title-icon
Яндекс.Метрика
» » Группа шпинели

Группа шпинели

В эту группу входят двойные окислы типа R2+O*R3+O3, где R2+ — Mg2+, Fe2+, иногда Zn2+, Mn2+ и Be2+ и очень редко Ni2+ и Co2+, a R3+, — Fe3+, Al3+, Cr3+, Mn3+.
Минералы группы шпинели имеют некоторые общие свойства. Большинство из них кристаллизуется в гексоктаэдрическом классе кубической сингонии — Oh — m3m(3L44L36L29PC) и только некоторая часть — в тетрагональной сингонии. Несколько в стороне находится хризоберилл. Все эти минералы имеют ярко выраженную кристаллографическую индивидуальность и образуют хорошие кристаллы, чаще всего октаэдрического и октаэдровидного габитуса с преобладающим развитием октаэдра {111} (рис. 154). Они характеризуются также широким развитием двойникования по шпинелевому закону, когда двойниковой плоскостью является грань октаэдра {111}, а двойниковая ось перпендикулярна ей. Минералы группы построены по типу структуры шпинели, изображенной на рис. 155. В этой структуре ионы кислорода плотно упакованы в плоскостях, параллельных граням октаэдра. Половина октаэдрических и 1/8 тетраэдрических пустот плотнейшей упаковки атомов кислорода занята атомами двух и трехвалентных элементов. По характеру их распределения в тетраэдрических и октаэдрических пустотах все шпинели делятся на три типа: нормальные, обращенные и смешанные. К нормальным относятся такие, у которых двухвалентные катионы выполняют тетраэдрические пустоты, а трехвалентные — октаэдрические, а к обращенным — у которых двухвалентные катионы выполняют октаэдрические пустоты, а трехвалентные — и тетраэдрические и октаэдрические.
Группа шпинели

У смешанных шпинелей как тетраэдрические, так и октаэдрические пустоты выполняются и двухвалентными и трехвалентными катионами при таких соотношениях: (R2+1-nRx3+) в тетраэдрических пустотах и (Rx2+R2-x3+) в октаэдрических пустотах. Большинство природных шпинелей относится к нормальному типу.
Особенности структуры минералов группы шпинели хорошо объясняют их свойства (табл. 60), в частности отсутствие спайности, раковистый излом, оптическую анизотропность, химическую и термическую устойчивость, высокую твердость.
Из минералов, относящихся к группе шпинели, мы рассмотрим нормальные шпинели (шпинель, франклинит и хромит) и обращенные. Кроме того, в этой группе рассмотрим также гаусманит и хризоберилл.
Шпинель — (Mg, Fe)Al2O4. Представляет собой минеральный вид переменного состава от крайнего магнезиального члена собственно шпинели — MgAl2O4 до крайнего железистого члена — герцинита — FeAl2O4. Происхождение названия шпинели неизвестно. Герцинит назван по латинскому названию чешского массива (Silva Hercynia), где впервые был найден. Прозрачные, хорошо окрашенные в разные цвета разности называются благородной шпинелью. К благородным шпинелям относятся красная шпинель (окрашена примесями Cr2O3), цейлонит, или плеонаст (черная железо-магнезиальная разность), хлорошпинель (травянисто-зеленая разность), а также пикотит (зеленовато-бурая разность).
Химический состав: собственно шпинели — MgO — 28,2%; Al2O3 — 71,8%; терцинита — FeO — 41,34%; Al2O3 — 58,66%. Обычные примеси: Cr, Zn, Fe3+, Mn2+.

Структурная ячейка содержит (Mg, Fe)8Al16O32. Пространственная группа — Oh7 — Fd3m.
Агрегаты и габитус. Образует отдельные кристаллы октаэдрического габитуса или небольшие сростки (шпинель) и плотные тонкозернистые агрегаты (герцинит).
Физические свойства. Цвет от кроваво-красного с фиолетовым или оранжевым оттенком, а также желтого, синего и бутылочнозеленого (шпинель) до черного (герцинит). Прочие свойства приведены в табл. 60.
Диагностические признаки — октаэдрический габитус кристаллов и высокая твердость. Главные линии на рентгенограммах: 2,441; 1,427; 1,053. Растворяется в концентрированной H2SO4 (трудно). П. п. т. не плавится.
Отличие от сходных минералов. Благородные разности шпинели похожи на гранаты и соответствующие разности корунда. От гранатов они отличаются габитусом кристаллов и более высокой твердостью, а от корунда — оптическими свойствами (корунд анизотропен).
Искусственное получение. Шпинель получена из силикатных расплавов, содержащих Al2O3, MgO и FeO, а также Al2O3 и MgO или FeO в присутствии B2O3.
Образование и месторождения. Шпинель — типичное контактово-метасоматическое образование, возникающее в пневмолитовых и гидротермальных условиях на контакте с известняками. Реже она наблюдается в магматических породах как продукт непосредственной кристаллизации магмы, а иногда — в метаморфических породах. Шпинель находится в ассоциации с магнетитом, хондродитом, везувианом пироксенами, гранатами, хлоритами и др. В России известна в Шишимских и Назямских горах, по р. Каменка (Северный Урал), в Слюдянке (Забайкалье), на Памире и в других местах. Благородные разности шпинели известны в россыпях Цейлона (цейлонит и красная шпинель), в известняках и серпентинитах США (цейлонит и красная шпинель), в вулканических бомбах Везувия, в Бирме, Таиланде, Афганистане. Наибольшее количество шпинели добывают в рубиновых шахтах Могон в Северной Бирме.
Герцинит встречается с корундом, гранатом и роговой обманкой в контактовых месторождениях (Чехия), Кортленд Весччестер (Нью-Йорк, США) и др.
При выветривании устойчива и обычно попадает в россыпи, где иногда содержится в значительных концентрациях.
Практическое значение. Благородные шпинели используются как драгоценные камни.
Франклинит — (Zn, Mn)Fe2O4. Назван по месторождению Франклин-Фернес (Нью Джерси, США).
Химический состав: ZnO — 17,25%; MnO — 15,04%; Fe2O3 — 67,71%. Содержит также Mn8+ (до 14,8%).
Структурная ячейка содержит (Zn, Mn)8Fe16O32 = 8,403. Пространственная группа — Oh7 — Fd3m.
Агрегаты и габитус. Встречается в виде плотных зернистых агрегатов, иногда в виде кристаллов ромбододекаэдрического габитуса.
Физические свойства. Цвет черный до коричнево-черного. Черта черная до красновато-бурой. Твердость — 5,5—6,5. Плотность — 5,07—5,22. n = 2,36.
Образование и месторождения. В значительных количествах встречается в скарновых месторождениях Франклин-Фернес и Стерлинг-Хилл (Нью-Джерси, США), где вместе с другими цинковыми минералами разрабатывается как цинковая руда.
Хромит — (Mg, Fe)Cr2O4. Представляет собой минеральный вид переменного состава от крайнего магнезиального члена магнезиохромита MgCr2O4 до крайнего железистого члена феррохромита — FeCr2O4. Чистые крайние разновидности в природе не установлены. Название дано по составу. Часто употребляется также название хромшпинелиды.
Химический состав: MgO — 9,69%; FeO—17,26%; Cr2O3 — 73,05%. Содержит примеси Fe3+ (до 25,6%); Al (до 24,6%) и Zn (до 5,8%).
Структурная ячейка содержит (Mg, Fe)8Cr16O32. Пространственная группа — Oh7—Fd3m.
Агрегаты и габитус. Хромиты встречаются в виде сплошных зернистых агрегатов, а также закругленных неправильных зерен. Кристаллы встречаются редко и имеют октаэдрический габитус.
Физические свойства. Цвет черный. Цвет черты бурый. Блеск металловидный. Разности, бедные FeO и Fe2O3, в тонких шлифах полупрозрачны. Спайность отсутствует. Разности, богатые FeO и Fe2O3, сильно магнитны, обладает полупроводниковыми свойствами. Под микроскопом в проходящем свете коричневый до коричнево-черного. Изотропный. В полированных шлифах имеет серовато-белый цвет с коричневым и коричнево-красным внутренним рефлексом. Отражательная способность низкая — около 12%.
Диагностические признаки. Черный цвет, бурая черта, высокая твердость, реакция на хром и постоянная связь с ультраосновными породами. В кислотах не растворяются. П. п. т. не плавятся.
Искусственное получение. Хромиты получены при кристаллизации силикатных расплавов состава перидотита с небольшим содержанием Cr2O3 и Al2O3, а также при сильном нагревании Cr2O3 и FeCl2 в тигле с криолитом (Na2[NaAlF6]).
Образование и месторождения. Хромиты образуются магматическим путем и связаны с ультраосновными породами, в которых находятся в виде вкрапленников, а также сплошных скоплений в ассоциации с серпентином (Mg6(OH)8[Si4O10]), оливином (Mg, Fe)2[SiO4]), хромовыми разностями хлоритов, гранатом, везувианом, пироксеном, тальком и платиной. Месторождения хромитов известны в Северной Родезии (Африка) и Новой Каледонии, а также на Урале (Сарановское, Кемпирсайское и другие месторождения). На земной поверхности они устойчивы и образуют россыпи.
Практическое значение. Хромиты — основная хромовая руда.
Магнетит — (Fe1-n2+Fe3+2/3n)Fe2O4. Происхождение названия минерала неясное. Одни исследователи считают, что оно имеет в своей основе название города Магнесия в Малой Азии, другие же придерживаются взгляда, что название магнетита дано по имени пастуха Магнеса, впервые нашедшего этот минерал. Синоним — магнитный железняк.
Химический состав: FeO — 31,03%; Fe2O3 — 68,97%.
Обычно содержит примеси Ti, V, Mn, Cr и др. Разности, содержащие повышенные количества титана, выделяются под названием титаномагнетитов, а хрома — хроммагнетитов.
Структурная ячейка содержит Fe8Fe16O32. Пространственная группа — Оh7 — Fd3m.
Кристаллическая структура. Как указывалось выше, магнетит по характеру распределения двухвалентных и трехвалентных атомов в тетраэдрических и октаэдрических пустотах принадлежит к типу обращенных шпинелей. В магнетите атомы Fe2+ могут замещаться атомами Fe3+ с образованием дефектной структуры и освобождением до 1/3 ранее занятых Fe2+ октаэдрических позиций. Разности с такой структурой получили название маггемита (магнитный гематит).
Агрегаты и габитус. Магнетит встречается в виде тонкозернистых массивных агрегатов и вкрапленников, а также хорошо образованных кристаллов, вросших в породу. Отдельные кристаллы магнетита имеют октаэдрический и реже ромбододекаэдрический габитус. Грани (110) обычно имеют комбинационную штриховку параллельно длинной диагонали. Наблюдаются двойники по (111) — шпинелевому закону, а также параллельные срастания с гематитом, ильменитом, рутилом, хлоритом, оливином.
Физические свойства. Цвет магнетита железо-черный.
Цвет черты — черный. Блеск полуметаллический. Непрозрачный. Спайность отсутствует, но иногда отмечается отдельность по (111). Сильно магнитный, причем при нагревании до температуры 580° С магнитные свойства исчезают, однако после охлаждения возникают вновь. Это определяется отмеченными выше особенностями его кристаллической и магнитной структуры. Под микроскопом в полированных шлифах магнетит изотропен. Иногда видны двойниковые пластинки и зональный рост. Часто наблюдается правильная решетка ориентированных включений ильменита и гематита. Отражательная способность низкая — 21%.
Диагностические признаки. Диагностическими признаками магнетита являются магнитные свойства, габитус кристаллов, а также черный цвет черты.
Главные линии на рентгенограммах: 2,541; 1,612; 1,479. Магнетит растворяется в HCl, но только в порошке. П. п. т. не плавится. В окислительном пламени превращается в маггемит, а затем в гематит.
Отличие от сходных минералов. Магнетит похож на гематит, гетит FeO(OH), гаусманит (MnMn2O4), от которых отличается магнитностью и черным цветом черты.
Искусственное получение. Получен магнетит при кристаллизации силикатных расплавов, содержащих Fe, а также из расплавов с участием галоидов и минерализаторов, например B(OH)3.
Образование и месторождения. Магнетит возникает в восстановительных условиях, чаще всего магматическим путем, а также на контактах под действием гидротермальных и пневматолитовых процессов. При метаморфизме он чаще всего образуется за счет преобразования осадочных месторождений бурых железняков и находится в ассоциации с гематитом и многими силикатами. Наибольшее практическое значение имеют метаморфические и контактово-метасоматические месторождения. К первым принадлежат месторождения Кривого Рога на Украине, Курской магнитной аномалии, а также Верхнего озера в США. Представителями крупнейших контактово-метасоматических месторождений являются месторождения горы Магнитной, Высокой и Благодати на Урале. В обеих группах месторождений широко развит процесс мартитизации и мушкетовитизации. К магматическим относятся Кусинское месторождение титаномагнетитов на Южном Урале, а также Кирунаваара и Люоссаваара в Швеции. Наземной поверхности магнетит устойчив и попадает в россыпи; он является основной составной частью так называемых черных шлихов золотоносных россыпей. В странах с жарким климатом по магнетиту образуются псевдоморфозы гематита — мартит.
Практическое значение. Магнетит — важнейшая железная руда. Минимальное содержание Fe в магнетитовых рудах должно составлять 45—50%.
Гаусманит—MnMn2O4. Название получил от В. Гайдингера в честь немецкого минералога Л. Гаусмана (1782—1859 гг.).
Химический состав: MnO — 62,0%, MnO2 — 38,0%. Содержит также FeO, Fe2O3 и ZnO.
Сингония — тетрагональная, вид симметрии — дитетрагонально-бипирамидальный — D4h — 4/mmm(L4AL25PC).
Структурная ячейка содержит Mn4Mn8Oi6. Пространственная группа — D4h19 — IA/amd; а0 = 5,75, с0 = 9,42; G0 : C0 = 1 : 1,638.
Кристаллическая структура гаусманита представлена тетрагонально искаженным типом шпинели.
Агрегаты и габитус. Гаусманит образует сплошные зернистые массы, иногда встречается в виде октаэдроподобных кристаллов (рис. 156), представляющих собой тетрагональные бипирамиды. Известны двойники гаусманита по (112), которые, повторяясь, образуют пятерники.
Физические свойства. Цвет гаусманита буровато-черный. Цвет черты коричневый или красновато-бурый. Блеск сильный алмазный или полуметаллический. Спайность совершенная по (001). Немагнитный.

Под микроскопом в проходящем свете минерал темный, красновато-коричневый, без плеохроизма. Одноосный, отрицательный. В полированных шлифах имеет серовато-белый цвет с четкой анизотропией и темными кроваво-красными или красновато-коричневыми внутренними рефлексами. Под микроскопом в полированных шлифах часто наблюдаются пластинчатые двойники гаусманита. Отражательная способность низкая — около 15%. Обладает полупроводниковыми свойствами.
Диагностические признаки. Гаусманит определяется лишь микроскопически. Главные линии на рентгенограммах: 2,73; 2,45; 1,53. Растворяется в HCl с выделением Cl. П. п. т. не плавится. Перл буры в окислительном пламени окрашивается в фиолетовый цвет.
Отличие от сходных минералов. От похожих на него других минералов марганца гаусманит можно отличить главным образом при микроскопическом исследовании.
Искусственное получение. Гаусманит получен при нагревании MnO или осажденного Mn3O4 на воздухе с минерализатором и при разложении MnCl2 в окислительной атмосфере.
Образование и месторождения. Образуется гаусманит гидротермальным путем при метаморфизме осадочных месторождений марганца в условиях недостатка кислорода. Встречается он вместе с браунитом, манганитом, магнетитом, гематитом и другими минералами в гидротермальных жилах (рудник Сапальского на Среднем Урале, в Гарце). Гаусманит известен также как метасоматическое образование в доломитах (Вермланд, Нордмарк и Лонгбан в Швеции).
Разрушение и псевдоморфозы. На земной поверхности, разрушаясь, переходит в псиломелан и пиролюзит. Известны псевдоморфозы гаусманита по кальциту и манганиту.
Практическое значение. Гаусманит — важная руда на марганец, который используется главным образом для изготовления специальных сортов стали и ферромарганца.
Хризоберилл — BeAl2O4. Название минерала происходит от греческих слов хрисос — золото и бериллос — берилл (по цвету хризоберилл похож на берилл).
Химический состав: BeO — 19,8%, Al2O3 — 80,2%. Содержит примеси Fe2O3, TiO2, Cr2O3. Хромсодержащая разность называется александритом.
Сингония — ромбическая, вид симметрии ромбобипирамидальный— D2h — mmm(3L23PC).
Структурная ячейка содержит Be4Al8O16. Пространственная группа — D2h16 — Рmсn; а0 = 5,47, b0 = 9,39, c0 = 4,24; а0 : b0 : C0 = 0,583 : 1 : 0,471.
Кристаллическая структура хризоберилла тождественна структуре оливина, в которой ионы кислорода образуют плотнейшую гексагональную упаковку; в пустотах упаковки ионы бериллия находятся в четверной координации ионов кислорода, ионы алюминия — в шестерной координации.
Агрегаты и габитус. Хризоберилл образует включения в граните и слюдяных сланцах, а также друзы в пустотах (рис. 157). Кристаллы хризоберилла имеют толстотаблитчатый (рис. 158), иногда короткопризматический облик и характеризуются комбинацией пинакоидов {100} и {010}, а также призм {011} и {120}. Иногда к ним присоединяются грани бипирамиды {111}. Для хризоберилла типичным является развитее закономерных сростков по призме (031), состоящих из трех индивидов, которые взаимно прорастают друг друга. Плоскости (100) сливаются в одну, и только направление штриховатости на этих плоскостях позволяет различить участки, принадлежащие отдельным индивидам. Двойниковые сростки лучше определяются в том случае, когда плоскости бипирамид {121} образуют входящие углы (см. рис. 158); если же этих плоскостей нет (что встречается чаще), сросток напоминает единичный гексагональный кристалл.

Физические свойства. Цвет хризоберилла зеленовато-желтый, реже минерал бесцветный. Хромсодержащая разность — александрит — имеет изумрудно-зеленую окраску, а при электрическом свете — фиолетово-красную. Согласно исследованиям С.В. Грум-Гржимайло, окраска александрита зависит от изменения относительной интенсивности сине-зеленых лучей в падающем на кристалл свете. При освещении дневным светом в восприятии цвета основную роль играют сине-зеленые лучи, и кристалл кажется зеленым. Искусственный свет по сравнению с дневным беден этими лучами, в результате чего кристалл кажется красным. Это изменение цвета является важным признаком хризоберилла. Блеск стеклянный. Спайность совершенная по (110); несовершенная по (010) и (001). Излом раковистый. Двухосный, положительный; показатели преломления приведены в табл. 60. Под микроскопом в проходящем свете минерал бесцветный или имеет слабые оттенки зеленого, желтого и красного цветов. Для александрита характерен четкий плеохроизм: по Ng — красный, по Nm — оранжевый, по Np — зеленый.

Диагностические признаки хризоберилла — форма кристаллов и высокая твердость. Главные линии на рентгенограммах: 3,24; 2,08; 1,61. В кислотах не растворяется. Разлагается лишь при сплавлении порошка с KOH или KHSO4. П. п. т. не плавится.
Искусственное получение. Хризоберилл получен сплавлением Al2O3, BeO, H3BO3 и CaCO3 с различными примесями, а также при реакции AlF3, BeF3 и B2O3 при белом калении.
Образование и месторождения. Хризоберилл встречается в пегматитовых жилах и в контактово-пневматолитовых образованиях в ассоциации с бериллом, фенакитом, флюоритом, апатитом и другими минералами. Он известен в месторождениях Бразилии (Минас-Жерайс), Цейлона, где встречается в аллювиальных отложениях, и на Мадагаскаре.
В виде хорошо образованных кристаллов и друз хризоберилл отмечен в месторождениях Урала, Бразилии (Эспириту-Санто), а также в Колорадо в США (близ Голдена). На земной поверхности он устойчив и попадает в россыпи.
Практическое значение. Хризоберилл — минерал редкий. Александрит благодаря красивой окраске является драгоценным камнем первого класса.