title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Группа рутила

Группа рутила

К группе рутила относятся двуокиси титана (рутил), олова (касситерит) и марганца (пиролюзит). Кроме этих минералов, мы здесь условно рассмотрим также полиморфные модификации TiO2 — анатаз и брукит. Первый относится к минералам каркасного строения, а второй — к минералам слоистого строения. За исключением брукита, все эти минералы кристаллизуются в классе дитетрагональный бипирамиды тетрагональной сингонии — D4h — 4/mmm(L44L25PC). Брукит кристаллизуется в классе ромбической бипирамиды ромбической сингонии — D2h — mmm(3L2ЗРС). Состав и некоторые свойства минералов группы рутила приведены в табл. 61.

Рутил, брукит, анатаз — TiO2. Наиболее устойчивой модификацией является рутил. В виде изоморфных примесей в Нем присутствуют Nb, Ta, Fe, Cr и V.
По Н.В. Белову, TiO2 в виде рутила возникает в тех случаях, когда в минералообразующей среде присутствует железо, в других случаях происходит образование анатаза. Наименее частой модификацией является брукит. Его устойчивость определяется участием в структуре колумбитового компонента (Fe, Mn)(Nb, Та)2О6, количества которого для кристаллизации колумбита явно недостаточны.
Название рутила происходит от лат. слова рутилюс — красноватый, анатаза — от греч. слова анатасис — вытянутость (подчеркивается, что обычная пирамида длинней, чем в других тетрагональных кристаллах). Брукит назван в честь английского минералога Генри Джемса Брука (1771—1857 гг.).
Структурная ячейка рутила содержит T2O4, анатаза — Ti4O8, брукита — Ti8O16. Пространственная группа рутила — D4h15 — P42/mmm, анатаза — D4h19 — 14/amd, брукита — D2h15 — Pbca.
Размеры элементарной ячейки для рутила — а0 = 4,58, с0 = 2,95; a0 : c0 = 1 : 0,644; для брукита — а0 = 5,436, b0 = 9,16, с0 = 5,14; а0 : b0 : c0 = 0,591 : 1 : 0,5602; для анатаза — а0 = 3,73, с0 = 9,37; а0 : c0 = 1 : 2,512.
Кристаллическая структура этих минералов разная, чем и обусловлены различия в их физических свойствах (см. табл. 61). В основу кристаллической структуры рутила положена плотнейшая гексагональная упаковка ионов кислорода. Одна из двойных осей упаковки параллельна четверной оси рутила. В направлении этой оси возникают колонки из октаэдров, заполненных ионами титана. Ионы титана в элементарной ячейке образуют объемноцентрированную решетку, в которой два атома кислорода размещены по диагонали основания тетрагональной призмы. Каждый атом титана окружен октаэдрически шестью атомами кислорода, а каждый атом кислорода — тремя атомами титана, расположенными в вершинах почти равностороннего треугольника. Вытянутость колонок октаэдров вдоль оси с обусловливает призматический, а часто даже игольчатый габитус кристаллов рутила, а размещение этих колонок в плоскости гексагональной плотнейшей упаковки вызывает образование коленчатых двойников и тройников с углом между индивидами, близким к 120°. Кристаллическая структура анатаза (рис. 166) характеризуется плотнейшей кубической упаковкой ионов кислорода с вертикальной четверной осью. Каждый ион титана окружен октаэдрически шестью ионами кислорода, а каждый ион кислорода — тремя ионами титана (так же, как и у рутила). Кристаллическая структура брукита (рис. 167) состоит из листов гексагональной и кубической упаковок ионов кислорода (возникает так называемая топазовая плотнейшая упаковка). Между ионами кислорода в шестерной координации находятся ионы титана, образующие зигзагообразные цепочки октаэдров в каждом слое плотнейшей упаковки.


Агрегаты и габитус. Облик кристаллов рутила в большинстве случаев столбчатый, обусловленный развитием призматических форм (рис. 168), до игольчатого, причем особенно характерно образование удлиненных призм и тонковолокнистых кристаллов. Тонкие иголочки рутила, пронизывающие кварц, называются волосатиками. Они особенно распространены в некоторых месторождениях Среднего и Северного Урала. В кристаллических сланцах рутил иногда встречается в виде более или менее изометрических зерен, а также мелких коленчатых двойников. Сложносетчатые двойниковые срастания называются сагенитами.
По Н.В. Белову, коленчатые двойники рутила (также и касситерита) возникают в тех случаях, когда в минералообразующей среде присутствует Fe2O3.
Главными формами на кристаллах рутила являются {100}, {111}, {110}, {101}.
В отличие от рутила брукиту свойствен уплощенный облик (рис. 169) с вертикальной штриховкой на гранях, для анатаза характерен бипирамидальный (острые бипирамиды), а также пинакоидальный габитус (рис. 170). Рутил встречается в зернистых и сплошных агрегатах, а брукит и анатаз — почти исключительно в кристаллах. Известны закономерные срастания анатаза с рутилом (а также пароморфозы анатаза по рутилу), рутила с гематитом, магнетитом, ильменитом и брукитом.
Группа рутила

Физические свойства. Цвет описываемых минералов обычно темно-желтый, бурый, красный, черный. Черта бесцветная до буроватожелтой. Блеск — от алмазного до металловидного. Прозрачны в тонких осколках. Излом от раковистого до ровного. Спайность, твердость, а также плотность приведены в табл. 61. Оптические свойства: рутил одноосный, положительный; брукит двухосный, положительный; анатаз одноосный, отрицательный. Показатели преломления и двупреломления даны в табл. 61. У брукита в зависимости от длины волны света наблюдается изменение показателей преломления, вследствие чего он имеет сильную дисперсию оптических осей. Под микроскопом в проходящем свете рутил обычно красный или коричневато-красный, брукит желтовато-коричневый до темно-коричневого, анатаз коричневый, желто-коричневый, зеленоватый и синий. Иногда наблюдаются зональные пояса роста (брукит и анатаз).
Рутил обладает полупроводниковыми свойствами.
Диагностические признаки. Диагностическим признаком описываемых минералов является габитус их кристаллов: характерны тетрагонально-призматические кристаллы и коленчатые двойники рутила, остробипирамидальные кристаллы анатаза и таблитчатые кристаллы брукита. Главные линии на рентгенограммах: 3,242; 2.488; 1,689 (для рутила); 3,508; 1,877; 1,696 (для анатаза); 3,22; 2,45; 1,681 (для брукита). П. п. т. не плавятся и не изменяются.
Отличие от сходных минералов. Рутил похож на циркон (Zr[SiO4]) и касситерит (SnO2), в виде волосовидных кристаллов — на турмалин. От циркона рутил отличается твердостью (твердость циркона 7—8), от касситерита — плотностью (плотность касситерита 6,8—7), от турмалина — оптическими свойствами.
Искусственное получение. Рутил можно получать при разложении TiCl4 или TiF4 при температуре красного каления, а также сплавлением TiO2 в буре, фосфорной соли или в вольфрамовокислом натрии (при температурах порядка 760—700° С образуются брукит и анатаз). Переход брукита в рутил происходит при температуре выше 700° С, а анатаза в рутил — при 915° С.
Образование и месторождения. Рутил преимущественно постмагматический минерал. Встречается он в интрузивных изверженных породах, кристаллических сланцах, гидротермальных рудных жилах. В осадочных горных породах'рутил известен как минерал россыпей. Последнее обстоятельство важно в том отношении, что оно иногда может служить критерием для определения материнских пород и областей сноса. Чаще всего рутил встречается в связи с метаморфическими образованиями, где формируется за счет титансодержащих минералов. В метаморфизованных породах он иногда образует тонкие, явно поляризующие иголочки вокруг углистых частичек. То же самое касается брукита и анатаза, встречающихся в изверженных породах и кристаллических сланцах. Кроме того, эти минералы образуются пневматолитовым путем, входят в состав пегматитов и других жил. Особенно характерны для всех трех минералов так называемые альпийские жилы. На земной поверхности анатаз образуется при выветривании титансодержащих минералов изверженных пород. Наибольшее практическое значение принадлежит гидротермальным и россыпным месторождениям. Месторождения анатаза — Семиз-Бугу в Центральном Казахстане, месторождения Северной Каролины в США, россыпные месторождения Урала (особенно Атлянское вблизи Миасса), Самотканское на Украине, а также альпийские жилы Швейцарских Альп, Северного Урала, Бразилии. Хорошо образованные таблитчатые кристаллы брукита до 5 см в диаметре были найдены в Граубюндене в Альпах, а кристаллы всех трех минералов — в Атлянских золотоносных россыпях на Урале. На земной поверхности рутил, анатаз и брукит устойчивы и при разрушении материнских пород образуют россыпные месторождения.
Практическое значение. Описываемые минералы являются рудой для получения ферротитана. Они используются для выплавки специальных сортов стали, для изготовления титановых белил и т. д.

Касситерит — SnO2. Название получил от греч. слова касситерос, что означает олово. Синоним — оловянный камень. Обычно содержит примеси Fe3+, Ta, Nb, Sc, In, Mn и W.
Сингония — тетрагональная, вид симметрии — дитетрагонально-бипирамидальный — D4h — 4/mmm(L44L25РС).
Структурная ячейка содержит Sn2O4. Пространственная группа — D4h14 — P4/mmm; а0 = 4,72, с0 = 3,17; а0 : с0 = 1 : 0,672.
Кристаллическая структура касситерита идентична структуре рутила.
Агрегаты и габитус. Касситерит относится к минералам, часто встречающимся в виде хорошо образованных кристаллов. Кристаллы его в большинстве случаев малы и лишь изредка достигают значительных размеров (известны кристаллы до 10 см длиной и массой в несколько килограммов). Обычно касситерит образует неправильные зерна или вкрапленные кристаллы. Габитус кристаллов касситерита в основном бипирамидальный, бипирамидально-призматический (рис. 171). Наблюдаются также столбчатые и игольчатые кристаллы. Главные формы {100}, {110}, {230}, {111}, {231}. Известны разности, называемые деревянистым касситеритом, имеющие вид желваков и натечных форм с концентрически-зональным строением. Как и для рутила, для касситерита характерны коленчатые двойники. Встречаются также параллельные срастания касситерита с норденшельдитом (CaSn[BO3]2) и кварцем (SiO2).
Физические свойства. Касситерит обычно желтоватого или красновато-коричневого до коричневато-черного цвета. Иногда он бывает красный, желтый, серый или белый, редко — бесцветный. Цвет черты буроватый, светлый. Блеск алмазный, жирноватый.
На кристаллах и кристаллических агрегатах касситерита часто наблюдается зональная, пятнистая и неравномерная по интенсивности окраска. По Г.Л. Вазбуцкому, пятнистость окраски касситерита является признаком изменения цвета минерала после его образования. Это вторичное окрашивание возникает при переходе первичного цвета последовательно в ряд других цветов или при понижении интенсивности окрашивания, т. е. посветлении до обесцвечивания. Причина изменения окраски касситерита связана с при-вносом или выносом элементов-хромофоров или элементов, влияющих на окраску. Элементы Nb, Ta, Fe и Mn придают касситериту темную окраску, a W — восково-желтую. Светлые разности касситерита прозрачны, темные просвечивают в тонких осколках. Излом минерала часто раковистый. Спайность, твердость, плотность приведены в табл. 61.
Черные разности касситерита, обогащенные железом, имеют электромагнитные свойства, которые при выветривании минерала исчезают. Обладает полупроводниковыми свойствами. В оптическом отношении касситерит одноосный, положительный, иногда проявляет оптические аномалии и в таком случае явно двухосный. Показатели преломления и двупрелом-ления даны также в табл. 61. Под микроскопом в проходящем свете касситерит коричневато-красный, желтый, зеленый, иногда бесцветный. Характерным является неправильное зональное или сегментное распределение окраски. В полированных шлифах минерал светло-серый с сильной анизотропией и слабым плеохроизмом. Наблюдается тонкопластинчатое двойниковое строение по (011), особенно заметное после травления; последнее обнаруживает также зональное строение. Отражательная способность низкая — около 10%.
Диагностические признаки касситерита — форма кристаллов, двойники и высокая плотность. Главные линии на рентгенограммах: 1,758; 1,213; 1,079. В кислотах не растворяется. П. п. т. не плавится, с тремя объемами соды в восстановительном пламени дает мелкие корольки Sn и белый налет SnO2. Обломки касситерита, помещенные в разведенную HCl вместе с металлическим цинком, покрываются темно-серым налетом металлического олова, который при трении становится блестящим.
Отличие от сходных минералов. Касситерит можно спутать с рутилом, имеющим, однако, плотность 4,2—4,3, и с цирконом, от которого касситерит отличают по твердости (твердость циркона 7—8).
Искусственное получение. Касситерит получен сплавлением SnO2 при действии паров на галоиды олова при температуре красного каления, при плавлении SnO2 в буре, а также осаждением оловянных солей из растворов щелочей (таким образом образуются гели и золи гидроокиси олова, которые, старея, переходят в касситерит).
Образование и месторождения. Месторождения касситерита генетически связаны с кислыми изверженными породами. Они встречаются в пегматитах, а также в пневматолитовых и гидротермальных образованиях. Касситерит пегматитов и пневматолитовых месторождений характеризуется темным, почти черньм цветом и короткопризматическим, почти бипирамидальным габитусом, тогда как касситерит гидротермальных жил бурого цвета и имеет удлиненно-призматический габитус (см. рис. 80). В пегматитах касситерит чаще всего находится в рассеянном состоянии. В пневматолитовых образованиях он возникает, очевидно, по реакции:
SnF4 + 2Н2О = SnO2 + 4HF

и ассоциирует с вольфрамитом, молибденитом и арсенопиритом. Из нерудных минералов, кроме кварца, присутствуют турмалин, берилл, флюорит и другие минералы, в состав которых входят летучие компоненты. Касситерит пневматолитовых месторождений концентрируется или в верхних частях интрузий или вблизи изверженных пород. Образование его сопровождается интенсивной грейзенизацией вмещающих пород (преобразованием гранитов в слюдисто-кварцево-полевошпатовую породу с топазом, флюоритом и турмалином). Среди гидротермальных месторождений касситерита выделяются две группы: 1) кварцево-касситеритовая, напоминающая по своему составу пневматолитовые образования, и 2) сульфидно-касситеритовая. Характерной чертой второй группы является широкое развитие таких сульфидов, как арсенопирит, пирит, пирротин, висмутовый блеск, халькопирит. Касситерит находится здесь в подчиненных количествах по отношению к другим минералам, однако имеет большое промышленное значение. Названные типы месторождений касситерита относятся к первичным. За счет их при выветривании образуются вторичные, или россыпные, месторождения, представляющие значительный промышленный интерес.
Крупные месторождения касситерита имеются на островах Малайского архипелага (Бирмано-Малайская зона). Эти месторождения связаны с гранитами и тянутся на протяжении 2500 км через весь Малайский полуостров, Таиланд и Бирму. Касситерит добывается здесь также из мощных россыпей с содержанием 0,02—0,05% металла. Крупные скопления касситерита имеются в Боливии, где разрабатываются коренные месторождения с содержанием 3—6% металла, а также в Корнуэлле в Англии, где они известны были еще в древности. В России за последние годы создана своя оловорудная база. В дореволюционное время касситерит добывался в России только в Ононском месторождении (Восточное Забайкалье) и в Питкяранте (Карелия). Важнейшими районами добычи олова являются сейчас северо-восточная часть Азии, а также Дальний Восток и Восточное Забайкалье. Касситерит образует псевдоморфозы по ортоклазу (K[AlSi3O8]), висмутину (Bi2S3) и гематиту. На земной поверхности он устойчив и переходит в россыпи. В зоне окисления месторождений олова вследствие вторичных процессов могут возникать желваки с лучистым строением касситерита — деревянистый касситерит.
Практическое значение. Касситерит — основная и почти единственная руда для получения олова, используемого главным образом для изготовления белой жести. Содержание олова в россыпных месторождениях, имеющих промышленное значение, колеблется от 0,01 до 0,1%; при разработке коренных месторождений руда должна содержать не меньше 0,15—0,2% металла.
Пиролюзит — MnO2. Название минерала происходит от греческих слов пир — огонь, люсис — мытье (при изготовлении стекла уничтожает его зеленый цвет). Синоним — полианит (от греч. полиайно, что значит становиться серым).
Сингония — тетрагональная, вид симметрии — дететрагонально-бипирамидальный — D4h — 4/mmm(L44L25PC).
Структурная ячейка содержит Mn2O4. Пространственная группа — D4h14 — P4mmm; а0 = 4,38, с0 = 2,85; а0 : с0 = 1 : 0,651. Кристаллическая структура пиролюзита аналогична структуре рутила.
Агрегаты игабитус. Пиролюзит встречается в форме сплошных зернистых, порошковатых и сажистых агрегатов и конкреций, а также радиально-игольчатых образований. Кристаллы встречаются очень редко. Они имеют удлиненный до игольчатого, а также изометрический облик (рис. 172) с главными формами {110}, {120}, {011}, {111} и {231}.
Физические свойства. Цвет минерала и черты черный. Блеск полуметаллический. Непрозрачный. Хрупкий. Спайность, твердость и плотность приведены.в табл. 61. Под микроскопом в полированных шлифах пиролюзит кремово-белый с заметной анизотропией, иногда наблюдается полисинтетически-двойниковое строение. Отражательная способность средняя — около 35%. Обладает полупроводниковыми свойствами.
Диагностические признаки — черная черта, спайность, хрупкость и сравнительно низкая твердость. Главные линии на рентгенограммах: 3,118; 2,404; 1,622. Растворяется в HCl с выделением Cl. П. п. т. не плавится, в закрытой трубке выделяет кислород и переходит в низшие окислы марганца. При нагревании до 500° С в минерале не наблюдается никаких изменений. В интервале 550—650° С происходит диссоциация с образованием кубической разности — браунита; при 940—1100°С браунит переходит в более устойчивый при высоких температурах гаусманит (MnMn2O4).
Отличие от сходных минералов. Пиролюзит похож на другие черные минералы марганца, от которых отличается спайностью, хрупкостью и низкой твердостью.

Искусственное получение. Пиролюзит получен постепенным разложением Mn[NO3]2 при 154° С и пониженном давлении, а также окислением солей марганца KClO3, HNO3 и другими окислителями.
Образование и месторождения. Месторождения пиролюзита возникают главным образом в экзогенных условиях. Промышленное значение имеют осадочные месторождения, в которых пиролюзит находится в ассоциации с другими марганцевыми и железистыми окислами и гидроокислами (гаусманитом, манганитом, браунитом, псиломеланом, бурыми железняками). Встречаются и месторождения выветривания, образующие марганцевые шляпы в зоне окисления месторождений, содержащих бедные первичные руды марганца. Осадочные месторождения марганца возникают за счет коллоидных растворов, выносящихся речными водами и претерпевающих коагуляцию в прибрежных зонах морских бассейнов. Процессу коагуляции способствуют растворенные в морской воде минеральные соли, играющие роль электролитов. Сравнительно редко наблюдаются месторождения пиролюзита гидротермального происхождения. Осадочные месторождения пиролюзита находятся в России в Закавказье (Чиатура) и на Украине. Месторождения, возникшие вследствие выветривания, известны в Индии (Балагхат, Нагнур, Бандар) и в Западной Африке (Золотой Берег). Крупные кристаллы пиролюзита встречены в месторождении Платтен в Чехословакии. На земной поверхности пиролюзит как высший окисел марганца является наиболее устойчивым. В зоне окисления в пиролюзит переходят все марганцевые минералы, по которым пиролюзит образует псевдоморфозы. Известны псевдоморфозы пиролюзита по манганиту, кальциту, родохрозиту и доломиту.
Практическое значение. Пиролюзит — важнейшая марганцевая руда. Он используется для производства сухих электрических батарей, для обесцвечивания стекла в стекольной промышленности, для изготовления химических препаратов, в медицине, для получения ферромарганца и т. д.