Минералы и горные породы. Учебное пособие

1.3. Классификация минералов и их описание

знакам сульфаты напоминают минералы, входящие в класс карбонатов. В отличие от последних они не реагируют с соляной кислотой.

Основная масса сульфатов имеет осадочное происхождение – это химические морские и озерные осадки. Многие сульфаты являются минералами зоны окисления. Иногда образуются гидротермальным путем или являются продуктами вулканической деятельности.

Многие из сульфатов имеют важное практическое значение, преимущественно в химической промышленности, в производстве вяжущих строительных материалов (строительный гипс, алебастр, цемент), а также в медицине.

Ниже приводятся свойства лишь наиболее распространенных ми-

нералов этого класса.

Ангидрит (Ca[SO4]). Важный породообразующий минерал, встречающийся вместе с гипсом и галитом в осадочных хемогенных породах. Образует мелкозернистые сплошные мраморовидные агрегаты, реже толстотаблитчатые и кубические кристаллы.

Цвет белый, серый, голубоватый. Черта белая. Блеск стеклянный, иногда слабо перламутровый на плоскостях спайности. Прозрачен, чаще просвечивает по краю. Твердость – 3–3,5. Плотность – 3. Спайность совершенная. Излом зернистый, ступенчатый. Прочие свойства:

поглощая воду (в процессе гидратации), переходит в гипс. Диагностика: узнается по цвету, блеску и твердости. Напоминает

кальцит, магнезит, однако не реагирует с соляной кислотой. От гипса

отличается большей твердостью (не царапается ногтем). Происхождение: 1) осадочное, хемогенное, на поверхности легко

переходит в гипс; 2) гидротермальное; 3) метаморфическое.

Используется для производства цемента и как поделочный камень. Гипс (Ca[SO4] ∙ 2H2O). Распространенный породообразующий

минерал осадочных пород. Встречается в виде плотных, зернистых, землистых, листоватых и волокнистых агрегатов. Образует пластинчатые и призматические кристаллы, часто дающие характерные по виду двойники – так называемые «ласточкины хвосты».

Бесцветный, белый, серый. Черта белая. Прозрачный или просвечивает. Блеск стеклянный, перламутровый, шелковистый у волокнистых разностей. Твердость эталонная – 2. Плотность – 2,3. Спайность

41

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

совершенная. Излом ступенчатый, занозистый. Прочие свойства: те-

ряя воду, переходит в ангидрит (дегидратация).

Разновидности: селенит – волокнистый гипс с шелковистым бле-

ском.

Диагностика: хорошо узнается по спайности, низкой твердости и светлой окраске. Похож на ангидрит, но более мягкий (царапается

ногтем).

Происхождение: 1) осадочное, хемогенное; 2) гидротермальное; зона выветривания сульфидов и самородной серы; 3) может образовываться при дегидратации ангидрита.

Используется в производстве вяжущих строительных материалов (строительный гипс, алебастр, цемент), в медицине. Селенит применяется как недорогой поделочный камень.

Барит (Ba[SO4]). Кристаллы таблитчатые. Агрегаты зернистые, плотные, листоватые, реже землистые и натечные, нередко встречается в щетках и друзах.

Чаще всего имеет белый или серый цвет. От включений примесей окрашен в желтый, коричневый, голубой и другие цвета. Черта белая. Блеск стеклянный, иногда перламутровый. Твердость – 3–3,5. Плотность высокая – около 4,5. Спайность совершенная в трех направлени-

ях. Излом неровный, ступенчатый. Прочие свойства: хрупкий. Диагностика: узнается по наиболее высокому среди светлых ми-

нералов удельному весу, таблитчатому облику кристаллов, совершенной спайности. В отличие от похожих карбонатов не реагирует с со-

ляной кислотой.

Происхождение: в основном гидротермальное – встречается в рудных жилах с сульфидами, флюоритом или образует сплошные баритовые жилы.

Используется в чистом виде и в виде препаратов бария. Применяется при бурении скважин для утяжеления бурового раствора (с целью увеличения давления на забой и предотвращения выбросов нефти и газа), в лакокрасочной промышленности, как наполнитель при производстве бумаги, обоев, линолеума. Соли бария используются в медицине, сельском хозяйстве (инсектициды).

42

1.3. Классификация минералов и их описание

1.3.7. Фосфаты

Фосфаты представляют собой соли фосфорной кислоты. В этот класс входит большое количество минералов – более 400, однако по роли в составе земной коры относятся к довольно редким минералам. В то же время многие фосфаты являются биогенными минералами и входят в ткани человека и животных (Булах и др. , 2008).

Наиболее распространенным минералом этого класса, имеющим

важное практическое значение, является апатит.

Апатит (Ca5[PO4]3(F, Сl, OH)). Образует сплошные зернистые, сахаровидные, иногда лучистые агрегаты, конкреции и отдельные хорошо ограненные кристаллы призматического облика. Размер их – от очень мелких до гигантских массой в 50 кг, встречающихся в гранитных пегматитах.

Цвет бледно-зеленый, желто-зеленый, светло-зеленый, голубой, белый, буровато-коричневый. Черта белая, бесцветная. Блеск от стеклянного до жирного, блеск зернистых агрегатов напоминает влажный сахарный песок. Твердость эталонная – 5. Плотность – 3,2. Спайность отсутствует. Излом неровный, зернистый. Прочие свойства: хрупкий,

при ударе издает специфический запах.

Разновидности: апатит характеризуется сложным химическим составом. В действительности это группа минералов, состав которых благодаря изоморфным замещениям непостоянен. В связи с этим выделяют разновидности апатита: фторапатит Ca5(PO4)3F – преобладает в природе; хлорапатит Ca5(PO4)3Cl; гидроксилапатит Ca5(PO4)3OH; оксиапатит Ca10(PO4)6O и др. В апатитах встречаются примеси стронция

и редких земель.

Диагностика: узнается по форме кристаллов, цвету и твердости. От похожего нефелина отличается зеленым цветом, стеклянным бле-

ском и немного меньшей твердостью.

Происхождение: 1) магматическое – в щелочных породах совместно с нефелином является одним из главных породообразующих минералов и образует важнейший промышленный тип месторождений апатита; 2) контактово-метаморфическое, скарновое; 3) гидротермальное; 4) осадочное, особенно характерное для фосфоритов, слагающих в породах конкреции, желваки, почки.

43

1.3. Классификация минералов и их описание

тетраэдров. Наиболее распространены кольца из шести тетраэдров с радикалом [Si6О18]12–.

3. Цепочечные силикаты, характеризующиеся тем, что тетраэдры соединяются в непрерывные изолированные цепочки с радикалом [Si2О6]4–.

4.Ленточные силикаты, в которых кремнекислородные тетраэдры соединяются в непрерывные обособленные ленты (сдвоенные цепоч-

ки) с радикалом [Si4O11]6–. В некоторых ленточных силикатах Si4+ замещен на Al3+ с образованием алюмокремнекислородных радикалов типа [(Si, Al)4O11].

5.Слоистые, или листовые силикаты и алюмосиликаты – ленты кремнекислородных или алюмокремнекислородных тетраэдров соединяются в виде одного непрерывного листа или слоя с радикалами

[Si4O10]4– или [(Si, Al)4O10].

6. Каркасные алюмосиликаты – образуют непрерывный каркас из связанных между собой алюмокислородных [AlO4]5– и кремнекислородных [SiO4]4– тетраэдров со сложным общим радикалом типа [Si3AlO8]– или [Si2Al2O8]2– и др.

Внутренняя структура силикатов в значительной степени обусловливает морфологию кристаллов и тип минеральных агрегатов.

Минералы островных силикатов с компактной структурой, а также кольцевые силикаты, как правило, образуют изометричные кристаллы. Часто более или менее изометричны кристаллы каркасных алюмосиликатов. Минералы с линейно вытянутыми структурами – цепочечные и ленточные силикаты – обычно образуют удлиненно-при- зматические, вплоть до игольчатых кристаллы; минералы со слоистой структурой имеют листоватый облик кристаллов.

Островные и каркасные силикаты и алюмосиликаты обычно образуют зернистые агрегаты; кольцевые – шестоватые, радиально-лучи- стые; цепочечные и ленточные – игольчатые, лучистые; для слоистых характерны пластинчатые и чешуйчатые агрегаты.

В полной зависимости от кристаллохимических особенностей силикатов и алюмосиликатов находятся и их физические свойства. Особенно наглядны в этом отношении слоистые силикаты и алюмосиликаты. Слои тетраэдров являются очень прочными, а связь их друг с

45

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

другом менее прочная, что и обусловливает их весьма совершенную спайность в одном направлении, параллельном слоям структуры. Цепочечные и ленточные силикаты обладают хорошо выраженной спайностью в двух направлениях (по призме) вдоль длинной оси структуры. Хорошо проявлена спайность по двум направлениям в каркасных алюмосиликатах. В островных и кольцевых силикатах спайность несовершенная.

Твердость силикатов определяется прочностью их кристаллических структур и варьируется в широких пределах. Островные и кольцевые силикаты отличаются самой высокой твердостью (6–8). Твердость незначительно снижается при переходе от островных и кольцевых силикатов к цепочечным и ленточным, а также каркасным, для которых она равна в среднем 5–7. Еще больше она снижается в силикатах слоистого типа (2–3), доходя до 1.

Среди силикатов преобладают минералы с низкой (до 2,6) и средней (до 3,5) плотностью. Являясь главными породообразующими минералами, силикаты определяют низкую плотность горных пород и земной коры в целом, равную в среднем 2,8. Минералы с высокой плотностью (более 3,5) встречаются редко и в основном представлены островными силикатами с наиболее плотной структурой и содержанием тяжелых атомов.

Цвет силикатов разнообразный и определяется в основном эле- ментами-хромофорами, а также включениями цветных минераловпримесей. Среди хромофоров преобладающая роль принадлежит ионам железа и марганца, в меньшей степени – хрома, титана и др. Так, в присутствии Fe2+ минералы приобретают зеленую окраску разной интенсивности. При наличии в минерале одновременно Fe2+ и Fe3+ (и разных их соотношениях) цвет меняется от зеленого через коричневый до черного. Без хромофоров цвет силикатов белый, серый.

Силикаты с высокой твердостью черты не дают – они процарапывают бисквитную пластинку. Силикаты с низкой твердостью, главным образом слоистые, дают белую или слабоокрашенную (обычно зеленую или коричневую) черту.

По своему происхождению силикаты связаны главным образом с эндогенными процессами – магматическими и метаморфическими.

46

1.3. Классификация минералов и их описание

Силикаты экзогенного происхождения представляют собой обычно продукты выветривания или изменения первичных (эндогенных) минералов и слагают мощные толщи осадочных пород. Большинство силикатов экзогенного происхождения относится к подклассу слоистых силикатов и алюмосиликатов.

Силикаты как главные породообразующие минералы имеют и важное практическое значение. Это ценные неметаллические полезные ископаемые (керамическое и огнеупорное сырье, строительные, тепло- и электроизоляционные материалы). Они также являются рудами на рассеянные элементы и редкие земли. Прозрачные и красиво окрашенные силикаты издавна используются в качестве драгоценных и поделочных камней.

Ниже рассматриваются в составе подклассов силикатов лишь важнейшие породообразующие и наиболее характерные минералы и

группы минералов силикатов.

I. Островные силикаты. Среди силикатов это наиболее многочисленный подкласс. Его характерными представителями и наиболее широко распространенными минералами являются оливин, гранаты (альмандин и др.), эпидот и др.

Химический состав их весьма разнообразен. Большей частью это минералы магния, железа, кальция, а также алюминия. Минералы обычно образуют хорошие кристаллы, что определяется в основном компактностью и относительной простотой структур островных силикатов. В виде изометричных хорошо ограненных зерен встречаются гранаты. В совершенных кристаллах обычно наблюдается топаз. В то же время часть минералов, например оливин, кристаллы образует редко.

Химически чистые островные силикаты бесцветны или слабо окрашены (топаз). В большинстве же случаев минералы интенсивно окрашены, что обусловлено присутствием в их составе элементовхромофоров. Железо вызывает зеленую окраску минералов (эпидот). Окрашенные марганцем и железом минералы имеют малиново-крас- ный цвет (гранат альмандин).

Минералы островных силикатов обладают, как отмечалось, наиболее высокой твердостью и плотностью. Из-за большой твердости они черты не дают.

47

Глава 1. МИНЕРАЛЫ

Оливин ((Mg, Fe)2[SiO4]). Один из наиболее распространенных минералов этого подкласса. Является промежуточным членом изоморфного ряда минералов форстерит (Mg2[SiO4]) – фаялит (Fe2[SiO4]). Встречается обычно в виде зернистых масс. Кристаллы редки.

Цвет оливково-зеленый. В зависимости от состава может изменяться от светло-желтого до темно-зеленого (бутылочно-зеленого) и черного цвета. Черный цвет оливина обусловлен развитием серпентина по многочисленным микротрещинам. Полупрозрачный. Черта отсутствует. Блеск стеклянный или жирный. Твердость – 6,5–7. Плотность – 3,2–3,5. Спайность средняя. Излом неровный, иногда раковистый. Прочие свойства: легко разлагается кислотой (даже уксусной) с

выделением студневидного кремнезема.

Разновидности: хризолит (разновидность форстерита) – прозрач-

ный желтовато-зеленый с золотистым оттенком оливин. Диагностика: узнается с трудом. Диагностируется по цвету, бле-

ску, твердости. Важным диагностическим признаком является частое развитие по оливину более заметных минералов – талька и волокнистого серпентина (хризотил-асбеста). Похожие минералы: диопсид, эпидот. Отличия: у диопсида более низкая твердость (5,5–6) и спайность совершенная, у эпидота своеобразный желто-зеленый (фисташ-

ково-зеленый) цвет.

Происхождение: магматическое, является главным породообразующим минералом ультраосновных глубинных горных пород (дуниты, перидотиты). При разложении оливина образуются разнообразные вторичные минералы: серпентин, тальк, хлориты и др.

Оливиновые породы применяются как огнеупорное сырье. Хризолиты используются в ювелирном деле.

Гранаты. В группу гранатов объединяются сложные по составу минералы с общей формулой R2+3 R32 [SiO4]3, где R2+3 = Сa, Mg, Mn, Fe; R32 = Al, Fe, Сr, Ti, Zr, V. Обычно встречаются в хорошо выраженных изометричных кристаллах. Иногда образуют сплошные зернистые массы.

Цвет гранатов различный. Черта отсутствует. Блеск стеклянный или жирный. Очень характерна высокая твердость (6,5–7,5) и отсутствие спайности. Плотность – 3,5–4,3. Излом неровный, раковистый. Прочие свойства: химическая стойкость, хрупкость.

48

1.3. Классификация минералов и их описание

Разновидности (в зависимости от состава и цвета): 1) альмандин (Fe3Al2[SiO4]3)– самый распространенный из гранатов, цвет бледный красно-фиолетовый, малиновый; 2) пироп – темно-красный; 3) гроссуляр – светло-зеленый, зеленовато-бурый, желтый; 4) андрадит – зеленый, черно-зеленый, красновато-коричневый; 5) спессартин – розовый; 6) уваровит – изумрудно-зеленый; 7) шорломиит (меланит) – смо-

ляно-черный и др.

Диагностика: легко узнается по изометричным кристаллам, окра-

ске, твердости.

Происхождение: 1) метаморфическое, скарновое; 2) магматическое, пегматитовое; 3) гранаты могут накапливаться в россыпях.

Используются как ювелирные камни (пироп, уваровит, демантоид – зеленый андрадит, гроссуляр), а также как абразивный материал

(альмандин).

Эпидот (Ca2(Al, Fe)3[SiO4][Si2O7]O(OH)). Кристаллы удлиненно-при- зматические, шестоватые. Характерна продольная штриховка кристаллов. Часто образуют сплошные зернистые, лучистые и шестоватые агрегаты.

Цвет очень характерный, неповторимый желто-зеленый (фисташ- ково-зеленый). Черта отсутствует. Блеск стеклянный. Твердость – 6-6,5. Плотность – 3,5. Спайность совершенная. Излом неровный, иногда ступенчатый. Прочие свойства: грубая штриховка вдоль удлинения

кристаллов.

Диагностика: неповторимый в других минералах желто-зеленый цвет, блеск, спайность. От похожих хлорита и глауконита отличается большей твердостью, от оливина – цветом и спайностью, от диопси-

да – цветом и более высокой твердостью.

Происхождение: 1) метаморфическое, скарновое; 2) магматическое. II. Кольцевые силикаты. Подкласс кольцевых силикатов включа-

ет сравнительно небольшое число редких в природе минералов. Сре-

ди них лишь некоторые имеют определенное практическое значение, в том числе турмалин – сложный боратосиликат.

Турмалин. Объединяет несколько минералов, между которыми существует полная изоморфная сместимость, с общей формулой X1Y3Z6[Si6O18][BO3]3(OH)4, где X = Сa, Na; Y = Mg, Li, Al, Fe3+, Mn; Z = Al, Fe2+, Cr. Наиболее распространены шерл и эльбаит.

49