Betekhtin

Водних случаях он генетически связан с высокотемпературными об разованиями — изредка в пегматитах, чаще в грейзеново кварцевожиль ных оловянно вольфрамовых месторождениях, в ассоциации с такими

минералами, как арсенопирит (FeAsS), висмутин (Bi2S3), ферберит (FeWO4), молибденит (MoS2), касситерит (SnO2), топаз, берилл, турма лин и др. Так, на месторождении Кара'Оба в Центральном Казахстане, висмут с висмутином, пиритом, вольфрамитом и козалитом находится в виде полиэдрических зерен, выполняющих интерстиции в кварце. Отме чен и в грейзенах Шерловой Горы (Забайкалье).

Отмечен висмут и в своеобразных бериллиеносных метасоматитах Изумрудных копей на Ср. Урале, представляющих собой результат грей зенизации ультраосновных пород. На этом месторождении, в кварц по левошпатовых с бериллом и фенакитом гнездах и жилах среди слюдитов, висмут образует изолированные выделения с висмутином, флюоритом и молибденитом.

Вдругих случаях самородный висмут бывает тесно связан с мышьяко вистыми соединениями никеля, кобальта, урановыми минералами, сернис тыми соединениями серебра, свинца, цинка и др. Таковы, например, ассоциа ции в многочисленных жильных месторождениях Рудных гор (на границе Саксонии и Богемии) — Шнееберг, Аннаберг, Яхимов и др. В более значи

тельных количествах вместе с висмутином (Bi2S3) он встречается в кварце во баритовых жилах боливийских месторождений — Таcна, Оруро и др.

5. Группа серы

Сюда относятся самородные элементы VI группы таблицы Менделе ева: сера, селен и теллур. Из них сера является типичным металлоидом, тогда как селен и особенно теллур обладают свойствами полуметаллов.

Для самой серы устанавливаются три полиморфные модификации, из которых в природных условиях наиболее устойчивой является ром бическая модификация — α сера. При атмосферном давлении и темпера туре выше 96,5 °С она переходит в β серу моноклинной сингонии, а при охлаждении вновь возвращается в прежнее кристаллическое состояние; γ сера также моноклинна, но неустойчива при атмосферном давлении при низких температурах, при комнатной температуре превращается в α серу. Другие три искусственно полученные полиморфные модифика ции серы в природных условиях не встречаются.

СЕРА — S. Наиболее устойчивую при комнатной температуре α моди фикацию серы называют обычно ромбической серой, или просто серой.

Химический состав. В ряде случаев устанавливается химически чис тая сера, но обычно она бывает загрязнена посторонними механически ми примесями: глинистым или органическим веществом, капельками нефти, газами и пр. Известны также редкие разновидности с изоморф ной примесью Se обычно до 1 %, изредка до 5,2 % — селенистая сера, а также Те, иногда As и в исключительных случаях Тl.

чти не дает, порошок слабо желтоватый. Блеск на гранях алмазный, в изломе жирный. В кристаллах просвечивает.

Твердость 1–2. Хрупка. Спайность несовершенная по {001}, {110}

и{111}. Уд. вес 2,05–2,08. Прочие свойства. Электропроводность и теп лопроводность очень слабые (хороший изолятор). При трении заряжает ся отрицательным электричеством. Растрескивается от теплоты руки.

Диагностические признаки. Характерны цвет, низкая твердость, хруп кость, жирный блеск в изломе кристаллов и легкоплавкость.

П.п. тр. и от спички легко плавится (при 112,8 °С) и загорается голу

бым пламенем с выделением характерного запаха SO2 (отличие от похо жего на серу аурипигмента — As2S3). Легко растворима в сероуглероде, скипидаре, керосине, но не разлагается в НСl и H2SO4. Крепкая HNO3

ицарская водка окисляют серу, переводя ее в H2SO4.

Таким образом, самородная сера как единственный среди рассматри ваемых в этом разделе минерал, обладающий молекулярным строением вещества, характеризуется совершенно особыми свойствами. Наличие в структуре в качестве структурных единиц электрически нейтральных молекул S8 легко объясняет такие свойства, как плохая электропровод ность, низкая теплопроводность, слабая связь между молекулами, что выражается в низких температурах плавления и возгонки, слабых меха нических свойствах, низкой твердости, в отсутствии ясно выраженной спайности, в связи с чем находятся очень неровный излом и жирный блеск, а кольцевая форма структурных единиц (молекул S8), сильно отлича ющаяся от формы шара, обусловливает резкую оптическую анизотропию кристаллического вещества, анизотропию теплового расширения и т. д.

Следует добавить, что такие свойства, как небольшой удельный вес и невысокая температура плавления остроумно используются при добыче самородной серы из глубоко залегающих сероносных пластов: по трубам

в буровые скважины нагнетается перегретый водяной пар, и расплавлен ная сера, освободившись одновременно от посторонних механических примесей, с восходящей струей поднимается на поверхность, где улавли вается самыми простыми способами.

Происхождение и месторождения. Самородная сера встречается ис ключительно в самой верхней части земной коры и на ее поверхности. Образуется различными путями.

1. При вулканических извержениях, осаждаясь в виде возгонов на стен ках кратеров, в трещинах пород, иногда изливаясь в расплавленном виде с горючими водами сольфатарных источников и застывая в логах и доли нах в виде потоков в районах современной вулканической деятельности (Курильские острова, Япония). Часто ассоциирует с другими продукта ми возгона и сульфатами, образовавшимися при воздействии SO2 на ок ружающие породы. Возникает в результате неполного окисления серово дорода в сольфатарах или как продукт реакции его с сернистым газом:

2H2S + 2O = 2H2O + 2S; H2S + SO2 = H2O + O + 2S.

2.При разложении сернистых соединений металлов, главным образом пирита, в нижних частях зоны окисления рудных месторождений. Обыч но бывает сильно загрязнена различными механическими примесями.

3.При разложении гипсоносных осадочных толщ. Часто наблюдается парагенезис самородной серы с гипсом, на разъеденных участках которо го она образуется в виде кристаллических и порошковатых масс. Многое

вэтом процессе образования еще неясно.

4.Осадочным (биохимическим) путем в нормальных осадочных по родах, представленных обычно пластами, содержащими гипс, твердые и жидкие битумы (асфальт, нефть) и др. Этот тип месторождений широко распространен на земном шаре и имеет большое промышленное значе ние. При этом основная масса самородной серы образовалась, очевидно, сингенетически, т. е. одновременно с другими осадками. Однако нередко наблюдаются и эпигенетические образования серы во вмещающих поро дах, происшедшие, по видимому, при позднейшей миграции ее под влия нием тектонических процессов, переноса нефтями, растворами и т. п.

Происхождение серы биохимическим путем связывают с жизнедея тельностью анаэробных бактерий, перерабатывающих сульфаты, в резуль тате чего образуется сероводород, неполное окисление которого приво дит к выпадению серы.

В России и ближнем зарубежье залежи серы широко распростране ны. В районе Самары в Поволжье известны крупные осадочные место рождения, например Алексеевское и Водинское, где сера встречается в виде кристаллов до 15 см с кальцитом, гипсом и целестином. Заслуживают

упоминания ячеистые массы гипергенной самородной серы, сохраняющие отпечатки кристаллов пирита, замещенных серой при выветривании в зоне окисления Березовского месторождения (Средний Урал). На терри тории Средней Азии следует отметить: 1) месторождение Гаурдак (Турк менистан); 2) Шор'Су (Узбекистан) — в трещинах и пустотах различных осадочных пород в парагенезисе с нефтью, озокеритом, гипсом, целести ном, кальцитом, арагонитом и др. В числе зарубежных месторождений большой известностью пользуются крупные месторождения Сицилии, очень мощные месторождения в штатах Техас и Луизиана (США), свя занные с соляными куполами. Представляет интерес огромная залежь серы, образовавшаяся в кратерном озере в районе Хоробетсу (Япония), аналогичные скопления имеются и на Курильских островах.

Практическое значение. Главное применение сера имеет в производ стве серной кислоты, используемой во многих отраслях промышленнос ти, затем в сельском хозяйстве (для борьбы с вредителями), в резиновом производстве (процесс вулканизации резины), при изготовлении спичек, фейерверков, красок и пр.

6. Группа углерода

Относящиеся сюда минералы также занимают особое положение сре ди самородных элементов. Эта группа представлена двумя резко различ ными по физическим свойствам полиморфными модификациями угле рода: алмазом и графитом.

Кристаллическая структура алмаза (рис. 81) характеризуется решет кой гранецентрированного куба, но атомы углерода располагаются не только в вершинах и на гранях куба, но также в центрах половинного числа малых кубов (октантов), чередующихся с пустыми малыми кубами. Более наглядно эта структура показана на рис. 81б в виде комбинации тетраэдров, в которых, кроме четырех атомов по вершинам, в центре рас полагается пятый атом (рис. 82в). Каждая вершина тетраэдра является общей для четырех смежных тетраэдров.

Рис. 81. Кристаллическая структура алмаза.

а— изображение центров атомов; б — та же структура в виде тетраэдров, вершины

ицентры которых являются центрами атомов углерода

а б в

Рис. 82. Разные способы изображения тетраэдрического расположения атомов. Расстояния от центров атомов на всех трех фигурах одинаковы

Атомы углерода в кристаллической структуре алмаза находятся в состо янии sp3 гибридизации валентных электронов, они соединены друг с другом исключительно ковалентными жесткими связями по направлени ям, соединяющим центр тетраэдра с его вершинами. Связывающие элект ронные пары находятся в серединах отрезков, соединяющих центры бли жайших атомов углерода и прочно локализованы, энергетический зазор между состоянием этих электронов и уровнем электронов проводимости составляет очень большую величину — 3,6 ЭВ. Поэтому алмаз является ти пичным диэлектриком, что обусловливает ряд таких специфических свойств, как бесцветность и прозрачность, низкая электропроводность, необычайно высокая твердость, весьма высокая устойчивость при широких колебаниях температуры и давления (в частности, при нагреве до температуры 2500 °С в отсутствие кислорода не обнаруживает никаких изменений), очень высокая устойчивость по отношению к кислотам и щелочам и др.

ные облака которой в виде сообщающихся каналов сосредоточены по обе стороны от слоя, содержащего центры атомов углерода. Электроны в этих каналах делокализованы и могут передвигаться вдоль плоскости слоя, обеспечивая проводимость металлического типа.

Отсюда становится понятным ряд свойств графита: его значительно меньший удельный вес по сравнению с алмазом, чрезвычайно легкая рас щепляемость на тонкие чешуйки и резко выраженная оптическая ани зотропия. Налицо также анизотропия твердости, которую удается уста новить при очень точных тонких исследованиях (перпендикулярно плоскости спайности 5,5 по Моосу, но в то же время благодаря очень слабому сцеплению слоев графит настолько мягок, что мажет бумагу и пальцы). Этим же объясняется неоднородность поглощения света, чем и обусловлен серый цвет минерала. Таким образом, тип связи атомов в графите в отличие от алмаза в какой то мере носит металлический характер, т. е. в связях участвуют также «металлические» электроны. С этим вполне увязываются такие свойства, как полуметаллический блеск, высокая электропроводность и др. Но по химической и термиче ской стойкости графит все же близок к алмазу.

Если мы структуру алмаза изобразим в таком виде, как это показано на рис. 84а, т. е. вдоль тройной оси (ср. номера атомов на рис. 81а), то в горизонтальных плоских сетках также заметим гексагональные кольца (атомы 6, 11, 8, 9, 7 и 10), с той лишь разницей, что эти сетки не совсем плоские: три атома располагаются несколько выше по сравнению с дру гими тремя. Этим и объясняется, почему в кристаллах алмаза спайность

Облик кристаллов октаэдриче ский (рис. 85), иногда с треугольны

крупных, весящих несколько сот и даже тысяч каратов (метрический ка рат равен 0,2 г). Крупнейшие кристаллы весили (в каратах): «Куллинан» — 3025, «Эксцельзиор» — 969,5, «Виктория» — 457, «Орлов» — 199,6 и др.

Цвет. Бесцветный водяно прозрачный или окрашенный в голубой, синий, желтый, розовый, бурый и черный цвета. Блеск сильный алмаз ный. Показатель преломления N = 2,40–2,48.

Твердость 10. Абсолютная твердость в 1000 раз превышает твердость кварца и в 150 раз — корунда. Хрупок. Спайность средняя по {111}. Уд. вес 3,47–3,56. Электропроводность слабая, полупроводникового типа, а у беспримесных разностей вовсе отсутствует.

Диагностические признаки. Алмаз является единственным минера лом столь исключительной твердости. Характерны также сильный алмаз ный блеск и часто кривоплоскостные грани кристаллов. Мелкие зерна в шлихах легко узнаются по люминесценции, резко проявляющейся в уль трафиолетовых лучах. Цвета люминесценции обычно голубовато синие, иногда зеленые.

Происхождение и месторождения. Коренные месторождения гене тически связаны с ультраосновными глубинными изверженными поро дами повышенной щелочности: кимберлитами, лампроитами и отчасти

сперидотитами, и др.

Вэтих породах кристаллизация алмаза происходит, очевидно, в верхней мантии, на больших глубинах в условиях высоких температур и давления, в восстановительной обстановке, при высоких давлениях углеводородного по

составу флюида. Кимберлиты, по всей вероятности, служат лишь «средством доставки» алмазов из области их стабильной генерации к поверхности Зем ли. Необходимо отметить, что подъем материала из области стабильности алмаза к поверхности должен быть быстрым настолько, чтобы алмаз не ус пел графитизироваться, а остался бы в метастабильном состоянии.

Опыт синтеза алмазов указывает, что их образование может происхо дить и вне области стабильности (метастабильное зарождение и рост), в том числе и из флюидной (газовой) фазы. Это указывает на возможность роста кристаллов алмаза в кимберлитах в период извержения.

Вассоциациях с алмазом наблюдались: графит, оливин (Mg,Fe)2[SiO4], хромшпинелиды (Fe,Mg)(Cr,Al,Fe)2O4, ильменит (FeTiO3), пироп (крас ный магнезиальный гранат), магнетит (FeFe2O4), гематит (Fе2О3) и др.

Крупнейшие месторождения алмазов известны в ряде районов Юж ной Африки по р. Вааль, в Юго Западном Трансваале и на юго западном берегу Африки. Они представлены алмазоносными полуразложенными кимберлитами, заполняющими вместе с обломочными породами гигант ские по размерам, вертикально уходящие вниз на несколько километров трубчатые полости (диатремы) с эллиптическим или неправильной фор мы сечением. Образование этих диатрем связывают с грандиозными взрывными процессами, происходившими на больших глубинах. В неко торых месторождениях добыча алмаза в настоящее время происходит с глубины свыше километра (Кимберли). Добытая руда («синяя земля») дробится и промывается на специальных обогатительных фабриках. Со держание алмаза в породе составляет 0,000 052 % (по весу). Отсюда про исходят самые крупные алмазы в мире («Куллинан», «Эксцельзиор» и др.). Кроме коренных месторождений, в Юго Западной Африке широко распространены также богатые россыпи в системах рр. Вааль и Оранже' вой. Большая добыча алмазов производится также в Конго. С открытием лампроитовых1 трубок в районах Аргайл и Эллендэйл в Северо Западной Австралии эта страна вышла на одно из первых мест по добыче алмазов.

В50–60 е гг. XX в. в северной части Якутии были открыты довольно многочисленные диатремы, выполненные подобными южно африканским, но более свежими алмазоносными кимберлитами. Отдельные трубки по лучили специальные названия: «Мир», «Зарница» и др. Добыча алмазов в Якутии с тех пор существенно выросла и продолжается полным ходом. Обнаружены алмазоносные кимберлиты и в Архангельской области.

Россыпные месторождения алмаза, устойчивого в экзогенных услови ях, образуются за счет разрушения и размыва алмазоносных пород. Они известны в Южной Африке, Бразилии (Диамантина, штат Минас

1 Лампроит — высококалиевая разновидность кимберлита, сложенная флогопитом

иклинопироксеном.

190 Описательная часть

Жерайс), Индии (Голконда), где ведется добыча с древнейших времен и от куда происходят крупные алмазы «Орлов», «Коинур», и в других местах.

Практическое значение. Совершенно прозрачные алмазы после огра нения применяются в ювелирном деле как драгоценные камни (бриллиан ты). Для технических целей употребляются мелкие алмазы, а также борт и карбонадо. Главным образом они используются в металлообрабатывающей, камнеобрабатывающей, абразивной и прочих отраслях промышленности.

ГРАФИТ — С. Название происходит от греч. графо — пишу. Разно видности: графитит — скрытокристаллическая разность, шунгит — аморфная, богатая примесями разность, образовавшаяся, по видимому, в результате природного коксования углей.

Химический состав графита редко отличается чистотой. В значитель ных количествах (до 10–20 %) в нем часто присутствует зола, состоящая из различных компонентов (SiO2, Al2O3, FeO, MgO, CaO, P2O5, CuO и др.), иногда вода, битумы и газы (до 2 %).

Сингония гексагональная; дигексагонально дипирамидальный в. с. L66L27PC. Пр.гр. P63/ттс (D46h). а0 = 2,47; с0 = 6,79. Облик кристаллов. Хо рошо образованные кристаллы встречаются крайне редко. Они имеют вид шестиугольных пластинок или табличек (рис. 87), иногда с тре угольными штрихами на грани

(0001). Характерные формы:

– –

{0001}, иногда {1011}, {1122} и др.

Цвет графита железно черный до стально серого. Черта черная блес тящая. Блеск сильный металловидный; скрытокристаллические агрега ты матовые. Оптически отрицателен. Показатель преломления Nm — 1,93–2,07. В тончайших листочках просвечивает серым цветом.

Твердость 1. В тонких листочках гибок. Жирен на ощупь. Мажет бумагу

ипальцы. Спайность совершенная по {0001}. Уд. вес 2,09–2,23 (изменяется в зависимости от степени дисперсности и наличия тончайших пор), у шун гита 1,84–1,98. Прочие свойства. Обладает высокой электропроводностью.

Диагностические признаки. Легко узнается по цвету, низкой твердости

ижирности на ощупь. От сходного с ним молибденита (MoS2) отличается более темным железно черным цветом, более слабым блеском, меньшим удельным весом (всплывает в бромоформе) и высокой электропроводнос тью (молибденит плохо проводит электричество). Черта графита на бумаге при растирании не меняет цвета. Если коснуться цинковой палочкой графи тачерезкаплюCuSO4,нанембыстровыделяетсяпленкаметаллическоймеди.

П.п. тр. не плавится. При накаливании в струе кислорода сгорает труднее, нежелиалмаз.Улетучивается,неплавясь,лишьвпламенивольтовойдуги.В кис лотах не растворяется. Порошок в смеси с KNO3 при нагревании дает вспышку.