Группы полевых шпатов и хлоритов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Группа полевых шпатов. Химический состав, физические свойства, генезис и экономическое значение

2. Группа хлоритов

Список использованной литературы

Введение

МИНЕРАЛОГИЯ (от минерал и греч. льгпт - логос, слово, учение / англ. Mineralogy; нем. Mineralogie; фр. Minйralogie; ит. Mineralogнe) - наука о минералах. Изучает состав, свойства, морфологию, особенности структуры, процессы образования и изменения минералов, закономерности их совместного нахождения в природе, а также условия и методы искусственного получения (синтеза) и практического использования. Главные задачи: разработка научной классификации минералов, выявление связей между вариациями их состава, строения, свойств и условиями образования и нахождения в природе; создание научных основ для поисков и оценки месторождений минерального сырья, совершенствования технологии его переработки, вовлечения новых видов минерального сырья в промышленное использование; разработка методов искусственного выращивания и облагораживания кристаллов ценных минералов. В данном реферате рассмотрены такие вопросы минералогии, как группа полевых шпатов, их химический состав и физические свойства, а также группа хлоритов и их особенности.

1. Группа полевых шпатов. Химический состав, физические свойства, генезис и экономическое значение

Полевые шпаты из всех силикатов являются наиболее распространенными в земной коре, составляя в ней в общем около 50% по весу. Название происходит от шведских слов feldt, или fдlt - поле и spar, или spat - шпат (шведские крестьяне часто находили на своих полях куски шпата). Примерно 60% их заключено в изверженных горных породах; около 30% приходится на долю метаморфических горных пород, преимущественно кристаллических сланцев; остальные 10-11% падают главным образом на песчаники и конгломераты, в которых полевые шпаты встречаются в виде окатанных зерен или входят в состав галек.

По своему химическому составу полевые шпаты представляют алюмосиликаты Na, К и Са-Na[AlSi₃O₈], K[AlSi₃O₈], Ca[Al₂Si₂O₈], изредка Ва-Ba[Al₂Si₂O₈]. Иногда в ничтожных количествах присутствуют Li, Rb, Cs в виде изоморфной примеси к щелочам и Sr, заменяющий Са. Другой характернейшей особенностью минералов этой группы является их способность образовывать изоморфные, главным образом бинарные ряды. Таковы, например, ряды: Na[AlSi₃O₈]-Ca[Al₂Si₂O₈], Na[AlSi₃O₈]-K[AlSi₃O₈] и K[AlSi₃O₈]-Ba[Al₂Si₂O₈]. Для первых двух пар наглядное представление о степени распространенности и совершенства явлений изоморфизма дает диаграмма составов полевых шпатов (рис. 1).

При высоких температурах существуют непрерывные ряды твердых растворов. Среди плагиоклазов различают (в скобках указано содержание CaAl₂Si₂O₈ в мол.%): альбит (0-10), олигоклаз (10-30), андезин (30-50), лабрадор (50-70), битовнит (70-90) и анортит (90-100). Среди щелочных ПШ выделяют (в скобках указано содержание NaAlSi₃O₈ в мол.%): санидин (0-63), ортоклаз (O), микроклин (О), представляющие собой полиморфные модификации KAlSi₃O₈, и анортоклаз (63-90).

Рис. 1. Диаграмма колебаний химического состава полевых шпатов

минерал полевой шпат хлорит

Основа кристаллической структуры ПШ-трехмерный каркас, построенный из тетраэдров SiO₄ и AlO₄, связанных между собой вершинами. Тетраэдры в каркасе сочленяются таким образом, что образуют четырехчленные кольца, которые в свою очередь объединяются в коленчато-зигзагообразные цепочки, вытянутые параллельно кристаллографической оси. Между соседними цепочками имеются крупные полости, в которых располагаются катион-щелочных или щелочноземельных металлов. координированные в зависимости от их размера с девятью (в случае К) или шестью-семью (Na, Ca) ионами кислорода. Симметрия структуры с катионами Na⁺ и Ca²⁺ триклинная. Калиевые полевые шпаты могут быть как триклинными (микроклин), так и моноклинными (санидин, ортоклаз). В зависимости от расположения атомов Al и Si по возможным тетраэдрическим позициям КПШ бывают упорядоченными (определенные позиции заняты только атомами Al, разупорядоченными (атомы Al и Si распределены статистически) и с промежуточной степенью упорядоченности. Разупорядоченные ПШ, как правило, высокотемпературные, упорядоченные - низкотемпературные. Температура плавления чистого KAlSi₃O₈ при атмосферном давлении 1150⁰C. Чистые альбит NaAlSi₃O₈ и анортит CaAl₂Si₃O₈ при давлении 10⁵ Па плавятся при 1118 и 1550⁰C соответственно. В присутствии H₂O при повышении давления температура плавления ПШ понижается, и при 5-10⁸ Па альбит, например, плавится при 750⁰C, анортит - при 1225⁰C. Кристаллизующийся плагиоклаз всегда содержит больше ионов Ca²⁺, чем жидкость, с которой он находится в равновесии.

Соответственно особенностям химического состава полевые шпаты разбиваются на следующие три подгруппы:

· а) Подгруппа натриево-кальциевых полевых шпатов, называемых плагиоклазами, представляющих непрерывный изоморфныи ряд Na[AlSi₃O₈] - Ca[Al₂Si₂O₈]; нередко в незначительных количествах в виде изоморфной примеси в них содержится также K[AlSi₃O₈].

· б) Подгруппа кали-натриевых полевых шпатов, которые при высоких температурах также способны давать непрерывные твердые растворы K[AlSi₃O₈] - Na[AlSi₃O₈], распадающиеся при медленном охлаждении на два компонента существенно калиевых и существенно натриевых (ср. галит-сильвин). Содержание в виде изоморфной примеси Ca[Al₂Si₂O₈] обычно совершенно незначительно.

· в) Подгруппа редко встречающихся кали-бариевых полевых шпатов, называемых гиалофанами, представляющими также изоморфные смеси K[AlSi₃O₈] - Ba[Al₂Si₂O₈].

Физические свойства ПШ также сходны. Все они имеют совершенную спайность в двух направлениях (параллельных базальному и боковому пинакоидам, образующими прямой или близкий к прямому угол), одинаковую твердость 6, плотность от 2,55 до 2,76 (у бариевых полевых шпатов - до 3,1-3,4). Два очень редких ПШ - бариевый банальсит и стронциевый строналсит - имеют ромбическую сингонию. ПШ - главные породообразующие минералы большинства изверженных горных пород (кроме ультраосновных, пироксенитов и некоторых щелочных пород), а также многих метаморфических пород (гнейсов и др.). Тип и состав ПШ в значительной мере определяют название породы. ПШ слагают большую часть объема пегматитов и могут встречаться в гидротермальных жильных месторождениях. Они подвержены выветриванию (химическому воздействию атмосферных агентов и просачивающихся грунтовых вод), приводящему к разложению полевых шпатов с образованием разных глинистых минералов.

Спайность под прямым углом дала имя моноклинному ПШ ортоклазу (греч. - «прямо колющийся») - алюмосиликату калия KAlSi₃O₈. Хотя ортоклаз чаще всего встречается в виде неправильных зерен в изверженных горных породах, он может образовывать таблитчатые кристаллы с наиболее развитой гранью, параллельной боковому пинакоиду. Довольно часто отмечаются двойники, особенно карлсбадского типа, с поворотом вокруг двойниковой оси с (вертикальной) и плоскостью срастания по боковому пинакоиду. Окраска обычно светлая, чаще всего белая, нередко от розовой до красной (из-за рассеянных частиц гематита), иногда желтоватая или серая. Ортоклаз отличается самой низкой плотностью среди ПШ - 2,55-2,56. Бесцветная, просвечивающая или прозрачная разновидность ортоклаза в виде кристаллов, имеющих сходство с ромбоэдрами, известна как адуляр; если у него наблюдается нежно-голубая иризация, то его называют лунным камнем (Рис.2,3).

Стекловидный санидин KAlSi₃O₈ встречается в виде вкрапленников в риолитах и других кислых излившихся горных породах, очень часто в трахитах, а также в некоторых малоглубинных калиевых щелочных интрузивных породах типа сынныритов (названы по Сыннырскому массиву в Северном Прибайкалье)(Рис.4). Самая типичная обстановка нахождения ортоклаза - гранит, который может содержать до 60% этого минерала (однополевошпатовый гранит). В граните вместо ортоклаза часто присутствует триклинный КПШ микроклин. К другим интрузивным породам со значительным участием ортоклаза относятся гранодиорит и сиенит. Эффузивные аналоги кислых интрузивных пород - риолит, дацит и трахит - также содержат ортоклаз, хотя нередко он там замещен санидином. Кроме того, ортоклаз присутствует в гнейсах, мигматитах и других породах высокой степени метаморфизма, образовавшихся с участием гранитизации. Он может появляться в качестве жильного минерала в гидротермальных жилах, особенно высокотемпературных. Наконец, ортоклаз встречается в полевошпатовых песчаниках (аркозах), при формировании которых песчинки накапливались так быстро, что разрушение полевого шпата с образованием глинистых минералов не происходило.

Рис. 2. Ортоклаз

Рис. 3. Лунный камень

Рис. 4. Санидин

Микроклин представляет собой триклинный КПШ с той же формулой, что и у ортоклаза, - KalSi₃O₈. Натрий может частично замещать калий (но в меньшей пропорции, чем в ортоклазе). Высокотемпературный триклинный щелочной ПШ, в котором натрия больше, чем калия, называется анортоклазом (Na, K) AlSi₃O₈; он характерен для некоторых богатых натрием эффузивных, реже интрузивных, щелочных пород. По своим физическим свойствам, включая характер двойникования, анортоклаз очень похож на микроклин. Хотя микроклин и является триклинным, отклонение оси b от направления 90 составляет всего 30, так что различия угла спайности у микроклина и ортоклаза недостаточны для визуальной дифференциации этих минералов. Кроме карлсбадского и других простых двойников, свойственных ортоклазу, микроклин может быть полисинтетически сдвойникован по альбитовому закону, когда боковой пинакоид является одновременно двойниковой плоскостью и плоскостью срастания, и по периклиновому закону, когда двойниковой осью служит ось b. Пересечение этих двух серий двойниковых полосок почти под прямым углом создает эффект «решетки» при наблюдении микроклина под микроскопом в поляризованном свете. Однако решетчатыми являются лишь т.н. максимальные микроклины, характеризующиеся наибольшей степенью структурной упорядоченности. Цвет микроклина в основном белый, часто от розового до красного (из-за гематитовой «пыли»), серый (в редкометалльных пегматитах - до темно-серого), а иногда зеленый (амазонит)(Рис. 5,6).

Рис. 5. Микроклин

Рис. 6. Амазонит

Закономерные взаимопрорастания кварца и ПШ (обычно микроклина) называют письменным гранитом, или еврейским камнем, так как по форме вростков кварца он напоминает иудейские письмена. Ориентированные срастания микроклина и натриевого полевого шпата альбита, образующего в микроклине пластинчатые вростки, называются пертитом. Микроклин встречается в изверженных породах вместо ортоклаза или наряду с ним. Это преобладающий полевой шпат и вместе с тем самый распространенный минерал гранитных пегматитов, в которых его отдельные кристаллы могут достигать нескольких метров в поперечнике (например, из кристалла, найденного в Карелии, получили более 2000 т полевошпатового сырья, т.е. его объем составлял ~80 м³). Амазонит, используемый как декоративно-поделочный камень, добывается в США (близ Флориссанта, Колорадо), в России (на Урале, Кольском п-ове и в Забайкалье), на Мадагаскаре. Калиево-натриевые полевые шпаты - ортоклаз, микроклин, санидин, анортоклаз, а также альбит - часто называют щелочными. Они составляют одну из главных групп в семействе полевых шпатов.

Другая группа ПШ - плагиоклазы (триклинные натриево-кальциевые полевые шпаты) - образует непрерывный ряд от натриевого плагиоклаза альбита NaAlSi₃O₈ до известкового (кальциевого) плагиоклаза анортита CaAl₂Si₂O₈. Плагиоклазы несколько тяжелее, чем калиевые полевые шпаты, их плотность возрастает от 2,62 (альбит) до 2,76 (анортит). Угол между направлениями спайности по базальному и боковому пинакоидам у альбита 93, а у анорита - 94. Плагиоклазы почти всегда сдвойникованы по альбитовому закону. Поскольку это двойникование повторяется многократно в каждом отдельном образце (полисинтетические двойники), плоскости базальной спайности плагиоклазов покрыты параллельными штрихами, которые представляют собой следы выхода на поверхность двойниковых швов и контактов между сдвойникованными индивидами.

Плагиоклазы обычно подразделяются на шесть минеральных видов, но границы между ними условные. Классификация основана на соотношении между чистой альбитовой (Ab) молекулой (NaAlSi₃O₈) и чистой анортитовой (An) молекулой (CaAl₂Si₂O₈). Самый распространенный минерал среди плагиоклазов - альбит; его состав (в мол.%) 100-90% Ab и 0-10% An. Он встречается вместе с другими щелочными полевыми шпатами в щелочных гранитах и риолитах, щелочных сиенитах и трахитах. Весьма распространен в виде пертитовых срастаний с микроклином в гранитных и сиенитовых пегматитах, а также в прожилках и телах замещения в пегматитах. В таких условиях альбит образует либо таблитчатые и крупнопластинчатые розетковидные агрегаты, часто нежно-голубого цвета, называемые клевеландитом, либо массивные мелкозернистые агрегаты «сахаровидного» альбита. Подобно ортоклазу, альбит и следующий член ряда - олигоклаз - могут иногда проявлять переливчатость цвета (молочно-белую и голубоватую иризацию), хотя и более слабую; тогда его называют лунным камнем. Альбит весьма распространен в зеленых сланцах - метаморфических породах низкой ступени метаморфизма. Олигоклаз содержит 70-90% Ab и 10-30% An и наряду с андезином, следующим членом ряда плагиоклазов, является главным компонентом изверженных пород кислого и среднего состава, в том числе гранитов, гранодиоритов, монцонитов, сиенитов, диоритов и их эффузивных аналогов. Олигоклаз с включениями гематита, придающего ему мерцающий блеск, называют солнечным камнем (бывают также альбитовые, ортоклазовые, микроклиновые солнечные камни). Олигоклазовый лунный камень носит название беломорит. Следующий член плагиоклазового ряда, содержащий 50-70% Ab, в изобилии присутствует в андезитовых лавах в Андах и потому назван андезином. Основной (богатый кальцием) плагиоклаз, содержащий 50-70% An, получил название лабрадорита по месту первой находки минерала на п-ове Лабрадор (Канада), где содержащие его породы (анортозиты) залегают в виде крупных массивов. Спайные плоскости лабрадорита проявляют очень красивую иризацию. Лабрадорит - единственный существенный компонент горной породы, именуемой анортозитом, а также главный (наряду с пироксенами) породообразующий минерал других видов основных изверженных пород, включая габбро и базальты. Битовнит (70-90% An) и анортит (90-100% An) относительно редки. Они могут встречаться совместно с лабрадоритом или порознь в основных изверженных породах.

Рис. 7. Альбит

Рис. 8. Лабрадор

Щелочные ПШ, особенно калиевые, в меньшей степени альбит, широко используются в промышленности. Их источником служат пегматиты, преимущественно керамические и слюдоносные, отчасти редкометалльные, из которых иногда извлекают также слюду, реже берилл, колумбит и другие ценные минералы. КПШ - необходимый ингредиент тонкой керамики и электрокерамики, так как входит в состав фарфоровой шихты, широко потребляется стекольно-керамической промышленностью, в производстве фарфоровых изделий (включая сами изделия и глазури), а также эмалей. Полевые шпаты добываются в США, Канаде, Швеции, Норвегии, Финляндии, Германии, Чехии, Италии, Китае и других странах. В России добыча калиевого полевого шпата сосредоточена в основном в Карелии и на Кольском п-ове; альбит для стекольной промышленности добывается также на Урале. Лунный и солнечный камни, амазонит и редко встречающийся прозрачный желтый железистый ортоклаз из пегматитов Мадагаскара - ювелирно-поделочные камни.

2. Группа хлоритов

Минералы, принадлежащие к этой группе, во многих отношениях напоминают слюды. Кристаллизуются они в моноклинной сингонии, обладают слюдообразной спайностью, низкой твердостью, небольшим удельным весом. Для большинства из них характерна бутылочно-зеленая окраска, что и послужило основанием для общего названия этой группы минералов ("хлорос" по-гречески - зеленый). С химической точки зрения, хлориты представляют алюмосиликаты, главным образом Mg, Fe** и Аl, отчасти Ni, Fe***, Сr***. Явно индивидуализированные в кристаллографическом отношении, богатые магнезией минеральные виды получили общее названиеортохлоритов. Химическая их формула выражается следующим образом:

(Mg, Fe)_6-p(Al,Fe)_2pSi_4-pO₁₀[OH]₈.

Одна половина трехвалентных ионов (р) участвует в составе анионного комплекса в виде [АlO₄]^5-, другая - в качестве обычных катионов. Богатые железом, преимущественно колломорфные минеральные виды, характеризующиеся часто очень непостоянным составом, обычно выделяются в особую подгруппу алюмо-феррисиликатов под общим названием лептохлоритов. Большинство их принадлежит к числу наиболее бедных кремнеземом минералов не только среди слюдообразных минералов, но и среди вообще силикатов. Во многих из них Fe** преобладает над Fe***, значение коэфициента р нередко выше, чем в обычных ортохлоритах, часто присутствует молекулярная вода. Общая формула:

(Fe, Mg)_n-p (Fe,Al)_2pSi_4-pO₁₀[OH]_2(n-2)*хH₂O,

где n обычно около 5.

Хлориты обычно встречаются в виде листоватых и чешуйчатых агрегатов, а также сплошных масс. Хорошо образованные кристаллы сравнительно редки и имеют таблитчатый, а в отдельных случаях боченковидный облик (рис. 9 ). Они часто сдвойникованы по хлоритовому и слюдяному законам. Под микроскопом у хлоритов заметно секториальное и лучистое строение, иногда наблюдаются также вермикулитоподобные кристаллы.

Рис. 9. Габитус кристаллов хлоритов: а -- одиночные кристаллы, б, в -- двойники по хлоритовому закону (плоскость срастания (001), двойниковая ось, перпендикулярная к плоскости срастания)

Хлориты имеют зеленый цвет различных оттенков: от светло-зеленого и оливково-зеленого в магнезиальных разностях до зеленовато-темно-серого и даже черного у железистых разностей. Разности, обогащенные хромом, имеют коричнево-красный, розовый и фиолетовый цвет, а маложелезистые разности характеризуются белым цветом. Хлориты имеют слюдоподобную спайность, однако от слюд отличаются тем, что их легко расщепляемые тонкие листочки не упругие, хотя и гибкие. Они имеют низкую твердость и невысокую плотность.

По своему происхождению хлориты являются низкотемпературными гидротермальными образованиями, связанными с метаморфическими процессами. При высокой температуре они переходят в гранат и кордиерит. Хлориты часто образуются на контактах рудных жил в виде оторочки. Здесь они возникают за счет биотита (чешуйка по чешуйке) и роговой обманки. Процесс замещения биотита и роговой обманки хлоритом происходит благодаря гидротермальным растворам, выщелачивающим К и Na. Железистые хлориты -- тюрингнт и шамозит -- часто образуются экзогенным путем, как типичные морские осадки, возникшие в тюрингитовую фацию осадконакопления. Хлориты наиболее распространены в метаморфических горных породах, где иногда слагают толщи хлоритовых сланцев. В трещинах и пустотах этих пород часто наблюдаются хорошо образованные кристаллы хлорита.

Хорошие кристаллы хлорита найдены в жилах альпийского типа в Швейцарии, Тироле и в Приполярном Урале, а также в Николае-Максимилиановской, Ахматовской и Еремеевской копях (Шйшимские и Назямские горы на Южном Урале). Хромсодержащие хлориты встречаются в ультраосновных породах, где чаще всего ассоциируют с хромитом. Шамозит известен в Лотарингии, на восточном склоне Северного и Среднего Урала, в Халиловском месторождении Южного Урала и т. д. Большие скопления тюрингита известны в Тюрингии и Баварии. В России тюрингит найден в рудных пластах Курской магнитной аномалии. Из минералов, относящихся к группе хлоритов, только шамозит и тюрингит при больших скоплениях имеют практическое значение как железная руда(Рис.10).

Рис. 10. Шамозит

Список использованной литературы

1. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. - М.: Книжный дом «Университет», 2008. - 736с.

2. Булах А.Г., Кривовчев В.Г., Золотарев А.А. Общая минералогия. - 4-е изд., пер. и доп.- М.: Академия, 2008. - 416с.

3. Кантор Б.З. Минерал рассказывает о себе. - М.: Недра, 1985. - 135с.

4. Макуров С. Л. Конспект лекций по курсу «Кристаллография и минералогия» для студентов специальностей 8.090401, 8.090404, 8.090406, Мариуполь, 2002, - 110с.

5. Попов Г.М., Шафрановский И.И. Кристаллография. - М.: Высшая школа, 1972. - 352с.

6. Полуэктова Т.И., Новоселов К.Л. Геометрическая кристаллография. -- Томск: Изд. ТПУ, 1998 -- 44 с.

7. Черкасова Т.Ю. Основы кристаллографии и минералогии, Томск: Изд-во ТПУ, 2014, 210 с.

http://geo.web.ru/mindraw/cristall1.html

Размещено на Allbest.ru