Группа андалузита

В эту группу входят полиморфные модификации вещества состава Al2SiO5 — дистен (кианит) и андалузит. Здесь мы рассмотрим также силлиманит, относящийся к подклассу цепочечных силикатов (рис. 222). Формулы дистена — Al2O[SiO4], андалузита — AlAlO[SiO4], силлиманита — Al[AlSiO5].
Название дистена происходит от греч. слов ди — дважды и стенос — сила (имеет разную твердость в двух направлениях); название кианита — от греч. слова кианос — синяя краска. Андалузит назван по месту своего нахождения (Андалузия в Испании), силлиманит — в честь американского профессора В. Силлимана.

Химический состав. Все описываемые минералы характеризуются эмпирической формулой Al2SiO5 и имеют состав: Al2O3 — 63,1%, SiO2 — 36,9%. В качестве примесей в дистене обычно присутствуют Cr (до 1,8%), а андалузите — Fe и Mn (до 7% с образованием марганцевой разности — виридина), в силлиманите — Fe2O3 (до 2—3%).
Дистен кристаллизуется в пинакоидалыюм виде симметрии триклинной сингонии Ci — I(С), а андалузит и силлиманит — в ромбобипирамидальном виде симметрии ромбической сингонии — D2h — mmm(3L23РС).
Структурная ячейка содержит 4 единицы. Пространственная группа дистена — Ci1 — P1, андалузита — D2h12 — Рnnm, силлиманита — D2h16 — Pbnm. Для дистена a0 = 7,10, b0 = 7,74, с0 = 5,57; а = 90°05', в = 101°02', y = 105°54', а0 : b0 : c0 = 0,917 : 1 : 0,720. Для андалузита а0 = 7,78, b0 = 7,92, c0 = 5,57; а0 : b0 : c0 = 0,982 : 1 : 0,703. Для силлиманита a0 = 7,43, b0 = 7,58, c0 = 5,74; а0 : b0 : c0 = 0,979 : 1 : 0,757.
Кристаллическая структура этих минералов (см. рис. 222) состоит из колонок, образованных половиной ионов Al3+ в шестерной координации, чередующихся с группами SiO4. Вторая половина ионов Al3+ находится в шестерной координации у дистена, в четверной — у силлиманита и в пятерной — у андалузита. Дополнительные ионы кислорода в Дистене связаны только с Al3+, в то время как ионы кислорода в тетраэдрах SiO4 связаны как с кремнием, так и с алюминием. Некоторые физические свойства минералов группы андалузита приведены в табл. 80.

Агрегаты и габитус. Дистен наблюдается в виде лучистых и жилковатых агрегатов. Кристаллы встречаются сравнительно редко и имеют столбчатый облик. Главными формами на них являются комбинации пинакоидов{100}, {010} и {001} (рис. 223). Довольно распространены плоскостолбчатые кристаллы с господствующей формой {100} и невыразительными другими плоскостями. Часто встречаются двойники дистена по (100), а также двойники сдвига, где плоскостью скольжения является (001). Андалузит образует лучистые, шестоватые и зернистые агрегаты. Кристаллы его имеют столбчато-призматический габитус (рис. 224) и характеризуются комбинацией призм {110} и {101}, а также пинакоида {001}. Поверхность отдельных кристаллов андалузита покрыта чешуйками слюд и других вторичных минералов, образовавшихся при выветривании андалузита или оставшихся на его кристаллах как реликты породы, в которой он развивался. В качестве разности андалузита выделяют хиастолит. Он наблюдается в глинистых сланцах в виде белых вытянутых кристаллов, обычно полых, иногда со столбиками глинистого или углистого вещества. Распределение включений обусловливает в разрезе кристалла черный крест на сером или беловатом фоне. Силлиманит в шестоватых или жилковатых агрегатах очень трудно отличить от андалузита. Отчетливые кристаллы силлиманита встречаются редко и обычно вытянуты вдоль третьей оси. На игольчатых кристаллах можно установить положение только немногих граней. Конечные грани на кристаллах силлиманита почти не встречаются.

Физические свойства. Цвет дистена голубой, синий, иногда зеленый, желтый; редко встречается бесцветный дистен. Андалузит бывает серого, желтого, бурого, розового и красного цвета, марганцевая разность — темно-зеленая; силлиманит — серый, светло-бурый, бледно-зеленый. Блеск всех трех минералов стеклянный, у дистена на плоскостях спайности перламутровый. Спайность дистена совершенная по (100) и менее совершенная по (010), у андалузита — отчетливая по (110), у силлиманита — совершенная по (010). Твердость, плотность и показатели преломления этих минералов приведены в табл. 80. На кристаллах дистена довольно четко проявляется анизотропия твердости. Так, твердость на грани пинакоида {100} в направлении [001] равняется 4,5, а на той же грани в направлении [010] — около 7.
Диагностические признаки дистена — голубая или синяя окраска и анизотропия твердости, андалузита — почти прямоугольные призматические формы с призматической спайностью и высокая твердость, силлиманита — игольчатые, шестоватые и волосовидные формы кристаллов. Главные линии на рентгенограммах: 3,32; 3,17; 1,373 (для дистена); 4,53; 2,17; 1,46 (для андалузита); 3,385; 2,537; 2,180 (для силлиманита). В кислотах не растворяются. П. п. т. не плавятся.

Образование и месторождения. По своему происхождению минералы группы дистена являются метаморфическими образованиями и только силлиманит и андалузит изредка встречаются в изверженных породах, где возникают, очевидно, в результате вплавления глиноземистых осадочных пород. Промышленные месторождения минералов группы дистена можно разделить на два типа: 1) контактово-пневматолитовые и 2) метаморфические. Контактово-пневматолитовые месторождения возникают в результате влияния эманаций глубинных кислых пород на толщи вулканических пород — кислых эффузивов и их туфов. На контакте наблюдается сильное окварцевание и образование так называемых вторичных кварцитов. С вторичными кварцитами связаны преимущественно месторождения андалузита. Процесс образования андалузита состоит в превращении полевошпатовых составных частей и переотложении их в форме андалузита и кварца. Андалузит местами наблюдается в больших скоплениях чистых андалузитовых пород, кварц же образует вмещающие их вторичные кварциты. В таких месторождениях минералы группы находятся в ассоциации с кварцем, корундом, гематитом, магнетитом и слюдами, к которым часто присоединяются топаз, турмалин и берилл. Метаморфические месторождения наиболее типичны для дистена и силлиманита. Они обычно связаны с древними докембрийскими свитами сильно метаморфизованных пород. Здесь дистен находится в кварцево-дистеновых сланцах, залегающих среди слюдисто-кварцевых сланцев, амфиболитов и других метаморфических пород. В общем это тип гнейсов и сланцев, где дистен и силлнманит находятся в ассоциации с корундом, гранатом, графитом, кварцем и мусковитом. В метаморфических условиях минералы группы андалузита возникают за счет изменения глинистых образований, содержащих каолинит или алюмосиликаты. Это превращение происходит при высоком давлении или при высокой температуре по такой возможной реакции:

Изучение минеральных ассоциаций показывает, что образование того или иного минерала группы андалузита обусловлено, очевидно, величиной давления, при котором происходит минералообразование. При наибольшем давлении возникает дистен, при среднем — силлиманит, а при наименьшем — андалузит. Месторождения минералов группы андалузита известны в бывш. Советском Союзе — Семиз-Бугу (Казахстан), а также ряд месторождений Урала (Борисовское в Качкарском районе) и Забайкалья, а за пределами России — в Калифорнии (Уайт Маунтен), Северной Индии (Хази Хиллс, Лaпca-Буру). Хорошие кристаллы хиастолита найдены на горе Хоуден в Южной Австралии.
Разрушение. На земной поверхности минералы группы дистена переходят в мусковит и хлоритопд. При процессах выветривания андалузит изменяется намного легче, нежели дистен, вследствие чего дистен часто встречается в россыпях. Кристаллы андалузита иногда покрываются слоем слюды, что указывает на начало их превращения.
Практическое значение. Применение описываемых минералов основано на их свойстве перекристаллизовываться при высоких температурах с образованием устойчивого муллита и небольшого количества кристобалитового стекла по такой схеме:

Температура перехода этих минералов в муллит неодинакова: дистен переходит в муллит при 1100—1410° С с увеличением объема на 18%; андалузит — при 1410—1530° С с увеличением объема на 5,4%; силлиманит — при 1550—1750° С с увеличением объема на 7,2%. Муллиту, который получается при обжиге этих минералов, свойственны высокая огнеупорность (температура плавления 1825—1850° С), химическая инертность и механическая прочность. Минералы группы дистена используются как высокоглиноземистые огнеупоры в металлургии и в керамической промышленности, а также как руда для получения кремнеалюминиевого сплава силумина.