Минералы группы карбонатов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Целью отчета по геологической практике является закрепление знаний, полученных в ходе изучения таких учебных дисциплин, как: минералогия, кристаллография, петрография и др. и развитие раннее приобретенных навыков работы с минералами.



1. Систематика минералов

В основе классификации минералов (Вернадского, Дана, Грота, Болдырева и др.) в той или иной форме лежит периодический закон химических элементов, открытый Д.И. Менделеевым. Этим объясняется то, что основное деление всех минералов на классы по типам химических соединений за небольшими изменениями прочно укоренилось в современной систематике минералов. Однако подразделения внутри классов на подклассы и группы минералов в связи с величайшими достижениями в области изучения строения кристаллических веществ, особенно за последние 70-80 лет, претерпели весьма существенные изменения.

Рентгеноструктурные исследования кристаллов, основанные на выводе Е.С. Федоровым 230 правильных систем точек, привели к созданию новой научной отрасли - кристаллохимии, которая приобрела исключительно важное значение для минералогии. Прежде всего эти исследования доказали взаимосвязь между химическим составом и кристаллическим строением вещества, что позволило уточнить химические формулы многих сложных соединений. Этим путем удалось совершенно определенно выяснить, что такие соединения, как минералы группы шпинели, титанаты и ниобо-танталаты, выделявшиеся ранее в виде самостоятельных классов, представляют не что иное, как сложные окислы. Коренным образом изменились наши представления и о химической природе силикатов, в кристаллических структурах которых раскрыты самые различные по форме и строению комплексные анионы.

Не менее существенным для нас следствием этих достижений является установление функциональной зависимости от особенностей кристаллического строения не только внешних форм кристаллов, но также таких свойств, как оптические, электрические, механические (твердость, спайность, упругость) и пр. Оказалось, что все эти свойства минералов обусловлены как пространственным расположением структурных единиц (ионов, атомов или молекул) при определенных соотношениях их размеров, так и природой связи между ними и свойствами самих ионов или атомов, определяемыми положением их в таблице химических элементов Менделеева, а следовательно, и их строением.

Мало того, закономерности сочетания химических элементов при минералообразовании приводят к более глубоким представлениям о генезисе минералов. Становится понятным, почему и в каком порядке происходят «отбор» и сочетание тех или иных ионов при образовании кристаллов, выпадающих из растворов или расплавов, в зависимости от физико-химических факторов равновесия системы (температуры, давления и концентрации химических компонентов). Отсюда нетрудно догадаться, почему в природе происходит направленное распределение химических элементов и типов химических соединений в различных, последовательно возникающих продуктах магматической деятельности (изверженных горных породах, пегматитах, гидротермальных образованиях), или в продуктах экзогенных процессов, приводящих к образованию коры выветривания и химических осадков в водных бассейнах, и т.д.

Все это свидетельствует о том, что в истории современной минералогии открывается новая страница, наступил новый этап ее развития. Теперь стало уже немыслимым понимание свойств минералов без увязки с химическим составом и без разбора кристаллических структур. И наоборот, в тех случаях, когда мы еще не знаем кристаллической структуры минерала, мы можем по физическим и химическим свойствам судить о принадлежности его к тому или иному структурному типу соединений, обладающих общими свойствами.

При разработке классификации минералов, принимаются следующие главные положения.

Все природные образования, составляющие предмет минералогии, так же как и все искусственные вещества в химии, необходимо делить, прежде всего, на две большие самостоятельные группы:

1. неорганические минералы, к которым, кроме редко встречающихся самородных элементов, относятся природные соединения (за исключением органических) всех элементов,

2. органические минералы, представленные разнообразнейшими соединениями углерода (исключение составляют лишь карбонаты и карбиды, относимые к неорганическим соединениям).

Органические соединения, как известно, весьма существенно отличаются от неорганических соединений не только по химическим свойствам, но и по кристаллическому строению и природе связей между структурными единицами. Степень изученности этих групп минералов крайне неодинакова. В то время как наши знания по неорганическим минералам в настоящее время далеко продвинулись вперед, минералогия органических соединений находится еще в самой начальной стадии развития.

Если такие природные вещества, как торф, бурые каменные угли, смолы и нефти рассматривались еще как самостоятельные минералы (см. Курс минералогии ленинградского коллектива авторов, 1936), то теперь, в результате исследований, в частности, твердых органических веществ с применением новейших методик исследования стало совершенно ясным, что они представляют собой далеко не однородные по составу массы, состоящие из различных органических минералов, истинную природу которых начали изучать в самое последнее время.

Классификация неорганических минералов построена на следующих принципах. Так как минералы в основном являются кристаллическими продуктами химических реакций, то наиболее рациональной является систематика их по химическому составу и кристаллической структуре. Именно с этими признаками связаны те важнейшие химические и физические свойства, по которым мы распознаем минералы.

Все минералы неорганической природы с химической точки зрения разбивают прежде всего на большие группы, отличающиеся друг от друга по типу химического соединения.

Особое положение при этом занимают самородные элементы, представленные главным образом металлами с характерной для них металлической связью между атомами. К ним же должны быть отнесены и солеобразные интерметаллические соединения.

Самостоятельный раздел составляют сернистые и им подобные соединения, по ряду свойств занимающие промежуточное положение между типичными металлами и соединениями с ионной связью. К этому же разделу условно присоединим так называемые сульфосоли, пока еще слабо изученные в структурном отношении.

Характерный тип химических соединений с типичной ионной связью представляют галоидные соли, т.е. соединения металлов с фтором, хлором, бромом и йодом. К следующему разделу должны быть отнесены окислы и гидроокислы (простые и сложные соединения металлов с кислородом или гидроксилом).

Наконец, чрезвычайно многочисленную группу минералов составляют соли кислородных кислот, т.е. соединения катионов металлов с различными комплексными анионами, содержащими кислород.

В ряде указанных разделов является необходимым проводить дальнейшее подразделение минералов по типам анионов на классы и подклассы. Внутри последних в определенном порядке выделяются группы минералов по признакам сходства кристаллических структур и химических особенностей минералов, обусловливаемых главным образом катионами, входящими в их состав.

Автор современного курса минералогии А.Г. Бетехтин предлагает классификацию минералов строить по следующему типу: наиболее крупные подразделения называть разделами, разделы подразделять на классы, а последние делить на группы. Таким образом, общая классификация неорганических минералов в схеме может быть представлена в следующем виде (без деления на группы):

· Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения

· Раздел II. Карбиды, нитриды и фосфиды*.

· Раздел III. Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения.

o 1 класс. Простые и двойные сернистые и им подобные соединения.

o 2 класс. Сульфосоли.

· Раздел IV. Галоидные соединения (галогениды).

o 1 класс. Фториды.

o 2 класс. Хлориды, бромиды и иодиды.

· Раздел V. Окислы.

o 1 класс. Простые и сложные окислы.

o 2 класс. Гидроокислы.

· Раздел VI. Кислородные соли.

o 1 класс. Иодаты*.

o 2 класс. Нитраты.

o 3 класс. Карбонаты.

o 4 класс. Сульфаты и селенаты.

o 5 класс. Хроматы.

o 6 класс. Молибдаты и вольфраматы.

o 7 класс. Фосфаты, арсенаты и ванадаты.

o 8 класс. Арсениты*.

o 9 класс. Бораты.

o 10 класс. Силикаты.

§ A. Силикаты с изолированными тетраэдрами аниона SiO4.

§ Б. Силикаты с изолированными группами тетраэдров SiO4.

§ B. Силикаты с непрерывными цепочками тетраэдров SiO4.

§ Г. Силикаты с непрерывными слоями тетраэдров SiO4.

§ Д. Силикаты с непрерывными трехмерными каркасами тетраэдров SiO4. (1)

2. Диагностические свойства минералов группы карбонатов

К этому классу относятся минералы - соли угольной кислоты. На долю карбонатов в земной коре приходится около 2% от ее веса, причем 1,5% из этой части приходится на долю широко распространенного карбоната - кальцита. Общее количество карбонатов - более 60. Карбонаты слагают мощные толщи осадочных и метаморфических горных пород - известняки, доломиты, мел, мрамор и др. Для карбонатов характерна небольшая твердость (3-4), стеклянный блеск.

Большинство карбонатов безводные простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом [CO3] 2- Менее распространены сложные карбонаты, содержащие добавочные анионы (OH)-, F- и Cl- Среди наиболее распространённых безводных карбонатов различают карбонаты тригональной и ромбической сингоний. Среди карбонатов выделяют две подгруппы: карбонаты с крупными катионами (с радиусом больше 1 Е), кристаллизующиеся в ромбической сингонии, и карбонаты с малыми катионами (<1 Е), кристаллизующиеся в тригональной сингонии. Карбонат кальция, у которого ионный радиус катиона кальция составляет 1,05 Е, занимает промежуточное положение и является диморфным, т.е. может кристаллизоваться в той и другой сингониях. Кроме того, выделяют сложные карбонаты - малахит и азурит - моноклинной сингонии. (2)

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. Обычно это свойственно карбонатам щелочей и бикарбонатам тех элементов, катионы которых обладают либо относительно малыми ионными радиусами (например, Mg, Co), либо, наоборот, очень большими размерами (например, Ba). Карбонат Сu встречается только в виде основных солей. Этим же, вероятно, объясняется и интенсивная окраска карбонатов меди в зеленый и синий цвета. Все остальные карбонаты либо бесцветны, либо окрашены в бледные тона. Из оптических свойств для карбонатов очень характерным является весьма высокое двупреломление (Ng - Np), обусловленное плоской формой аниона CO3. (1)

Кальцит (известковый шпат) - СаСO₃

Минерал кальцит

Название дано по составу. Химический состав: СаО - 56%, СO2-44%. Отмечаются примеси магния, железа, марганца (до 8%), реже - стронция и цинка. Сингония тригональная. Твердость 3. Уд.вес 2,7-2,9. Морфология: зернистые агрегаты, натеки в виде сталактитов и сталагмитов, кристаллические массы, друзы, жеоды. Облик кристаллов - разнообразный. Спайность совершенная в трех направлениях по ромбоэдру. Блеск стеклянный. Цвет бесцветный, молочно-белый, желтый, розовый, голубой, бурый, черный (с примесью органического вещества). Разновидности: исландский шпат - прозрачный, бесцветный; бумажный шпат - листоватые, пластинчатые агрегаты; антраконит - черный, с примесью битумов. Особые свойства: обладает двойным лучепреломлением, вскипает в холодной разбавленной соляной кислоте.

Происхождение и парагенезис:

o Минерал кальцит формируется в условиях магматического процесса минералообразования в кальцитовых карбонатитах;

o в результате регионального, контактового метаморфизма (образование мраморов и кальцифиров);

o Гидротермальное - с кварцем, флюоритом, баритом, доломитом, сульфидами.

o Осадочное - слагает мощные толщи карбонатных пород (известняков, мела и др.),

o При процессах выветривания.

Месторождения: в России (Осколь, Белгородская область; Михайловское, Курская область; Подольск, Московская область; Воронежская область; Хакасия; Татарский массив, Красноярский край; Забайкальский край; Слюдянка, Тажеранский массив, Коршуновское, Иркутская область; Мурунский массив, Томторский массив, Якутия; Краснодарский край;); Англии; Германии; Мексике Источник: http://www.catalogmineralov.ru/mineral/calcite.html (4)

Значение. Исландский шпат используется в оптических приборах. Известняки - в химической, металлургической (флюсы) и строительной промышленности, в сельском хозяйстве для известкования кислых почв. Мрамор - облицовочный материал.

Арагонит - СаСO₃

Минерал арагонит

Назван по местности Арагония в Испании, где впервые было обнаружено месторождение этого минерала. Химический состав: СаО - 56.0%, СO2 - 44,0%. Часто содержит примеси стронция (до 5,6%), магния, железа и цинка. Является полиморфной разновидностью кальцита. Сингония ромбическая. Твердость 3,5-4. Уд. вес 2,9-3,0. Морфология: кристаллы арагонита имеют игольчатую, призматическую, копьевидную форму. Нередко арагонит образует кристаллические сростки, радиально-лучистые, шестоватые и звёздчатые агрегаты, скопления оолитов, сферолиты. Арагонит типичен для карстовых пещер, встречается там в виде кристаллических корок, образует геликтиты, кристалликтиты и кораллиты. Из тонких слоёв арагонита состоят перламутр и жемчуг. Спайность несовершенная, излом раковистый, блеск стеклянный, в изломе жирный, цвет бесцветный, белый, желтый, светло-зеленый. Разновидности: перламутр, жемчуг, гороховый камень - оолитового строения. Особые свойства: вскипает в разбавленной соляной холодной кислоте, в горячем растворе азотнокислого кобальта приобретает фиолетовую окраску, хрупок.

Происхождение и парагенезис:

o Гидротермальное - в ассоциации с сульфидами, целестином.

o Биогенное - жемчуг, перламутр. Экзогенное - в сочетании с гипсом, доломитом, гидрогётитом, малахитом, кальцитом, серой. (4)

Месторождения: в Германии (Гарц), Австрии (Каринтия), Чехии (Карловы-Вары), Италии, Испании, Франции и др.

Значение. Жемчуг, состоящий из арагонита - драгоценный камень первого класса. Кроме того, арагонит - эффектный коллекционный материал.

Магнезит (магнезиальный шпат) - MgCО₃

Минерал магнезит



Название происходит от области Магнезия в Греции. Магнезит является карбонатом магния. Химический состав: MgO -47,6%, СО2 -52,4%. Изоморфные примеси: железо, марганец, кальций, никель, кобальт. Сингония тригональная. Твердость 3,5 - 4,5. Уд. вес 2,9-3,1. Морфология: крупнозернистые агрегаты, метаколлоидные фарфоровидные массы, кристаллы ромбоэдрического облика. Спайность совершенная по ромбоэдру. Излом раковистый, ступенчатый. Блеск стеклянный. Цвет белый, желтоватый, для магнезита характерна пестрая «рябчиковая» окраска зернистых агрегатов. Растворяется в горячей соляной кислоте с выделением СО2. Иногда при ударе молотком светится желтым цветом.

Происхождение и парагенезис:

o Метасоматическое - при замещении известняков магнезиальными растворами, в ассоциации с доломитом.

o Экзогенное - при процессах выветривания ультраосновных пород в ассоциации с доломитом и опалом.

Месторождения: Саткинское (Ю. Урал), Савинское (Иркутская обл.), КНР, Чехословакия, Австрия, Греция.

Значение. Для изготовления огнеупорных кирпичей, в строительстве (штукатурка), цементном производстве, для производства электроизоляторов и др. (4)

Доломит (горький шпат) - CaMg[CО₃]₂

Минерал доломит

Минерал, карбонат кальция и магния. Доломит является одним из основных породообразующим минералом осадочных пород. Xимический состав: СаО -30,4%, MgO -21,7%, СO2 - 47,9%. Содержит изоморфные примеси железа, марганца, иногда цинка, никеля, кобальта. Сингония тригональная. Твердость 3,5-4. Уд. вес 2,8-2,9. Морфология: кристаллы доломита ромбоэдрические, таблитчатые, агрегаты зернистые, скрытокристаллические, сплошные фарфоровидные, редко пористые, сталактитовидные, часто кристаллы с искривленными, изогнутыми гранями, слагают седловидные агрегаты. Пористые и мучнистые образования. Спайность совершенная по ромбоэдру. Блеск стеклянный. Цвет белый, серый, желтый. Выделяют кристаллическую (серо-белого и светло-коричневого цвета) и мучнистую (ярко-желтого цвета) разновидности. Особые свойства. В катодных лучах светится оранжево-красным цветом. Реагирует с соляной кислотой только в тонком порошке, В холодной НСl растворяется медленно, в подогретой - быстрее (с сильным вскипанием); в отличие от кальцита, который бурно вскипает уже в холодной НСl. Происхождение и парагенезис:

o Основная масса доломита образуется осадочным и метасоматическим путем (за счет преобразования известняков магнезиальными растворами). Ассоциирует с гипсом, ангидритом, флюоритом, опалом, халцедоном.

o Гидротермальное в ассоциации с магнезитом, кальцитом, сульфидами и кварцем.

Месторождения: Урал, Донбасс, Поволжье, Подмосковье, также доломит встречается в Австрии, Англии, Бразилии, Гремании, Италии, Испании, Мексике, США, Швейцарии.

Значение. Используется как флюс и огнеупор в металлургии, как стройматериал, в сельском хозяйстве (доломитовая мука). (4)



Сидерит (железный шпат) - FeCО₃

Минерал сидерит

Название от «си-дерос» - железо (греч.). Сидерит - минерал, карбонат железа. Химический состав: FeO -62,1% (Fe -48,3%), СО2 -37,9%. Изоморфные примеси - магний и марганец, иногда цинк и кобальт. Сингония триклинная. твёрдость 4-4,5. Удельный вес 3,5 3,9, Морфология: кристаллически-зернистые агрегаты, шаровые конкреции (сферосидериты). Кристаллы ромбоэдрические. Спайность совершенная. Блеск стеклянный. Цвет желтовато-бурый, темно-бурый, серый. Черта светло-коричневая. Разновидности: сферосидерит (шаровые образования, часто с радиально-лучистым строением), олигонит (содержит до 40% МnСО3). Особые свойства: сидерит легко окисляется и покрывается налётом лимонита - при взаимодействии с холодной соляной кислотой не вскипает, образуется зеленовато-желтое пятно FeCl3, из-за окисления железа буреет и чернеет, при нагревании не плавится, а становится трещиноватым, при нагревании выше 300 градусов по Цельсию становится сильно магнитным, меняет цвет на бурый и чёрный.

Происхождение и парагенезис:

o Гидротермальное (формирование пород с участием горячих водных растворов при высоком давлении) - в ассоциации с пирротином, халькопиритом и хлоритом.

o Метасоматическое - при замещении известняков в ассоциации с магнетитом и гематитом.

o Осадочное - в лагунах с восстановительными условиями.

Месторождения: Бакальское (Ю. Урал), Ахтинское, Австрия, Германия, Великобритания.

Значение. Важная руда на железо. (5)

Малахит (медная зелень) - Сu[СO₃] (ОН)₂ или CuCO₃xСu(ОН)₂

Минерал малахит

Название происходит от греческого слова «малахе» - мальва (очевидно, назван по цвету зелени этого растения). Химический состав: СuО - 71,9% (Сu -57,4%), СO2-19,9%, Н2O -8,2%. Отмечены примеси СаО, Fе2О3, SiO2 и др. Сингония моноклинная. Твердость 3,5-4. Уд. вес 4. Морфология: натечные формы, корки, почки с концентрически-зональным строением, землистые массы. Кристаллы призматические, очень редки. Спайность средняя. Излом раковистый. Блеск стеклянный, алмазный, шелковистый, матовый. Цвет зеленый. Черта светло-зеленая. Особые свойства: в НСl бурно выделяет СО2, смоченный НCl окрашивает пламя в голубой цвет, при добавлении аммиака к раствору малахита в НСl наблюдается посинение.

Происхождение и парагенезис:

· Образуется экзогенным путем в зонах окисления медных сульфидных месторождений в парагенезисе с азуритом, самородной медью, купритом, гидрогётитом, гипсом и др.

Месторождения: в России (Алтай, Кольский полуостров, Дальнегорск, Приполярный Урал; Средний Урал), Австралии, Австрии, Аргентине, Афганистане, Боливии, Бразилии, Вьетнаме, Великобритании, Германии, Гренландии, Греции.

Значение. Руда на медь, поделочный камень. (5)

Азурит - Сu₃[СO₃]₂(ОН)₂ или 2CuCO₃xСu(ОН)₂ (медная синь, медная лазурь)

Минерал азурит

Название происходит от французского слова «азур» или арабского «лазавард» - голубой камень, лазурь. Химический состав: СuО - 69,2%, СO2 -25,6%, Н2O -5,2%. Обычно химически чистый, иногда с примесями золота. Сингония моноклинная. Твердость 3,5-4. Уд. вес 3,7-3,9. Морфология: азурит образует таблитчатые, столбчатые и призматические, изометричные кристаллы, сплошные, порошкообразные массы. Часто азурит встречается в виде землистых масс (медная синь) и зернистых агрегатов, друз, щёточек мелких кристаллов, сферолитов, радиально-лучистых и почковидных образований, гроздевидных выделений, налётов и корочек. Спайность средняя. Блеск стеклянный. Цвет синий, голубой. Черта голубая. Особые свойства: бурно реагирует с НСl, растворяется в аммиаке, окрашивая раствор в голубой цвет.

Происхождение, парагенезис и месторождения те же, что и у малахита. Азурит почти всегда встречается в ассоциации с малахитом (в зонах окисления медных сульфидных месторождений), часто отлагаясь после него. Иногда создаются условия, когда азурит замещается малахитом.

Месторождения азурита известны в России (Урал), Казахстане, Намибии, Марокко. Значение. Руда на медь. Для изготовления синей краски. (5)

карбонат минерал органический кристалл

3. Использование минералов группы карбонатов в сфере материального производства

Карбонаты используются во многих отраслях народного хозяйства:

· в чёрной металлургии (карбонат кальция и доломит - флюсы и огнеупоры),

· в строительстве: в качестве вяжущих стройматериалов - для изготовления портландцемента (карбонат кальция, мел и мергель),

· в химической промышленности - при производстве соды, карбида кальция, минеральных удобрений и др.;

· в пищевой промышленности - для очистки свекловичных соков при сахароварении;

· в сельском хозяйстве (известняковая мука в агротехнике и животноводстве),

· в стекольной промышленности для придания стеклу термической стойкости, механической прочности и устойчивости против воздействия химических реагентов и выветривания.

· в полиграфической промышленности (литографический карбонат кальция),

· в кожевенной промышленности (карбонат кальция),

· в резиновой, кабельной, лакокрасочной промышленности (мел как наполнитель);

· в жилищном, дорожном и промышленном строительстве - получение строительной извести, бетонов, штукатурки, строительных растворов; кладка стен и фундаментов; декоративно-облицовочные работы, каменная наброска для защиты берегов и гидротехнических сооружений (бут, щебень, камень для кладки стен, облицовочный и декоративный камень). (4), (5).



Заключение

Пройдя практику в минералогическом музее МГРИ РГГРУ, я расширила и закрепила свои знания в области минералогии и приобрела такие навыки работы в музее, как: внимательность, сила воли, оптимизм, коммуникабельность.

В ходе практики были изучены минералы, их химический состав, структура, сингонии. В данной работе приведена систематика минералов и диагностические свойства минералов группы карбонатов. Охарактеризованы разновидности данной группы, происхождение, даны примеры месторождений и отмечено практическое значение минералов группы карбонатов.



Литература

1. Бетехтин А.Г. Курс минералогии, Издательство «КДУ», 2008

2. Миловский А.В., Кононов О.В. Минералогия, Издательство Московского университета, 1982

3. Типоморфизм минералов: Справочник / Под ред. Л.В. Чернышевой - М.: «Недра», 1989

Размещено на Allbest.ru