Лабораторная работа № 7. Диагностика сульфатов.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 17Следующая ⇒

К классу сульфатов относят встречающиеся в природе соли серной кислоты, которые насчитывают около 200 минералов. Геохимия серы характеризуется своеобразными особенностями, несвойственными многим другим химическим элементам. В окислительной обстановке сера может давать молекулярное соединение SО₂ (сернистый газ), а в растворах комплексные анионы: [SОз]² и в более окислительной среде [SО₄]², в которых участвуют катионы S⁴ и S⁶. Кристаллические образования, представляющие собой соединения металлов с этими анионами, называют сульфитами (не встречаются в природных условиях) и сульфатами (широко распространены в природе).

Образование сернокислых солей металлов может происходить лишь в условиях повышенной концентрации кислорода, в окружающей среде и при относительно низких температурах. Такие условия в земной коре, как известно, создаются вблизи земной поверхности, где и встречается подавляющая масса этих соединений как эндогенного, так и экзогенного происхождения.

Отметим некоторые общие для минералов этого класса физические свойства. Так же, как и в карбонатах, отсутствуют минералы с высокой твердостью. Среди сульфатов мы не знаем минералов с твердостью выше 3.5. Для богатых водой минеральных видов она снижается даже до 2. Из оптических свойств сульфатов по сравнению с ранее рассмотренными классами солей характерны гораздо более низкие величины двупреломления (Ng—Np). Встречаются даже оптически изотропные минералы. Объясняется это тем, что тетраэдрические группы SО₄ по сравнению с плоскими группами СОз и NОз представляют собой изометрические структурные единицы. Весьма характерно, что в тех сульфатах, которые в качестве дополнительного аниона содержат ион [СОз]², двупреломление значительно повышается, например в каледоните— Рb₅Сu₂[ SO₄]_з[СО_з][ОН]₆.

При описании мы будем объединять минералы в группы, как обычно, по химическому составу и типам кристаллических структур. Однако таких групп для безводных минералов оказывается очень немного. Остальные, довольно многочисленные и разнородные по составу минералы наиболее целесообразно сгруппировать по признакам валентности катионов, объединив вместе безводные и водные сульфаты.

По особенностям состава сульфаты можно разделить на безводные и водные. Ведущими катионами сульфатов являются Са²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Na⁺. Типичные халькофильные элементы Cu, Zn, а также переходные элементы Mn, Fe встречаются в единичных редких минералах. У большинства сульфатов изоморфные замещения ограничены. Совершенный изоморфизм отмечен только между баритом Ba[SO₄] и целестином Sr[SO₄]. Структура сульфатов характеризуется присутствием тетраэдрических [SO₄]^2- групп. Тетраэдры [SO₄]^2- не способны к конденсации, поэтому все сульфаты являются минералами с островной структурой. Для сульфатов характерен существенно ионный тип связи между катионами и радикалом.

Для многих сульфатов известны хорошо ограненные кристаллы и их друзы, плотные массы разной зернистости, землистые агрегаты, корки, выцветы на почве.

Большинство сульфатов бесцветны, прозрачны, белого цвета. Многие (барит, целестин, ангидрит) имеют голубую окраску, связанную с радиационными дефектами структуры, возникающими после ионизирующего облучения. Некоторые сульфаты окрашены механическими примесями, в том числе битумами. Это мягкие минералы, их твердость, как правило, не выше 3,5 ,причем для водных сульфатов она ниже - около 2. Многие сульфаты легко растворяются в воде.

Основная масса сульфатов имеет осадочное происхождение - это химические морские и озерные осадки, многие являются минералами зоны окисления, известны сульфаты, образовавшиеся в результате вулканической деятельности. Сульфаты образуются также в гидротермальном процессе минералообразования, являясь часто главными жильными минералами (барит, реже целестин, ангидрит). С дегидратацией гипсовых пластов связано образование ангидрита в метаморфических породах.

Сульфаты в зоне гипергенеза рудных месторождений многочисленны и разнообразны. Можно назвать около 120 минеральных видов этого класса, обнаруженных в составе окисленных руд, хотя далеко не все среди них дают ощутимые концентрации.

Более 1/3 сульфатов зоны гипергенеза относится к солям Fe. На 2-е место по числу минеральных видов следует поставить соединения Cu, затем Zn и Pb и далее Co и Ni. Несомненный интерес вызывает небольшая группа очень редких сульфатов Ga, Ge и Hg. Среди двух десятков новых находок сульфатов за последнее десятилетие особо интересны соединения с катионами NH⁴⁺ (клайрит, сабиит и др.), а также новые соединения Pb, Zn и Cu.

Большинство среди рассматриваемых сульфатов – водные соединения, для которых характерны группы минералов, различающиеся только по количеству гидроксильной или молекулярной воды. Многие сульфаты в зоне гипергенеза представлены сезонными и техногенными образованиями, появляющимися лишь в строго определенных климатических условиях в зависимости от степени влажности среды и характера циркуляции вод, а также в обстановке, складывающейся в период разведки и эксплуатации месторождения.

Высокая растворимость многих сульфатов в воде является их основным качеством, обусловливающим такие их морфологические черты, как образование в виде выцветов, корочек и пленок, натечно-почковидных и порошковатых агрегатов, общий характер которых, в частности окраска, может легко меняться при изменении влажности среды.

Образование сульфатов в основном приурочено к начальному этапу формирования зоны гипергенеза и осуществляется либо кристаллизацией из растворов (нормальные соли – кристаллогидраты), либо благодаря гидролизу комплексных катионов типа [CuHSO₄]⁺ и [FeHSО₄]²⁺, когда образуются кислые и основные соли.

Сульфаты характерны для зоны гипергенеза различных типов рудных месторождений, представленных сульфидами или сульфоарсенидами, пирит-пирротин- и арсенопиритсодержащих, свинцово-цинковых, медно-колчеданных, медно-никелевых, кобальт-никелевых. Присутствие сульфидов в качестве второстепенных минералов в арсенидных Co–Ni-x, W–Mo-x, магнетитовых, золоторудных и других “несульфидных” месторождениях служит условием развития гипергенных сульфатов. Многие сульфаты, как указывалось, образуются в обстановке добычи и хранения руды как техногенные продукты.

Сульфаты Fe и Мn – это купоросы – водные сульфаты Fe²⁺ или разности с изоморфной примесью Си, Mg, Zn и Мn. Образуются исключительно как сезонные или техногенные минералы – выцветы, налеты и порошковидные корочки на стенках горных выработок, на рудных отвалах, которые могут одновременно содержать два–три минерала, различающихся количеством воды. Окраска железистых купоросов обычно слегка желтоватая или голубоватая. Растворимость в воде высокая. Диагностика каждого минерала в этой группе затруднена из-за большого сходства их друг с другом. Образование купоросов связано преимущественно с кристаллизацией из растворов. Для осаждения благоприятны силициты (песчаники), содержащие углефицированные древесные остатки. Также характерны условия многолетней мерзлоты, когда вымораживание растворов приводит к концентрации воды в составе сульфатов (Амичба, 1983). Одно из условий устойчивости купоросов – высокая кислотность растворов (рН<3) и низкий окислительный потенциал среды (<0,2 В).

Водные минералы с закисным и окисным железом, можно рассматривать в качестве геологических потенциометров. Это сравнительно редкие и ранние образования зоны окисления пиритизированных руд в виде характерных кристаллических корочек буроватой (вольтаитдаже черный, со смоляным блеском) или зеленоватой (копиапит, метавольтин) окраски. Растворимы в воде, обладают (особенно копиапит и рёмерит) соленым вяжущим вкусом. В числе условий образования отмечается наличие во вмещающих породах прослоев углей и лигнита, пониженный окислительный потенциал. Таблитчатый метавольтин описывается растущим на друзах галотрихита (месторождение Дубник в Чехии), копиапит нередко образуется за счет фиброферрита.

Сульфаты ярозитового ряда характерны для окисленных пирротиновых, пиритовых и медно-колчеданных руд, где они могут образовывать самостоятельные горизонты зоны окисления. Образование минералов группы ярозита происходит в условиях кислых вод (рН<3) и высокого окислительного потенциала среды.

Сульфаты меди в первую очередь характерны для зон гипергенеза медных месторождений – колчеданных, стратиформных, медно-никелевых и полиметаллических с халькозином, халькопиритом, блеклой рудой и другими сульфидами.

Это легко растворимые в воде минералы, среди которых наиболее обычен халькантит, характерный как для горизонта подзоны вторичного обогащения (по халькозину), так и для поверхностных рудных выходов и отвалов. Является также современным сезонным и техногенным продуктом. Образуется путем кристаллизации из раствора и выделяется в виде агрегатов волокнистых кристаллов яркой синей окраски. Минерал отмечается в составе окисленных руд многих месторождений (Кургашинкан в Средней Азии (Голованов, 1965); Акчагыл, Джезказган в Казахстане (Витовская, 1962; Чухров, 1950); Сугатовское, Белоусовское на Западном Алтае – Блява на Урале (Шадлун, 1948), но максимальные концентрации образует в месторождениях, расположенных в областях с засушливым климатом и в обстановке многолетней мерзлоты.

Почти половина известных гипергенных сульфатов Zn – купоросные минералы, растворимые в воде, образующиеся в современных условиях путем кристаллизации из растворов. Это представители группы кизерита (ганингит), леонгардита (бойлеит), гексагидрита (бианкит), госларита (госларит) и мелантерита (цинкмелантерит). В отдельности перечисленные сульфаты изучены слабо. Образуются в виде белых и зеленоватых (примесь меди) порошковатых налетов и выцветов. Ассоциируются с гипсом, мелантеритом, эпсомитом, друг с другом. Намууит обнаружен в виде корочки на гидроцинките, сложенной светло-зелеными кристаллами пластинчатого габитуса с твердостью 2 (Северный Уэльс, Великобритания). Содержит 22% CuO.

Сульфаты Ge, Ga, Hg стали известны в последние два десятилетия. Редчайшие галлий-германиевые сульфаты обнаружены только в Цумебе. При этом итоит и флейшерит (сульфаты Pb и Ge) найдены в виде белых корочек из игольчатых кристалликов в “верхней” зоне окисления этого уникального полиметаллического месторождения Юго-Западной Африки. Итоит обычно образует псевдоморфозы по флейшериту, ассоциирующемуся с церусситом и миметезитом. Собственно германий-галлиевый сульфат – шауртеит – обнаружен тоже в Цумебе, но в “нижней” (глубокой) зоне окисления. Является галлиевым аналогом флейшерита. Для него характерны волокнистые кристаллики.

Оксисульфат Hg – шутеит – обнаружен в отвале ртутного месторождения из засушливого района США. Пластинчатый, желтый; в тесной ассоциации с опалом. Джианеллаит также в виде желтых плоских кристаллов с твердостью 3, образующих розетковидные агрегаты, ассоциируется с каломелью, терлингуаитом, ртутью самородной (Марипоза, США). Весьма оригинален в его составе катион (NHg₂)⁺.

Гипергенные сульфаты Ni и Со характерны для никелевых и кобальтовых месторождений, в которых первичные минералы представлены никель- и кобальтсодержащим пиритом, миллеритом, каттьеритом, пентландитом, линнеитом, ваэситом и другими никелевыми и кобальтовыми сульфидами.

В последнее время открыты ранее не известные сульфаты трехвалентной сурьмы – клебельсбергит и перетаит, оба из сурьмяных месторождений Перета и Четине (Тоскана, Италия), где клебельсбергит выделяется в виде желтоватых игольчатых кристаллов в ассоциации с гипсом, перетаитом, валентинитом и кермезитом. Перетаит характеризуется агрегатами из бесцветных таблитчатых кристаллов. В обоих случаях размер кристаллов составляет доли миллиметров. Минералы кристаллизуются в жеодах сильно силифицированных известняков.

Ряд сульфатов образует крупные скопления и имеет большое значение, в основном, для строительной и химической промышленности.

Классификация сульфатов:

I. Простые сульфаты:

Островные безводные сульфаты.

группа ангидрита.
группа барита.
группа цинкокита.
группа милошевичита.
группа тенардита.

Островные водные сульфаты:

группа мирабилита.
группа брошантита.
группа линарита.

Cлоистые водные сульфаты

группа гипса.
группа караколита.
группа кайзерита.
группа бонаттита.
группа краузита.

II. Cложные сульфаты

группа алунита.
группа эпсомита.
группа мелантерита.
группа каледонита.
группа моореита.
группа спанголита.
группа эттрингита.

III. Cульфаты с неизученной структурой:

группа каинита.
группа девиллина.

В настоящем курсе будут рассмотрены следующие минералы:

Ангидрит Сa[SO₄]

Название"ангидрит" связано с отсутствием в его составе воды.

Химический состав. Обычно чистый Ca[SO₄]. Небольшие примеси Мn, Мg, Sr, Bа, ТR.

Хорошо образованные кристаллы редки. Обычно плотные агрегаты различной зернистости, радиально- или параллельноволокнистые скопления.

Цвет белый, голубоватый, сероватый, светло-сиреневый. Окраска часто связана с механическими примесями.

Блеск стеклянный до жирного и перламутрового на плоскостях спайности.

Спайность совершенная в одном направлении и средняя в двух других направлениях.

Твердость 3,5. Хрупкий.

Черта белая.

Излом в плотных агрегатах неровный до занозистого; в зернах - ступенчатый.
Диагностика. От гипса отличается тремя направлениями спайности, более высокой твердостью; от мраморизованных карбонатов - отсутствием реакции с соляной кислотой; от барита заметно меньшей плотностью.

Сингония. Ромбическая

Происхождение. Хемогенный осадок в ассоциации с гипсом и галитом. Гидротермальный в ассоциации с сульфидами. Образуется также при дегидратации гипса в процессе метамор-физма. На поверхности также легко гидратируется и переходит в гипс с увеличением объема на 30%.

Переходу ангидрита в гипс препятствует повышение давления , и он практически не распространяется на глубину более 100-150 метров.
Значение. Используется для производства специальных видов цемента.

Тенардит Nа₂[SO₄] Ромбическая сингония

Название в честь французского химика Л.Е.Тенара.

Химический состав. Обычно отвечает формуле минерала. Редко небольшие примеси К, Mg, Сa, H₂O.

Минерал имеет полиморфные модификации. Нередки кристаллы, друзы, зернистые и плотные скопления, кристаллические агрегаты, корки, налеты, выцветы. Сильно гигроскопичен, поглощает влагу из воздуха.

Цвет. Бесцветный, прозрачный, иногда серовато-белый.

Блеск стеклянный до жирного.

Спайность совершенная в одном направлении и средняя в двух других направлениях.

Излом неровный до занозистого.

Твердость 2.5-3.

Черта белая.

Легко растворяется в воде. Имеет неприятный солоноватый вкус.
Происхождение. Характерный минерал эвапоритов.

Ассоциация с боратами, мирабилитом в озерах и лагунах морских бассейнов. В виде налетов и выцветов известен в вулканогенных образованиях. Образует также выцветы на почве.

Значение. Вместе с мирабилитом сырье для стекольной промышленности, содового и других химических производств.

Гипс Сa[SO₄]_*2Н₂O Моноклинная сингония

Название имеет греческое происхождение.

Химический состав минерала, как правило, отвечает формуле. Незначительные механические примеси СаСO₃, NaCl, SiO₂, глинистых минералов. Таблитчатые уплощенные кристаллы, двойники в виде "ласточкина хвоста". Характерны сростки в виде друз, иногда "гипсовые розы". Сплошные массы различной зернистости вплоть до плотных сливных прозрачных или полупрозрачных и мелкозернистых мраморовидных (алебастр). Иногда плотные параллельно-шестоватые или параллельно-волокнистые агрегаты с шелковистым блеском - гипс-селенит. Чистый гипс бесцветный прозрачный или снежно-белый. Бывает серый, голубоватый, желтоватый, бурый и даже черный от радиационных дефектов структуры и захваченных при кристаллизации механических примесей.

Блеск стеклянный до перламутрового на плоскостях спайности и шелковистый в волокнистах агрегатах.

Спайность весьма совершенная в одном направлении.

Излом ступенчатый, у шестоватых разностей - до занозистого.

Твердость 2. Легко чертится ногтем.

Черта белая.

Рис.46. Кристаллы гипса

Диагностика. Весьма совершенная спайность, низкая твердость и отсутствие реакции с соляной кислотой.

Происхождение. Морской химический осадок. Выделяется после карбонатов кальция перед галитом при упаривании морской воды. Образуется также при гидратации ангидрита. Может возникать в зоне окисления сульфидных месторождений и самородной серы.
Значение. Сырье для строительной и бумажной промышленности. Используется также для производства различных украшений и других поделок.

Группа барита.

Сюда относятся сернокислые соединения Sr, Ba и Рb, не встречающиеся в природе в виде водных сульфатов. Безводный сульфат кальция—ангидрит.— хотя кристаллизуется в той же ромбической сингонии, что и указанные сульфаты, но существенно отличается от них как по кристаллической структуре, так и по формам кристаллов, что связано с меньшей величиной радиуса иона Са²⁺.

Барит BaSO₄.

Название. «Барос» по-гречески «тяжелый». Большой удельный вес этого минерала легко ощутим в руке. Среди очень немногочисленных бариевых минералов барит является главным, а среди безводныx сульфатов — наиболее распространенным после ангидрита. кристаллы барита обычно обладают таблитчатым обликом

Двойники не часты,

Агрегаты чаще зернистые, реже плотные, скрытокристаллические, землистые. Наблюдается также в виде сталактитов и других натечных форм с концентрически-зональным строением. Известны шаровидные и эллипсоидальные конкреции с радиально-лучистым строением. В пустотах часто удается наблюдать эффектные друзы небольших кристаллов.

Цвет. Встречаются бесцветные водяно-прозрачные кристаллы. Большей же частью барит посторонними примесями бывает окрашен в белый или серый цвет (микроскопическими включениями газов и жидкостей) в красный (окисью железа), желтый или бурый (вероятно, гидроокислами железа), темно-серый и черный (битуминозными веществами), иногда в голубоватый, зеленоватый и другие оттенки.

Блескстеклянный, на плоскостях спайности (010) перламутровый

Сингония ромбическая/

Диагностические признаки. Среди наиболее широко распространенных сульфатов барит обладает самым большим удельным весом (лишь у англезита уд. вес выше). Характерна совершенная спайность в одном направлении, нерастворимость в НС1 даже при нагревании (отличие от всех карбонатов). От некоторых силикатов, похожих на него по спайности и другим признакам, отличается значительно меньшей твердостью. Трудно бывает отличить от целестина (без химических реакций).

П. п. тр. растрескивается, сплавляется лишь в тонких осколках по краям, причем пламя окрашивается в желто-зеленый цвет (характерно для бария). С содой на платиновой пластинке сплавляется в прозрачную массу, которая по охлаждении становится мутной (при сплавлении на угле эта масса расплывается и впитывается внутрь). В отличие от целестина, сернистый барий, получающийся в восстановительном пламени п. тр, после смачивания НСl окрашивает пламя не в карминово-красный, а в желто-зеленый цвет.

Происхождение. Барит в природе образуется различными путями, но лишь в условиях повышенного парциального давления кислорода и при относительно низких температурах. Потому он, подобно всем другим безводным сульфатам, не встречается как магматогенный минерал в изверженных, а также в глубинных метаморфических породах.

В гидротермальных месторождениях он довольно обычен. В качестве спутника он устанавливается во многих месторождениях сульфидных, марганцевых (с манганитом, браунитом), железных (с сидеритом, гематитом) и других руд. Известны золото-баритовые жилы. Встречаются почти чисто баритовые, барито-кальцитовые, барито-флюоритовые жилы с небольшой примесью кварца и редких сульфидов (галенита, сфалерита, халькопирита, иногда киновари и др.).

Мирабилит Na₂[SO₄]_*10H₂O

Название от латинского "sol mirabile"- "удивительная соль", так как мирабилит, полученный искусственно немецким врачом и химиком И.Р.Глаубером неожиданно сильно действовал на организм человека как слабительное средство - глауберова соль.

Химический состав. Обычно чист, из примесей содержит небольшие количества К, Mg, Cl.

Морфология агрегатов. Зернистые плотные агрегаты, волокнистые массы, корки, налеты, выцветы, сплошные солеподобные массы.

Цвет. Бесцветный, белый.

Блеск стеклянный. Хрупкий.

Спайность совершенная.

Излом раковистый.

Твердость 1,5- -3,0.

Черта белая. Легко растворим в воде. Имеет неприятный горько-соленый вкус.

Происхождение. Кристаллизация из высококонцентрированных рассолов.
Ассоциация с тенардитом, галитом, гипсом, содой и другими солями. Отлагается также из горячих источников и фумарол. В поверхностных условиях на воздухе теряет воду и рассыпается, превращаясь в белый порошок тенардита.
Значение. Сырье для содовой, стекольной и лакокрасочной промышленности.

Сложные сульфаты (алунит KAl₃[SO₄]₂·(OH)₆ и ярозит KFe₃[SO₄]₂·(OH)₆), а так же сульфаты с неизученной структурой (каинит KMg[SO₄]Cl·3H₂O ) рассматриваются студентами самостоятельно.

Лабораторная работа № 8. Диагностика фосфатов.

К этому классу относятся соли фосфорной кислоты. Они включают сравнительно большое число разнообразных по составу минеральных видов. Общее весовое количество их в земной коре, однако, относительно невелико.

Трехвалентные анионы [РО₄]³ обладают сравнительно крупными размерами, поэтому наиболее устойчивых соединений можно ожидать в сочетании с трехвалентными крупными катионами. Во введении к кислородным солям указывалось, что такими катионами являются ионы редких земель. Фосфаты других трехвалентных металлов(Y, особенно А1, Fe-, Мn-), обладающих меньшими радиусами катионов, хотя и встречаются в природе в виде простых соединений, но сравнительно редко. Как общее правило для всех типичных кислородных солей, соединения с малыми катионами гораздо шире представлены водными нормальными солями (с гидратированными катионами).

Большой интиерес представляют явления гетеровалентного изоморфизма анионных радикалов. Так, трёхвалентный анион [РО₄]^3- может быть замещен одинаково построенными и равновеликими анионами: двухвалентным [SО₄]^2- и четырехвалентным [SiО₄]^4-. При этом могут проявлятся следующие варианты:

1. Изоморфизм в анионной части соединения происходит при сохранении заряда состава и заряда в катионной части. В этом случае величина общего заряда анионов не меняется. Это достигается тем, что при замене трёхвалентного аниона [РО₄]³ четырёхвалентным анионом [SiО₄]^4- одновременно в состав минералов входит двухвалентный анион [SО₄]^2-. Пример такого изоморфного замещения – среди минералов группы апатита. При этом кристаллическая структура и физические свойства минералов сохраняются. Среди катионов возможна одновременная замена ионов кальция ионами натрия и церия.

2. Изоморфное замещение в анионной части соединения может сопровождаться одновременной заменой ионов в катионной части катионами иной валентности. Например, в монаците, имеющим состав Ce[PO]₄, иногда присутствует SiО₂^-, т.е. анион [SiО₄]^4- и одновременно с этим к Ce³⁺изоморфно примешивается Th⁴⁺ , U⁴⁺ , Zr⁴⁺.

Происхождение и месторождения фосфатов. Фосфаты в зоне гипергенеза рудных месторождений достаточно разнообразны и многочисленны. Общее число этих минералов - около семидесяти, т. е. более половины всех известных фосфатов. Однако значительно большее число гипергенных фосфатов связано с выветриванием пегматитов и контактово-метасоматических образований, а также с формированием осадочных марганцево-железистых месторождений и с их зонами окисления. Здесь эти минералы не рассматриваются.

Среди десятка новых фосфатных находок лидируют минералы меди.

Образование фосфатов в зоне гипергенеза рудных месторождений теснейшим образом связано с процессом выветривания вмещающих пород (известняков, карстовых отложений глин), а также с размывом и химическим разрушением фосфоритоносных толщ гуано. В результате фосфор и ряд других компонентов пород попадают в воды зоны окисления и участвуют в гипергенном фосфатообразовании.

Генетические особенности фосфатов нашли свое отражение в их химическом составе (нередкое присутствие вместе с "рудным" катионом нерудных элементов - Al, Ca, Na и др.) и во времени отложения - большинство минералов этого класса отвечает позднему (щелочному) этапу развития зоны гипергенеза. Некоторые вопросы генезиса фосфатов в условиях гипергенеза рассмотрены в специальной работе (Nriagu, 1984).

Следует также отметить слабую изученность фосфатов из окисленных руд, редкость находок многих из них, тонкодисперсное строение агрегатов, сходство с гипергенными арсенатами, карбонатами, сульфатами, что затрудняет их диагностирование и исследование.

Фосфаты Zn известны в основном из свинцово-цинковых месторождений Австралии (Брокен-Хилл), Британской Колумбии и районов Рифук-Хилл и Айрон-Ноб в Австралии, а также Бельгии (р-н Льежа). Для них характерны сноповидные или таблитчатые агрегаты, реже пучки из удлиненных кристаллов, звездчатые сростки (гопеит, парагопеит, шольцит, климанит), чаще белая окраска (только тарбуттит иногда красновато-коричневый), переменная твердость (2-4,5), ассоциация обычно с пироморфитом, коркитом, ванадинитом, смитсонитом, лимонитом. В кислой среде гопеит обычно замещается гидроксилсодержащим тарбуттитом (Nriagu, 1984). Среди приведенных в табл. 19 минералов только фосфофиллит известен как продукт окисления сфалерита, развитого в пегматитах (одна находка в Германия). Прочие характерны для рудных месторождений.

Особо интересен арупит - по существу, фосфатный аналог эритрин-аннабергитового ряда (коротко призматический, синий). Обнаружен в виде продукта выветривания метеорита Santa Catharina (Бразилия). Недавно обнаружен хентшелит (окисление сульфидно-баритовой жилы в Рейхенбахе (Германия) в ассоциации с миметезитом, гётитом. Темно зеленые кристаллы со спайностью. По составу можно отнести к Cu-Fe-ому аналогу климанита. Новый фосфат сиелескит в ассоциации с бирюзой, либетенитом и псевдомалахитом найден в Австралии (Монт-Оксайд). По составу близок к запаталиту

Фосфаты Рb - сложные соединения, обычно содержащие несколько добавочных катионов (Al, Fe, Сu) и добавочные анионы (ОН, Cl, SО₄ и др.). Нередко эти минералы обладают жирным, алмазным и даже сильным смолистым (плюмбогуммит, дрюгманит) блеском, повышенной твердостью (3-4). Окраска переменная - от почти бесцветной (плюмбогуммит, дрюгманит, орфеит, гинсдалит) до горохово-зеленой (пироморфит) и изумрудно-зеленой (цумебит, коркит). Наиболее распространен пироморфит, который известен в виде кристаллических корочек из удлиненных, иногда искривленных (кампилит) кристаллов и в виде псевдоморфоз по галениту и церусситу. Ассоциируется с вульфенитом, платтнеритом, деклуазитом, ванадинитом, лимонитом. Состав пироморфита непостоянный: характерны примеси As (изоморфная серия с миметезитом), Са (до отношения Са:РЬ=1:2), V (V₂O₅ до 4%), Fe (до 1%), Cr, CO₂(каждого 1%). Образуется преимущественно' в нейтрально-кислой среде. Куксит, описанный как кислый фосфат-теллурат в окисленной зоне месторождения Куранах (Якутия), является кислым фосфатом Te. Выделяется в виде таблитчатых серых кристаллов с алмазным блеском.

Цумебит обнаружен в Цумебе (Намибия). Характеризуется темно-зелеными кристаллическими корочками. Плюмбогуммит обычно в виде конкреций, напоминает капли каучука из-за сильного смолистого блеска. Орфеит (месторождение Маджарово в Болгарии) образуется в виде псевдоморфоз по пироморфиту и натечных корочек лучистого строения.

Фосфаты Сu характерны для зоны окисления медных месторождений. Из них наиболее известны темно-зеленые по окраске, в виде призматических грубо исштрихованных кристаллов, а также гроздевидных и землистых агрегатов либетенит, псевдомалахит, кипушит и андрюсит. Либетенит и псевдомалахит обнаружены в зоне окисления уральских (р-н Нижнего Тагила) и зарубежных месторождений. Они ассоциируют с малахитом, хризоколлой, лимонитом, купритом. Андрюсит, в котором Сu изоморфно замещается на Fe²⁺ (до отношения Cu:Fe=5:l), описан из Корнуолла (Великобритания). Кипушит описан из месторождения Кипуши в Заире.

Новый минерал рейхенбергит является безводным аналогом псевдомалахита, с которым и ассоциируется (Рейхенбах, Германия). Ланцетовидные зеленые кристаллы.

Следующая группа фосфатов Сu - синие, голубые и хризоколловые по цвету минералы: это корнетит (темно-синий), известный в Заире, Неваде, Зимбабве, весцелиит (голубой, зернистый из Брокен-Хилла в Австралии и Конго), запаталит (хризоколловидный, натечный, в виде псевдоморфоз по либетениту, из Мексики), ниссонит (сине-зеленый, описанный в ассоциации с хризоколлой, либетенитом, гипсом), самплеит (хлорфосфат, найденный в ассоциации с атакамитом в Чукикамата, Чили, светло-синий, твердый, в виде агрегатов из досчатых кристаллов), бирюза, известная во многих месторождениях, скорее, в коре выветривания глиноземистых, апатитсодержащих пород, и халькосидерит (очень редкий, железистый аналог бирюзы, с твердостью около 5, в виде зеленовато-желтых массивных корочек).

Фосфаты Fe и Al более характерны для осадочных железорудных месторождений, для их окисленной зоны и в меньшей мере - для зоны гипергенеза гидротермального оруденения. Такие фосфаты, как вивианит, метавивианит и боржицкит, распространены в железных шляпах железорудных месторождений. Для них типичны бурые и темно- бурые желваки, конкреции, гроздевидные и стекловатые агрегаты с переменными физическими свойствами, нередко с механической примесью других минералов, особенно гидроксидов Fe. Чаще всречаются окисленные формы вивианита, которые принято называть керченитами. С развитием процессов выветривания происходит вынос фосфора из фосфатов, и они переходят в лимонит. Диагностика минералов группы железистых фосфатов требует комплексного использования различных методов. Известно, что процесс окисления Fe²⁺в вивианите интенсивнее захватывает спаренные, а не изолированные октаэдры F'е²⁺ в структуре фосфата, в которых осуществляется перенос заряда по типу Fe²⁺ Fe³⁺, с чем связана синяя окраска минерала.

Новый минерал - заирит - в этой группе в виде буро-зеленоватых агрегатов найден как продукт окисления висмутин-вольфрамитовых жил в Заире.

В Германии (земля Гессен) обнаружен новый фосфат Bi, правда с Cu, мразекит, который в виде голубых табличек образуется при окислении сульфидно-баритовой жилы. Другой Bi-вый фосфат паулькеллерит обнаружен в Шнееберге в ассоциации с эритрином и самородным Bi.

Особый интерес вызывают фосфаты Fe²⁺ и Fe³⁺ лаубманнит и дюфренит, также встречающиеся в железных шляпах. Они характеризуются оливково-зелеными окрасками, переходящими, как обычно, в бурые. Почковидные агрегаты этих фосфатов имеют радиально-лучистое строение и высокую твердость (4,5). Их находки свидетельствуют об определенном окислительном режиме среды минералообразования.

Натродюфренит, близкий по химизму к дюфрениту, известен давно, но исследован в последнее время. Содержит до 2,5% Na₂O ("канальный" катион в структуре). Обнаружен в массе лимонита в виде бурых радиально-волокнистых агрегатов (Рошфор-эн-Терр, Франция).

Минералы относящиеся к классу фосфатов принято делить на водные и безводные, островные и слоистые.

I. Простые безводные фосфаты.

1. группа берлинита

2. группа симферрита

3. группа саркопсида

4. группа олимпита

5. группа фарингтонита

6. группа аллюодита

7. группа монетита

8. группа ксенотима

9. группа монацита

10. группа витусита

11. группа коснарита

I I. Сложные безводные фосфаты.

12. группа апатита

13. группа гердерита

14. группа амблигонита

15. группа вагнерита

16. группа альтхаузита

17. группа парвеллита

18. группа либетинита

19. группа рокбриджита

20. группа лазулита

21. группа бразилианита

22. группа псевдомалахита

23. группа арроядита

24. группа просперита

25. группа нефедовита

26. группа изокита

27. группа бьярбиита

28. группа сванбергита

29. группа грандаллита

I I I. Водные фосфаты.

30. группа гайнесита

31. группа франсолетита

32. группа гюролита

33. группа реддингита

34. группа варисцита

35. группа лудломита

36. группа фосфофиллита

37. группа ньюбериита

38. группа вивианита

39. группа шольцита

40. группа коллинсита

41. группа виксита

42. группа струвита

43. группа таранакита

44. группа бирюзы

В данном курсе мы рассмотрим следующие фосфаты:

Островные:

1. монацит (Ce)(PO₄)

2. Ксенотим Y(PO₄)

3. апатит Ca₅ (PO₄)₃Cl

4. пироморфит Рb₅[С1/(РO₄)₃]

5. Скородит Fe(AsO₄)·2H₂O

Слоистые:

1. Вивианит Fe₃[PO4]₂·8H₂O

2. Вавеллит Аl₃[(ОН)₃/(РО₄)₂]·5Н₂0

3. Чёрчит Ce(PO₄)·2H₂O

4. ЭритринCo₃[AsO₄]₂·8H₂O

С неизученными структурами: Бирюза CuAl₆[(OH)₂/PO₄]₄·4H₂O

Монацит - Ce[PO]₄

Название– от греч. “моназо” — быть одиноким. Редкий, но важный минерал церия, лантана, циркония и тория

Химический состав. Изменчивый; приблизительный состав: окись церия (Се₂О₃) 26 - 31%, сумма окислов лантана (La₂О₃), неодима (Nd₂O₃), празеодима (Рr₂О₃) 21—30%, окись иттрия (Y₂О₃) 0,5—3,5%, окись тория (Th₂О₃) 1—28%, пятиокись фосфора (Р₂О₅) 22—31%, окись циркония (ZrO₂) до 7%, двуокись кремния (SiO₂) до 6%, общее содержание цериевых земель (в окисной форме) 50-68%.
Цвет. Светло-желтый, темно-коричневый, красный, реже зеленый.

Блеск. Стеклянный.
Прозрачность. Непрозрачный, просвечивающий.
Черта. Белая.
Твердость. 5—5,5.

Плотность. 4,8—-5,5.
Излом. Раковистый.

Сингония. Моноклинная.
Форма кристаллов. Толстотаблитчатые, реже призматические мелкие кристаллы, вкрапленные в породу (гранит, сиенит, диорит, гнейс); иногда монацит образует крупные, весом до нескольких килограммов кристаллы в пегматитах. Минерал обычно встречается в виде отдельных зерен, вкрапленных в породу.
Спайность. Иногда совершенная по (001), (100).
Агрегаты. Образует отдельные зерна.
П. тр. Почти не плавится.
Поведение в кислотах. С трудом растворяется в НСl

Сопутствующие минералы. Рис.47. Кристалл монацита

1) В пегматитах: циркон, ортит, силлиманит;

2) в минерализованных трещинах (альпийских жилах); адуляр, альбит, горный хрусталь, анатаз, ильменит;

3) в россыпях (в рыхлых песках) монацит ассоциирует с гранатом, цирконом, ксенотимом, ильменитом, магнетитом, торитом, золотом, алмазом.

Сходные минералы: Ортит, торит.

Практическое значение. Из монацита получают редкие земли и торий.

Происхождение. См. рубрику “Сопутствующие минералы”.

Месторождения. Большей частью россыпи тяжелых минералов. Наиболее известные: шт. Минас-Жерайс (Бразилия); Траванкор (Индия); западное побережье Шри Ланка; пегматиты Норвегии, Мадагаскар и др.

Ксенотим Y(PO₄)

Химический состав.. Окись иттрия [(Y,Er)2O3 ] 51.8 – 67.8 %, пятиокись фосфора (P2O5) 25.3 – 38.6 %, двуокись урана (UO2) до 4%.
Цвет. Желтовато-коричневый до красновато-коричневого, также темно-коричневый, кроваво-красный, серовато-белый, винно-желтый, светло-желтый, зеленоватый.
Блеск. Стеклянный до смолистого.
Прозрачность. Просвечивающий до непрозрачного.
Черта. Светло коричневая, желтоватая или красноватая.
Твердость .4—5
Плотность.4,4—5,1.
Излом. Неровный до крючковатого.

Сингония. Тетрагональная.
Форма кристаллов. Короткопризматические до длиннопризматических вдоль [001]; также изометрические, дипирамидальные. Кристаллы весьма сходны по облику с цирконом.
Класс симметрии. дитетрагонально-дипирамидальный.
Спайность. Спайность по {100} совершенная.
Агрегаты. В виде грубых радиальных агрегатов крупных кристаллов; в розетках. Кристаллы. Часто встречаются в параллельных срастаниях с цирконом.
П. Тр. Не плавится, но становится серовато-белым; после смачивания серной кислотой цвет пламени голубовато-зеленый.
Поведение в кислотах. Действию кислот поддается в весьма незначительной степени или не поддается, в зависимости от состава, но разлагается при сплавлении с карбонатом натрия бисульфатом калия или, труднее, с бурой и солями фосфора
Сопутствующие минералы. Обычно встречается вместе с монацитом, цирконом, рутилом, анатазом, магнетитом, ильменитом, гематитом, силлиманитом, щелочными фельдшпатидами; менее обычно—с фергусонитом и другими ниобо-танталатами.
Сходные минералы. Циркон, анатаз.

Практическое значение. Руда иттрия.

Месторождения. Широко распространен как второстепенный акцессорный минерал в щелочных и кислых изверженных породах и в виде крупных кристаллов в сопутствующих им пегматитах; также в богатых слюдой и кварцем гнейсовых метаморфических породах и в кварцевых прожилках или пегматитовых включениях в этих же породах; в жилах альпийского типа и, реже, в метаморфических известковых породах. Обычный минерал россыпей. Найден во многих местах на юге Норвегии в гранитных пегматитах вместе с гадолинитом, поликраз-эвксенитом, алланитом, цирконом, иттротанталитом, торитом; из подобных месторождений хорошо известно Гиттеро в Вест-Агдере; в Иттерби, северо-восточнее Стокгольма.

Пироморфит - Рb₅[С1(РO₄)₃]

Название– от греч. “пир” — огонь, “морфе” — форма (шарик, образующийся при плавлении минерала, охлаждаясь, кристаллизуется). Синонимы: зеленая, бурая, или пестрая свинцовая руда.

Химический состав. Окись свинца (РbО) 81,7%, пятиокись фосфора (P₂O₅) 15,7%, хлор (С1) 2,6%; примеси кальция, мышьяка и хрома.

Цвет. Зеленый, бурый, желтый, оранжевый, серовато-белый.
Блеск. Алмазный, жирный.
Прозрачность. Просвечивающий.
Черта. Белая, светло-серая.
Твердость. 3,5.
Плотность. 6,7—7.
Излом. Неровный.
Сингония. Гексагональная.
Форма кристаллов. Призматические, столбчатые, похожи на кристаллы апатита.
Класс симметрии. Гексагонально-бимрамидальный.
Спайность. Практически отсутствует.
Агрегаты Почковидные, гроздьевидные, плотные, сплошные массы, коротколучистые.
П. тр. Легко сплавляется в шарик, на угле оставляет желтый налет.
Поведение в кислотах. Растворяется в НNО_3.

Сопутствующие минералы. Галенит (свинцовый блеск), церуссит, барит, кварц.
Сходные минералы. Миметезит.

Практическое значение. Представляет интерес как свинцовая руда вместе с другими минералами свинца. Редко образует значительные скопления.

Происхождение. Образуется главным образом в зоне окисления свинцовых и свинцово-цинковых месторождений.

Месторождения. Фрейберг, Аннаберг, Беренштейн, Иоганнгеоргенштадт, Боккау, Волькенштейн, Рудные горы (Германия); Клаусталь в Гарце, Эмс, Бадедвейлер (Германия); Пршибрам (Чехия) и другие месторождения.

Апатит. Сa₅ [РO₄]₃ (F, О, ОН).

Название от греческого "апатао" - обманываю, потому, что по внешнему виду его часто принимали за другие минералы (берилл, турмалин).

Химический состав Постоянно содержит многочисленные изоморфные примеси: Sr²⁺, TR³⁺, Y³⁺, Mn²⁺.

Цвет — белый, зеленый, сине-зеленый, голубой, фиолетовый, редко красный.

Черта — белая,

Блеск — стеклянный до жирного.

Прозрачность — прозрачный, просвечивающий.

Твердость — 5.

Плотность — 3,2—3,4 г/см ³.

Излом — раковистый, неровный.

Сингония — гексагональная, гексагонально-дипирамидальный вид симметрии.

Спайность— несовершенная по (0001).

Поведение в кислотах. Разлагается в НС1

Происхождение. Щелочные магматические породы, карбонатиты. Акцессорный минерал гранитов. Пегматитовые жилы с мусковитом, а также некоторые контактово-метасоматические месторождения с диопсидом, флогопитом, кальцитом. Биогенный, осадочный (фосфориты). В поверхностных условиях устойчив, переходит в россыпи.
Значение. Источник фосфора. Сырье для производства фосфатных удобрений. Иногда попутно извлекают редкие земли и стронций.

Вавеллит Аl₃[(ОН)₃(РО₄)₂]·5Н₂0

Название по фамилии первооткрывателя д-ра Вавелла фон Бабингтона (1805).

Химический состав. Окись алюминия (Аl₂О₃) 36,6%, пятиокись фосфора (Р₂O₅) 34,06%, вода (Н₂О) 27,4%.

Цвет. Белый, серый, желтоватый, зеленоватый, синий.
Блеск. Стеклянный, шелковистый.
Прозрачность. Прозрачный.
Черта. Белая, светло-серая.
Твердость. 3,5—4.
Плотность. 2,3—2,4.
Сингония. Ромбическая.
Форма кристаллов. Игольчатые.
Класс симметрии. Ромбо-дипирамидальный — mmm.
Спайность. Хорошая по (010).
Агрегаты. Почковидные и шаровидные конкреции радиально-лучистого строения.
П. тр. Не плавится.
Поведение в кислотах. Растворяется в НСl.

Сопутствующие минералы. Гематит, лимонит, пиролюзит.

Сходные минералы. Натролит, гидраргиллит, пренит.

Практическое значение. Иногда залежи вавеллита разрабатываются на фосфор.

Происхождение. Образуется гидротермальным путем в трещинах и в полостях отслаивания фосфоритовых пород, в качестве хемогенного осадка в сланцах, содержащих фосфорную кислоту, в кремнистых, глинистых, песчанистых сланцах и в кварцитах.

Месторождения. Франкенберг, Лангенштригис, Эбеншток, Ребес-грюн (Германия); Сент-Аостелл в Корнуэлле, Бернстейпл, Девоншир (Англия); шт. Арканзас (США); Оуро-Прето (Бразилия) и другие месторождения.

Бирюза CuAl₆[(OH)₂/PO₄]₄·4H₂O

Цвет. Голубой, зеленовато-голубой, небесно-голубой, яблочно-зеленый.
Блеск. Восковой.
Прозрачность. Непрозрачная.
Черта. Белая.
Твердость. 5—6, довольно хрупкая.
Плотность. 2,6—2,9.
Излом. Раковистый.
Сингония. Триклинная.
Форма кристаллов. Почковидные образования, корочки, прожилки.
Класс симметрии. Пинакоидальный — 1.
П. тр. Не плавится, в закрытой стеклянной трубочке выделяет много воды.
Поведение в кислотах. Растворима.

Сопутствующие минералы. Лимонит, халцедон.

Сходные минералы. Лазурит.

Практическое значение. Ювелирно-поделочный камень.

Происхождение. Образуется при выветривании богатых фосфором алюминийсодержащих пород, выполняет трещины в кремнистых и глинистых сланцах и песчаниках. Месторождения. Маден (Турция); Синайский п-ов; Каратюбе близ Самарканда и другие месторождения.

Вивианит Fe₃²⁺[PO4]₂ · 8H₂O.

Цвет в неизмененном виде - светлых оттенков и даже бесцветный, при окислении на воздухе - серовато-синий, серовато-зеленый, темно-синий до черно-синего (керчениты).
Черта бесцветная, голубая.
Блеск стеклянный до перламутрового на плоскостях спайности.
Прозрачность- прозрачный, просвечивающий.
Твердость 1,5-2.
Плотность 2,7 г/см ³.
Излом ступенчатый до занозистого.
Сингония моноклинная, призматический вид симметрии.
Спайность совершенная по (010).

Чёрчит Ce(PO₄)·2H₂O

Название — По имени английского химика Артура Герберта Чёрча

Химический состав — содержание (в %): Ce₂О₃ 50-60; P₂O₅ 26 – 28; H₂O 13 – 15.
Цвет дымчато-серый, с легким мясо-красным оттенком.
Черта белая.
Блеск стеклянный; перламутровый на плоскостяхспайностги.
Прозрачность прозрачный до просвечивающего.
Твердость 3.
Плотность 3,14 г/см³.
Излом раковистый.
Сингония Моноклинная (?).
Спайность Одна совершенная спайность.
Агрегаты В виде веерообразных групп мелких столбчатых кристаллов.
П. тр. не плавится.
Поведение в кислотах растворяется в горячей кислоте, нерастворим в щелочах.

Происхождение. В виде налетов на кремневых породах из медной жилы в Корнуолле, Англия. "Светлый", Южный Урал. В виде тонких корочек на полевом шпате.

Гердерит — CaBe(PO₄)F.

Название — По имени С. А. В. Гердера(A. W. Von Herder, 1776—1838), горного служащего во Фрейберге, Саксония..

Химический состав — содержание (в %): CaО — 32,2—34,8; BeO — 15 – 16,5; P₂O₅— 39,7 – 44,3; F — 0,5 – 11,5; H₂O— 0 – 7,9. Цвет — Бесцветный до бледножелтого или зеленовато-белый. Черта — белая. Блеск — Блеск стеклянный до полустеклянного. Прозрачность — Прозрачный до просвечивающего. Твердость — 5,5—6.. Плотность — 3,01 –2,95 г/см³. Излом — Излом полураковистый.. Хрупкий. Сингония — Моноклинная; призматический — 2/т. Спайность— Спайность по {110} прерывистая. Агрегаты — кристаллы толстые призматические по [100] или [001]; также толстотаблитчатые по {001}. Внешне обычно псевдоромбический, реже моноклинный, иногда псевдогексагональный в сечениях поперек [001]. Также в виде гроздевидных или сферолитовых агрегатов с радиально-волокнистой структурой. П. тр. — становится белым и непрозрачным и плавится с трудом Сильно нагретый в закр. тр. выделяет кислотную воду. Поведение в кислотах — Растворим.

Двойники. Двойниковая плоскость {001}. 2) Двойниковая плоскость {100}. Большинство кристаллов сдвойниковано, хотя некоторые двойников не показывают.

Местонахождение. Является типичным минералом, который образуется в пегматитах в течение последней гидротермальной стадии. Первые находки гердерита известны только в виде малых образцов, найденных до 1825 года в оловянных рудниках Эренфриденсдорфа, Саксония. Также найден в пегматитах в Эпрехтштейне и Рейнерсрейте в фихтельгебирге, Бавария, Германия. В пегматитах Мурзинки, Урал, СССР. В США гердерит встречаегся в пегматитах в Стонхеме, округ Оксфорд, Мэн. Гидроксил-гердерит найден в Эброне, Пэрис, и Ньюри в округе Оксфорд, Мэн. Гердерит или гидроксил-гердерит (пока не анализированный материал) встречается в Аубёрне и Польше в округе Андроскоггин и в Букфилде и Гринвуде в округе Оксфорд в Мэне; также н Нью-Гэмпшире в рудниках Палермо и Флетчер близ Норд-Гротона, округ Графтон.

Изменение. Наблюдается как продукт изменения бериллонита (Ньюри, Мэн)

Рис.48. Кристалл гердерита

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 365; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!