Betekhtin

392 Описательная часть

материала мы примем обратный порядок изучения относящихся сюда ми нералов, исходя из принципа «от простого к сложному» (причем карбона ты рассмотрим до сульфатов).

Таким образом, среди минералов, представляющих кислородные соли,

КЛАСС 1. НИТРАТЫ

Общие замечания. Азот в земной коре известен исключительно в виде комплексных ионов [NO3]1–, [NH4]1+ и газа в атмосфере.

Нитраты, как легкорастворимые в воде соли сильной азотной кислоты — HNO3, распространены почти исключительно в современных образовани ях в жарких пустынных странах. Источником азота в них является азот воздуха. Реакции окисления этого элемента имеют по преимуществу био генный характер, т. е. связаны с бактериальными процессами в почвах, или же, возможно, с разрядами атмосферного электричества (на высоких плос когорьях). Наиболее важное значение имеют нитраты щелочей — K и Na. Подчиненную роль играют нитраты щелочных земель — Mg, Ca и Ba. В зо нах окисления медных месторождений в условиях пустынного выветрива ния встречаются редкие нитраты Cu сложного состава. Известны также соединения нитратов с гидратами и солями других кислот.

том. Кристаллизируется в ромбоэдрах, очень близких по полярному углу к

блюдается в сплошных зернистых массах в виде корок или выцветов. Цвет белый, серый, красновато бурый, лимонно желтый. Блеск стек

лянный. Nm = 1,585.

Твердость 1,5–2. Хрупка. Спайность по ромбоэдру {1011} совершен ная. Уд. вес 2,24–2,29.

Диагностические признаки. П. п. тр. на угле дает вспышку; легко пла вится, окрашивая пламя в желтый цвет (Na). Легко растворяется в воде. Вкус слегка солоноватый, охлаждающий.

Происхождение и месторождения. Образуется в сухих жарких об ластях, лишенных растительности, при биохимическом разложении (окислении) азотсодержащих органических веществ (гуано и прочие от

бросы птиц и животных), а также микроводорослей, нитробактерий и пр. Редко выпадающие атмосферные осадки смывают образовавшуюся се литру в ложбины, где с течением времени образуются селитряные солон чаки или даже сплошные скопления селитры.

В парагенезисе с селитрой встречаются: гипс, мирабилит (водный сульфат натрия), галит, изредка иодаты и другие минералы.

Исключительно крупные залежи натриевой селитры находятся на высокогорном плато в Чили у подножия горной цепи Кордильер. Эта об ласть в течение многих миллионов лет, начиная с позднемеловой эпохи, представляет собой пустыню с чрезвычайно жарким сухим климатом (дожди выпадают один раз в течение 4–5 лет).

Небольшие селитряные месторождения, главным образом калиевой селитры, в виде пухлых селитряных солончаков на холмах и в ложбинах, довольно широко распространены в Казахстане (Закаспий) и в Средней Азии. Корки и выцветы селитры появляются периодически в засушли вые месяцы. Ее образования являются результатом процессов разложе ния и нитрификации отбросов древних городов и крепостей, а также тех микроводорослей и нитробактерий, которые развиваются на глинобит ных стенах древних построек. В горных частях Алтая, Крыма и в других местах скопления селитры явно животного происхождения связаны с пастбищами и стойбищами скота.

Практическое значение: 1) селитра является лучшим из минераль ных удобрений; 2) как сильный окислитель используется в металлургии при переработке никелевых руд; 3) в стекольной промышленности упо требляется для очистки стекла; 4) в пищевой промышленности — при кон сервировании рыбы, мяса и пр.; 5) применяется для изготовления черно го пороха и различных взрывчатых веществ.

Существует промышленный способ получения синтетическим путем азотистых соединений (аммиака и азотной кислоты) из азота воздуха в присутствии катализаторов. В связи с этим добыча селитры в разных стра нах резко упала. Однако для удовлетворения нужд местной промышлен ности месторождения селитры не потеряли своего значения.

КАЛИЕВАЯ СЕЛИТРА — KNO3. Синоним: индийская селитра. Сингония ромбическая, ромбо дипирамидальный в. с. Пр. гр. Рпта.

а0 = 5,42; b0 = 9,17; с0 = 6,45. Встречается в виде рыхлых белых корочек и выцветов аналогично натриевой селитре. Nт = 1,505. Твердость 2. Спай8 ность по (011) совершенная. Уд. вес 1,99. П. п. тр. ведет себя аналогично натриевой селитре.

Калиевая селитра имеет более широкое распространение, чем на триевая селитра. Раньше в значительных количествах она добывалась в Индии (месторождения выработаны). В виде выцветов и корок ши роко распространена большей частью в тех же районах, что и натрие вая селитра.

КЛАСС 2. КАРБОНАТЫ

Общие замечания. В этом классе мы встречаем уже весьма значитель ное число минеральных видов, многие из которых пользуются сравни тельно широким распространением в природе. Особенно это относится к Са[СО3], который нередко слагает огромные толщи осадочно морского происхождения. Часто карбонаты являются также спутниками рудных минералов в месторождениях, а в ряде случаев сами представляют про мышленный интерес как источники ряда важных металлов, например, марганца (в виде родохрозита) и железа (в виде сидерита).

Анион [СО3]2– способен давать более или менее устойчивые соедине ния с катионами двухвалентных металлов, обладающими средними и большими ионными радиусами. Число таких металлов невелико. Глав нейшие из них Mg, Fe, Zn Mn, Ca, Sr, Pb, Ba, а также Cu, Zn, Mn и др. с дополнительными анионами [ОН]1– и Cl1–.

Близкие к ним по размерам одновалентные катионы (Na, К, NH4) мо гут образовывать безводные карбонаты лишь при условии, если вместе с ними в кристаллическую структуру входит катион Н1+, т. е. в виде кис лых солей. Водные карбонаты характерны и для катиона Mg2+, вообще склонного к гидратации в водных средах.

Карбонаты трехвалентных металлов известны для редких земель с дополнительным анионом F1–. Из числа малых трехвалентных катио нов в карбонатах изредка встречается лишь Аl3+ и то в виде двойных и притом водных солей в сочетании с двухвалентными металлами (Cu, Pb).

Карбонатов четырех и пятивалентных металлов не существует. Ше стивалентный уран дает редкий безводный карбонат с добавочным анио ном О2– — UO2(CO3) (рёзерфордит). Остальные известные карбонаты урана являются водными.

Из особенностей физических свойств карбонатов отметим следующие. Твердость безводных карбонатов никогда не бывает высокой. Обычно она колеблется от 3 до 5. Растворимость карбонатов в воде повышенная. Осо бенно это свойственно карбонатам щелочей и бикарбонатам тех элемен тов, катионы которых обладают либо относительно малыми ионными ра диусами (например, Mg2+, Co2+), либо, наоборот, очень большими размерами (например, Ва2+). Карбонат Cu2+ встречается только в виде ос новных солей, что связано, очевидно, с особенностями строения самого катиона. Этим же, вероятно, объясняются и интенсивные окраски карбо натов меди в зеленый и синий цвета. Все остальные карбонаты либо бес цветны, либо окрашены в бледные тона. Из оптических свойств для кар бонатов очень характерным является весьма высокое двупреломление (Ng–Np), обусловленное плоской формой аниона СО3.

Среди минералов этого класса мы прежде всего должны различать безводные и водные карбонаты. Среди тех и других выделим соответству ющие группы по типам изоструктурных химических соединений. Осталь

ромбоэдрическая гранецентрированная структура кальцита (см. рис. 209), причем ионы Са займут места Na, а группы [СО3] — места Cl. Таким образом, упаковка ионов в кальците отвечает несколько искаженной упаковке, про изведенной по способу плотнейшей кубической кладки структурных единиц.

Кристаллическая структура арагонита — ромбической модифи кации Са[СО3] — от структуры кальцита отличается лишь тем, что ионы Са2+ и [CO3]2– упакованы по способу плотнейшей гексагональ ной кладки (рис. 210). Этим обстоя тельством обусловливается наблю дающаяся псевдогексагональная симметрия тройников кристаллов (углы между гранями призмы в еди ничных кристаллах лишь немного

отличаются от 60 и 120°). В отличие

Рис. 210. Модель кристаллической структуры арагонита от структуры кальцита, в структуре

арагонита каждый ион [СО3]2– ок ружен девятью ионами кальция. Насколько можно судить по разнице удель ных весов, кристаллическая структура арагонита более плотна, чем струк тура кальцита.

Другой характерной особенностью минералов группы кальцита являет ся склонность к образованию изоморфных смесей и двойных солей. В каль цитовом ряде, как и следовало ожидать согласно соотношениям размеров ионных радиусов катионов, широко замещают друг друга Mg, Zn и Fe2+.

Точно так же карбонаты Fe2+ и Mn2+ образуют непрерывный ряд изо морфных смесей. Что касается Са, то этот элемент в силу существенного отличия величины его ионного радиуса от предыдущих катионов (за ис ключением Mn2+) может образовывать лишь двойные соли с ними. Ионы кальция и магния (или другие малые катионы) в кристаллических струк турах располагаются попеременно вдоль тройной оси. Благодаря этому симметрия двойных солей кальцитового ряда несколько снижается: вме сто дитригонально скаленоэдрического вида симметрии (L363L23PC) имеем ромбоэдрический (L36C), т. е. исчезают двойные оси, проходящие через цен тральный ион углерода и кислородные ионы, с ним связанные.

В этом семействе будут рассмотрены простые и двойные тригональ ные (ромбоэдрические) карбонаты, которым отвечают группы кальцита и доломита, а также простые ромбические карбонаты (группа арагони та). Сюда же условно включен паризит, являющийся карбонатом каль ция и редких земель с участием дополнительного аниона F1 и имеющий полисоматическое строение.

КАЛЬЦИТ — Са[СО3]. Синоним: известковый шпат. Разновидности по изоморфным примесям представлены очень широко. Из разновиднос

тей по физическим признакам следует упомянуть об исландском шпате — бесцветной прозрачной разности кальцита.

Химический состав. CaO — 56 %, СО2 — 44 %. Примеси Mg, Fe, Mn (до 8 %), гораздо реже Zn (до 2 %), Sr (стронциокальцит) и др.

ра, как типическая, описана выше. Облик кристаллов, встречающихся исключительно в пустотах, может быть самым разнообразным. Наиболее часто встречаются скаленоэдрические кристаллы (рис. 211), реже таблит чатые (рис. 212) или пластинчатые, призматические или столбчатые, ром боэдрические — чаще в виде острых, чем тупых ромбоэдров (рис. 213).

др. Обычно двойниковой плоскостью является плоскость пинакоида (0001)

–

(рис. 214) или грань тупого ромбоэдра (0112), по которой нередко образуют ся полисинтетические двойники в мраморах и смятых известняках (такое двойникование может быть получено искусственно при давлении острия

ножа на ребро выбитого по спайности осколка кальцита). Реже такой плос

–

костью является грань спайного ромбоэдра (1011) (рис. 215) и др.

Агрегаты. Друзы кристаллов кальцита вместе с дру гими минералами наблюдаются, как уже указано, в пус тотах. Довольно часто встречаются крупнозернистые аг регаты прозрачного или полупрозрачного кальцита с совершенной спайностью отдельных зерен, бросающей ся в глаза. Редко наблюдается жилковатый с шелковис тым блеском асбестовидный кальцит (атласный шпат), волокна которого располагаются перпендикулярно стен кам трещин в породах. Широко известны «натечные» об разования кальцита в виде сталактитов и сталагмитов в

пещерах среди известняков. Зернистые сплошные агрегаты в больших плотных массах называются мраморами. Плотные скрытокристаллические

разности кальцитовых горных пород, нередко слоистых и богатых фау ной, носят название известняков. Рыхлые известняки, содержащие мель чайшие раковинки фораминифер, известны под названием мела. Встре чаются также оолитовые известняки — «икряной камень». «Известковым туфом», или травертином, называют ноздреватые образования углекис лого кальция, возникающие в местах выхода как холодных, так и горячих насыщенных известью минеральных источников (кальцит в этих случа ях образуется при перекристаллизации выпавших коллоидов СаСО3 или арагонита). Иногда в связи с отложением углекислой извести из горячих источников образуются замечательные по рисунку тонкополосчатые по лупрозрачные плотные разности, известные под названием «мраморного оникса», впрочем, подобные образования бывают связаны и с холодно водными процессами (карст).

Цвет. Большей частью бесцветный или молочно белый, но иногда ок рашен примесями в различные (обычно светлые) оттенки серого, желтого, розового, красного, бурого и черного цветов. Блеск стеклянный. Nт = 1,658

и Np = 1,486.

–

Твердость 3. Хрупок. Спайность совершенная по {1011}. Уд. вес 2,6– 2,8, для химически чистых кристаллов 2,72 при 23 °С. Прочие свойства. При сжатии, сопровождающемся двойникованием, электризуется. Образ цы некоторых месторождений обнаруживают явление люминесценции.

Диагностические признаки. В крупнокристаллических разностях лег ко узнается по ромбоэдру спайности, сравнительно низкой твердости (лег ко царапается острием ножа или иглы) и бурному выделению CO2 от кап ли HCl, положенной на минерал или на его порошок на предметном стекле.

П.п. тр. растрескивается с выделением СО2, т. е. диссоциирует на CaO

иCO2. Образующаяся при этом CaO ярко светится и окрашивает пламя в оранжевый цвет. В разбавленной соляной кислоте легко растворяется

даже на холоде с шипением (выделение СО2).

Происхождение и месторождения. Кальцит принадлежит к числу са мых распространенных в земной коре минералов, слагая иногда целые массивы (известняковые горы). Этот минерал образуется при самых раз личных геологических процессах.

1. Среди эндогенного кальцита заслуживает внимания кальцит кар бонатитов — существенно кальцитовых пород, содержащих форстерит, флогопит, пироксены, иногда магнетит и почти всегда минералы редких металлов: бадделеит, пирохлор, перовскит и др. Карбонатиты простран ственно и генетически сопряжены с щелочными и ультраосновными по родами, образуя комплексы массивов центрального типа. Происхож дение по крайней мере части карбонатитов — магматическое, но, вероятно, возможно и метасоматическое их образование.

2. Широко распространены кристаллические образования кальцита гидротермального происхождения. В значительных количествах он обра

зуется в контактово метасоматических месторождениях путем переот ложения или перекристаллизации известняков. В пегматитах он являет ся одним из самых последних минералов, характеризующих гидротер мальную стадию процесса. Характерно, что и в многочисленных рудоносных главным образом сульфидных жильных месторождениях кальцит, как правило, кристаллизуется одним из последних минералов.

К этой же категории образований принадлежат выделения кристалли ческого кальцита в миндалинах и жеодах среди эффузивных изверженных пород и отложения арагонита и кальцита из некоторых минеральных ис точников в виде «известковистого туфа» (вследствие бурного выделения из них СО2 под влиянием резкого понижения внешнего давления).

3.При процессах выветривания кальцит хотя и не встречается в боль ших скоплениях, однако в виде новообразований наблюдается довольно часто в трещинах и пустотах зон окисления рудных месторождений и гор ных пород. Источником для него в этих случаях служат разлагающиеся в коре выветривания эндогенные известьсодержащие минералы и углекис лота воздуха. Нужно заметить, что вообще то в процессе выветривания горных пород весьма значительные массы извести переходят в растворы

ввиде бикарбоната, который текучими водами может относиться очень далеко, вплоть до моря, если по пути следования не будут встречены ус ловия, заставляющие его выпадать в виде кристаллического или колло

идного карбоната Са[СО3].

Сталактитовые образования в известняковых гротах являются резуль татом выпадения углекислой извести из насыщенных медленно проса чивающихся к полым пространствам растворов. Эти растворы при нави сании в виде капель с потолка путем испарения теряют воду, сильно пересыщаются и выделяют коллоидные или тонкодисперсные осадки в виде натечных масс, постепенно твердеющих и раскристаллизовыва ющихся при дальнейшей дегидратации.

4.Осадочным путем, особенно в морских бассейнах, образуются ог

ромные массы Са[СО3], первоначально в виде известковистых илов, от мерших морских растений и беспозвоночных животных с известковым скелетом. Позднее все эти вещества превращаются в известняк. Оолито вые известняки, по всей вероятности, образуются путем коагуляции кол лоидных растворов углекислой извести вокруг взвешенных в движущей ся воде песчинок и газовых пузырьков. Современное образование оолитов

вморских бассейнах приурочено к прибрежным мелководным зонам тро пических и субтропических морей. Первоначально эти оолиты бывают сложены арагонитом, позднее превращающимся в кальцит.

Каким бы путем ни образовался кальцит, в коре выветривания он яв ляется сравнительно слабоустойчивым минералом. Благодаря легкой раст воримости в кислотах он в зоне элювия, особенно в зонах окисления руд ных сульфидных месторождений, переходит в растворы. При реакциях

обменного разложения часто наблюдается замещение кальцита другими минералами (гипсом, доломитом, смитсонитом, малахитом и др.):

H2SO4 + СаСО3 + Н2О = CaSO4 . 2Н2О + СО2; ZnSO4 + СаСО3 + 2Н2О = ZnCO3 + CaSO4 . 2H2O и т. д.

На поверхности известняков в зоне насыщенных известью грунтовых вод не только часто наблюдается отложение коагулятов гидроокислов же леза, коллоидного кремнезема и др., но и сами известняки замещаются ими.

Крупные кристаллы прозрачного кальцита (исландского шпата) у нас в России известны в месторождениях по р. Нижней Тунгуске, приурочен ных к эффузивным породам — траппам и мандельштейнам; здесь он со вместно с пренитом и целлитами залегает в виде жил и гнезд с гигант скими размерами монокристальных индивидов. Так, месторождение Разлом известно кристаллами до полуметра, а Люку Мункамбинское — до 2 м.

Многочисленные небольшие месторождения исландского шпата ши роко представлены в Средней Азии в Зеравшано Гиссарском, Пскем Угам ском и других районах. Из иностранных месторождений наибольшей из вестностью пользуются крупнейшие месторождения Исландии среди эффузивных изверженных пород и др.

Мел в виде горных пород широко распространен в толщах карбонат ных пород мелового возраста на территории Русской платформы и в дру гих местах России. В больших масштабах он добывается главным обра зом для химической и цементной промышленности в районе Белгорода, близ Славянска, Краматорска (Донбасс, Украина) и в других местах.

Мраморы, отличающиеся красивыми расцветками, добываются в ка честве облицовочных камней на Урале в Уфалейском, Златоустевском и других районах, в Карелии, Забайкалье и т. д. Месторождения оникс мра мора желтоватых и зеленоватых расцветок известны в Закавказье на тер ритории Грузии и Армении.

Из иностранных месторождений высококачественными мраморами славятся месторождения Каррары на восточном берегу Генуэзского за лива (Италия) и Греции, служившие в свое время материалом для заме чательных античных скульптур.

Практическое значение кальцита, особенно в виде горных пород, весь ма разнообразно.

1.Исландский шпат благодаря своему высокому двупреломлению употребляется для изготовления различных оптических поляризацион ных приборов, главным образом николей для микроскопов, поляримет ров, колориметров и др.; для этой цели пригодны бесцветные идеально прозрачные недвойникованные кристаллы или их обломки, лишенные трещин, размерами не меньше 1,5–2 см.

2.Асбестовидный атласный шпат и оникс мрамор используются для ювелирных изделий и предметов искусства.