осадочное, хемогенное в виде сплошных сидеритовых слоев, линз и конкреций; 2) гидротермальное; 3) метасоматическое; 4) метаморфическое.

Является важной рудой на железо.

39

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Малахит (Cu2[CO3](OH)2). Чаще всего образует натечные, почковидные, гроздевидные агрегаты, землистые массы и налеты, исключительно редко – мелкие кристаллы призматического и игольчатого облика. Иногда образует волокнистые радиально-лучистые агрегаты с характерным шелковистым блеском.

Цвет ярко-зеленый, травяно-зеленый. Черта бледно-зеленая. Блеск стеклянный, шелковистый. Твердость – 3,5. Плотность – 4. Спайность в кристаллических разностях средняя. Излом землистый, неровный.

Прочие свойства: вскипает при действии соляной кислоты. Разновидности: Медная зелень – землистый мягкий малахит. Диагностика: узнается по специфическому ярко-зеленому цвету,

черте и характерным натечным формам. Легко разлагается соляной

кислотой.

Происхождение: осадочное, в зонах окисления и выветривания медных и других месторождений, содержащих в рудах сульфиды меди.

Используется как ценный декоративный и поделочный камень, в производстве красок. Входит в состав медных руд.

1.3.6. Сульфаты

Минералы-сульфаты являются солями серной кислоты (H2SO4) и представляют собой соединения железа, натрия, калия, кальция и других элементов с кислотным радикалом [SO4]2–.

К этому классу относится более 300 минералов (Булах и др., 2008). Хотя минералы данного класса образуют довольно многочисленную группу, число устойчивых и широко распространенных в природе сульфатов сравнительно невелико. Самыми распространенными являются гипс, ангидрит, барит.

Сульфаты встречаются в виде хорошо образованных кристаллов, а также волокнистых, лучистых, землистых и зернистых агрегатов. Кристаллы в основном таблитчатые, близкие к изометричным.

Большинство сульфатов бесцветно, но из-за присутствия механических примесей они часто окрашены в различные цвета: красный, черный и др.

Сульфаты характеризуются низкой твердостью и обычно небольшой плотностью. Многие из них растворимы в воде. По внешним при-

40