Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курс лекций исправленный.DOC
Скачиваний:
51
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
980.99 Кб
Скачать

4.3. Галоидные соединения

Земная кора содержит около 0,5 % (по массе) галоидных соединений, которые имеют гидротермальное или осадочное происхождение. Флюорит встречается часто в пегматитовых жилах. С химической точки зрения эти минералы являются солями кислот: HF, HI, HBr, HCI. Характерны: стеклянный блеск, малые плотности, растворимость в воде. Галоидные соеди­нения имеют ионные решетки.

Металлургия использует большие количества флюорита для разжиже­ния шлаков. Галоидные соединения находят широкое примене­ние в химии, в сельском хозяйстве (удобрения), в пищевой промышленности.

Флюорит, CaF. Название от итал. "флюоре" - течь (добавки флюо­рита разжижают металлургические шлаки). Синоним: плавиковый шпат. Гидротермальный или магматический (в пегматитовых жилах). Встре­чается в виде кубических и октаэдрических кристаллов, или в сплош­ных зернистых массах. Бесцветен или окрашен в зеленый, фиолетовый цвета. Характерна флюоресценция, т.е. свечение в рентгеновских лучах. Совершенная спайность по октаэдру.

Галит, NaCl. Название от греч. "галос" - море (имеется в виду получение соли выпариванием мор­ской воды, содержащей в 1 литре 35 г солей и в том числе 78 % NaCI, 11 % МgСl2, остальное MgSO4, CaSO4, и др.). Синоним: каменная соль. Харак­терны растворимость в воде, весьма совершенная спайность по кубу. Часто в виде кристаллов кубической формы, или в сплошных массах. Обычно прозрачен, бесцве­тен, но примеси окрашивают галит в серый, желтый, красный и черный цвета. Используется как руда на нат­рий, а также для приготовления электролитов, в пищевой промышлен­ности. Месторождения: г. Суэц (Еги­пет), Величка (Польша), Пенджаб (Индия), Славяновское (Донбасс), Соликамское (Урал).

Сильвин, KCI. Назван по имени гол­ландского врача Сильвия де-ля Баш. Осадочный. Обычно в виде сплошных зернистых масс, реже в виде кубов. Бесцветен, молочно-белого цвета, ро­зовый и красный. Характерен пара­генезис с галитом. Водные растворы имеют горький вкус. Используется в сельском хозяйстве в качестве ка­лийного удобрения, а также в хими­ческой промышленности. Месторож­дения: Соликамск (Урал), Штасфурт (Германия), Нью-Мексико (США).

Карналлит, МgСl2 . КСl . 2O. Наз­ван в честь немецкого инженера фон Карналла. Обычно в сплошных или зернистых агрегатах. Горький на вкус. Постепенно расплывается, пог­лощая воду из атмосферы. От по­хожего красного галита отличается тем, что при бурении стальным

предметом скрипит. Характерны: красный цвет, жирный блеск, горький вкус, отсутствие спайности. Используется для производства магния, как калийное удобрение. Месторождения: Соликамское (Урал), Старобинское (Белоруссия), Прикарпатское (Украина).

4.4. Оксиды

Общая характеристика группы дана в табл. 4.1. Земная кора содержит до 17 % (по массе) оксидов. Наиболее распространены кварц (12,6 %), оксиды и гидрооксиды железа (3,9 %), оксиды и гидрооксиды AI, Мn, Ti, Сг. Напомним здесь, что главная масса железорудных и марганцевых руд имеют осадочное проис­хождение. Минералы группы оксидов являются рудной базой черной металлургии. Важнейшие рудные минералы железных и марганцевых руд: гематит (Fe2O3), магнетит (Fe3O4), бурый железняк (Fе2O3 . Н2O), пиролюзит (МnО2), браунит (Мn2O3), гаусманит (Мn3O4), псиломелан (МnO2 . МnО . n Н2O), манганит (МnO2 . Мn(ОН)2.

Для кристаллических решеток оксидов характерна ионная связь. Оксиды Fe, Mn, Сг, Ti имеют полуметаллический блеск и темную ок­раску. Эти минералы непрозрачны. Для магнетита (Fe3O4) и ильменита (FеО . ТiO2) характерным свойством является их магнитность.

Магнетит, Fe3O4. Название по месторождению минерала в провин­ции Магнезия (Греция). Синоним - магнитный железняк. Важная же­лезная руда. Магнетит в чистом виде (без пустой породы) содержит до 72,4 % Fe. В решетке магнетита находятся двух- и трехвалентное железо: FeO .2О3. Вследствие изоморфизма позиции Fе2* и Fe3* могут занимать близкие по размеру катионы соответствующей валент­ности. Это дает огромную гамму минералов на базе магнетита: каль­циевый магнетит (Са; Fe)О .2О3, магномагнетит (Мg, Fe)0 .2О3, магнезиоферрит МgО .2О3. Хромомагнетит FeO . (Fe, Сг)2О3, алюмомагнетит FeO . (Fe, А1)2О3. Титаномагнетиты могут содержать Ti в кристаллической решетке магнетита (TiO .2О3 - ульвёшпинель) или в составе ильменита (FeO . ТiO2), с которым совместно кристаллизовался магнетит. Ясно, что механи­ческое разделение Ti от Fe возможно только в ильмените.

В зоне окисления магнетит постепенно превращает­ся в гематит под действием кислорода воздуха. Продукты окисления магнетита в природе называются полумартитами и мартитами.

Хотя в технике монооксид двухвалентного железа (FeO, вюстит) получают в ходе доменного процесса миллионами тонн, в природе он крайне редок (FeO, иоцит). В зоне окисления присутствуют, таким образом, только высшие оксиды железа: магнетит (Fe3O4), гематит (Fе2O3) и гидрооксиды (Fе2O3 • nН2O).

Чаще всего магнетит образует сплошные зернистые массы чер­ного цвета. Иногда он встречается в виде правильных октаэдрических кристаллов. От похожего хромита отличается черной чертой и сильной магнитностью.

Таблица 4.1 - Оксиды

Научное название минерала

Другие названия

Химическая

формула

Крист. решетка

Блеск

Цвет

Твердость по Моосу

Магнетит

Магнитный

Fe3O4

Куб.

Полумет.

Черный

5,5-6

Гематит

Красный железняк

Fe2O3

Тригон.

Полумет.

Черный,

сталь­ной, красный

5,5-6

Гётит

Бурый железняк

Fe2О2 . Н2О

Ромб.

Алм., полу­ метал.

Темно-бурый

4,5-5,5

Хромит

Хромистый железняк

FeO . Сr2O3

Куб.

Метал.

Черный

5,5-7,5

Ильменит

Титани-стый железняк

FeO . TiO;

Триг.

Полуметал.

Черный,

стальной

5-6

Пиролюзит

-

МnO2;

Тетраг.

Полуметал.

Черный

5-6

Браунит

-

Мn2O3

Тетраг.

Полуметал.

Черный

6

Корунд

-

Аl2O3

Триг.

Стекл.

Синеватый, желто-серый

9

Кварц

-

SiO2

Триг.

Стекл.

Бесцветный

7

Гематит, - Fе2O3. Название связано с красным цветом минерала и его черты ("гематикос" - греч. - кровавый). Синоним - красный железняк. В природе и технике существует также тетрагональная разновидность этого оксида - маггемит (оксимагнетит), -Fе2O3.

Встречается в виде сплошных плотных скрытокристаллических масс или в виде полосчатой руды, в которой рудное вещество распо­лагается среди полос кварцевой пустой породы. Кристаллы имеют пластинчатый, ромбоэдрический облик. Цвет вишнево-красный, железо-черный, стально-серый. Черта вишнево-красная. Натечные разновидности с гладкой красной поверхностью называются красной стеклянной головой. Крупнокристаллическая разновидность темного стального цвета - железный блеск (спекулярит). Под действием гор­ного давления возникают листоватые, чешуйчатые разновидности гематита - железная слюдка, железная сметана. Большая часть до­бываемой гематитовой руды относится к докембрийским осадочным рудам. Как уже указывалось, на долю гематитовых и мартитовых руд приходится в настоящее время до 90 % миро­вой выплавки чугуна. В чистом виде содержит до 70 % Fe. Крупнейшее месторождение – Кривой рог, Украина.

Гётит,3О4 . Н2O. Назван в честь немецкого поэта Гёте. Сущест­вует ряд бурых железняков, которые отличаются друг от друга количеством гидратной воды: гидрогематит Fe2O3 . 0,1Н2О (твердый р-р воды в гематите), турьит (чернотал) 2Fe2O3 . Н2О (механическая смесь гидрогематита с гётитом)

гётитFe2O3 . Н2О,

гидрогётит 3 Fe2O3 .2О

лимонит 2Fe2O3 .2О твердые растворы

ксантосидерит Fe2O3 . Н2О воды в гётите

лимнит Fe2O3 . Н2О

В этом ряду лишь гётит имеет собственную фиксированную рент­генограмму. Гидрогётит, лимонит, ксантосидерит и лимнит представ­ляют собой твердые растворы воды в гётите; гидрогематит - твер­дый раствор воды в гематите. Турьит - механическая смесь гидро­гематита и гётита. Истинная формула бурого железняка может быть определена прокаливанием его пробы до постоянной массы. Отметим также натечную разновидность бурого железняка - бурую стеклян­ную голову, а также прозрачную слюдку-лепидокрокит (FеО . ОН). Подавляющая масса бурого железняка осадочного происхождения имеет оолитовую структуру. Важная железная руда. В чистом виде содержит до 66,1 % Fе.

Хромит, (FеО . Сr2O3). Синоним: хромистый железняк. Магмати­ческий. Разновидности: алюмохромит (FеО . (Сг, А1)2O3, магнохромит (Fе., Мg)0 . Сr2O3, хромпикотит (Fе, Мg)0 . (Сг, А1)2O3. В паре со свет­лым змеевиком Мg6 [Si4O10](ОН)3 хромит дает структуры, по виду напоминающие крыло рябчика ("хромит - рябчик"). Встречается обыч­но в виде сплошных зернистых агрегатов или отдельных вкраплен­ных зерен. От похожего магнетита отличается бурой чертой и отсутст­вием магнитности. Важнейшая руда на хром. Месторождения: Кемпирсайское (Актюбинская область), Сарановское (Сев. Урал), Зимбабве (Африка).

Ильменит (FeO . TiO2). Название от Ильменских гор (Южный Урал). Синоним: титанистый железняк, пикроильменит (Мg, Fе)О . TiO2. Об­лик кристаллов толстотаблитчатый, ромбоэдрический. От похожего темного гематита отличается слабой магнитностью, буро-черной чертой. Магматического: Эксрсунд (Норвегия), Айрон-Маунтин (штат Вайоминг, США), Аккард-Лейк (Квебек, Канада).

Пиролюзит (МnО3). Название от греч. "пиро" - огонь и "люзис" - уничтожено (добавки пиролюзита уничтожают цветные окраски стек­ла). Хорошо ограненный пиролюзит называют полианитом. Осадочный. Характерные свойства: мягкий, оолитовый, землистый, черного цвета, пачкает руки. Важнейшая марганцевая руда, широко используемая при выплавке чугуна и стали, ферросплавов. Месторождения: Нико­польское (Украина), Чиатурское (Грузия).

Браунит (Мn2O3). Название в честь немецкого химика К. Брауна. Разновидности содержат до 8 % SiO2 в виде механической тонкорас­пыленной примеси и до 10 % Fе, входящего в кристаллическую ре­шетку минерала (Мn, Fе)2O3. Чаще всего наблюдается в виде склеен­ных зернистых агрегатов. Заметная спайность. От похожего пиро­люзита отличается буроватым цветом черты, повышенной твердостью.

Корунд (А12O3). Название имеет индийское происхождение. Обычно в бочковидных, столбчатых, пирамидальных кристаллах синеватого, желто-серого, красноватого цвета. Прозрачные кристал­лы корунда окрашены в различные цвета и являются драгоценными его разновидностями: лейкосапфир (бесцветный), рубин (красный), сапфир (синий), восточный топаз (желтый), восточный изумруд (зеле­ный) и восточный аметист (фиолетовый). Все перечисленные разно­видности корунда имеют твердость 9, уступая лишь алмазу. В связи с этим восточные топаз, аметист и изумруд ценятся выше, чем обычные топаз (тв. 8), аметист (тв. 7) и изумруд (тв. 7,5 - 8). Легко определяется по цвету, форме кристаллов и высокой твердости. Широко используется в абразивной промышленности, где из корундового порошка изготав­ливают точильные круги, шлифовальные порошки. Гидрооксиды алю­миния гиббсит Аl(ОН)3, гидрагиллит Аl(OН)3, бёмит (АlO . ОН) и диас­пор (АlO . ОН) составляют основу боксита - ценного сырья, исполь­зуемого для выплавки алюминия - или при производстве огнеупоров. Боксит кирпично-красного или красно-бурого цвета отличается от похожего бурого железняка красной чертой, а от красных глин тем, что не образует с водой пластичной массы. Месторождения боксита: Красная Шапочка, Североуральск, Ивдельск, Алапаевка (все на Урале),

Кварц (SiO2). Название от нем. "куерэрц" - поперечная руда (имеют­ся в виду кварцевые жилы, располагающиеся обычно по трещинам поперек направления пластов горных пород). Кристаллы кварца имеют облик псевдогексагональных призм и дипирамид с характерной поперечной штриховкой граней призм. Земная кора со­держит до 13 % (по массе) кварца, который является самым распрост­раненным минералом на земле. Происхождение магматическое и гидротермальное. Легко узнается по форме кристаллов, раковистому излому и отсутствию спайности, высокой твердости.

Разновидности кварца: прозрачный бесцветный - горный хрусталь, прозрачные: желтый - цитрин, фиолетовый - аметист, дымчатый - раухтопаз (дымчатый кварц). Черный непрозрачный - морион.

Скрытокристаллическая непрозрачная разновидность (SiO2) с ма­товой поверхностью и восковым блеском называется халцедоном. Обычно белого цвета, натечный, аморфный, твердость 7, непрозрач­ный, спайность отсутствует. Разновидности, сердолик (красный), сардер (буро-коричневый), сапфирин (молочно-синий), плазма и хри­зопраз (зеленые), гелиотроп (зеленый с красными пятнами). Обычно халцедон имеет зональное строение; при этом пористость зон различна. При прохождении природных или технических водных растворов по порам происходит окрашивание этих зон. Так получается агат, т.е. зонально окрашенный халцедон.

Твердый аморфный гидрогель кварца (SiO2 . Н2О) называется опалом. Его прозрачные разновидности драгоценны. Опал распоз­нается по эмалевидному излому, высокой твердости.

Драгоценные разновидности кварца, халцедона, агаты и опалы широко используются в ювелирном деле. Кварц используется также в промышленности: в оптике, для изготовления пьезокварцевых пластинок для звукоснимателей, в точной механике для изготовления опорных подшипников и подпятников, для изготовления химической посуды, а также в огнеупорном и стекольном производстве.