Betekhtin

Практическое значение. Магнетитовыеруды,содержащиенередкооколо 60 % Fe, представляют собой важнейшее сырье для выплавки чугуна и ста ли. Вредными примесями в руде считаются фосфор, содержание которого при бессемеровском способе плавки не должно превышать 0,05 %, а для ка чественного металла — 0,03 %, и сера, предельное максимальное содержание которой должно быть не выше 1,5 %. При плавке руд по томасовскому спо собу, при котором фосфор переводится в шлак, содержание его должно быть не ниже 0,61 и не выше 1,50 %. Получающийся при этом фосфористый шлак носит название томасшлака и используется в качестве удобрения.

При плавке титаномагнетитовых руд из шлаков извлекается ванадий, имеющий большое значение при изготовлении качественных сталей. Пятиокись ванадия используется также в химической промышленности, а как краситель — в керамике, и для других целей.

ХРОМШПИНЕЛИДЫ с общей формулой — (Fe,Mg)(Cr,Al,Fe)2O4 ха рактеризуются доминированием хрома в октаэдрических позициях шпи нелевой структуры n типа. Все относящиеся сюда минеральные виды в природе встречаются в одинаковых условиях и по внешним признакам настолько похожи друг на друга, что практически без химического анализа невозможно отличить разные по составу виды. В практике разведочного и горного дела все они называются просто «хромитами». По составу разли чают следующие главные минеральные виды: собственно хромит FeCr2O4 (в чистом виде встречается в метеоритах, в земной коре очень редок), маг' нохромит MgCr2O4, разновидностями которых являются, соответственно, алюмохромит Fe(Cr,Al)2O4 и хромпикотит (Mg,Fe)(Cr,Аl)2О4. Впервые хромит был известен акад. Т. Ловицу еще в 1797 г.

Химический состав. Содержание Cr2О3 в наиболее часто встреча ющихся хромшпинелидах колеблется в весьма широких пределах: от 18 до 62 %, FeO — 0–18 %, MgO — 6–16 %, Al2O3 — 0–33 %, Fe2O3 — 2–30 %. Кроме того, в виде изоморфных примесей иногда присутствуют: TiO2 — до 2 %, V2O3 — до 0,2 %, MnO — до 1 %, ZnO — до нескольких единиц, NiO — до десятых долей, CoO — до сотых долей процента.

Сингония кубическая; гексаоктаэдрический в. с. 3L44L366L29PC. a0 = 8,305. Кристаллическая структура аналогична шпинели. Облик криj сталлов. Встречаются в виде октаэдрических мелких кристаллов. Обыч но же наблюдаются в округленных или не совсем правильной формы зер нах и в сплошных зернистых агрегатах.

Цвет хромшпинелидов черный. В тонких шлифах полупрозрачны или просвечивают густо красным или коричнево красным цветом. Лишь бо гатые FeO и Fe2O3 разности совершенно непрозрачны. Черта бурая, час то — бледная, серо коричневая, иногда с оливковым оттенком. Блеск по луметаллический до алмазного. N = 2,07–2,16.

Твердость 6–7,5. Спайность отсутствует. Уд. вес 4,0–4,8. Прочие свойj ства. Хромшпинелиды, содержащие FeO и Fe2O3, обнаруживают слабые

магнитные свойства. Разности, богатые этими компонентами и бедные Cr2О3, сильно магнитны.

Диагностические признаки. Общими отличительными признаками хромшпинелидов являются черный цвет, бурая черта, высокая твердость и реакция на хром. Эти минералы настолько постоянно встречаются в ультраосновных породах (дунитах, перидотитах и серпентинитах), что в полевых условиях по указанным признакам почти безошибочно можно их узнавать.

П. п. тр. не плавятся. Перл буры или фосфорной соли в холодном состо янии изумрудно зеленый (реакция на хром). В кислотах не растворяются.

Происхождение и месторождения. Хромшпинелиды встречаются по чти исключительно в магматических ультраосновных породах (дунитах) как в виде вкрапленности, так и в виде сплошных скоплений большей час тью неправильной гнездообразной, линзообразной и столбообразной фор мы. В ассоциации с ними постоянно наблюдаются зеленоватого цвета сер пентин (гидросиликат Mg и Fe), оливин (форстерит) — (Mg,Fe)2SiO4, хромсодержащие хлориты, брусит (придающий некоторым рудам «седой» облик), иногда хромовые гранаты изумрудно зеленого цвета и др. В неко торых массивах ультраосновных пород с ними парагенетически связаны минералы группы платины и осмистого иридия.

В зоне выветривания хромшпинелиды химически устойчивы. Лишь

вусловиях жаркого климата они подвергаются окислению и разрушению. Подавляющее большинство месторождений этих руд в России при

надлежит Уралу. На Полярном Урале находится месторождение хроми тов Рай'Из. Другое известное месторождение, Сарановское, находится на Северном Урале (в 6 км от ст. Бисер) и представлено крупнопадающими жилообразными телами сплошных хромитовых руд относительно низ кого качества (с высоким содержанием железа). Крупное по запасам Ага' нозерское месторождение магнохромитов расположено в Карелии.

Крупнейшие на территории бывшего СССР месторождения высоко качественных хромитовых руд сосредоточены на восточном склоне са мой южной части Урала: Донские или Кемпирсайские (в Актюбинской области, Казахстан). Небольших размеров месторождения известны в Закавказье: Шорджинское, Гейдаринское и др. (на восточном берегу оз. Севан и юго восточнее его в Армении).

Из зарубежных месторождений следует отметить хромитовые место рождения Родезии (Юго Восточная Африка), Новой Каледонии, Турции, о. Кубы и др.

Практическое значение. Хромитовые руды являются единственным сырьем для выплавки феррохрома, используемого в качестве присадки при выплавке высококачественных специальных сортов хромовых и хромоникелевых сталей. Кроме того, в металлической промышленности имеет большое значение хромирование, т. е. покрытие металлическим

хромом различных металлических изделий в целях борьбы с коррозией металла. Некоторая часть хромитовых руд (магнохромиты) идет в хими ческую промышленность для изготовления различных стойких красок, в кожевенном деле и в приготовлении химических препаратов (хромпи ков и др.). Для применения в металлургии магнохромитовые руды требу ют добавления железных руд. Низкосортные сплошные руды, бедные Cr2О3 и богатые FeO и Fe2O3, используются также в изготовлении огне упорных кирпичей.

ГАУСМАНИТ — MnMn2О4. Химический состав. MnO — 62,0 %, MnO2 —

38,0 % (Mn 72,0 %). Содержит также FeO и Fe2O3. Сингония тетрагональная; дитетрагонально дипира

мидальный в. с. L44L25PC. Пр. гр. I41/amd(D194h). а0 = 5,75;

с0 = 9,42. Кристаллическая структура того же типа, что и шпинели, но с незначительным тетрагональным искаже нием. Обычно распространен в виде зернистых агрегатов. Кристаллы встречаются лишь в пустотах. Облик кристаллов близок к октаэдрическому (рис. 155). Угол (001) : (011) — 58°57′ для правильного октаэдра — 54°44′8І). Двойники часты по (112). Весьма характерны полисинтетические

Цвет гаусманита черный. Черта коричневая или красновато бурая. Блеск у не затронутых окислением кристаллов сильный алмазный или полуметаллический.

Твердость 5. Хрупок. Спайность по {001} довольно совершенная. Уд. вес 4,7–4,9. Немагнитен.

Диагностические признаки. В зернистых агрегатах без микроскопи ческих исследований бывает трудно отличить от других минералов мар ганца. От браунита отличается меньшей твердостью и по явно краснова той черте. Пиролюзит МnО2 имеет черную черту. Минералы группы псиломелана обладают черной или шоколадно бурой чертой. От гемати та отличим по твердости и по структуре агрегатов.

П. п. тр. не плавится. Перл буры в окислительном пламени окрашива ется в фиолетовый цвет. В НСl растворяется с выделением Сl.

Происхождение и месторождения. Гаусманит, аналогично магнети ту, возникает в более восстановительной среде, чем браунит. Он, так же как и браунит, с которым нередко ассоциирует, встречается в некоторых

контактово'метасоматических и гидротермальных месторождениях марганца. В тесном парагенезисе с ним обычно наблюдаются минералы, богатые закисью марганца MnO: тефроит (Mn2[SiO4]), манганозит (MnO), родохрозит (Mn(CO3)), марганцовистые гранаты и др. Из нерудных ми нералов чаще наблюдается барит, но не кварц, с которым обычно ассоци ируют браунит и марганцовые силикаты (родонит, бустамит).

Взначительных массах гаусманит, также вместе с браунитом, иногда якобситом, магнетитом и другими безводными окислами Mn и Fe, рас пространен в метаморфизованных осадочных месторождениях марганца (гондитах). В условиях слабого регионального метаморфизма гаусманит образуется в процессе дегидратации гидроокислов марганца, а также в процессе восстановления пиролюзита и браунита. Установлены псевдо морфозы гаусманита по брауниту.

Вмарганцевых месторождениях России гаусманит как один из глав ных рудообразующих минералов входит в состав руд Сапальского гидро термального месторождения в мраморизованных известняках (у Нижне го Тагила, Ср. Урал). В рудах, кроме того, наблюдаются браунит, магнетит (вероятно, марганцовистый), гематит, родохрозит, сульфиды Fe, желези стые хлориты и другие минералы.

ВЦентральном Казахстане гаусманит встречен в рудах метаморфизо ванного осадочного месторождения Караджал в ассоциации с браунитом.

Взарубежных странах гаусманит примерно в тех же парагенетических группировках минералов встречается в контактово метасоматических месторождениях Нордмарк и Лонгбан (Швеция), в жильных месторож дениях Ильфельд в Гарце (Германия) и др.

Практическое значение. Гаусманитовые руды, как и браунитовые, используются в черной металлургии для выплавки ферромарганца или для подшихтовки при выплавке чугунов (в зависимости от богатства руд марганцем).

ГАНИТ — ZnAl2O4. Содержит ZnO — 44,3 %, Al2O3 — 55,7 %. Приме си: MgO, FeO, MnO и Fe2O3.

Сингония кубическая; гексаоктаэдрический в. с. а0 = 8,062. Облик криj сталлов такой же, как у шпинели. Встречается также в ромбических доде каэдрах и в искаженных кубах. Отдельные кристаллы иногда достигают больших размеров. Двойники образуются по шпинелевому закону, по (111).

Цвет ганита темно зеленый, серовато зеленый до черно зеленого. Черта серая. Полупрозрачен. Блеск стеклянный. N = 1,78–1,82.

Твердость 7,5–8. Хрупок. Спайность по {111} неясная. Уд. вес 4,0– 4,6. Похож на многие другие минералы группы шпинели.

Диагностические признаки. Принадлежность данной шпинели к га ниту можно предположить по повышенному удельному весу, показателю преломления и парагенезису с цинковыми минералами, но без паяльной трубки и химического анализа доказать невозможно.

П. п. тр. не плавится. С содой на угле дает налет ZnO. Кислоты и ще лочи не действуют.

Происхождение и месторождения. Встречается сравнительно редко

внекоторых пегматитах и контактово метасоматических месторождени ях среди мраморизованных известняков вместе с другими минералами того же происхождения, в том числе цинксодержащими. Отдельные на

ходки относятся также к сильно измененным породам, например талько вым сланцам.

ВРоссии ганит известен в скарнах месторождения Солонго (Бурятия), на юго западе Кольского полуострова (Вуориярви) и в Холоднинском ме сторождении (Сев. Прибайкалье).

Ганит встречен в Алтын'Тау (на северо востоке Каракалпакии в Уз бекистане), в редкометалльных гранитных пегматитах Зеленой Могилы (Западное Приазовье, Украина) и др.

Всущественных количествах он наблюдался в известном оригиналь ном по парагенезису марганцевых и цинковых минералов месторожде нии Франклин в Нью Джерси (США) в ассоциации с цинкитом, франк линитом и др. Близ месторождения Фалун (Швеция) он был обнаружен

втальковых сланцах. Встречается также в алмазных россыпях Бразилии. ФРАНКЛИНИТ — (Zn, Mn)Fe2O4. Сингония кубическая иногда со

держит также FeO и Мn2О3. По физическим свойствам во многом похож на магнетит. Непрозрачен. Черта красновато бурая. Слегка магнитен. Уд. вес 5,07–5,22. N = 2,36. Не плавится. С бурой в окислительном пламени дает красновато фиолетовое стекло (реакция на марганец). На угле с со дой образует налет ZnO. Растворим в НСl, причем в случае содержания Мn2О3 выделяется хлор.

В значительных количествах встречается в известном контактово метасоматическом месторождении Франклин'Фернёс в Нью Джерси (США). В ассоциации с ним среди кальцифиров присутствуют: цинкит, виллемит (Zn2[SiO4]), кальцит, реже ганит, аксинит, марганцевые сили каты, апатит и другие минералы.

После минералов семейства шпинели рассматривается минерал, име ющий лишь формульное сходство со шпинелями, но относящийся к впол не самостоятельному структурному типу.

ХРИЗОБЕРИЛЛ — ВеАl2О4. От греч. хризос — золото. Разновиднос ти: хромсодержащий — драгоценный камень I категории александрит изумрудно зеленой окраски, при рассматривании в свете электрической лампы приобретает фиолетово красный цвет; цимофан — желто зеленая разновидность с системой полых микроканалов, приводящих к эффекту «кошачьего глаза».

Химический состав. BeO — 19,8 %, Аl2О3 — 80,2 %. Всегда присутству ют примеси: Fe2O3 (3,5–6 %), иногда TiO2 (до 3 %) и Cr2О3 (до 0,4 %), с чем связана изумрудно зеленая окраска александрита.

Сингония ромбическая; ромбо дипирамидальный в. с. 3L23PC. Пр. гр. Pbnm. а0 = 5,47; b0 = 9,39; с0 = 4,42. Кристаллическая структура. Еще Е. С. Фе доров, создавая классификацию кристаллов по внешним формам, уста новил, что хризоберилл по структуре должен быть тождественным с минералами группы оливина. Рентгенометрические исследования пол ностью подтвердили его выводы: расположение ионов в элементарной

ячейке совершенно аналогично таковому в форстерите (Mg2[SiO4]). Ионы кислорода расположены фактически по принципу плотнейшей гексаго нальной упаковки; ионы бериллия, так же как и ионы кремния в форсте рите (см. рис. 279), окружены четырьмя ионами кислорода, а ионы алю миния — шестью. Пониженная координация бериллия позволяет считать, что он играет в соединении более кислотную функцию, чем алюминий. Облик кристаллов толстотаблитчатый, иногда коротко или длинноприз матический. Близкая к гексагональной плотнейшая упаковка ведущих ионов кислорода обусловливает псевдогексагональное отношение осей а и b, поэтому кристаллы по своим углам и развитию граней носят нередко псевдогексагональный облик (рис. 156). Особенно это бросается в глаза (рис. 157) на характерных для александрита тройниках по (130). На гра нях (001) часто наблюдается штриховатость параллельно оси а, по кото рой легко узнать тройниковое срастание индивидов (рис. 157). В сплош ных зернистых массах хризоберилл до сих пор не наблюдался.

Цвет хризоберилла обычно желтый или зеленовато желтый, спаржевый; редко бесцветный. Лишь хромсодержащая разность (александрит) обладает изумрудно зеленой окраской, а при электрическом освещении — фиолето во красной. Блеск стеклянный, в изломе жирный. Ng = 1,753, Nm = 1,747 и Np = 1,744.

Твердость 8,5. Хрупок. Спайность по {110} ясная, по {001} и {010} не совершенная. Излом раковистый. Уд. вес 3,50–3,84.

Диагностические признаки. Встречается исключительно в кристал лах, весьма характерных по своей форме, существенно отличной от бе рилла, по высокой твердости и окраске.

П. п. тр. не плавится. В кислотах не растворяется. Разлагается лишь при сплавлении порошка с КОН или KHSO4. Сплав, смоченный азотно кис лым кобальтом, при прокаливании дает характерное синее окрашивание.

Происхождение и месторождения. Этот сравнительно редкий мине рал обычно распространен в пегматитах или в контактово'метасомати' ческих образованиях на границе ультрабазитов или базитов с гранитными интрузивами. В зоне окисления весьма устойчив. Встречается в россыпях,

иногда в виде окатанных галек. Отдельные экземпляры кристаллов алек сандрита достигают иногда нескольких сантиметров в поперечнике.

Самая замечательная среди когда либо найденных группа из 22 круп ных кристаллов и мелких тройниковых сростков александрита хранится в Минералогическом музее им. А. Е. Ферсмана Академии наук РАН в Моск ве. Хризоберилл обычно наблюдается в ассоциации с изумрудом, полевыми шпатами, апатитом и другими минералами слюдяных, хлоритовых и таль ковых сланцев, обычно в контактовых оторочках гранитных пегматитов.

В России хризоберилл (в том числе и александрит) с середины XIX в. добывается в Изумрудных копях (Ср. Урал) в грейзенезированных серпен тинитах, превращенных в бериллиеносные слюдиты. В Карелии (близ г. Кемь) у бывш. хутора Половина спаржево зеленый хризоберилл образует стрелкообразные двойники в кварце среди хлоритизированного амфиболи та на контакте с гранитным пегматитом. В грейзенизированных диопсид магнетитовых скарнах Люппико (Сев. Приладожье) хризоберилл находится с хлоритом, даналитом и флюоритом. Отмечен также в пегматитах Конда' ковского месторождении в Енисейском кряже (Красноярский край).

Из иностранных укажем на месторождения в штатах Минас'Жерайс и Байя (Бразилия), где хризоберилл в ассоциации с топазом, горным хру сталем, шпинелью, гранатом, турмалином и другими минералами встре чается в пегматитовых жилах среди гнейсов и слюдяных сланцев, а также в россыпях на островах Цейлон и Мадагаскар.

Практическое значение. Красиво окрашенные прозрачные разности употребляются как драгоценные камни, вставляемые в украшения.

7. Группа рутила

В эту группу входят соединения типа АХ2, кристаллизующиеся в тет рагональной сингонии: двуокиси Ti, Sn, Mn, Ge и Pb. Из них TiO2 в при роде известна в трех полиморфных модификациях, носящих особые на звания, а MnO2 — по крайней мере в двух модификациях. По некоторым данным, и соединение SnO2 является диморфным.

Все относящиеся сюда главные минералы не связаны друг с другом па рагенетически и образуются в различных условиях. Двуокись олова отчас ти встречается в условиях, аналогичных условиям, при которых образует ся TiO2, но в основном при геологических процессах ведет себя все же обособленно. MnO2 и PbO2 образуются в совершенно других условиях, почти исключительно при экзогенных процессах минералообразования.

Замечательной особенностью химического состава рутила (а также брукита и анатаза) является то, что в них в виде изоморфных примесей могут присутствовать Nb5+ и Та5+, но совместно с Fe2+.

Химическая формула для таких разновидностей выражается в следу ющем виде: Ti3 3XNb2XFe2+XO6. Из этой формулы видно, что два иона Nb5+и один Fe2+ могут заменять три иона Ti4+ с сохранением общего заряда

заменяемых ионов: Fe2+ 2Nb5+ > 3Ti4+. Так как размеры ионных радиусов всех этих ионов примерно одного порядка (см. рис. 142), то кристалли ческая структура минерала будет оставаться однотипной. Лишь размеры ячейки будут несколько возрастать соответственно размерам ионных ра диусов Nb5+, Та5+ и Fe2+ (или Mn2+). Таким образом, богатые танталом раз новидности рутила представляют изоморфные ряды TiO2, вернее Ti3O6, идущие в направлении тетрагональных (FeTa2)О6 или (MnTa2)О6 (т. е. минералов, называемых ферротапиолитом и мангантапиолитом), крис таллизующихся в структуре так называемого «трирутилового» типа (упо рядочение металлов приводит к утроению параметра с по сравнению с ячейкой рутила).

Следует указать, что соединение FeTa2O6 диморфно и кристаллизуют ся как в тетрагональной (ферротапиолит), так и в ромбической (ферро' танталит) сингониях. Кристаллическая структура ромбической модифи кации соединений такого состава (колумбитов и танталитов) является производной от структуры ромбической модификации TiO2 (брукита).

Есть и другой предполагаемый механизм вхождения Nb и Ta в структуру рутила, с компенсацией зарядов трехвалентным железом: Fe3+(Nb5+,Ta5+) → → 2Ti4+. В этом случае конечными членами изоморфных рядов для рути лов с Nb, Ta и Fe будут Fe3+NbO4 и Fe3+TaO4.

РУТИЛ — TiO2. Название происходит от лат. rutilus — красноватый. Он является наиболее устойчивой модификацией TiO2 как при высоких, так и при низких температурах.

Химический состав. Ti — 60 %. Химические анализы показывают, что в нем часто присутствуют примеси других элементов: Fe в виде закиси или окиси, иногда Sn4+ (до 1,5 %), изредка Cr3+, V3+ и некоторые другие. Богатая FeTiO3 (в виде твердого раствора) разность называется нигри ном. Минеральные виды, сохраняющие неупорядоченный структурный тип рутила и содержащие Nb5+ или Та5+ одновременно с Fe2+ (или Fe3+) в количестве, превосходящем Ti, называются ильменорутилом и стрюве' ритом соответственно.

Сингония тетрагональная; дитетрагонально дипирамидальный в. с. L44L25PC. Пр. гр. P42/mnm(D144h). a0 = 4,58; с0 = 2,95. Кристаллическая струкj тура рутила, как типичная, изображена на рис. 158. Она отличается неко торыми особенностями от ранее разобранных плотноупакованных струк тур оксидов, таких как корунд. Если в кристаллической структуре типа корунда листы плотнейшей упаковки ионов кислорода располагаются пер пендикулярно тройной оси, а в структуре типа шпинели — параллельно граням октаэдра (т. е. также перпендикулярно тройным осям), то в крис таллической структуре типа рутила, как показал Н. В. Белов, направления плотнейшей упаковки в виде колонок параллельны главной (четверной) оси кристаллов рутила. Каждый ион Ti окружается шестью ионами кисло рода, располагающимися по углам почти правильного октаэдра.

Рис. 158. Кристаллическая структура рутила:

а — в изображении центров ионов (черные кружки — титан, полые — кислород); по вертикали расположены три элементарные ячейки рутила; б — в изображении октаэдров TiO6 (центральная колонка) ионы титана располагаются внутри октаэдров;

в — общий вид структуры в установке с вертикальной четверной осью (по Н. В. Белову)

Такие октаэдры в кристаллической структуре рутила вытянуты вдоль оси с в виде прямолинейных колонок (рис. 158б), чем и обусловливается игольчатый или шестоватый облик кристаллов с направлениями плос костей спайности параллельно вытянутости индивидов. Характерно, что в структуре рутила, в отличие от других модификаций TiO2, каждый ок таэдр TiO6 имеет по два ребра, общих с соседними октаэдрами (рис. 158б). Поскольку колонки плотно упакованных ионов кислорода, вытянутых вдоль четверной оси рутила, в сущности отвечают одному из трех воз можных направлений в плоскости гексагональной плотнейшей упаков ки, то не случайно, что для минералов группы рутила мы имеем коленча той формы двойники и тройники срастания (рис. 160) с углом, образуемым отдельными индивидами, близким к 120° (т. е. соответственно направлениям гексагональной сетки). Таким путем могут возникнуть даже кольцеобразные шестерники. Это же обстоятельство лежит в основе за кономерных (под углом 120°) нарастаний тончайших иголочек или при зматических кристалликов рутила на базальном пинакоиде {0001} гема тита (см. рис. 148), ильменита, слюд и других минералов, грани которых представлены плоскостями плотнейшей упаковки ионов кислорода.

Облик кристаллов рутила чрезвычайно характерен: призматический, столбчатый до игольчатого. Обычные формы: {100}, {1100}, {101}, {111}, изредка {001}. Часто наблюдается штриховатость вдоль главной оси с. Типичные формы кристаллов изображены на рис. 159. Очень часты двой ники коленчатой формы (рис. 160) с плоскостью срастания (011). Плос кие сетчатые (под 60°) сростки двойников игольчатого рутила называ ют сагенитом. Как было указано, распространены закономерные срастания кристалликов рутила с кристаллами гематита, причем чет верная ось рутила совпадает с одной из горизонтальных двойных осей