Минералы классифицируются по химическому составу и кристаллической структуре на следующие группы:

1) самородные элементы;

2) сульфиды и сульфосоли;

3) галоидные соединения (галогениды);

4) оксиды;

5) кислородные соли (карбонаты, сульфаты, вольфраматы, фосфаты, силикаты).

Ниже будут рассмотрены минералы этих групп, входящие в программу курса минералогии для студентов металлургических факультетов высших учебных заведений.

Самородные элементы

Земная кора содержит не более 0,1 % (по массе) самородных элементов (83 минерала). Их добыча связана со значительными трудностями, в связи с чем многие из них особенно высоко ценятся и, являясь эталонами человеческого труда, используются в золотых запасах стран в качестве обеспечения национальной валюты в международной торговле. Генетически связаны с процессами кристаллизации магмы (Pt, алмаз, графит), с гидротермальными (Аu) и осадочными (S) процессами. Самородное железо часто имеет космическое происхождение.

Для самородных металлов характерны чрезвычайно высокая пластичность, металлический блеск, ковкость, тепло- и электропроводность, обусловливаемые металлической связью в кристаллической решетке.

Характерны также высокие плотности. Ими обладают самые тяжелые минералы: невьянскит (до 21,5 г/см 3) и сыссертскит (до 22,5 г/см 3).

Кроме самородных металлов (Ru, Rh, Pd, Аg, Os, Ir, Pt, Au, Fe, Cu, Ni, Нg) встречаются также самородные металлоиды (As, Sb, Bi) и неметаллы (S, Se, Те, С).

Золото, Au. Название от лат. "Soil" - знака солнца у алхимиков. Совершенно чистое, т.н. "губчатое" золото встречается редко. Образует непрерывный ряд твердых растворов с серебром (кюстелит содержит до 20 % Au; электрум - свыше 20 % Au), от которого золото белеет, а также с медью (купроаурид содержит до 20 % Си), примесь которой придает золоту красноватый оттенок. Висмутаурит содержит до 4 % Bi; порпецит - до 11 % Pd и до 4 % Аg.

Золотой самородок весом более 70 кг. В гарвардском музее (Natural History). Фото: Olivier Chafik

Кристаллы золота (октаэдры, додекаэдры и кубы) встречаются редко. Характерны неправильной формы зерна, вкрапленные в кварц. Коренные месторождения золота образуются при движении термальных вод по трещинам и порам в кварце. Часто выпадает из растворов вместе с сульфидами. При выветривании коренных месторождений вода выносит крупицы золота в ручьи, реки, на дне которых образуются россыпи золота, добываемые драгами.

Поликсен, Pt. Название от греч. "поли" - много, "ксенос" – чужой (имеется в виду наличие многочисленных примесей в Pt). В технике и быту называют платиной (от испанского "плата" - серебро), т.е. похожая на серебро, "серебрецо". Содержит до 30 % Fe, что дает минералу магнитность (до 14 % Си; до 7 % Pd, до 7 % Ir; до 4 % Ro, до 6%Ni).

Pt кристаллизуется в виде мелких зерен в ультраосновных магмах. Характерные признаки: стально-серый цвет, металлический блеск, высокая плотность. Растворяется только в нагретой царской водке, что позволяет отличить Pt от похожего серебра. Необычайно пластична: из 1 г изготавливается до 500 км проволоки. Присутствие иридия в Pt повышает ее твердость до 7. Используется в качестве катализатора в химии, для изготовления химических тиглей, термопар.

Железо, Fe. Самородное железо бывает теллурическим (т.е. земным) и метеоритным (т.е. космическим). Самородный чугун (теллурическое железо) образуется при взаимодействии железистой магмы с углем, графитом или при подземных пожарах угольных пластов на контакте с железной рудой. Метеоритное железо (феррит) содержит обычно включения троилита (FeS), муссонита SiC и когенита (Fe3С). В подавляющем большинстве случаев содержит много Ni (до 48 %), который распределен в метеоритах неравномерно, концентрируясь полосами, пересекающимися в шлифе под углом друг к другу. Это чередование светлых и темных полос (видманштеттова структура) характерно для метеоритного железа и особенно хорошо выявляется при травлении шлифов слабым спиртовым раствором HN03. Метеоритное железо изредка наблюдается в форме правильных кубов (гексаэдрическое железо) и октаэдров (октаэдрическое железо). Обычно в виде оплавленных масс неокругленной формы с характерными пальцеобразными впадинами на поверхности. Так называемое "палласово железо" содержит в себе включения оливина (MgFeSiO4). Мезосидерит содержит включения железа в массе силикатов. Две последние разновидности метеоритового железа относятся к так называемым железокаменным метеоритам.

Сера, S. Характерны алмазный блеск, желтый цвет, хрупкость; горит синим пламенем, распространяя запах сернистого ангидрида. Образуется при выветривании гипса CaS04. 2 Н2О и сульфидов с участием микробов, а также при окислении сероводорода, выделяющегося из вулканов: Н2S + О2 = 2Н2O + S. Используется для приготовления пороха, для вулканизации резины, в медицине и химии.

Месторождения: о. Сицилия (Италия), Средняя Азия (Шор-Су) и в Поволжье (район г. Твери).

Графит, С. Название от греч. "графо" - пишут; имеется в виду способность графита оставлять черную черту на бумаге. Образуется при кристаллизации из магмы при высоких температурах и низких давлениях, а также при природном коксовании углей на их контактах с магмой.

Разновидности: скрытокристаллический графит и аморфный шунгит. Графит жирен на ощупь, пишет по бумаге. От похожего молибденита отличается более черным цветом и меньшим блеском.

Применяется для изготовления электродов и огнеупорных блоков, графитовых блоков для атомных реакторов.

Месторождения: о. Цейлон, о. Мадагаскар, Австралия.

Алмаз, С. Название от греч. "адамас" - непреодолимый (имелась в виду необычайная твердость алмаза). Кристаллизуется из ультраосновной магмы в виде октаэдров при давления свыше 10 ГПа. и температурах около 2000 °С. Алмаз, вероятно, кристаллизуется из магмы первым на больших глубинах, после чего выносится жидкой магмой к дневной поверхности через жерла гигантских вулканов. Остатки таких вулканических трубок (диатрем), заполненных ультраосновной магмой, подвергшейся выветриванию в течение 140 - 150 млн. лет, находят в наше время в Якутии (Россия) и в ЮАР.

Смесь остатков оливина с продуктами его распада, представляющая собой зеленовато-синюю глину, называется кимберлитом.

Сульфиды

Земная кора содержит не более 0,15 % (по массе) минералов этой группы (230 минералов). С химической точки зрения эти соединения являются солями сероводородной кислоты. Существуют как сульфиды строго стехиометрического состава (FeS2, CuFeS2 и т.п.), так и соединения, в которых содержание серы меняется в определенных пределах (полисульфиды, например FeSx, где х = 1,0.1 - 1,14).

Характерны ионные кристаллические решетки. Большинство сульфидов тяжелые, мягкие, блестящие. Обладают высокой электропроводностью. В большинстве случаев гидротермального происхождения, иногда продукт кристаллизации сульфидной магмы, При выветривании в зоне окисления сульфиды переходят сначала в сульфаты, а затем в оксиды, гидрооксиды, карбонаты.

Сульфиды представляют собой рудную базу цветной металлургии и являются сырьем для производства серной кислоты. Так как сера придает стали красноломкость, присутствие сульфидов в железных рудах снижает их качество. Перед доменной плавкой пылеватые железные руды подвергают окускованию на агломерационных фабриках. В ходе агломерации удается удалить из руды до 99 % сульфидной серы.

Пирит, FeS2. Название от греч. "пир"- огонь (дает устойчивую искру при ударе металлическим предметом; использовался в получении искры в старинных ружьях). Синонимы: серный колчедан, железный колчедан. Ромбическая разновидность называется марказитом. Характерны соломенно-желтый цвет, черная черта, кубический, пентагон-додекаэдрический и октаэдрический облик кристаллов, штриховатость граней, ориентированная перпендикулярно к каждой соседней грани. Важнейшее сырье для получения серной кислоты; месторождения: Урал (Россия), Рио Тинто (Испания).

Пирротин, FeS. Название от греч. "пиррос" - красноватый. Синоним - магнитный колчедан. Троилит представляет собой стехиометрическую разновидность, встречающуюся в метеоритах. Обычно в пирротине несколько больше серы (FeSх, где х =1,01 - 1,14). Характерны металлический блеск, бронзово-желтый цвет, магнитность. Обычно в ассоциации с другими сульфидами гидротермальный. Сырье для производства серной кислоты. Вредная примесь в железных рудах.

Арсенопирит, FeAsS. Синонимы: ядовитый мышьяковый колчедан, миспикель. Данаит и глаукодот - разновидности, содержащие соответственно до 9 и до 22 % Со. Характерны: металлический блеск, оловянно-белый цвет, удлиненные шестоватые, игольчатые кристаллы призматического облика. Гидротермальный. Руда на As и Со. Многочисленные месторождения на Урале и в Сибири, г. Болидэн (Швеция). Присутствие арсенопирита, аурипигмента (Аs2S3), реальгара (AsS), скородита (FeAsO4. 2Н2O) и других мышьяковых минералов в железных рудах недопустимо, так как мышьяк является сильнейшим ядом, что препятствует изготовлению кастрюль, консервных банок, ложек, ножей и вилок из стали, содержащей хотя бы следы мышьяка. Изготовление из такой стали рельсов и балок также нежелательно, так как в дальнейшем постепенно заражается мышьяком весь металлолом страны. В Украине керченские бурые железняки содержат до 0,1 % As в составе скородита.

Халькопирит, CuFeS2. Название от греч. "халькос" - медь; "пир" - огонь. Синоним - медный колчедан. Кубическая разновидность называется талнахитом. Обычно встречается в сплошных массах и зернах. Гидротермальный. Характерны: металлический блеск, зеленовато-желтый цвет с яркой пестрой побежалостью, черная черта. Важнейшая медная руда.

Борнит, Cu5FeS4. Название дано в честь австрийского минералога Иоахима фон Борна (1742 - 1791 гг.). Синонимы: пестрая медная руда, павлинья руда. Встречается всегда в сплошных массах и в виде вкрапленных зерен. Гидротермальный. Характерны: металлический блеск, синяя побежалость. При царапании стальным ножом выявляется истинный медно-красный цвет минерала. Ценная медная руда. Месторождения: Бьютт (штат Монтана, США), Морокоча (Перу), Брадэн (Чили), Нельды (Казахстан).

Галенит, PbS. Название от лат. "галена" - свинцовая руда. Синоним - свинцовый блеск. Кристаллы имеют кубическую форму. Характерны: сильный металлический блеск, совершенная спайность по кубу, свинцово-серый цвет, мягкость. Важнейшая свинцовая руда. Месторождения: Турланское (Туркмения), Садонское (Сев. Кавказ Россия), Дальнегорск (Дальний Восток, Россия), Ледвилл (штат Колорадо, США), Брокен Хилл (Австралия), долина реки Миссисипи в штате Миссури (США). Присутствие галенита в железных рудах, как это имеет место на Алтае, недопустимо и совершенно обесценивает руду. Свинец легко восстанавливается в доменной печи, входит в швы кирпичной кладки в лещади и горне, что приводит к всплыванию кирпича, быстрому разрушению кладки и к тяжелым авариям, связанным с прорывами горна и вытеканием чугуна из доменной печи через ее фундамент, стенки горна.

Сфалерит, ZnS. Название от греч. "сфалерос" - обманчивый (сфалерит часто путают с другими минералами). Синоним: цинковая обманка.

Разновидности: черные марматит и кристофит, коричневый пршибрамит, светлый - клейофан. Гексагональный ZnS называется вюрцитом. Гидротермальный. Характерны: металлический блеск, тетраэдрический облик кристаллов, чем отличается от похожего по цвету вольфрамита (MnFeWО4). Важнейшая цинковая руда. Месторождения: Пршибрам (Чехия), Сантадер (Испания), Джоплин (штат Миссури, США). Присутствие сфалерита в железных рудах недопустимо. В доменной печи пары цинка и цинкита конденсируются в швах кладки шахты, что приводит к ее вспучиванию, к разрыву герметичного кожуха печи и к тяжелым авариям.

Молибденит, МоS2. Название от греч. "молибдос" - свинец (предполагали присутствие свинца в минерале; молибден был открыт позже и назван по названию минерала). Синоним - молибденовый блеск. Характерны: совершенная спайность в листоватых чешуйчатых агрегатах, сильный металлический блеск, Низкая твердость (царапается ногтем), пишет по бумаге. Светлее графита. Гидротермальный. Важнейшая руда на Мо. Месторождения: Тырныауз (Сев. Кавказ, Россия), Клаймэкс (штат Колорадо, США).

Киноварь, HgS. Название от индийского "кровь дракона" (связано с интенсивным красным цветом минерала). Синоним - циннабарит. В скрытокристаллических массах, называемых "печенковой рудой", и в виде намазок и налетов. Гидротермальная. Легко отличается по цвету и высокой плотности. Важнейшая руда на ртуть. Месторождения: Никитовка (Донбасс, Украина), Альмадэн (Испания), Идрия (Югославия), Нью Идрия и Нью Альмадэн (Калифорния, США).

Антимонит, Sb2S3. Название от лат. "антимониум" - сурьма.

Синонимы - сурьмяный блеск, стибнит. Обычно в виде призматических, игольчатых кристаллов с вертикальной штриховкой с ярким металлическим блеском. Совершенная спайность. Гидротермальный. Важнейшая руда на сурьму, месторождения: о. Шикоку (Япония), Раздольнинское (Красноярский край, Россия).

Галоидные соединения

Земная кора содержит около 0,5 % (по массе) галоидных соединений, которые имеют гидротермальное или осадочное происхождение. Флюорит встречается часто в пегматитовых жилах. С химической точки зрения эти минералы являются солями кислот: HF, HI, HBr, HCI. Характерны: стеклянный блеск, малые плотности, растворимость в воде. Галоидные соединения имеют ионные решетки.

Металлургия использует большие количества флюорита для разжижения шлаков. Галоидные соединения находят широкое применение в химии, в сельском хозяйстве (удобрения), в пищевой промышленности.

Флюорит, CaF. Название от итал. "флюоре" - течь (добавки флюорита разжижают металлургические шлаки). Синоним: плавиковый шпат. Гидротермальный или магматический (в пегматитовых жилах). Встречается в виде кубических и октаэдрических кристаллов, или в сплошных зернистых массах. Бесцветен или окрашен в зеленый, фиолетовый цвета. Характерна флюоресценция, т.е. свечение в рентгеновских лучах. Совершенная спайность по октаэдру.

Галит, NaCl. Название от греч. "галос" - море (имеется в виду получение соли выпариванием морской воды, содержащей в 1 литре 35 г солей и в том числе 78 % NaCI, 11 % МgСl2, остальное MgSO4, CaSO4, и др.). Синоним: каменная соль. Характерны растворимость в воде, весьма совершенная спайность по кубу. Часто в виде кристаллов кубической формы, или в сплошных массах. Обычно прозрачен, бесцветен, но примеси окрашивают галит в серый, желтый, красный и черный цвета. Используется как руда на натрий, а также для приготовления электролитов, в пищевой промышленности. Месторождения: г. Суэц (Египет), Величка (Польша), Пенджаб (Индия), Славяновское (Донбасс), Соликамское (Урал).

Сильвин, KCI. Назван по имени голландского врача Сильвия де-ля Баш. Осадочный. Обычно в виде сплошных зернистых масс, реже в виде кубов. Бесцветен, молочно-белого цвета, розовый и красный. Характерен парагенезис с галитом. Водные растворы имеют горький вкус. Используется в сельском хозяйстве в качестве калийного удобрения, а также в химической промышленности. Месторождения: Соликамск (Урал), Штасфурт (Германия), Нью-Мексико (США).

Карналлит, МgСl2. КСl. 6Н2O. Назван в честь немецкого инженера фон Карналла. Обычно в сплошных или зернистых агрегатах. Горький на вкус. Постепенно расплывается, поглощая воду из атмосферы. От похожего красного галита отличается тем, что при бурении стальным предметом скрипит. Характерны: красный цвет, жирный блеск, горький вкус, отсутствие спайности. Используется для производства магния, как калийное удобрение. Месторождения: Соликамское (Урал), Старобинское (Белоруссия), Прикарпатское (Украина).

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

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.

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 (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.

Карбонаты, сульфаты, вольфраматы, фосфаты

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 не более 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).

Апатит. Название от греч. "апатао" - обманываю (похож на драгоценный берилл (изумруд) и турмалин, что затрудняло диагностику). Наиболее распространен фторапатит Ca53F или 3 × CaF2, но встречается и хлорапатит - Ca53Cl или 3 × 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 Fe32 × 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.

К концу XIX века перечень минералов достигал 750 наименований. Сейчас в природе известно более 4000 минералов и открытие новых продолжается. Но лишь малая их часть, а это всего 40-50 видов, сравнительно обычна: кварц, полевые шпаты, слюды, оливин, пироксены, амфиболы . Эти минералы составляют основную часть многих горных пород и поэтому они называются породообразующими.

Различают минералы первичные (выделившиеся непосредственно из магмы при её застывании или при кристаллизации водных растворов либо сформировавшиеся в результате метаморфизма –рекристаллизации в твёрдом состоянии) и вторичные (появившиеся в результате видоизменений уже сформировавшихся минералов, например окисления или восстановления при низких температурах и давлении вблизи земной поверхности).

Классификация минералов

Основой классификации минералов является их химический состав, а также симметрия их кристаллической решётки. В настоящее время все минералы подразделяют на девять классов это:

Самородные элементы

Слиток сросшихся кристаллов сульфида железа FeS2

Сульфиды состоят из серы в соединении с металлом или с металловидным веществом.

К ним относятся такие металлические руды, как галенит, халькопирит, киноварь.

Обычно сульфиды тяжёлые и хрупкие.

Они являются первичными минералами и после вступления в контакт с атмосферой, многие быстро превращаются в оксиды.

Галогениды

Оксиды – это соединения металлов с кислородом. Они являются наиболее разнообразной по физическим характеристикам группой. Здесь и тусклые земли (боксит) и ювелирные камни (сапфиры, рубины). Твердые первичные оксиды обычно образуются глубоко в земных недрах, более мягкие – ближе к поверхности вследствии контакта с воздухом.

Карбонаты (с нитратами и боратами)

Ангидрит - это безводный сульфат кальция.

Сульфаты – минералы, образующиеся в результате соединения металлов с сульфатной группой (сера и кислород).

Они мягкие, прозрачные или просвечивающие, ненасыщенного цвета.

Широко распространены гипс, ангидрит, барит.

Фосфаты (с арсенатами и ванадатами)

Силикаты – металлы соединённые с силикатной группой (кремний и кислород), это самые рапространённые минералы в природе (поти треть всех минералов – силикаты). Все они делятся на подгруппы в зависимости от своей внутренней структуры (незосиликаты, соросиликаты, иносиликаты, циклосиликаты, филосиликаты и тектосиликаты). Представители этого класса – кварц, полевые шпаты.

Органические соединения

В эту группу входят твёрдые тела, встречающиеся в природе и возникшие благодаря жизни и деятельности живых организмов. Из-за этого их не всегда относят к минералам. Представлена группа такими минералами, как янтарь, гагат, жемчуг, вевеллит.

Каждый человек хотя бы раз в жизни видел минералы - продукты естественных химических реакций, происходивших внутри земной коры миллионы лет назад. При этом далеко не все могут рассказать о том, что такое минерал, и для чего он нужен. В нашей статье будет подробно рассказано о типах минеральных отложений, а также о способах их использования.

Что такое минерал?

Минералами называют твердые неорганические вещества природного происхождения. Они обладают кристаллической структурой, что и является основной их отличительной особенностью. Некоторые минералы могут производиться искусственным путем. Независимо от происхождения они будут обладать рядом полезных свойств.

Существуют ли жидкие минералы? Если брать обычные условия жизни, то да. Это, например, естественная ртуть - самородное вещество, обладающее твердостью только при низкой температуре. Некоторые виды льдов ученые также относят к минералам. Однако воду к рассматриваемой группе не причисляют.

Вопрос о том, что такое минерал, не до конца решен и по сей день. Так, немногочисленные специалисты относят нефть, битумы и асфальты к группе минеральных веществ. Целесообразность таких утверждений сомнительна.

Типы минералов

По Бауэру и Ферсману, химикам конца XIX века, все минеральные породы делятся на самоцветы, органогенные камни и цветные вещества. Такая классификация имеет столь своеобразный вид из-за глубокого убеждения прагматичных академиков, что все камни и минералы предназначены для изготовления различных изделий - инструментов и украшений.

Дабы лучше разобраться в вопросе о том, что же представляют собой минеральные вещества, стоит привести наиболее распространенную научную классификацию. Согласно структурно-химическому принципу, минералы делятся на породообразующие - составляющие большинство горных пород, а также редкие, рудные и акцессорные (не слагающие больше 5% от породы).

Самородный класс минералов включает в себя металлы и металлоиды. Рудные вещества образуют большую часть самородной группы. Акцессорные минералы характеризуются особой редкостью.

Химическая классификация

Химическая структура большинства минералов примерно одинаковая. В настоящее время принято деление рассматриваемых веществ на классы. Получается следующая классификация:

• Силикаты. Многочисленный класс, включающий в себя более 800 различных минеральных отложений. Силикаты составляют большинство метаморфических и магматических пород. Некоторые минералы здесь отличаются общностью построения и состава. В качестве примера стоит выделить пироксены, слюды, полевые шпаты, амфиболы, глинистые материалы и многое другое. Состав большинства силикатов именуется алюмосиликатным.
• Карбонаты. В число этого класса входит порядка 80 минеральных пород. Здесь распространены доломиты, кальциты и магниты. Происхождением обязаны отдельным водным растворам. Разрушаемы в кислотах.
• Галоиды - группа из ста различных минералов. Являются легкорастворимыми, образуются из осадочных пород. Самое частое вещество - галит.
• Сульфиды - минералы, разрушаемые в зоне выветривания. Типичным представителем является пирит.
• Сульфаты. Обладают светлой окраской и невысоким уровнем твердости. Наибольшее распространение получил гипс.
• Оксиды и гидроксиды. Составляют порядка 17% от массы земной коры. Основные виды - опалы, лимониты и кварцы.

Таким образом, почти все минералы обладают похожими признаками, хоть и состав у веществ различный.

Разнообразие минералов

Что такое минерал? Ответить на этот вопрос непросто. Следует учитывать, что в сегодняшнем мире существует более 4 тыс. различных типов подземных богатств. Минералы ежегодно открываются и "закрываются". Например, найденное в горных породах вещество одним своим существованием доказывает несостоятельность целой классификации, составленной учеными. Такие случаи - далеко не редкость.

Фото силикатов представлено вашему вниманию ниже.

Следует учитывать, что 4 тыс. минералов - это не такая уж и большая цифра. Если сравнивать ее с общим количеством неорганических соединений, то разница будет очевидна: последних содержится около миллиона видов. Чем объясняют геологи столь небогатое разнообразие минеральных богатств? Во-первых, распространенностью элементов в Солнечной системе. На нашей планете преобладают кремний и кислород. Соединение этих веществ приводит к появлению силикатов - подавляющей минеральной группы на Земле. С другой стороны, минералы так рассеяны, что поиски новых элементов будет делом еще нескольких сотен поколений. Вторая причина ограниченности минералов - это неустойчивость большинства химических соединений.

Происхождение минералов

Ученые называют три основных пути происхождения горных минералов. Первый вариант именуется эндогенным. Подземные раскаленные сплавы, которые принято называть магматическим веществом, внедряются в земную кору, а после застывают там. Сама магма образуется вследствие извержения вулканов. Она проходит три стадии: из раскаленного состояния магма становится твердой - это результат пегматитовых процессов. После она окончательно застывает. Это следствие постмагматических процессов.

Есть также экзогенный вариант происхождения минералов. В данном случае происходит физическое и химическое разложение веществ. Одновременно формируются новые образования, обладающие большой уступчивостью к среде. Простой пример: в результате выветривания эндогенного материала образуются кристаллы.

Последний способ происхождения минералов имеет метаморфический характер. Все вещества будут изменяться под воздействием определенных условий - вне зависимости от вариантов образования горных пород. По сути, меняется первоначальный образец - он приобретает новые свойства и элементы состава.

Свойства минералов

Важнейшим свойством любого минерального образования является наличие кристаллохимической структуры. Все остальные признаки рассматриваемых пород вытекают именно отсюда.

На сегодняшний день разработана единая классификация диагностических признаков, свойственных минеральным веществам. Здесь следует выделить твердость, определяемую по шкале Мооса, а также цвет, блеск, излом, спайность, магнитность, хрупкость и побежалость. Каждое свойство рассматриваемых пород будет подробно изучено далее.

Понятие твердости

Что такое твердость? Существует несколько определений для этого понятия. Наиболее распространенное описание характеризует твердость как уровень сопротивления определенного тела царапающему, сдавливающему или режущему воздействию. Уровень твердости определяется по шкале Мосса. В ней подобраны специальные горные породы, каждая из которых характеризуется способностью царапать поверхности острым концом. Мосс составил десятку из наиболее распространенных элементов. Самым мягким материалом здесь является тальк и гипс. Как известно, гипс, попадая в воду, увеличивается в размере до 30%. Самая твердый тип и порода минерала - это алмаз.

Проведение веществом по стеклу должно оставлять за собой царапины различной глубины. Сам факт существования царапины уже присваивает минералу как минимум пятый класс из десяти. Самые твердые вещества встречаются в группах минералов, обладающих неметаллическим блеском. Именно блеск является вторым важным свойством минералов, и он напрямую взаимосвязан с твердостью.

Блеск

Уровень блеска металлов проверяется за счет отражения от них лучей солнца. Существует два уровня блеска - металлический и неметаллический. К первой группе относятся породы, дающие при резьбе по стеклу черную черту. Такие вещества непрозрачны даже в очень тонких осколках. К видам подземных минералов с неметаллическим блеском относят графит, магнетит, уголь и некоторые другие вещества. Все они плохо отражаются на солнце и дают темную черту. Небольшую часть материалов с металлическим отблеском составляют вещества, дающие цветную черту: зеленую (золото), красную (медь), белую (серебро) и т.д.

Минералы с металлическим блеском лучше отражают солнечный свет. Сами по себе они обладают высокой твердостью. Особое место здесь занимает руда.

Цвет

Цвет, в отличие от твердости и блеска, не является постоянным признаком для большинства минералов. Так, твердость или блеск со временем остаются неизменными. Окраска же меняется в зависимости от условий хранения. В качестве примеров минералов, редко меняющих свой цвет, следует выделить малахит, который никогда не поменяет своего зеленого цвета, и золото, всегда остающееся желтым.

Фото малахита вы можете увидеть ниже.

Цвет меняется и от состояния минерала. Например, в геологии распространено понятие цвета черты. Минерал, поцарапавший стеклянную поверхность, оставляет за собой небольшое количество порошка, который и образует собой черту. Цвет такого порошка часто отличается от природной окраски камня. Все дело в составе минерала: в него может входить кальцит, который меняет окраску в зависимости от количества и способа смешения с другими веществами.

Излом и спайность

Под спайностью понимается свойство минерала расщепляться или раскалываться в определенном направлении. Так, после разлома чаще всего образуется гладкая блестящая поверхность. Чтобы добиться такого результата, нужно расщеплять минерал по строго определенной линии. Существует пять градаций спайности:

Диагностическим признаком для многих минералов является наличие сразу нескольких направлений спайности. По итогу расщепления минерал имеет изломы, который также обладает определенными свойствами. Так, ученые выделяют пять типов излома:

• раковистый - похож на раковину;
• занозистый - для излома характерны волокнистости или материалы волокнистого содержания;
• неровный - наличие несовершенной спайности (например, у апатита);
• ступенчатый - по результатам спайности образуется почти идеально гладкая поверхность (местами может иметь, однако, неровности в виде ступенек);
• ровный - на поверхности минерала по результатам спаивания отсутствуют какие-либо заметные изгибы или неровности.

Существует и ряд других признаков, по которым можно определять минералы. Это, например, побежалость - наличие тонкой цветной пленки, образующейся на веществе по результатам выветривания или окисления. Также следует выделить хрупкость, указывающую на прочность минерала, и магнитность, характеризующуюся содержанием двухвалентного железа.

Минералы в промышленности

В каких сферах общественной деятельности применяются минералы? Это строительство, металлургия, а также химическое производство.

Строительные материалы нередко разбавляются определенными минералами, что позволяет отрегулировать прочность и качество вещества. В химической промышленности присутствие рассматриваемых элементов также не является редкостью. Минеральные компоненты используют в косметической, медицинской и пищевой сферах. Например, в аптеках представлено немало препаратов, включающих в себя витамины и минералы. Эти два компонента отлично взаимодействуют, дополняют друг друга. Они способствуют укреплению здоровья людей и улучшению их внешнего вида.

Добыча и изучение минералов всегда считались важными и актуальными занятиями. Необходимо всячески поддерживать проведение научных изысканий в области геологии, а также активно применять витамины и минералы в повседневной жизни.

Попыткисистематизации минералов на различной основе предпринимались еще в античном мире. Первоначально (от Аристотеля до Ибн Сины и Бируни) минералы систематизировались по внешним признакам. Со 2-ой половины XIX в. исключительное распространение получили химические классификации, а в ХХ в. – кристаллохимические. В настоящее время наиболее распространена классификация минералов, в основу которой положен химический принцип (химический состав, тип химических соединений, характер химической связи). Более мелкие таксоны внутри классов выделяют с учетом структурных особенностей минералов (таблица 1.1).

Краткая характеристика классов минералов

Самородные элементы . В самородном состоянии в природе известно около 40 химических элементов, но большинство из них встречаются очень редко. Нахождение элементов в самородном виде связано со строением их атомов, имеющих устойчивые электронные оболочки. Химически инертные в природных условиях элементы называются благородными.

В виде самородных металлов встречаются Au, Pt, Ag, Cu, Fe, Pb, Sn, Hg, Zn, Al, типичны в природном состоянии и сплавы нескольких металлов, например (Pt+Fe), (Pt+Fe+Ni), (Au+Ag) и др. Из самородных полуметаллов наиболее распространены As, Sb, Se, Te, из неметаллов – различные модификации С (графит, алмаз) и S. Графит и сера часто образуют крупные месторождения.

Халькогениды (сернистые соединения ) представляют собой соединения катионов с серой (сульфиды). В природе известно около 200 сернистых соединений, но только 20 из них встречаются в значительных количествах. Наиболее распространены соединения с Fe, Cu, Pb, Zn, Sb, Hg.

Цвет сульфидов разнообразный (свинцово-серый, черный, латунно-желтый, медно-желтый, оранжевый, желтый, красный). Твердость варьирует от 1 до 6-6,5, плотность меняется от средней до высокой.

Основная масса сульфидов образуется гидротермальным путем, известны также сульфиды магматического и метаморфического генезиса, некоторые являются результатом экзогенных процессов.

Сульфиды – важные рудные минералы, сырье для получения цветных, тяжелых и некоторых редких и рассеянных металлов, их сплавов.

Таблица 1.1

Классификация минералов

Кислородные соединения. Оксиды и гидрооксиды – соединения элементов с кислородом, в гидрооксидах присутствует также вода. В земной коре на долю этих минералов приходится около 17%, из них на долю кремнезема (SiO 2) – 12,6%, на долю оксидов и гидрооксидов Fe – 3,9%. К числу распространенных минералов относятся также окислы и гидроокислы алюминия, марганца и окислы титана.

Физические свойства этих минералов различны, для большинства из них характерна высокая твердость. Происхождение магматическое, пегматитовое, гидротермальное, но большинство окислов образуется в результате экзогенных процессов в верхних частях литосферы. Многие эндогенные минералы при выветривании разрушаются и переходят в окислы и гидроокислы, как более устойчивые соединения в условиях поверхности. Будучи физически и химически устойчивыми, многие окислы накапливаются в россыпях.

Сульфаты – природные соли серной кислоты. В природе известно около 190 минеральных видов, которые представляют собой простые безводные соли или сложные соли с конституционной и кристаллизационной водой. Основная структурная единица – анионный радикал 2 , среди катионов видообразующими являются Ca 2+ , Ba 2+ , Mg 2+ и др.

Цвет сульфатов обусловлен примесями ионов-хромофоров и наличием структурных дефектов. Характерны низкая твердость (2-3,5), хорошая растворимость в воде.

Сульфаты формируются в окислительных условиях на участках распространения сульфидных месторождений, в корах выветривания, а также как хемогенные отложения содовых, сульфатных, соляных озер и крупных водных бассейнов. Эндогенные сульфаты типичны для средне- и низкотемпературных гидротермальных жил, реже отмечаются как продукты вулканической деятельности.

Фосфаты – соли ортофосфорной кислоты. В природе известно свыше 230 простых и сложных, водных и безводных соединений. Основная структурная единица – анионный радикал 3- ; среди катионов видообразующими являются Ca 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ , Mg 2+ ,TR 3+ и др. Встречаются фосфаты в виде листовато-уплощенных и таблитчатых кристаллов или в виде чешуйчатых агрегатов. Характерные свойства: бесцветны или интенсивно окрашены в синий цвет различных оттенков; люминесценция; твердость – 3-5, плотность – 1,6-7,0 г/см 3 . Происхождение: магматическое, гидротермальное, экзогенное.

Карбонаты – соли угольной кислоты. Ведущие катионы Ca 2+ , Fe 2+ , Na + , Mg 2+ , Ba 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ и др. Это многочисленная группа (около 120 минеральных видов), из которых многие имеют значительное распространение. Встречаются карбонаты в виде хорошо ограненных кристаллов значительных размеров; плотных, зернистых масс, слагающих мощные мономинеральные толщи; радиально-лучистых, игольчатых, натечных, почковидных агрегатов и тонких смесей с другими минералами.

Большая часть карбонатов белые или бесцветные; окраску карбонатам придают хромофорные ионы типа Fe 2+ , Mn 2+ , TR 3+ , Cu 2+ и тонкодисперсные механические примеси (гематит, битум и т.д.). Твердость около 3-4,5, плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb, Ba.

Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl, HNO 3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа.

По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки), осадочно-метаморфические; поверхностные, характерные для зоны окисления; низко- и среднетемпературные гидротермальные; метасоматические. Иногда они кристаллизуются из кальцитовых и содовых вулканических лав магматического происхождения.

Карбонаты – важнейшие неметаллические полезные ископаемые, а также ценные руды на Zn, Pb, Fe, Cu и др. металлы. Известняки, доломиты, мраморы – почти мономинеральные горные породы, сложенные карбонатами.

Силикаты – соли кремниевой кислоты. На долю силикатов приходится до 75% массы земной коры и около 25% минеральных видов. В природе известно свыше 700 природных силикатов, включая важнейшие породообразующие минералы (полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др.).

Основная структурная единица – одиночные изолированные тетраэдрические радикалы 4- . Ведущие катионы Na + , Mg 2+ , Al 3+ , Ca 2+ , Fe 2,3+ , К + , Мn 2+ .

Структурное разнообразие силикатов определяется строением кремнекислородных радикалов. Различают силикаты с островными, цепочечными, ленточными, листовыми, каркасными радикалами.

Островные силикаты, т.е. силикаты с изолированными тетраэдрами 4- и изолированными группами тетраэдров. В силикатах с изолированными тетраэдрами 4- каждый из четырех кислородов имеет одну свободную валентность. Между собой тетраэдры непосредственно не связаны, связь происходит через катионы Mg, Fe, Al, Zr и др. Силикаты с островной структурой имеют изометрический облик и характеризуются повышенной твердостью и плотностью (оливин).

Цепочечные силикаты характеризуются структурой, в которой тетраэдры сочленяются в виде непрерывных обособленных цепочек. Радикалы 4- , 6- , катионы Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Na + (пироксены).

Ленточные силикаты имеют тетраэдры в виде сдвоенных цепочек, лент, поясов. Радикал 6- , катионы Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Na + , (амфиболы). Часто содержат ионы (OH) ‾ 2.

Силикаты цепочечной и ленточной структур обычно вытянуты, для них характерны призматические и столбчатые кристаллы, игольчатые и волокнистые агрегаты.

Листовые силикаты – силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров. Радикал такой структуры 2- . Слои тетраэдров обособлены друг от друга и связаны катионами Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Ni + и др. Содержат ионы (OH) 2 , (OH, F) 2 (тальк, серпентин, глинистые минералы, слюды, хлориты).

Листовые силикаты характеризуются весьма совершенной спайностью и листоватым обликом минералов. Это объясняется тем, что сами слои кремнекислородных тетраэдров являются очень прочными, а связь между ними, осуществляемая через катионы, менее прочная.

Каркасные силикаты – силикаты с непрерывными трехмерными каркасами из алюмо- и кремнекислородных тетраэдров. В этом случае все кислороды у тетраэдров являются общими, их валентности использованы на связь с катионами, каркас нейтрален. Радикал такого каркаса 0 . Именно такой каркас отвечает структуре кварца (кварц по этой причине можно относить к силикатам с каркасной структурой).

Алюмокислородные радикалы m- образуются в результате замещения четырехвалентного кремния трехвалентным алюминием, что вызывает появление одной свободной валентности и влечет за собой необходимость вхождения других катионов. Видообразующими катионами силикатов являются Na + , K + , Ca 2+ (полевые шпаты, фельдшпатиды).

Большинство силикатов бесцветные или белые. Силикаты Fe, Mn, Ni, Zr и др. элементов окрашены в различные цвета. Блеск стеклянный до алмазного. Спайность совершенная по двум-трем направлениям, весьма совершенная, плотность от 2,0 до 6,5 г/см 3 , твердость 1-8.

Силикаты – полигенные минералы. Они кристаллизуются из магмы, образуются в процессе метаморфизма, типичны для зон окисления рудных месторождений.

Галогениды (галоидные соединения ). Хлориды – соли соляной кислоты. Известно порядка 100 минеральных видов. Собственная окраска хлоридов белая; чистые кристаллы бесцветны и прозрачны. Желтые, бурые, серые, красные и др. цвета галоидным соединениям придают механические примеси: гидроокислы железа, органические вещества и др. Хлориды имеют невысокую твердость – 1,0-3,5; плотность варьирует от 1,5-2,5 до 6,5-8,3 г/см 3 , хорошо растворяются в воде, гигроскопичны.

Образуются хлориды преимущественно хемогенно-осадочным путем – при испарении воды соляных и содовых озер или морских бассейнов и лагун.

Фториды – природные соединения элементов Na, K, Ca, Mg и др. элементов с фтором. Известно до 59 минеральных видов, большая часть из которых распространена ограничено. Наиболее ценным минералом является флюорит, встречающийся в месторождениях гидротермального, пневматолитового и грейзенового типов.

В таблице 1.2 приведена характеристика основных породообразующих минералов и минералов, наиболее широко распространенных в природе и имеющих практическую ценность.

Вопросы для самопроверки

Дайте определение понятию минерал.

Какое состояние могут иметь минералы в природных условиях?

Чем отличаются минералы с кристаллическим и аморфным строением?

Что называется минеральным агрегатом? Какие бывают агрегаты?

Перечислите важнейшие физические свойства минералов.

Что такое спайность? Ее причины.

Какие методы существуют для определения твердости?

Назовите минералы шкалы твердости Мооса.

Каким бывает излом минералов?

Каковы причины окраски минералов?

Что такое побежалость? Для каких минералов она характерна?

Как отличаются минералы по блеску?

Как определяются магнитные свойства минералов?

По каким признакам можно систематизировать минералы? Какой признак для классификации минералов является наиболее научно обоснованным?

Какие процессы минералообразования относятся эндогенным и какие к экзогенным?

Задание:

Используя табл. 1.2, бисквиты, стекла, реактивы и пр. определить образцы из коллекции, предоставленной преподавателем.

Кварц - SiO 2 . Устойчивая при низких температурах модификация обычно называется простым кварцем. Диагностические признаки . Кристаллы кварца диагностируются по форме, твёрдости, раковистому излому и отсутствию спайности. Кварц можно спутать с халцедоном, полевым шпатом, нефелином и топазом. Происхождение . Около 65 % земной коры состоит из кварца, называют его вездесущим, породообразующим. Во многих интрузивных и эффузивных кислых магматических породах он является чуть ли не главным минералом. Входит в состав пегматитов, присутствует у многих метаморфических породах. В значительных массах, как жильный минерал, распространен в гидротермальных месторождениях. Присутствует и в осадочных породах (кварцевые пески, кварцевые песчаники, кварцевые конгломераты). Химический состав. Разновидности, окрашенные в другие цвета имеют разнообразные примеси или включения других минералов. Сингония кварца тригональная, а высокотемпературная модификация a - кварца гексагональная. Облик кристаллов чаще гексагонально дипирамидальный. Грани призмы чаще укорочены или отсутствуют. Известны очень крупные кристаллы. В Казахстане найден кристалл весивший 70 т. Грани кристаллов покрыты поперечной штриховкой Распространены. в природе друзы, щетки, зернистые массы. Для кварца характерно двойникование, причем срастаются кристаллы по разным законам, двойники дофинейские, бразильские, японские. Цвет может быть самым различным. Прозрачные и полупрозрачные разновидности имеют различные названия: 1) горный хрусталь — бесцветные водяно-прозрачные кристаллы; 2) аметист — фиолетовый, сиреневый, лиловый, малиновый, прозрачный; 3) раухтопаз — дымчатый, окрашенный в сероватые или буроватые тона; 4) морион — окрашенный в черный цвет; 5) цитрин — золотисто-жёлтый или лимонно-желтый; 6) празем — зеленоватый кварц; 7) розовый кварц ; 8) молочно -белый кварц; 9) авантюрин (искряк). Бле ск стеклянный. Твердость 7. Спайность отсутствует. Плотность 2,5 — 2,8. Прочие свойства. Способен пропускать ультрафиолетовые лучи, является пьезоэлектриком. Расплавленный кварц легко застывает и образует кварцевое стекло (аморфный кварц). Практическое применение. Применение его разнообразно. Красивые разновидности используются в ювелирном деле. Чистые кристаллы с уникальными свойствами применяются в электронике, ультразвуковой технике, оптическом приборостроении. Раухтопаз, горный хрусталь, морион используется как стабилизатор радиоволн. Горный хрусталь применяется в телемеханике, автоматике, в высококачественных генераторах. Чистые маложелезистые кварцевые пески служат прекрасным сырьем в стекольно-керамической промышленности, для производства карборунда (SiС). Карборунд или карбид кремния - первоклассный абразивный материал. Кварцевые пески тонких фракций применяются в пескоструйных аппаратах для полировки каменных и металлических изделий, а также для распиловки горных пород. Месторождения. Месторождения кварца имеются на Урале, так называемые “хрустальные погреба”, содержащие горный хрусталь, морион, аметист, топаз и др. встречаются в Приморье, Якутии. На Кольском полуострове известен беломорский аметист с мыса Корабль. Пегматитовые жилы с кристаллами кварца распространены на Алдане, Памире, Волыни. В Якутии (Большая Хатыма) добывается горный хрусталь. Естественные кристаллы кварца для промышленности поставляет Бразилия. Имеется кварц в Шри-Ланке, Индии, Бирме, Уругвае, Швейцарии, на Мадагаскаре и др. регионах. В музее насчитывается свыше 700 образцов кварца и его разновидностей. Широко представлены самые разнообразные кристаллы весом от 440 кг и до 1 г (скипетровидные, с фигурами роста и др.), имеются друзы, щётки, кварц жильный, кварц с другими минералами. Самая богатая Уральская коллекция кварца: гор. хрусталь из месторождения Гумбейки, Берёзовское, Астафьево; морион из Мурзинки; кварц-празем, кварц с хлоритом и адуляром и кварц “волосатик” из Приполярного Урала; кварц розовый (Гумбейка); сростки кристаллов из Миаса, Пышмы, Наглы. Красивые друзы из Камчатки и п-ова Чукотка (Иультинское); кварц с цинковой обманкой (Англия); кварц с рубеллитом из Читинской обл (Борщёвочный кряж). Имеется кварц из Забайкалья (Адун-Чолонг), из Мангыстау; кварц натёчный из Киргизии, кварц розовый из Алтая (Тигерецкие белки, Колывань), Урала (Гумбейка) и Ю. Африки.