title-icon
Яндекс.Метрика
» » Группа корунда-ильменита

Группа корунда-ильменита

К группе корунда относятся полиморфные разности окислов алюминия и железа, а также двойные окислы магния, железа, марганца и титана. Из минералов этой группы мы рассмотрим корунд (Al2O3), гематит (Fe2O3) и ильменит (FeTiO3). Все они кристаллизуются в тригональной сингонии и характеризуются кристаллической структурой типа корунда, хотя ильменит имеет более низкую симметрию. Между гематитом и ильменитом при высоких температурах наблюдается непрерывный ряд твердых растворов, распадающихся при охлаждении.
Корунд — Al2O3. Происхождение названия корунда неизвестно. Полагают, что так назвали этот минерал в Индии. Известно много разностей корунда, среди которых различают обычные и прозрачные (благородные). Главными среди прозрачных корундов являются: 1) лейкосапфир — бесцветный, 2) сапфир — синий и 3) рубин — красный. Кроме того, выделяют еще наждак, являющийся смесью корунда, магнетита, гематита и шпинели.
Химический состав: Al — 52,2%, 0 — 47,8%; содержит примеси Cr, Fe и Ti.
Сингония — тригональная, вид симметрии — дитригонально-скаленоэдрический — D3d — 3m(L363L23PC).
Структурная ячейка содержит Al12O18. Пространственная группа — D3d6 — R3c; а0 = 4,76, c0 = 13,01; а0 : c0 = 1 : 1,365.
Кристаллическая структура корунда характеризуется плотнейшей гексагональной упаковкой, образованной ионами кислорода, размещающимися листами перпендикулярно к тройной оси; листы наложены один на другой. Катионы алюминия заполняют 2/3 октаэдрических пустот и в плоскости (0001) находятся в вершинах правильных гексагонов.

Агрегаты и габитус. Корунд наблюдается преимущественно в виде вкрапленников в породе и значительно реже в зернистых скоплениях. Кристаллы его, как правило, хорошо образованы и характеризуются боченковидным, столбчатым, пирамидальным и пластинчатым обликом (рис. 181). Иногда они достигают 10 см в диаметре. Главными формами на кристаллах корунда являются гексагональная призма {1120}, гексагональные бипирамиды {2241}, {2243}, ромбоэдр {1011} и пинакоид {0001}. Грани призмы и бипирамид обычно покрыты косой штриховкой вследствие полисинтетического двойникования по {1011}.
Физические свойства. Цвет корунда синевато- или желтовато-серый (сапфир — синий, рубин — красный, лейкосапфир — бесцветный). Черты не дает. Блеск стеклянный. Спайность отсутствует. Имеет отдельность по (0001) и (1011) вследствие полисинтетического двойникования. Твердость — 9. Плотность — 3,95—4,10. Оптические свойства: одноосный, отрицательный, часто аномально двухосный, nm — 1,767, nр = 1,759, 2V = до 58°. Обладает полупроводниковыми свойствами.
Диагностические признаки корунда — форма кристаллов, шероховатость на гранях, синевато-серая окраска, высокая твердость. Главные линии на рентгенограммах: 2,081; 1,599; 1,374. П. п. т. не плавится, в кислотах не растворяется.
Отличие от сходных минералов. Корунд иногда путают с дистеном (Al2O[SiO4], от которого он отличается отсутствием спайности и высокой твердостью. Рубин можно спутать с красной шпинелью, имеющей, однако, иную форму кристаллов. В зернистых агрегатах отличие между рубином и красной шпинелью устанавливается под микроскопом.
Искусственное получение. Корунд получен при плавлении бокситов в электрической печи. Искусственные рубины и сапфиры получены плавлением и раскристаллизацией глинозема в кислородно-водородном пламени, при этом образуются чистые и прозрачные «бульки», которые при добавлении солей хрома становятся рубиново-красными, а с солями кобальта и титана приобретают разные оттенки цвета сапфира.
Образование и месторождения. Главные промышленные месторождения корунда возникают в гранитных пегматитах в связи с их десилификацией, а также в контактово-метасоматических образованиях. Они являются продуктом пневматолитового и гидротермального метаморфизма кислых эффузивных пород, вызванного влиянием молодых интрузий кислого состава. Эти процессы часто сопровождаются образованием так называемых вторичных кварцитов, из которых добывается основная масса природного корундового сырья. Во вторичных кварцитах корунд находится в ассоциации с кварцем, андалузитом, мусковитом, диаспором, пирофиллитом, каолинитом и др.
К.Н. Озеров наметил эмпирическую связь между условиями образования и габитусом кристаллов корунда. Согласно его данным, бипирамидальные и призматические кристаллы, удлиненные по главной кристаллографической оси, а также ромбоэдрические кристаллы изометрической формы характерны для месторождений, залегающих среди несиликатных или бедных кремнеземом пород, содержащих много оснований: в щелочных и нефелиновых сиенитах, ультраосновных, основных и карбонатных породах. Пластинчатые и таблитчатые пинакоидальные формы встречаются почти исключительно среди богатых кремнеземом и бедных основаниями горных пород — во вторичных кварцитах, кварцево-слюдяных сланцах, гнейсах и гранитогнейсах. Крупные месторождения благородного корунда имеются в Бирме (рубины), откуда известен кристалл рубина весом в 690 г, в Индии (сапфиры в россыпях). Обычный корунд добывается в больших количествах в Канаде, Трансваале. Крупнейшее месторождение наждака находится на острове Наксос в Греции. В Советском Союзе наиболее значительные скопления корунда находятся на восточном склоне Урала (Борзовское и Иртяшское месторождения) и в Центральном Казахстане (Семиз-Бугу). Крупные кристаллы найдены в Пенсильвании в США (Корундум-Хилл и Шимерсвилл). В последнее время обнаружен на Украине в пределах Украинского кристаллического массива.
Разрушение. На земной поверхности корунд как очень устойчивый минерал образует вторичные месторождения, попадая в россыпи. При метаморфических процессах он превращается в другие минералы, содержащие алюминий (маргарит, силлиманит, дистен).
Практическое значение. Основное применение корунд находит в абразивной промышленности, где используется обычный корунд и наждак. Благородные корунды являются драгоценными камнями первого класса.
Гематит — Fe2O3. Название минерала происходит от греческого слова гематикос — кровавый. Гематит упоминается, в частности, у Теофраста, который говорит, что этот минерал кажется образованным из запекшейся крови. Синоним — красный железняк.
Химический состав: Fe — 70%, О — 30%. Иногда в незначительных количествах содержит примеси Ti, Al и Fe2+.
Сингония — тригональная, вид симметрии — дитригонально-скаленоэдрический — D3d — 3m(L363L33PC).
Структурная ячейка содержит Fe4Oe. Пространственная группа — D3d6 — R3c; a0 = 5,049, c0 = 13,75; a0 : c0 = 1 : 2,732.
Кристаллическая структура гематита аналогична структуре корунда.
Агрегаты и габитус. Гематит чаще встречается в сплошных, плотных, скрытокристаллических, листоватых и чешуйчатых, а также землистых агрегатах. По характеру агрегатов различают целый ряд разностей гематита, главнейшими среди которых являются: 1) железный блеск — явнокристаллическая разность черного цвета с металлическим блеском; среди железных блесков выделяются железные розы, являющиеся скоплением таблитчатых кристаллов, сросшихся в направлении основного пинакоида или в близком к нему положении, и железная слюдка — тонкочешуйчатая или мелкоскорлуповатая разность железного блеска, а также железная сметана — скопление очень тонких чешуек железного блеска, без металлического блеска, жирная на ощупь, красного цвета; 2) красный железняк — плотные агрегаты красного цвета; к красным железнякам относятся мартиты — псевдоморфозы гематита по магнетиту; оолитовые красные железняки, образованные отдельными округлыми зернами, сцементированными плотным красным железняком; глинистые, охристые и другие красные железняки; 3) красная стеклянная голова — натечная форма радиальноигольчатого и волокнистого и концентрически-скорлуповатого строения.

Кристаллы гематита имеют пластинчатый, ромбоэдрический и таблитчатый облик (рис. 182). Главными формами на кристаллах являются ромбоэдры {1011}, {1014}, пинакоид {0001} и гексагональная бипирамида {2243}. Часто наблюдаются полисинтетические двойники гематита по {1011}. Следствием двойникования является треугольная штриховка на гранях пинакоида и параллельная диагональная штриховка на гранях ромбоэдра. Гематит образует эпитаксические срастания с рутилом (TiO2), магнетитом (FeFe2O4), шпинелью (MgAl2O4), кальцитом (Ca[CO3]), а также ориентированные прорастания с ильменитом, возникшие в результате распада твердого раствора.
Физические свойства. Цвет кристаллических разностей железо-черный, землистые разности ярко-красные. Цвет черты вишневокрасный. Блеск — полуметаллический. Полупрозрачный в тонких пластинках. Спайность отсутствует, однако имеется отдельность по (0001) и (1011) вследствие двойникования. Излом полураковистый до неровного. Твердость — 5,5—6. Хрупкий. Плотность — 5,0—5,2. Оптические свойства: одноосный, отрицательный; nm = 3,01, np = 2,78. Под микроскопом в полированных шлифах анизотропен и слабо плеохроирует. Отражательная способность средняя — около 25%. Обладает магнитными и полупроводниковыми свойствами.
Диагностические признаки гематита — вишнево-красная черта, высокая твердость, пластинчатые и чешуйчатые агрегаты. Главные линии на рентгенограммах: 2,696; 2,518; 1,834. Растворяется в концентрированной HCl. П. п. т. не плавится. В восстановительном пламени становится магнитным.
Отличие от сходных минералов. Гематит похож на ильменит, магнетит, бурые железняки и бурнонит. Отличия: 1) у ильменита черная до бурой черта; 2) магнетит обладает магнитными свойствами; 3) бурые железняки имеют коричнево-бурую черту; 4) для бурнонита характерна низкая твердость (2—3) и свинцово-серая черта.
Искусственное получение. Искусственно гематит получен при взаимодействии паров FeCl3 и H2O, осаждением Fe(OH)3 при нагревании в Na(OH) до 280—450° С, при нагревании окиси железа и гидрата окиси железа.
Образование и месторождения. Гематит образуется в окислительных условиях в месторождениях и горных породах разного генетического типа. Он возникает магматическим путем, выделяясь в изверженных породах как акцессорный минерал, и при вулканических процессах, покрывая стенки кратеров вулканов, поры и поверхность застывающих лав. По наблюдениям А. Брейтгаупта, в 1817 г. в трещине на Везувии за 10 дней отложилась масса гематита до 1 м мощностью. Гематит встречается в гидротермальных месторождениях, где он может переходить в магнетит. Этот процесс называется мушкетовитизацией (мушкетовит — псевдоморфоза магнетита по гематиту). Наблюдается и обратный процесс образования псевдоморфоз гематита по магнетиту, называемый мартитизацией (мартит — псевдоморфоза гематита по магнетиту). При метаморфизме возникают главным образом железная слюдка и сплошные массы красного железняка (преимущественно за счет метаморфизма бурых железняков). Экзогенным путем скопления гематита образуются при мартитизации магнетита (это особенно характерно для стран с жарким климатом) по такой возможной реакции:
4FeFe2О4 + O2 = 6Fе2О3.

Указанная реакция, возможно, имеет место и при гидротермальных процессах. Крупнейшие месторождения гематита известны на Украине (в Кривом Роге), в районе Курской магнитной аномалии (Белгородская обл.) и вблизи Верхнего озера в США. Все они являются метаморфическими образованиями, возникшими за счет осадочных пород. Для этих месторождений характерно тонкое чередование мелкозернистого кварца с гематитом (в виде красного железняка и железного блеска), мартитом и магнетитом. Хорошо образованные кристаллы гематита найдены на Урале в окрестностях Свердловска, в месторождении Догнашка и на Какук-горе в Румынии, а также на острове Эльба. В виде железных роз гематит встречается в разных районах Швейцарии, особенно в Сен-Готарде. На земной поверхности гематит устойчивый и, как правило, подвергается только незначительному выветриванию (чаще всего образует железную сметану).
Практическое значение. Гематит — важнейшая железная руда. Минимальное промышленное содержание железа в рудах — не менее 46—50%. Чистые разности порошковатого гематита используются как краска для изготовления красных карандашей.
Ильменит. Представляет собой минеральный вид переменного состава — (Fe, Mg)TiО3, изменяющегося от крайнего железистого члена собственно ильменита — FeTiO3 до крайнего магниевого члена гейкилнта — MgTiO3. Название получил от Ильменских гор на Урале, где впервые был установлен. Название гейкилит дано по фамилии английского геолога А. Гейки. Синоним — титанистый железняк.
Химический состав ильменита — Fe — 36,8%, Ti — 31,6%, О — 31,6%; гейкилнта — FeO—О — 47,34%, Mg—О — 33,54%, TiO2 — 52,66—66,46%, часть Fe2+ замещается Mn2+, Fe3+ и Pb.
Сингония — тригональная, вид симметрии — ромбоэдрический — С3i — 3m(L36C).
Структурная (ромбоэдрическая) ячейка содержит (Fe, Mg)2Ti2O6. Пространственная группа — C3i2 — R3, а0 = 5,093—5,100; Ch = 14,07—14,12; а0 : c 0 = 1 : 2,764.
Кристаллическая структура ильменита аналогична структуре корунда.
Агрегаты и габитус. Ильменит наблюдается в виде вкрапленных зерен неправильной формы и кристаллов. Кристаллы его имеют толстотаблитчатын облик, иногда чешуйчатый (рис. 183). Главными формами являются пинакоид {0001} и ромбоэдры {1011}, {0221}, {2243}. Встречаются двойники по ромбоэдру {1011}. Известны ориентированные прорастания ильменита с гематитом и магнетитом (продукт распада твердого раствора).

Физические свойства. Цвет минерала железо-черный. Цвет черты черный, иногда бурый или бурокрасный. Блеск полуметаллический. Непрозрачный. Спайность отсутствует. Излом раковистый до полураковистого. Твердость — 5—6. Хрупкий. Плотность — 4,72. Слабо магнитный. Оптические свойства: одноосный, отрицательный. Отмечается очень сильное двупреломление. Под микроскопом в полированных шлифах серовато-белый, слабо плеохроичный, анизотропный. Часто наблюдаются полисинтетические двойники. Отражательная способность низкая — 18%.
Диагностические признаки. Характерный признак ильменита — габитус кристаллов (благодаря присутствию ромбоэдров). Главные линии на рентгенограммах: 2,74; 2,53; 1,720. Медленно растворяется в горячей HCl. П. п. т. в окислительном пламени не плавится; в восстановительном пламени слегка оплавляются края.
Отличие от сходных минералов. От магнетита ильменит в сплошных массах отличается более слабыми магнитными свойствами, а иногда отличие устанавливается только химическим путем.
Искусственное получение. Ильменит получен сплавлением TiO2 с FeCl3 при красном калении, а также пропусканием HF над смесью аморфного TiO2, металлического Fe и слабо прокаленного Fe2O3 при температуре 270—300° С.
Образование и месторождения. Образуется ильменит главным образом магматическим путем в основных изверженных породах, выделяясь в виде мелких кристаллов в начальной стадии кристаллизации магмы как акцессорный минерал. Известны также месторождения ильменита пневматолитового, пегматитового и гидротермального происхождения, связанные со щелочными породами.
Ильменит ассоциирует с магнетитом (FeFe2O4), сфеном (CaTiO[SiO4]) и рутилом (TiO2), образующим иногда в ильмените мирмекитовые выделения. Крупнейшие месторождения ильменита находятся в Норвегии (Экерзунд-Зоггендаль, Крагере, откуда известны большие кристаллы массой до 6—7 кг). Большие кристаллы ильменита найдены также в Ильменских горах (Урал) и в месторождении Сен-Кристоф (Франция). На земной поверхности ильменит устойчивый и образует россыпные месторождения, имеющие часто промышленное значение (морские россыпи Японии, Италии, россыпи на побережье Черного моря).
Практическое значение. Ильменит является рудой на титан, который используется для получения ферротитана, титановых белил и т. д.