Булах А.Г. Общая минералогия

Подождите немного. Документ загружается.

5. Какие направления и почему являются полярными у кварца как пьезовлектрика? Как

выпиливаются пьезоалементы?

6. Что определяет природу окраски кварца?

7. Каково строение опала и в чем причина его опалесценции?

8. Чем определяются состав, структура, свойства и условия образования шпинели?

Какой химический состав имеет магнетит, каковы особенности его магнитных свойств?

10. Приведите классификацию минералов группы пирохлора и его упрощенную формулу.

Где эти минералы встречаются?

11. Каковы состав, свойства и месторождения вольфрамита?

12. Что такое псиломелан?

Глава 11

ГИДРОКСИДЫ

ОБЩИЕ

СВЕДЕНИЯ

Большинство гидроксидов являются приповерхностными минералами, образующи-

мися в процессах выветривания разных горных пород и руд, осадконакопления, диа-

генеза. Наиболее распространены из них гидроксиды железа, на долю которых при-

ходится около 0,2% от объема земной коры, и марганца. Как более редкое явление,

установлено формирование гидроксидов в ходе низкотемпературных гидротермальных

и метаморфических процессов.

Практическое значение имеют гидроксиды железа, алюминия, марганца, урана,

бора как руды на эти химические элементы.

КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ

В гидроксидах гидроксил-ион является единственным или доминирующим в их кри-

сталлических решетках анионом. Состав минералов обычно прост и выражается фор-

мулами А1(ОН)

(гиббсит), Mg(OH)

(брусит), АЮ(ОН) (бёмит), FeO(OH) (гётит)

и т. п. В нескольких гидроксидах в качестве дополнительных анионов выступают

(СОз)

, как, например, в гидротальките

(OH)i6(C03)4Н2О,

а также

(SO4)

С1~.

Уникальными по составу и структуре являются такие минералогические рари-

теты, как валерит

Cu2Fe2Mg

S4(OH)6

и другие гидроксиды-сульфиды.

Большая часть природных гидроксидов является минералами алюминия, урана,

точнее уранил-иона (иОг)

, марганца (Мп

, Мп

), железа, магния, меди, ва-

надия (V

, V

). Известны также природные гидроксиды бора, вольфрама, ни-

келя, хрома. Как видно из этого перечисления, большинство входящих в гидроксиды

химических элементов являются металлами четвертого периода таблицы Д. И. Мен-

делеева, образующими с гидроксил-ионами устойчивые при низких температурах и

труднорастворимые в воде химические соединения.

Подавляющее число гидроксидов имеет слоистую, цепочечную или тоннельную

структуру разной сложности. Наличие гидроксил-иона, одновалентного, но равного

по размеру иону О

, значительно снижает прочность химических связей в структу-

рах гидроксидов по сравнению с чисто кислородными соединениями сходного состава.

В некоторых гидроксидах (диаспор, гётит и др.) проявлена смешанная гидроксильно-

водородная связь, чтобы подчеркнуть это, их формулы иногда пишут по-особому, на-

пример

HAIO2

для диаспора и НРеОг для гётита. Так или иначе все эти особенности

часто приводят к заметным отклонениям структуры гидроксидов от принципа плот-

нейшей упаковки атомов.

Кристаллохимические формулы и некоторые сведения о главнейших минералах-

гидроксидах приведены в табл. 33.

192

Таблица

33.

Главные минералы-гидроксиды

Минерал Сингония Твердость

Брусит

Mg(OH)

Триг.

2,5

Гиббсит

А1(ОН)

Мон.

2,5-3,5

Бёмит

7-АЮ(ОН)

Ромб.

3,5

Диаспор

а-АЮ(ОН)

6-7

Гётит

a-FeO(OH)

4,5-5,5

Лепидокрокит

7-FeO(OH)

Манганит

МпМп0

(ОН)2

Мон.

3-4

Пирохроит

Мп(ОН)

Триг.

МОРФОЛОГИЯ КРИСТАЛЛОВ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В подавляющем большинстве гидроксиды

не

образуют различимых, заметных гла-

зом кристаллов,

обычно форму

их

кристаллических индивидов можно установить

лишь

помощью электронного микроскопа. Почти всегда

они

встречаются

порош-

коватых, землистых, натечных фарфоровидных массах

и в

виде оолитов. Исключения

из этих правил единичны,

они

относятся

диаспору

гиббситу:

нескольких место-

рождениях известны

их

пластинчатые кристаллы размером

от 0,1 до 2,3 см.

Невысокая твердость большей части гидроксидов

(от 1 до 3)

объясняется малой

прочностью

их

кристаллических структур

большой долей остаточных связей,

как,

например,

гиббсите,

где

каждая трехслойная пачка А1(ОН)з слабо скреплена

с та-

кими

же

соседними пачками. Исключение представляет диаспор

в тех

редких случаях,

когда

он

образует самостоятельные кристаллы.

Они

обладают твердостью

6,5 — 7 из-

за большой роли водородных (достаточно сильных) связей

диаспоре.

Окраска минералов разнообразна

часто пестрая.

Она

обусловлена разными при-

чинами. Во-первых, гидроксиды железа

марганца имеют свою собственную корич-

невую

или

буро-черную окраску, обусловленную

тем, что

железо

марганец являются

типичными элементами-хромофорами. Во-вторых, из-за тонкодисперсного сложения

агрегатов, которые образуют гидроксиды,

в них

содержится много пигментирующих

механических примесей.

Так,

смеси гидроксидов алюминия

(в

идеале бесцветные)

окрашены

бурые, охряные, красные цвета примесями бурого железняка

гематита.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ

МИНЕРАЛАХ

Гидроксиды магния. Наиболее распространен среди

них

брусит Mg(OH)2-

Он

имеет слоистую структуру,

ее

можно трактовать

как

близкую

гексагональной плот-

нейшей упаковке,

узлах которой находятся гидроксил-ионы.

октаэдрических

пу-

стотах между ними^располагаются атомы магния,

но не во

всех пустотах,

через слой

(рис.

154).

Графически структуру минерала легко изобразить

виде слоев, плотно

сложенных октаэдрами Mg(OH)6- Вершина каждого такого октаэдра является общей

для двух соседних октаэдров,

результате итоговая формула октаэдра получается

(OH)

(i/3),

т.е.

Mg(OH)2-

Это,

естественно, точно отвечает химической фор-

муле минерала

и в то же

время показывает электронейтральность каждого слоя окта-

эдров. Результатом является весьма совершенная спайность брусита

по

базопинако-

иду,

так как

разрыв кристалла между электронейтральными слоями октаэдров проис-

ходит очень легко. Кристаллы брусита бесцветные пластинчатые, гексагонального

се-

чения.

Минерал редок. Образуется

как

один

из

продуктов гидротермального изменения

ультраосновных горных пород

и как

метаморфогенный минерал

некоторых мрамо-

193

Рис. 154- Схемы структур брусита и гиббсита в разных изобра-

жениях (шариковая и полиэдрическая модели — в объеме и вид

сверху).

194

pax. Встречается в тонкозернистых массах, кристаллах, иногда в виде параллельно-

игольчатых агрегатов, называемых немалитом и немалит-асбестом.

Гидроксиды алюминия. Наиболее распространены среди них гиббсит А1(0Н)з,

бёмит 7-А10(0Н) и диаспор а-АЮ(ОН). Гиббсит имеет подобную бруситу слоистую

структуру (см. рис. 154), но в каждом октаэдрическом слое атомы алюминия за-

полняют лишь 2/3 октаэдрических пустот. Структуры двух полиморфов одного и

того же состава — бёмита и диаспора — являются производными от плотнейшей гек-

сагональной упаковки, но она сложена двумя анионами, О

и ОН

, и не является

идеальной. Кристаллические решетки как бы состоят из цепочек искаженных ок-

таэдров А1(0,0Н)б, по-разному собранных в слои (рис. 155) и частично скрепленных

гидроксильно-водородными связями в дополнение к ионным связям, преимущественно

характерным для чисто кислородных плотнейших упаковок. В соответствии с особен-

ностями их структур кристаллы бёмита и диаспора, как это видно в электронном

микроскопе, удлиненно-пластинчатые. Твердость этих минералов выше, чем у гибб-

сита, из-за определенной роли в их конституции водородных связей, при этом диаспор

является самым твердым из этих трех минералов, очевидно, не только из-за наличия

водородных связей, но и за счет большей компактности его структуры, чем у гиббсита

и бёмита.

Диаспор

Бемцт

Рис. 155. Структуры диаспора и бёмита.

Гидроксиды алюминия в индивидуальных выделениях встречаются редко. Обычно

все вместе они образуют смеси с гидроксидами и оксидами железа, каолинитом и

другими минералами, называемые бокситами. Это плотные мелко- и тонкозернистые

массы, каменистые, рыхлые или глиноподобные. Часто имеют оолитовую структуру.

Цвет белый, серый, красный, темно-красный. Образуются, во-первых, как продукт

поверхностного выветривания гранитов в тропических странах (рис. 156). В этом отно-

шении бокситы стоят в одном генетическом ряду с латеритами, последние возникают

за счет выветривания ультраосновных и основных горных пород, они беднее гидро-

ксидами алюминия, однако богаче слоистыми силикатами, оксидами и гидроксидами

железа, а иногда минералами никеля. Во-вторых, бокситы образуются как осадочные

горные породы за счет перемыва месторождений первого типа. Они являются главной

рудой для получения глинозема и металлического алюминия, огнеупоров, цементов.

Иногда отмечаются кристаллы гидроксидов алюминия — гиббсита и диаспора. Гиб-

бсит наблюдается в виде бесцветных и белых пластиночек гексагональных очертаний

и с совершенной спайностью по пинакоиду среди продуктов гидротермального изме-

нения нефелина. Диаспор известен в пластинчатых с грубой штриховкой и сильным

перламутровым блеском кристаллах сиреневого и бурого цвета. В таких кристаллах

он встречается в метаморфических месторождениях.

195

Рис. 156. Кайнозойские и современные климатические зоны

Восточного полушария Земли, благоприятные для образова-

ния латеритов и бокситов (по В. М. Синицыну).

Гидроксиды железа. Индивидуально встречаются редко: гётит наблюдается ино-

гда в виде золотисто-бурых иголочек среди кварца в кварц-халцедоновых жеодах или в

виде сростков пластинчатых кристаллов (рис. 157), лепидокрокит образует золотисто-

бронзовые слюдоподобные налеты на гематите и других окисленных минералах же-

леза. Обычно же встречаются в смесях, называемых бурым железняком и лимонитом.

Рис. 157. Друза пластинчатых кристаллов гётита.

Это ржаво-коричневые до черных тонкодисперсные землистые, натечные, почковид-

ные агрегаты (рис. 158, 159), потеки, псевдоморфозы по пириту, гематиту и другим

минералам, наконец, агрегаты оолитового сложения. Блеск матовый или стеклянный.

Черта ржавая.

196

Кб

Рис.

158.

Типы агрегатов гётита, образующихся

при

окислении магнетита

гематита

железистых кварцитах Кривого Рога (Аркос Видал, Пирогов,

1995).

Мр

—

мартит (псевдоморфозы гематита

по

магнетиту).

Рис.

159.

Пример внутреннего строения почковидного агрегата гётита

(Аркос Видал, Пирогов,

1995).

1 —

6—зоны

разного строения.

Образуются

результате поверхностного окисления различных

руд и

минералов

железа, выпадают

виде коллоидно-химических осадков

на

стадиях сингенеза

эпи-

генеза при формировании осадочных горных пород. Являются рудой

на

железо,

по-

рошковатые массы используются для изготовления красок.

197

Рис. 160. Внутреннее строение глубоководной железомарган-

цевой конкреции.

Видна многократность процессов роста, разрушения, роста

конкреций.

Рис. 161. Форма и строение конкреции на дне океана (Горди-

енко,

1986).

198

Гидроксиды марганца. Известно около двадцати гидроксидов чистого марганца

и марганца

сочетании

другими химическими элементами (барием, кальцием,

ни-

келем, цинком

др.).

Все они

похожи друг

на

друга. Обычно гидроксиды марганца

встречаются

смеси друг

другом, пиролюзитом

другими оксидами

Мп в

виде

землистых, натечных, оолитовых агрегатов. Нередко такие массы называют псило-

меланом. Цвет

их

черный, буро-черный, черта буро-черная, маркая. Твердость

от

6 до 2.

Точная диагностика минералов обычно осуществляется специальными

ла-

бораторными методами. Смеси, обогащенные водой, максимально буро-коричневые,

рыхлые

легкие, более маркие, называются вадами.

Гидроксиды марганца образуются

некоторых гидротермальных месторождениях,

в процессах выветривания разных марганецсодержащих минералов,

как

коллоидно-

химические осадки

и на дне

современных океанов

(рис. 160).

Являются рудой

на

марганец.

Co-Ni

асболан

IVM^VIVlVIVIVr^

Мп2+,0,ОН)

МН

^о

Н2

11ЯЯ

(Ni,Co)(O.OH)

(Ni,Co)(0,OH)

•

ШШ

Бузерит

(

V W

»Na

,Ca

\* /

V V

к A

,Ca

Рис.

162.

Примеры сложных слоистых структур гидроксидов марганца.

199

Фазовый и химический состав современных железомарганцевых конкреций на дне

океанов и морей обычно сложен, нередко он разный в разных частях конкреций

(рис.

161). Железо концентрируется в виде гидроксидов. Марганец имеет разную

валентность и представлен оксидами типа пиролюзита, романешита, тодорокита и мно-

гочисленными плохо окристаллизованными оксидами и гидроксидами — бернесситом,

бузеритом, голландитом, вернадитом, асболаном. Цветные металлы — это ионно-

обменные катионы в асболане и некоторых других гидроксидах сложной слоистой или

тоннельной кристаллической структуры (рис. 162). Часто в состав конкреций входят

в разном количестве цеолиты, глинистые минералы, тонкодисперсный кварц. Желе-

зомарганцевые конкреции изучаются сейчас как потенциальный источник для извле-

чения цветных металлов. Хотя их относительное содержание в конкрециях невелико

(меди, никеля 1

—1,5%,

кобальта около

0,2%),

абсолютные запасы сосредоточенных в

них цветных металлов огромны.

Контрольные вопросы

1. Какие главные типы структур гидроксидов вы можете назвать?

2. Каковы условия образования бокситов?

3. Что такое по минеральному составу бурый железняк и лимонит и как они образуются?

4. Какими минералами сложены железомарганцевые конкреции?

5. Что такое писломелан и вад?