Карбонаты, сульфаты, вольфраматы, фосфаты

Оксиды

Общая характеристика группы дана в табл. 4.1. Земная кора содержит до 17 % (по массе) оксидов. Наиболее распространены кварц (12,6 %), оксиды и гидрооксиды железа (3,9 %), оксиды и гидрооксиды AI, Мn, Ti, Сг. Напомним здесь, что главная масса железорудных и марганцевых руд имеют осадочное проис­хождение. Минералы группы оксидов являются рудной базой черной металлургии. Важнейшие рудные минералы железных и марганцевых руд: гематит (Fe₂O₃), магнетит (Fe₃O₄), бурый железняк (Fе₂O₃ ^. Н₂O), пиролюзит (МnО₂), браунит (Мn₂O₃), гаусманит (Мn₃O₄), псиломелан (МnO₂ ^. МnО ^. n Н₂O), манганит (МnO₂ ^. Мn(ОН)₂.

Для кристаллических решеток оксидов характерна ионная связь. Оксиды Fe, Mn, Сг, Ti имеют полуметаллический блеск и темную ок­раску. Эти минералы непрозрачны. Для магнетита (Fe₃O₄) и ильменита (FеО ^. ТiO₂) характерным свойством является их магнитность.

Магнетит, Fe₃O₄. Название по месторождению минерала в провин­ции Магнезия (Греция). Синоним - магнитный железняк. Важная же­лезная руда. Магнетит в чистом виде (без пустой породы) содержит до 72,4 % Fe. В решетке магнетита находятся двух- и трехвалентное железо: FeO ^. Fе₂О₃. Вследствие изоморфизма позиции Fе²* и Fe³* могут занимать близкие по размеру катионы соответствующей валент­ности. Это дает огромную гамму минералов на базе магнетита: каль­циевый магнетит (Са; Fe)О ^. Fе₂О₃, магномагнетит (Мg, Fe)0 ^. Fе₂О₃, магнезиоферрит МgО ^. Fе₂О₃. Хромомагнетит FeO ^. (Fe, Сг)₂О₃, алюмомагнетит FeO ^. (Fe, А1)₂О₃. Титаномагнетиты могут содержать Ti в кристаллической решетке магнетита (TiO ^. Fе₂О₃ - ульвёшпинель) или в составе ильменита (FeO ^. ТiO₂), с которым совместно кристаллизовался магнетит. Ясно, что механи­ческое разделение Ti от Fe возможно только в ильмените.

В зоне окисления магнетит постепенно превращает­ся в гематит под действием кислорода воздуха. Продукты окисления магнетита в природе называются полумартитами и мартитами.

Хотя в технике монооксид двухвалентного железа (FeO, вюстит) получают в ходе доменного процесса миллионами тонн, в природе он крайне редок (FeO, иоцит). В зоне окисления присутствуют, таким образом, только высшие оксиды железа: магнетит (Fe₃O₄), гематит (Fе₂O₃) и гидрооксиды (Fе₂O₃ • nН₂O).

Чаще всего магнетит образует сплошные зернистые массы чер­ного цвета. Иногда он встречается в виде правильных октаэдрических кристаллов. От похожего хромита отличается черной чертой и сильной магнитностью.

Таблица 4.1 - Оксиды

Научное название минерала	Другие названия	Химическая формула	Крист. решетка	Блеск	Цвет	Твердость по Моосу
Магнетит	Магнитный	Fe3O4	Куб.	Полумет.	Черный	5,5-6
Гематит	Красный железняк	Fe2O3	Тригон.	Полумет.	Черный, сталь­ной, красный	5,5-6
Гётит	Бурый железняк	Fe2О2 ^. Н2О	Ромб.	Алм., полу­ метал.	Темно-бурый	4,5-5,5
Хромит	Хромистый железняк	FeO ^. Сr2O3	Куб.	Метал.	Черный	5,5-7,5
Ильменит	Титани-стый железняк	FeO ^.TiO;	Триг.	Полуметал.	Черный, стальной	5-6
Пиролюзит	-	МnO2;	Тетраг.	Полуметал.	Черный	5-6
Браунит	-	Мn2O3	Тетраг.	Полуметал.	Черный
Корунд	-	Аl2O3	Триг.	Стекл.	Синеватый, желто-серый
Кварц	-	SiO2	Триг.	Стекл.	Бесцветный

Гематит, a- Fе₂O₃. Название связано с красным цветом минерала и его черты ("гематикос" - греч. - кровавый). Синоним - красный железняк. В природе и технике существует также тетрагональная разновидность этого оксида - маггемит (оксимагнетит), g-Fе₂O₃.

Встречается в виде сплошных плотных скрытокристаллических масс или в виде полосчатой руды, в которой рудное вещество распо­лагается среди полос кварцевой пустой породы. Кристаллы имеют пластинчатый, ромбоэдрический облик. Цвет вишнево-красный, железо-черный, стально-серый. Черта вишнево-красная. Натечные разновидности с гладкой красной поверхностью называются красной стеклянной головой. Крупнокристаллическая разновидность темного стального цвета - железный блеск (спекулярит). Под действием гор­ного давления возникают листоватые, чешуйчатые разновидности гематита - железная слюдка, железная сметана. Большая часть до­бываемой гематитовой руды относится к докембрийским осадочным рудам. Как уже указывалось, на долю гематитовых и мартитовых руд приходится в настоящее время до 90 % миро­вой выплавки чугуна. В чистом виде содержит до 70 % Fe. Крупнейшее месторождение – Кривой рог, Украина.

Гётит, Fе₃О₄ ^. Н₂O. Назван в честь немецкого поэта Гёте. Сущест­вует ряд бурых железняков, которые отличаются друг от друга количеством гидратной воды: гидрогематит Fe₂O₃ ^. 0,1Н₂О (твердый р-р воды в гематите), турьит (чернотал) 2Fe₂O₃ ^. Н₂О (механическая смесь гидрогематита с гётитом)

гётит Fe₂O₃ ^. Н₂О,

гидрогётит 3 Fe₂O₃ ^. 4Н₂О

лимонит 2Fe₂O₃ ^. 3Н₂О твердые растворы

ксантосидерит Fe₂O₃ ^. Н₂О воды в гётите

лимнит Fe₂O₃ ^. Н₂О

В этом ряду лишь гётит имеет собственную фиксированную рент­генограмму. Гидрогётит, лимонит, ксантосидерит и лимнит представ­ляют собой твердые растворы воды в гётите; гидрогематит - твер­дый раствор воды в гематите. Турьит - механическая смесь гидро­гематита и гётита. Истинная формула бурого железняка может быть определена прокаливанием его пробы до постоянной массы. Отметим также натечную разновидность бурого железняка - бурую стеклян­ную голову, а также прозрачную слюдку-лепидокрокит (FеО ^. ОН). Подавляющая масса бурого железняка осадочного происхождения имеет оолитовую структуру. Важная железная руда. В чистом виде содержит до 66,1 % Fе.

Хромит, (FеО ^. Сr₂O₃). Синоним: хромистый железняк. Магмати­ческий. Разновидности: алюмохромит (FеО ^. (Сг, А1)₂O₃, магнохромит (Fе^., Мg)0 ^. Сr₂O₃, хромпикотит (Fе, Мg)0 ^. (Сг, А1)₂O₃. В паре со свет­лым змеевиком Мg₆ [Si₄O₁₀](ОН)₃ хромит дает структуры, по виду напоминающие крыло рябчика ("хромит - рябчик"). Встречается обыч­но в виде сплошных зернистых агрегатов или отдельных вкраплен­ных зерен. От похожего магнетита отличается бурой чертой и отсутст­вием магнитности. Важнейшая руда на хром. Месторождения: Кемпирсайское (Актюбинская область), Сарановское (Сев. Урал), Зимбабве (Африка).

Ильменит (FeO ^. TiO₂). Название от Ильменских гор (Южный Урал). Синоним: титанистый железняк, пикроильменит (Мg, Fе)О ^. TiO₂. Об­лик кристаллов толстотаблитчатый, ромбоэдрический. От похожего темного гематита отличается слабой магнитностью, буро-черной чертой. Магматического: Эксрсунд (Норвегия), Айрон-Маунтин (штат Вайоминг, США), Аккард-Лейк (Квебек, Канада).

Пиролюзит (МnО₃). Название от греч. "пиро" - огонь и "люзис" - уничтожено (добавки пиролюзита уничтожают цветные окраски стек­ла). Хорошо ограненный пиролюзит называют полианитом. Осадочный. Характерные свойства: мягкий, оолитовый, землистый, черного цвета, пачкает руки. Важнейшая марганцевая руда, широко используемая при выплавке чугуна и стали, ферросплавов. Месторождения: Нико­польское (Украина), Чиатурское (Грузия).

Браунит (Мn₂O₃). Название в честь немецкого химика К. Брауна. Разновидности содержат до 8 % SiO₂ в виде механической тонкорас­пыленной примеси и до 10 % Fе, входящего в кристаллическую ре­шетку минерала (Мn, Fе)₂O₃. Чаще всего наблюдается в виде склеен­ных зернистых агрегатов. Заметная спайность. От похожего пиро­люзита отличается буроватым цветом черты, повышенной твердостью.

Корунд (А1₂O₃). Название имеет индийское происхождение. Обычно в бочковидных, столбчатых, пирамидальных кристаллах синеватого, желто-серого, красноватого цвета. Прозрачные кристал­лы корунда окрашены в различные цвета и являются драгоценными его разновидностями: лейкосапфир (бесцветный), рубин (красный), сапфир (синий), восточный топаз (желтый), восточный изумруд (зеле­ный) и восточный аметист (фиолетовый). Все перечисленные разно­видности корунда имеют твердость 9, уступая лишь алмазу. В связи с этим восточные топаз, аметист и изумруд ценятся выше, чем обычные топаз (тв. 8), аметист (тв. 7) и изумруд (тв. 7,5 - 8). Легко определяется по цвету, форме кристаллов и высокой твердости. Широко используется в абразивной промышленности, где из корундового порошка изготав­ливают точильные круги, шлифовальные порошки. Гидрооксиды алю­миния гиббсит Аl(ОН)₃, гидрагиллит Аl(OН)₃, бёмит (АlO ^. ОН) и диас­пор (АlO ^. ОН) составляют основу боксита - ценного сырья, исполь­зуемого для выплавки алюминия - или при производстве огнеупоров. Боксит кирпично-красного или красно-бурого цвета отличается от похожего бурого железняка красной чертой, а от красных глин тем, что не образует с водой пластичной массы. Месторождения боксита: Красная Шапочка, Североуральск, Ивдельск, Алапаевка (все на Урале),

Кварц (SiO₂). Название от нем. "куерэрц" - поперечная руда (имеют­ся в виду кварцевые жилы, располагающиеся обычно по трещинам поперек направления пластов горных пород). Кристаллы кварца имеют облик псевдогексагональных призм и дипирамид с характерной поперечной штриховкой граней призм. Земная кора со­держит до 13 % (по массе) кварца, который является самым распрост­раненным минералом на земле. Происхождение магматическое и гидротермальное. Легко узнается по форме кристаллов, раковистому излому и отсутствию спайности, высокой твердости.

Разновидности кварца: прозрачный бесцветный - горный хрусталь, прозрачные: желтый - цитрин, фиолетовый - аметист, дымчатый - раухтопаз (дымчатый кварц). Черный непрозрачный - морион.

Скрытокристаллическая непрозрачная разновидность (SiO₂) с ма­товой поверхностью и восковым блеском называется халцедоном. Обычно белого цвета, натечный, аморфный, твердость 7, непрозрач­ный, спайность отсутствует. Разновидности, сердолик (красный), сардер (буро-коричневый), сапфирин (молочно-синий), плазма и хри­зопраз (зеленые), гелиотроп (зеленый с красными пятнами). Обычно халцедон имеет зональное строение; при этом пористость зон различна. При прохождении природных или технических водных растворов по порам происходит окрашивание этих зон. Так получается агат, т.е. зонально окрашенный халцедон.

Твердый аморфный гидрогель кварца (SiO₂ ^. Н₂О) называется опалом. Его прозрачные разновидности драгоценны. Опал распоз­нается по эмалевидному излому, высокой твердости.

Драгоценные разновидности кварца, халцедона, агаты и опалы широко используются в ювелирном деле. Кварц используется также в промышленности: в оптике, для изготовления пьезокварцевых пластинок для звукоснимателей, в точной механике для изготовления опорных подшипников и подпятников, для изготовления химической посуды, а также в огнеупорном и стекольном производстве.

Общая характеристика групп дана в табл. 4.2. Карбонаты, состав­ляющие около 1,7 % от массы земной коры, являются осадочными или гидротермальными минералами. С химической точки зрения это соли угольной кислоты – Н₂СО₃. Карбонаты имеют ионные кристалличес­кие решетки; характерны малые плотности, стеклянный блеск, светлая окраска (за исключением карбонатов меди), твердость 3-5, реакция с разбавленной НСl. Карбонаты широко используются в черной метал­лургии в качестве флюса и как сырье для производства огнеупоров и извести.

Земная кора содержит 0,1 % (по массе) сульфатов, имеющих в основном химическое осадочное происхождение и представляющих собой соли серной кислоты Н₂SO₄. Обычно это мягкие, легкие, свет­лые минералы. Внешне они похожи на карбонаты, но не реагируют с НСl. Сульфаты используются в химической и строительной промыш­ленности. Они являются чрезвычайно вредной примесью в железных рудах, так как при агломерации удается удалить в газовую фазу неболее 60 - 70 % сульфатной серы.

Фосфаты имеют магматическое (апатит) и осадочное (фосфорит) происхождение. Вольфраматы встречаются чаще в гидротермальных и пегматитовых жилах.

Кальцит, СаСО₃. Название от греч. "кальк" - жженая известь. Си­ноним - известковый шпат. Осадочный органогенный, гидротермальный. Кристаллы в форме ромбоэдров. Со­вершенная спайность по ромбоэдру. Вскипает под действием разбав­ленной НСl на холоду. Разновидности: прозрачный, бесцветный - исландский шпат, ромбический белый - арагонит. В основном из каль­цита состоят толщи осадочных пород: мела, известняка, мрамора. Из кальцита состоит и известковый туф - травертин.

Черная металлургия потребляет миллионы тонн известняка в ка­честве флюса. Кроме того, известняк обжигают на известь в строитель­ной промышленности. Исландский шпат используется в оптике для изготовления поляризаторов.

Магнезит, МgСО₃. Назван в честь греческой провинции Магнезия. Синоним: магнезиальный шпат. Облик кристаллов ромбоэдрический с совершенной спайностью по ромбоэдру. В большинстве случаев встре­чается в виде зернистых агрегатов снежно-белого цвета с раковис­тым изломом ("аморфный" магнезит) и в серых удлиненных зернах. Гидротермальный. Важное сырье для произ­водства огнеупорного кирпича и заправочных порошков. Использова­ние доломитизированного известняка улучшает качество агломерата, окатышей и снижает вязкость доменных шлаков. Месторождения: Саткинское (Россия), Вейч (Австрия), Ляо Тун и Шен-Кин (Сев. вост. Китай), Квебекское (Канада).

Малахит, CuCO₃ × Cu(OH)₂. Название от греч. "малахэ" - мальва (имеется в виду зеленый цвет листьев мальвы). Азурит, 2CuCO₃ × Cu(OH)₂. Название от персидского "лазвард" - голубой. Натечные, землистые, концентрически скорлуповатые. Вскипает под действием разбавленной HCl. Используются как декоративные поделочные камни, руды на медь.

Сидерит, FeCO₃. Название от греч. слова, обозначающего железо. Синоним - железный шпат. Обычно в зернистых желтовато-белых, буроватых массах. Реагирует с холодной НС1, капля которой окра­шивается в зеленый цвет. Гидротермальный. Сидерит содержит до 48,3 % Fe и используется в качестве железной руды. Месторождения:

Бакальское (Юж. Урал), Керченское (Украина).

Родохрозит, MnCO₃. Название от греч. "родон" - роза и "хрос" – цвет. Синоним: марганцевый шпат. Обычно в виде зернистых агрега­тов розового, малинового цвета, черта белая. Реагирует с холодной HCl. Гидротермальный. Используется в качестве марганцевой руды. Место­рождения: Чиатурское (Грузия), Полуночное (Сев. Урал), Оброчище (г. Варна, Болгария).

Гипс, CaSO₄ × 2H₂O. Название от греч. термина, относившегося к обожженному гипсу и к штукатурке. Разновидности: волокнистый гипс - селенит; пластинчатый, прозрачный - "марьино стекло"; тонко­зернистая плотная массивная разновидность - алебастр. Техничес­кий алебастр (CaSO₄ × 0,5H₂O) получают обжигом гипса. Характерны таблитчатые кристаллы с совершенной спайностью, двойники срас­тания и другие, напоминающие розы. От похожего ангидрида отличается меньшей твердостью. От кальцита - отсутствием реак­ции с НС1. Используется в строительном деле, в химии и в медицине, а также для изготовления скульптур и предметов искусства. Место­рождения: на западном склоне Урала, Артемовское (Донбасс) и во многих других районах.

Барит, ВаSO₄. Название от греч. "барос" - тяжесть. Синоним тя­желый шпат. Встречается в виде белых, серых таблитчатых кристаллов с совершенной спайностью, а чаще в виде зернистых агрегатов. Легко отличается от карбонатов по высокой плотности и отсутствию реак­ции с НС1; от других сульфатов и от силикатов - по плотности. Исполь­зуется в нефтяном деле для цементации рыхлых пород в стенках скважин, в химии, а также для изготовления "баритовой штукатурки", поглощающей рентгеновские лучи в лабораториях и больницах. Вред­ная примесь в железных рудах. Месторождения: в Грузии, Туркмении, Центр. Казахстане и на Южном Урале.

Вольфрамит, (Mn, Fe)WO₄. Название от нем. "волчья пена" (примесь этого минерала к оловянным рудам дает при их проплавке шлак цвета волчьей шерсти). Синоним: Волчец. Обычно в виде толстотаблитчатых и призматических кристаллов со штриховкой на гранях или в виде зер­нистых агрегатов. Характерны буровато-черный цвет, бурая черта и высокая плотность. Важнейшая руда на вольфрам. Используется в металлургии для получения твердых сплавов и быстрорежущих ин­струментов, а также в электротехнической промышленности для изготовления нитей накаливания в электролампах и рентгеновских трубках. Месторождения: Юнань (КНР), на полуострове Малакка и в Бирме, Корнуэл (Англия), Бейра-Бейкс (Португалия), Тана (Боливия), Боулдэр (Колорадо, США).

Шеелит, CaWO₄. Назван в честь шведского химика Шееле (1742 -1786 гг.). Встречается в дипирамидальных, псевдооктаэдрических кристаллах, а также в виде неправильной формы включений желто­ватого цвета с алмазным блеском и явной спайностью. Вторая по значению вольфрамовая руда. Месторождения: Ср. Азия, Саксония, Циннвальд (Чехия), Пьемонт (Италия), Андалузия (Испания), Хуанкайя (Перу), штаты Калифорния, Аризона, Невада, Коннектикут (США).

Примечания	+HCl на холоду – HCl на холоду   +HCl     +HCl   +HCl +HCl   – –   –   –   – –
Твердость по Моосу	4 – 4,5   3,5 – 4 3,5 – 4,5     3,5 – 4,5   3,5 – 4 3,5 – 4   3 – 3,5   3 – 3,5   4,5 – 5,5   4,5
Плотность, г/см^3	2,6 – 2,8   2,9 – 3,1   2,6 – 3,1 3,9     3,6 – 3,7   3,9 – 4,1 3,7 – 3,9   2,3 2,8 – 3,0   4,3 – 4,7   6,5 – 7,5   5,8 – 6,2 3,18 – 3,21
Цвет	Бесцв.,молочно-белый Белый, серый   Желто-белый Желтовато-бурый,зеленоватый Розовый, малиновый Зеленый Синий   Белый Белый, сероватый Белый,серый   Буровато-черный Желтоватый Бледно-зеленый
Блеск	Стекл.   То же   ” ”     ”   ” ”   ” ”   ”   Алм.   Стекл. То же
Крист. решетка	Тригон.   Тригон.   Тригон. Тригон.     Тригон.   Монокл. Монокл.   Монокл. Ромб.   Ромб.   Монокл.   Тетраг. Гексаг.
Химическая формула	CaCO3 ­ MgCO3   (Ca,Mg)CO3 FeCO3     MnCO3 CuCO3×Cu(OH)2 2CuCO3×Cu(OH)2   CaSO4×2H2O CaSO4­­   BaSO4   MnFeWO4   CaWO4 3[3CaO×P2O5]×CaF2 3[3CaO×P2O5]×CaCl2
Другие названия	Известковый шпат Магнезиальный шпат ¾ Железный шпат   Марганце -вый шпат ¾ Медная лазурь ¾ ¾   Тяжелый шпат Волчец   ¾ ¾
Научное название	Кальцит   Магнезит   Доломит Сидерит     Родохрозит   Малахит Азурит   Гипс Ангидрит   Барит   Вольфрамит   Шеелит Апатит

Апатит. Название от греч. "апатао" - обманываю (похож на дра­гоценный берилл (изумруд) и турмалин, что затрудняло диагностику). Наиболее распространен фторапатит Ca₅[PO­₄]₃F или 3[3СаО × P₂O₅] × CaF₂, но встречается и хлорапатит - Ca₅[PO­₄]₃Cl или 3[3СаО × P₂O₅] × CaCl₂. Встречается в виде шестигранных призм и игл бледно-зеленого, изумрудно-зеленого и голубого цвета. Излом неровный, раковистый. Широко распространен также в виде зернистых, плот­ных масс белого цвета. От драгоценных изумруда и аквамарина от­личается меньшей твердостью (апатит не царапает стекла).

Вместе с виванитом Fe₃[PO₄]₂ × 8H₂O ("синяя земля") апатит яв­ляется обычно основным носителем фосфора в железных рудах; при­сутствие этих минералов в железной руде затрудняет металлургичес­кий передел, обесценивает руду, так как фосфор придает стали хладно­ломкость.

Дата добавления: 2014-01-06