title-icon
Яндекс.Метрика
» » Алюмосиликаты, содержащие H2O (цеолиты)

Алюмосиликаты, содержащие H2O (цеолиты)

Цеолиты получили название благодаря способности вспучиваться перед паяльной трубкой (от греч. слов зео — вскипаю и литое — камень). Эти минералы содержат так называемую цеолитную воду, которую минерал может легко отдавать, не изменяя своей структуры, в отличие от кристаллизационной воды, выделение которой при нагревании нарушает структуру минерала. Наличие цеолитной воды: обусловлено особенностями структуры цеолитов. Основу ее слагают кольца из тетраэдров, крупные пустоты между которыми соединены довольно широкими каналами. Цеолитная вода находится в пустотах: при нагревании цеолиты постепенно теряют ее через каналы, сохраняя объем и соответственно изменяя лишь плотность и оптические константы (показатель преломления, угол оптических осей). Обезвоженный цеолит в соответствующих условиях вновь поглощает потерянную воду и восстанавливает прежние физические свойства.
Характерной особенностью цеолитов является их способность к катионному обмену путем диффузии. Так, Ca и Na могут обмениваться с катионами К, Mg, Fe2+, находящимися в водных растворах, или даже с анионами (например, Na натролита может замещаться SO4).
Способность катионного обмена в цеолитах также определяется особенностями структуры. После выделения воды каналы остаются открытыми и создают благоприятные условия для диффузии. Обезвоженные цеолиты могут поглощать не только воду, но и различные органические вещества (этиловый спирт, сероуглерод, некоторые красители), не нарушая своей структуры, а изменяя только некоторые физические свойства. С химической точки зрения цеолиты представляют собой водные алюмосиликаты Ca и Na, частично Ba, Sr, К редко Mg и Mn (табл. 75).

Цеолиты кристаллизуются в низших сингониях, причем все они, за исключением шабазита (тригональная сингония) и натролита (ромбическая сингония), принадлежат к призматическому виду симметрии моноклинной сингонии. Для цеолитов очень характерна четко выраженная способности к мимитезии, т. е. приближение по внешней форме к кристаллам с высшей симметрией. Характеристика структурной ячейки, приведена в табл. 76.

Физические свойства. Обычно цеолиты бесцветные или белого цвета, иногда они окрашены в другие цвета (красные гейландиты, красноватые десмины и шабазиты). Блеск цеолитов стеклянный, иногда перламутровый, слегка мерцающий (особенно на плоскостях спайности). Спайность средняя по (010) (десмин, гейландит), по (001) (гармотом, шабазит) и по (110) (натролит). Твердость по сравнению с другими каркасными алюмосиликатами несколько занижена, колеблется от 3,5 до 4,5 (поднимается до 5,0 у шабазита и 5,5 у натролита). Плотность — 2,1—2,5. Показатели преломления и двупреломления довольно низкие (табл. 77).

Диагностические признаки натролита — оптические свойства и химический состав; шабазита — ромбоэдрические кристаллы и спайность по ромбоэдру; гейландита — пластинчатый облик кристаллов, совершенная спайность, обусловливающая перламутровый отлив; десмина — сноповидные формы агрегатов; гармотома — двойники с крестообразным сечением. Главные линии на рентгенограммах: 6,7; 5,7; 2,82 (для натролита); 9,3; 4,35; 2,93 (для шабазита); 9,8; 8,5; 3,98 (для гейландита); 9,05; 4,03; 3,00 (для десмина); 8,11; 7,16; 6,25 (для гармотома). П. п. т. плавятся по-разному. Разлагаются в HCl с выделением студенистого слизистого или порошковатого SiO2.
Образование и месторождения. Цеолиты образуются главным образом из горячих и холодных вод. В первом случае они возникают при застывании вулканических пород, выходящих на поверхность со значительным количеством воды. В вулканических породах благодаря выделению паров и газов возникает много пустот, в которых и выделяются цеолиты, образуя сферолиты или просто выстилая стенки пустот. Этот процесс происходит в последние гидротермальные стадии застывания магмы. Цеолиты здесь обычно находятся в ассоциации с кальцитом, доломитом, гидрослюдами и кварцем. При образовании цеолитов наблюдается некоторая последовательность, заключающаяся в том, что сначала выделяются цеолиты, бедные водой и богатые кремнеземом, а потом — цеолиты, богатые водой и бедные кремнеземом. В нефелиновых породах в последние стадии гидротермального процесса наблюдается превращение нефелина в цеолиты, в частности в натролит (так называемый шпреуштейн.) При экзогенных процессах цеолиты возникают за счет изменения алюмосиликатов или природного стекла. Образование цеолитов иногда имеет место в почвах. Скопления цеолитов связаны главным образом с вулканическими породами. Месторождения их находятся в Забайкалье (окрестности Усть-Кяхты), на Кавказе в Восточной Сибири, в районе Кара-Дага в Крыму, в Закарпатье, на Волыни и в некоторых других местах Украинской кристаллической полосы. Кроме того, следует отметить развитие гармотома в рудных свинцово-цинковых жилах Гарца и Шотландии.
Разрушение. На земной поверхности цеолиты неустойчивы. Более сложные цеолиты, содержащие вместе Ca, Na, а также К, переходят в цеолиты чисто натриевые или чисто кальциевые и в конце концов превращаются в хлорит, пренит и монтмориллонит. Этому процессу способствует возможность катионного обмена. Иногда наблюдается каолинитизация цеолитов.
Практическое значение имеют только искусственные цеолиты, используемые как водоочистители. Соответственно структурным особенностям среди цеолитов мы выделяем три группы: натролита, шабазита и гейландита — филлипсита.
На основании различной прочности связей между тетраэдрами в каркасе все цеолиты можно разделить на три подгруппы: одномерные (волокнистые), трехмерные (изометрические) и двумерные (пластинчатые).
К одномерным цеолитам принадлежат такие, у которых каркасная структура состоит из четверных колец Al2Si2O10 (рис. 210), соединяющихся при помощи пятого атома Si в цепочки, параллельные оси с. Между собой цепочки связаны тетраэдрами соседних колец. В продольных полостях между цепочками размещаются катионы Na, Ca и Ba и молекулы H2O.
Из минералов, принадлежащих к этой подгруппе, мы рассмотрим только натролит.
Натролит — Na2[Al2Si2O10]*2Н2O получил название по содержанию натрия (натриевый камень).
Химический состав приведен в табл. 75. Сингония — ромбическая, вид симметрии — ромбопирамидальный — C2v — 2mm(L22P).

Агрегаты и габитус. Натролит часто встречается в виде хорошо образованных друз вместе с другими цеолитами и анальцимом, а также в виде радиальных агрегатов, образованных кристаллами столбчатого облика (рис. 211, а). Главными формами являются ромбическая призма {110}, ромбическая бипирамида {111} и пинакоид {100}.
Физические свойства. Натролит в большинстве случаев бесцветный, белый, однако иногда приобретает желтоватый или красноватый цвет. Спайность средняя по (110). Твердость — 5—5,5. Плотность — 2,2—2,5. Оптические свойства приведены в табл. 77.
К трехмерным цеолитам принадлежат такие, в которых структура состоит из двухэтажных шестерных и восьмерных колец состава (Al, Si)12O30 (в шабазите, рис. 210, б) и (Al, Si)16O40 (в гармотоме), связанных друг с другом в направлении а. Из принадлежащих к этой группе минералов мы рассмотрим только шабазит и гармотом.
Шабазит — (Ca, Na2)[AlSi2O6]2*6H2O. Название происходит от слова хабазиос, которым назван камень, воспетый греческим поэтом Орфеем. Синоним — хабазит. Химический состав приведен в табл. 75.
Сингония — тригональная. Встречается в виде массивных агрегатов и кристаллических Друз. Габитус кристаллов ромбоэдрический, близкий к кубическому (рис. 211). Главные формы — {1011}, {0112}, {0221} и др. Довольно часто встречаются двойники прорастания с трехгранными выступающими углами на гранях {1011}, как у киновари.
Физические свойства. Цвет шабазита белый с красноватым или буроватым оттенком. Твердость — 4—5. Плотность — 2,1—2,2. Оптические свойства приведены в табл. 77.

Гармотом — Ba[AlSi3O8]2*6Н2О. Название минерала происходит от греч. слов гармос — шов и томос — резание (по способности двойниковых кристаллов раскалываться параллельно плоскостям (010) на симметричные половины). Синоним — крестовый камень. Химический состав приведен в табл. 75.
Сингония моноклинная, вид симметрии — призматический — Cwh — 21/m(L2PC).
Габитус. Для гармотома характерны отдельные кристаллы или их лучистые группы. Габитус кристаллов столбчатый, главные формы — {110}, {001} и {010}. На гранях (110) и (010) обычно отмечается штриховка, проходящая вдоль [001]. Простые кристаллы гармотома редки, чаще всего они представляют собой крестообразные двойники срастания.
Физические свойства. Цвет гармотома сероватый, желтоватый и красноватый. Спайность средняя — по (001). Твердость, — 4,5—5,0. Плотность — 2,4—2,5.
К двумерным цеолитам принадлежат такие, в которых наблюдается определенная ориентировка алюмокремнекислородных тетраэдров. Две трети тетраэдров связаны друг с другом в сетки из шестичленных колец, располагающихся в плоскостях, параллельных (010). При помощи оставшейся трети тетраэдров слои соединяются друг с другом. Образующийся каркас состоит из каналов, образованных шестичленными кольцами в направлении, параллельном [100], и каналами, образованными пяти- и восьмичленными кольцами в направлении, параллельном [001]. Внутри каналов размещаются катионы Ca, Na, К и молекулы H2O.
В этой подгруппе мы рассмотрим гейландит и десмин.
Гейландит — Ca[Al2Si7O18]*6Н2O. Назван в честь английского собирателя минералов Гейланда. Химический состав приведен в табл. 75.
Агрегаты и габитус. Гейландит наблюдается в виде листоватых масс с почти параллельным срастанием пластинок, в связи с чем он получил второе название — листоватый цеолит, а также в зернистых агрегатах. Зернистые агрегаты образованы кристаллами таблитчатого облика (см. рис. 211). Обычными формами на них являются {010}, {001} и {101}. Иногда встречаются двойники по (100).
Физические свойства. Цвет гейландита белый, желтый и кирпично-красный. Оптические свойства приведены в табл. 77.
Десмин — Ca[Al2Si7O18]*7Н2O. Получил название от греч. слова десме — связка (по сноповидной форме агрегатов). Синоним — стильбит. Химический состав приведен в табл. 75.
Агрегаты и габитус. Десмин образует сноповидные агрегаты, а также кристаллы плосковытянутого или таблитчатого облика (рис. 211), часто наблюдающиеся в миндалинах в виде друз. Иногда встречаются двойники прорастания десмина с двойниковой плоскостью (001).