Свойства цеолита при соприкосновении с телом человека

В этой части курса мы с вами кратко познакомимся с таким разделом минералогии как онтогенез и с минералами, практически значимых и широко используемых в промышленности.

Онтогенез минералов — это раздел генетической минералогии, содержащий учение о генезисе минеральных индивидов и агрегатов, т. е. рассматривающий минералы от их рождения через процессы изменения к переходу в другие вещественные образования — породы.

Рассмотрим кратко некоторые минералы, перечисленных в систематической таблице (см. раздел 1.2).

Самородные элементы. Находятся в природе в свободном состоянии. Наиболее обычны самородные металлы: золото, серебро, платина и др.

Золото — находят в природе в виде чешуек, тонкодисперсном состоянии, дендритах, самородках. В Миасском районе был найден самородок весом 36 кг 22 г и был назван «Большой треугольник». Кристаллы редки и обычно сильно искажены. Сингония кубическая.

Диагностические свойства. Ковкое — его можно расплющить до 0,00008 мм (в 500 раз тоньше человеческого волоса). Тягучее — из золота величиной с горошину можно вытянуть проволоку длиной 15 км, диаметром 0,000002 мм. Можно спутать с пиритом или халькопиритом (отличие у золота — золотисто-желтая, металлически блестящая черта, а у халькопирита и пирита — черная. Кроме того пирит хрупкий).

Разновидности: 1) электрум — содержит от 15 до 50% серебра; 2) медистое золото — содержит до 20% меди.

За всю историю человечества добыто золота более 100 тыс. тонн (шар диаметром 46 метров).

Графит. Встречается в контактовой зоне каменноугольных пластов с магматическими породами, иногда в гнейсах, в мраморах. На территории России добывают его на Урале, по р. Тунгуске, в Саянах, Уссурийске и др. местах. Лучшее в мире месторождение по качеству и запасам это Ботогольское в Восточном Саяне в 200 км к западу от Иркутска.

Алмаз. Находят в так называемых трубках взрыва на древних платформах, характеризующихся мощной земной корой (Сибирской, Африканской). Образуется при давлении более 50 кбар и температуре около 2000°С, на глубинах более 80–100 км.

За всю историю человечества добыто более 300–350 т алмазов, из них около 80 т ювелирных. Сейчас ежегодно в мире синтезируется более 150 т технических алмазов.

Самым крупным алмазом найденным в Южной Африке в 1905 г. является Кулинан (3106 карат, величиной с кулак). Из него сделали 9 крупных и 96 мелких бриллиантов. Два бриллианта из этого алмаза вставлены в королевский скипетр и имперскую корону Англии. Весь этот алмаз в то время оценили в 94 т золота. Сейчас бы он соприкосновении обошелся значительно дороже.

Алмазы добывают в Австралии, Заире, ЮАР, России, Индии, Бразилии и др. Намибия — крупнейший поставщик ювелирных алмазов.

Этот самоцвет известен людям более 5000 лет. В древние времена существовало поверье, что его нельзя разбить даже на наковальне… вера в это была столь велика, что, по преданию, рабу предлагались свобода и гражданство, если он расколет алмаз, но желающих не находилось.

Другое поверье существовало в средние века. Считалось, что воина носившего алмаз невозможно было убить. Из истории до нас дошел случай, когда бургундский герцог Карл Смелый (XV век), увешанный алмазами, но все же был убит, в сражении в 1476 г. Победители страшно удивились, но тут же опробовали все герцогские алмазы на наковальне и пришли к выводу, что все они фальшивые. Диагностика алмаза в то время велась вероятно на наковальне — колется значит не алмаз.


О! Сколько их, видимо, было разбито.

Сера. Использовали гадалки, заклинатели для вызова духов, алхимики в своих поисках золота. Сера помогала при зубной боли, фурункулезе, астме и язвах на голове, при простудах, болезнях легких, при застарелом простудном кашле, головной боли и геморрое.

Сульфиды. Соли сероводородной кислоты H2S и составляют 0,25% массы земной коры.

Пирит [FeS2], от греч. Слова «пир» — огонь. Синонимы: серный колчедан, железный колчедан. Минерал класса сульфидов.

В Древней Индии использовали в качестве амулетов (кристаллы) от крокодилов, в Древнем Египте из него изготовляли зеркала. В средние века в Европе называли его Алмазом Альпийским и делали из него различные украшения. Например во Франции еще в конце прошлого века пирит и марказит широко использовали в пряжках туфель, подвесках, браслетах, корпусах часов, зонтиках от дождя и т. п. У индейцев Америки в захоронениях находят полированные пластинки, использовавшие его в качества зеркала. Еще его называют камнем инков, камнем здоровья. Он якобы обострял зрение, придавал блеск глазам, при сжигании помогал при катаракте, делал волосы тонкими и нежными, убирал веснушки.

Пирит является основным сырьем для производства серной кислоты, обладает способностью осаждать золото из растворов.

Месторождения пирита: Средний Урал (Карабаш, Блява), широко встречается в виде вкраплений в углистых отложениях. Рио-Тинто (Испания).

Киноварь [HgS]. Минерал класса сульфидов. Любимый камень алхимиков, искавших философский камень и методы получения искусственного золота. Минерал токсичный. Женщины средневековья использовали его как предмет косметики для наведения румяны.

По индийским легендам это кровь дракона выдавленная из него слоном…

Диагностика. Определяется часто по характерным спутникам — антимониту [Sb2S3] (свинцово-серый, руда на сурьму) и мышьяковым рудам: реальгару [As4S4] (оранжево-красный), аурипигменту [As2S3] (лимонно-желтого цвета).

Киноварь единственная руда на ртуть; используется также для получения красной краски (киноварь).

Месторождения. Никитовка (Донбасс), в Западной Сибири (Акташское), в Горно-Алтайской области, в Туве и др. За рубежом основные запасы сосредоточены в Испании (Альмаден) и Италии (Монте-Амида).

Галенит [PbS]. Свинцовый блеск. Минерал класса сульфидов. Считается, что затягивает раны, полезен для глаз, водный порошок устраняет запах под мышками. Разновидность — свинчак — плотный галенит.

Применение. Главная руда для получения свинца; из разностей, богатых примесями серебра, извлекается серебро.

Антимонит [Sb2S3]. Стибнит, сурьмяные руды, сурьмяный блеск. Минерал класса сульфидов. Старинное средство для наведения красоты (на Востоке сурьмой подводили глаза). Якобы способствует повышению тучности, что пытался использовать один настоятель монастыря с летальным исходом.

Сульфаты. Соли серной кислоты (H2SO4). В земной коре составляют 0,1% ее массы. Блеск у сульфатов неметаллический, они не царапают стекло, цвет непостоянный, в основном светлых тонов, легкие, черта белая. В отличие от карбонатов не реагируют с разбавленной соляной кислотой (10%). Происхождение в основном поверхностное — лагунные или озерные химические осадки.

Гипс [Ca SO4·2H2O]. Волокнистый гипс — селенит (Селена — Луна), шелковистый гипс, сатиновый шпат. Минерал класса сульфатов. Жители средневекового Востока называли его «Афрусалинус» (слюна Луны). Арабы считали, что это плевки Луны, которые, падая на траву в новолуние, постепенно каменеют. Стекло Марии или дамский лед — прозрачные как стекло разновидности. У башкир существует поверье, что крупные выходы (обнажения) этого минерала обладают таинственной силой производить, после прикосновения к ним, гром и дождь. Эти места даже огораживались, чтобы не допустить случайного соприкосновения с ними домашнего скота. Да и у нас в стране в 50-е годы были модными накомодные слоники из этого белого прекрасного камня. Только на Урале изготовляли ежегодно до 400 тыс. штук таких слонов.

Карбонаты. К классу карбонатов относятся углекислые соединения металлов, являющихся производными угольной кислоты H2CO3.

Самые распространенные карбонатные минералы имеют формулы и названия:

Группа кальцита

Кальцит [CaCO3] — известковый шпат
Магнезит [MgCO3] — магнезиальный шпат
Доломит1 [CaMg(CO3)2] — горький шпат
Сидерит [FeCO3] — железный шпат

Группа арагонита

Арагонит [CaCO3]

Разновидности кальцита: исландский шпат, жемчуг, натечные формы арагонита. Все эти минералы бурно реагируют с 10% соляной кислотой.

Магнезит имеет твердость 4–4,5, часто скрытокристалличен, вскипает с кислотой только в нагретом виде. Диагностика кристаллического магнезита облегчается тем, что на воздухе в его межзерновом пространстве образуется темная пленочка и образец приобретает пятнистую окраску.

Доломит часто имеет раковистый излом и вскипает в 10% соляной кислоте только в порошке. Сидерит имеет твердость 3,5–4,5.

Хлориды. Из-за высокой растворимости являются типично «экзогенными» образованиями1.

Галит [NaCl] (от греч. «Галос» — соль), каменная соль — от похожих сильвина, флюорита, гипса и кальцита легко отличается характерным cоленым вкусом. Минерал класса хлориды.

Сильвин [KCl]. С примесью галита называется сильвинитом. Отличается от галита более разнообразной окраской, горько-соленым вкусом, шестоватыми, волокнистыми и листоватыми кристаллами. Минерал класса хлориды.

Карналлит [KCl MgCl2·6H2O]. На воздухе быстро сереет из-за его большой гигроскопичности, легко расплывается и распадается на составные части. Твердость 1. Минерал класса хлориды.

Месторождения калийных солей. Соликамск, Непский соленосный бассейн на Сибирской платформе.

Фосфаты. Диагностика минералов данного класса представляет большие трудности.

Флюорит2 [CaF2]. Плавиковый шпат. Минерал класса фториды. Разновидности: оптический флюорит — совершенно бесцветный и прозрачный. Диагностические признаки: характерная кубическая, реже октаэдрическая форма кристаллов, тусклый стеклянный блеск, полихромная окраска, октаэдрическая спайность.

Применение. С давних пор флюорит применяется в металлургии и идет как плавень при плавке руд. В большом количестве используется в химической промышленности для изготовления плавиковой (фтористо-водородной) кислоты и многих фтористых солей. Точно так же многие сорта флюорита употребляются в стекольном деле и в производстве глазурей и эмалей. Наиболее чистые разновидности флюорита в настоящее время представляют ценный материал в оптике для изготовления особых линз, имеющих специальное назначение. В меньших количествах он находит применение, в смеси с другими солями кальция, в качестве лекарства при костных заболеваниях. Цветные и наиболее плотные разновидности флюорита используются как художественные камни в производстве различных изделий.

Апатит имеет гексагональную сингонию, твердость 5, цвет от зеленого до белого. Большие скопления наблюдаются в Хибинских тундрах Кольского полуострова. Красивые коллекционные образцы известны на юге оз. Байкал на Слюдянском флогопитовом месторождении. Минерал класса фосфаты.

Фосфориты3 имеют осадочное происхождение, с обильным содержанием органического вещества, придающего им черный цвет, характерный битуминозный запах, издаваемый при трении одного куска о другой (запах жженой кости). Характерны многочисленные псевдоморфозы по стволам деревьев, по отдельным раковинам моллюсков, костям животных, отложениям гуано. Твердость 2–5, цвет от черного до белого с различными оттенками серого, часто образуют аморфные массы. Можно в какой-то мере диагностировать по характерному белому налету апатита на некоторых образцах фосфоритов.

1. Состав, формы и строение. Фосфориты представляют собой минеральные тела, состоящие, главным образом, из фторфосфорнокислого кальция Ca5F(PО4)3, к которому примешиваются различные посторонние тела в неодинаковом количестве. В фосфоритах присутствует карбонат кальция или в виде механической примеси, или связанный с фосфатом кальция. В этом последнем случае различается несколько отдельных минеральных видов: даллит 2Са3(РО4)2 • СаСО3 • 0,5Н2О; подолит 3Са3(РО4)2 • СаСО3; франколит 2Ca6F(PО4)3 • СаСО3 • Н2О и др.

Кроме фосфата кальция, изредка и в небольшом количестве присутствуют фосфаты железа и алюминия. В качестве обычных минеральных спутников следует отметить глауконит — сложный силикат калия, пирит, зерна кварца, некоторых силикатов (особенно полевых шпатов), а также разнообразные гидраты окиси железа и гипс. В ничтожном количестве в фосфоритах некоторых месторождений обнаруживается хлор и йод как аналоги фтора.

Обильно в фосфоритах содержится органическое вещество, ему обязан характерный битуминозный запах, издаваемый большинством фосфоритов при трении одного куска о другой. Этот запах весьма часто напоминает запах жженой кости. Количество органического вещества редко наблюдается ниже 1%, в некоторых месторождениях оно значительно больше, так, например, в Каролинских фосфоритах и тунисских (Gafsa) — около 4–7%, в пиренейских оно доходит даже до 30%. Природа органического вещества фосфоритов изучена еще несовершенно; быть может, некоторая часть органического вещества фосфоритов представляет собой фосфоро-органические соединения.

Фосфориты заключают в себе остатки различных организмов, скопляющихся иногда в очень большом количестве, в особенном изобилии бывают в некоторых месторождениях зубы рыб. Кроме макроскопической фауны, при рассматривании шлифов фосфоритов обнаруживается нередко присутствие очень большого количества, микроскопических организмов — раковин фораминифер, радиолярий, панцырей диатомовых. Фосфатовая масса, кажущаяся при небольших увеличе­ниях однородной, при больших, иногда весьма значительных увеличениях оказывается вся состоящей из остатков организмов, например, панцырей диатомовых, превращенных в фосфат; получается псевдоморфоза фосфата, называемая по панцырям диатомовых — фосфатовый диатомит.

Многочисленные псевдоморфозы фосфоритов встречаются по различным ископаемым, например: по стволам деревьев, по отдельным раковинам аммонитов, по костям рептилий — северодвинские остатки рептилий или позвонки ихтиозавров и пр.

Фосфориты залегают в земной коре или в виде отдельных желваков в различных породах, или в виде сплошных масс. Желваки бывают угловатые или гораздо чаще округлые. Они имеют шероховатую поверхность или же совершенно гладкую, окатанную — фосфоритовые гальки; нередко желваки бывают покрыты черной, блестящей, как бы лакированной, коркой. Они достигают самой различной величины. Желваки фосфоритовые или залегают свободно в рыхлой породе, или сцементированы в плотную массу. Цементирующим веществом является какое-либо постороннее тело или же фосфат кальция в виде вторичной генерации. От этих образований наблюдается в ряде случаев непосредственный переход к таким разностям фосфорита, где фосфатовое вещество присутствует только в виде цемента, связывающего другие минеральные зерна, преимущественно кварца, в плотную массу — получается род фосфатового песчаника.

В связи с вышеописанными различиями в характере фосфоритов меняются их физические свойства. Твердость колебания в значительных пределах от 2 до 6, удельный вес от 2,2 до 3,2. Цвет фосфоритов — серый, темно-серый, но в отдельных месторождениях обнаруживает резкие изменения — черный, ржаво-бурый или, наоборот, почти совершенно белый. Различную окраску представляют также части отдельных желваков: светло-серая наружная часть желвака сменяется ко внутри значительно более темной или, обратно, более светлая внутренняя масса желвака покрыта снаружи совершенно черной коркой.

Фосфоритовое вещество или некристаллично и не обнаруживает никакого или еле уловимое действие на поляризованный свет, или же явственно кристаллично. Иногда в одном и том же шлифе фосфорита наблюдается аморфное основное фосфатовое вещество и прекрасно окристаллизованный радиально-лучистый фосфат другой генерации. В некоторых случаях фосфориты представляют сложные коллоидные системы.

2. Генезис и типы месторождений. Главная масса фосфоритов сосредоточена в осадочных породах, начиная от самых древних — кембрийских — вплоть до современных, причем размеры фосфоритовых залежей в различных геологических системах неодинаковы. Относительно меньшая масса фосфоритов содержится в палеозойских и нижней серии мезозойских отложений, гораздо большее количество их скопляется в верхних частях юры и мела, и наконец, наибольшие фосфоритовые богатства заключены в палеогеновых отложениях — богатейшие нижнеэоценовые залежи Алжира и Туниса, эоценовые и отчасти миоценовые залежи Флориды и Каролины.

По процессам образования в земной коре, по генезису, фосфориты в основной своей части представляют вещества органогенного происхождения и являются биолитами. Только для весьма ограниченного количества месторождений принимается неорганический источник фосфора. К этой группе месторождений относятся фосфатовые жилы Кверси во Франции, которые согласно взглядам де-Ланэ представляют результат деятельности восходящих терм. За неорганогенный характер образования стоят взгляды некоторых исследователей и в отношении наших подольских фосфоритовых месторождений. Однако полностью вопросы генезиса этих месторождений далеко еще не разрешены.

Рисунок колонии альбатросов

Рис. 5.1. Гнездовье альбатросов и отложение ими гуано

Несомненно во всех остальных месторождениях источником фосфора явились органические вещества, вследствие чего скопившийся в залежах фосфор прошел через тело организмов.

Как известно, для жизни растения необходим фосфор. Посредством растений этот элемент попадает в тело животного и там концентрируется, преимущественно в костях. Интересные подсчеты такой концентрации дает Б и ш о ф. Содержание фосфора в виде Р2О5 в теле животных как в мягких частях, так особенно в скелете довольно значительно; так, например, в теле человека находится приблизительно 1,6% Р2О5, что соответствует 3,5% Са3(РО4)2 или около 3,8% Ca6F(PО4)3. При нормальном весе человека в 70 кг в его теле содержится Р2О5, отвечающая чистому фосфориту весом в 2,6 кг. Приблизительно таково же содержание Р2О5 в теле и других позвоночных животных. Весьма значительно также количество Р2О5, выделяемое мочой и экскрементами; так, человек выделяет в сутки приблизительно 6 г Р2О5, следовательно, в течение 200 дней выделяется количество фосфора, равное, содержанию этого элемента во всем теле.

Точно так же не раз констатировалось, что кости современных, а также и вымерших животных в основном состоят из фосфорнокислого кальция. Помощью химических анализов костей удалось установить, что минеральный состав их очень близок по составу с апатитами и отвечает комплексному соединению типа 3Са3(РО4)2 • СаСО3 с содержанием некоторого количества CaF2 и отчасти CaCl2. Еще К а р н о рассматривал состав костей как сложный химический комплекс, аналогичный с составом апатита, и предложил в виде общей формулы для этого комплекса следующее выражение:

3Са3(РО4)2 • Сах2, где х = F2, Сl2, (ОН)2, О, СО3, SО4 и пр.

В последние годы при изучении костей стали применять лучи Рентгена, помощью которых почти полностью подтвердились взгляды Карно. Исследуя кости многих современных животных, Юнг получил ряд спектров с характерными для фторапатита линиями.

Колония пеликанов, формирующая отложения гуано

Рис. 5.2. Пеликаны на южных островах и отложение гуано

Скопление костей и других органических веществ в различных водных бас­сейнах при наличии тех или иных условий окружающей среды может обусловить образование фосфоритовых месторождений. Полагают, что такое скопление органических остатков может происходить во время массовой гибели животных организмов, например рыб в местах схождения двух морских течений — теплого и холодного. Эти места в океанах являются губительными для многих организмов, вследствие чего на дне данного бассейна скопляется множество мертвых остатков их, что подтверждается многими наблюдениями, произведенными в этом направлении.

Образование фосфоритов может происходить и другими путями, не в условиях морского дна, а процессами метасоматического характера, т. е. процессами замещения известняков фосфорнокислым кальцием. Источником фосфора в этом случае является гуано, представляющее собой фосфатные скопления, образовавшиеся из экскрементов морских птиц и из продуктов гниения различных органических остатков.

При разложении органических веществ, особенно белковых, нередко наблюдается образование фосфорнокислого аммония, который, вступая в реакцию с карбонатом кальция, постепенно переходит в фосфат кальция:

2(NH4)34"' + 3CaCO3 = 3(NH4)2CO3" + Са3(РO4)2.

Подобные процессы часто наблюдаются на известковых породах коралловых островов, там, где вследствие гнездовья многих морских птиц, образуются колоссальные скопления гуано.

Главнейшие месторождения. Месторождения фосфоритов довольно многочисленны. В России известны по рекам Вятке и Каме, где фосфоритовый горизонт приурочен к верхнему отделу меловой системы; около Актюбинска (Казахстан) и в Поволжье, также в Подмосковном районе (Егорьевское месторождение), в районах Курской и Орловской областей и др.

Рисунок входа в штольню в отложениях фосфоритов

Рис. 5.3. Фосфоритовые залежи Алжира

Вне России обширные скопления фосфоритов известны в Алжире (рис. 5.3), Тунисе и Марокко (Африка). Здесь пласты фосфорита имеют до трех метров мощности и простираются в длину на несколько километров. Месторождения эти приурочены к верхнемеловым и палеогеновым отложениям. Некоторые горизонты их весьма интересны остатками зубов акул и скатов (рис. 5.4). Вторым крупным месторождением фосфоритов, имеющим большое мировое значение, является Флорида в Северной Америке, где залежи их приурочены к палеоген-неогеновым отложениям.

Краткая история фосфора. Открытие фосфора принадлежит одному гамбургскому купцу Брандту (в 1669 г.), который в погоне за средствами начал заниматься изучением алхимии. В то время каждый верил в воз­можность бесконечного превращения вещества и считал, что целым рядом таких превращений можно «облагородить» металлы, т. е. из малоценных металлов по­лучить такие, как золото и серебро. Оставалось лишь только найти способ получить этот «философский камень». Проработав долгое время безуспешно и безрезультатно, Брандт решил попытаться раздобыть этот таинственный камень из продуктов живого организма и как самый подходящий исходный материал для своей затеи взял человеческую мочу.

Рисунок образца фосфорита с зубом акулы

Рис. 5.4. Образец фосфорита с остатками зубов акул

Брандт усердно занимался нагреванием, перегонкой и возгонкой мочи всевозможными способами, что повело, конечно, к разложению ряда соединений, находящихся в моче, и образованию новых веществ, но «философский камень» все же не получался. И вот в один прекрасный день, после долгих и упорных испытаний, наш алхимик обнаружил в приемнике реторты своеобразное тело, обладавшее замечательными свойствами. Тело это по виду и консистенции напоминало воск, имело острый противный вкус и распространяло слабочесночный запах. При слабом нагревании эта масса плавилась, а при обыкновенной температуре из нее выделялись пары, которые светились в темноте, вследствие чего это вещество впоследствии и было названо фосфором, что значит «светоносен». Когда же Брандт проводил рукой по вновь полученному телу, пальцы его также светились бледным зеленовато-белым светом. При соприкосновении с этим телом любого предмета, последний приобретал способность к самостоятельному лучеиспусканию. Эти странные, ни на одном другом предмете еще не замеченные, явления послужили поводом сделать фосфор интересным для всего мира феноменом. Его странное происхождение, его легкая воспламеняемость и таинственное лучеиспускание послужили толчком к тому, что в скором времени весь образованный мир начал заниматься этим интересным веществом. Приготовление фосфора Брандт держал в секрете, а между тем спрос на него был так велик, что он ценился дороже золота. Его показывали за деньги как величайшую редкость.

Спустя некоторое время, как полагают, Брандт за очень большую сумму продал свой секрет немецкому химику Кункелю — тогдашнему доктору медицины, после чего секрет приготовления фосфора в короткое время сделался общим достоянием. Есть сведения, что около 1681 г. в Англии также был открыт фосфор неким Б о й л е, который нажил при этом, как говорят, громадное состояние. Присутствие фосфора в моче послужило поводом к тому, что начали искать его потом и в самом теле животных. И действительно, в 1715 г. Г е н с и н г у удалось найти фосфор в мозгу, а в 1771 г. Ш е л е м было сделано открытие фосфора в костях. Он нашел, что кости животных в значительной части состоят из фосфорнокислой извести. В 1788 г. Клаппротт и Пруст констатировали тот факт, что фосфорнокислый кальций является очень распространенным минералом в земной коре.

Применение. Главная масса апатита, равно как и фосфоритов, используется в агрономическом деле и идет на производство искусственного удобрения — различных суперфосфатов. По причине большой чистоты и содержания фосфорного ангидрида Р2О5 апатит является более ценной рудой, нежели фосфориты. Хибинские апатиты в этом отношении являются особенно высококачественными, со средним содержанием Р2О5 от 33 до 34% и как агрономическое сырье их можно считать «камнем плодородия».

При переработке апатита и фосфоритов на суперфосфат главную роль играет растворение их в серной кислоте. Основные реакции, которые при этом происходят, можно выразить следующими химическими уравнениями:


I. Ca3(PО4)2 + 2H24 + 5Н2О = Н4Са(РО4)2 • Н2О + 2(CaSО4 • 2Н2О)


II. 2Ca5F(PО4)3 + 7H24 + 17Н2О = 3{Н4 • Са(РО4 • Н2О} + 7(CaSО4 • 2Н2О) + 2HF.

К числу фосфорных удобрений относятся: 1) фосфоритовая мука, 2) обыкновенный суперфосфат, 3) двойной суперфосфат, 4) преципитат и 5) термофосфат. Все эти виды фосфорных удобрений находятся в прямой связи как с характером почвы, так и с производством той или иной растительной культуры.

Кроме удобрений, апатит и фосфориты служат еще источником добычи фосфора — желтого и красного, а также находят применение в изготовлении различных фосфорных препаратов.

Оксиды
А) Группа кислородных соединений железа

Физические свойства всех минералов весьма не постоянны. Твердость варьирует от 1 до 4 даже до 6–7 у пиролюзита [MnO2]. Это в основном железо-черные, стально-серые минералы. Черта черная у пиролюзита, бурая — у манганита, буровато-черная — у псиломелана. Известны Чиатурское (Грузия), Никопольское (Украина), Николаевское (Иркутская область) месторождения этого металла.
Магнетит [Fe3O4] — магнитный железняк, руда на железо. Минерал класса оксиды. Кубической сингонии, образует октаэдры. Черта черная. Обладает явно выраженной магнитностью. Твердость 5,5–6,5.

Разновидности: титаномагнетит — магнетит с примесью титана, титана до 25%. Важная руда на титан. Гематит [Fe2O3] или красный железняк (греч. «гема» — кровь). Минерал класса оксиды. Кристаллизуется в гексагональной сингонии. Черта красная или даже вишнево-красная. Твердость 3,5–6,5.

Разновидности: 1) железный блеск — красивые кристаллы; 2) железная роза — сростки пластинчатых кристаллов в форме розеток; 3) железная слюдка — тонкочешуйчатые формы железного блеска; 4) красная стеклянная голова — почки; 5) красный железняк — мелкозернистые сплошные массы; 6) оолитовые руды, часто озерного происхождения.

Гетит [FeO(OH)]. Волокнистые, игольчатые, часто лучистые агрегаты, оолиты. Черта бурая, желтая. Блеск алмазный. Твердость 5–5,5.

Б) Кислородные соединения марганца

Пиролюзит, манганит, псиломелан и вад — все это руды марганца (греч. «псилос» — лысый, «мелас» — черный) — черная стеклянная голова. Вад от английского слова Wad — губчатость. Все эти минералы относятся к классу оксидов.

Физические свойства всех минералов весьма не постоянны. Твердость варьирует от 1 до 4 даже до 6–7 у пиролюзита [MnO2]. Это в основном железо-черные, стально-серые минералы. Черта черная у пиролюзита, бурая — у манганита, буровато-черная — у псиломелана.

Месторождения. Известны Чиатурское (Грузия), Никопольское (Украина), Николаевское (Иркутская область).

В) Кислородные соединения алюминия

Корунд [Al2O3]. Минерал класса оксидов. Кристаллизуется в гексагональной сингонии. Твердость 9.

Разновидности: 1) наждак — мелкозернистые и плотные массы с примесью кварца; 2) рубин (название от лат. «ruber» — красный), хром содержащий прозрачный красный корунд, драгоценный камень; 3) сапфир — прозрачный, синий, драгоценный.

Боксит [Al2O3·2H2O], название произошло от небольшого местечка Бо в Южной Франции, где этот минерал впервые обнаружили в виде плотного глиноподобного вещества красного цвета. Для минерала очень характерны землистые массы, иногда с пизолитами — оолитовые мелкие стяжения с характерной скорлуповатостью. Твердость 1–3. Блеск матовый. Черта соответствует цвету.

Касситерит [SnO2], оловянный камень. Лучшая и почти единственная руда на олово (греч. «касситерос» — олово). Часто кристаллизуется в виде прекрасных кристаллов тетрагональной сингонии (призмы, бипирамиды). Очень диагностичны двойники. Твердость 6–7. Блеск алмазный, металловидный. Цвет черный, бурый, реже желтый. Черта — желтая или буро-желтая. Излом раковистый, неровный. Месторождения: Шерловая гора в Забайкалье.

Силикаты. Самый многочисленный класс минералов (более 800 видов). Они входят в состав почти всех горных пород, особенно тех, которые возникли из магмы. Очень часто образуют значительные мономинеральные скопления (одного минерала) в виде жил. Большинство силикатов представляет собой полезные ископаемые (Be, Li, Zr, TR и др.).

Силикаты — это соли различных кремниевых кислот (H4SiO4 — ортокремниевая; H2SiO3 — метакремниевая и т. д.). Кроме кремния, основного компонента силикатов, в них в большом количестве присутствует алюминий (гр. алюмосиликатов). Из других элементов следует отметить присутствие: Ti, Fe, Ca, Mg, Na, K, Li, F.

Все разнообразие минеральных видов силикатов обусловлено всего лишь одним кирпичиком — кремнекислородным тетраэдром, который может соединяться с такими же тетраэдрами в цепочки — образуя цепочечные силикаты (у каждого тетраэдра по два общих кислорода), острова — островные силикаты (когда тетраэдры образуют скопления изолированные друг от друга), кольцевые, ленточные, листовые, каркасные подклассы силикатов. Структура силикатов в большой степени определяет их физические свойства, а в некоторой степени даже и происхождение (генезис). Внутри подклассов минералы близкого химического состава и сходной структуры объединяются в группы. Мы с вами познакомимся со следующими подклассами и группами силикатных минералов.

А. Островной или изолированной структурой тетраэдров силикаты

Группа граната

Гранаты. Название от лат. «гранатум» — гранатовое дерево, зерна плодов которого он напоминает. Минералы класса силикаты. Сюда относится следующий ряд минералов: пироп (бордово-красный), гроссуляр (бесцветный, белый, зеленый), андрадит (зеленый, буровато-коричневый до черного), уваровит (изумрудно-зеленый), спессартин (розовый), альмандин (красно-фиолетовый, малиновый). Цвета гранатов могут меняться в любых соотношениях в любых пропорциях. В качестве исключения можно указать, что лишь гранаты синего цвета в природе не встречаются. Гранаты кристаллизуются в кубической сингонии в виде хорошо образованных кристаллов, имеющих форму ромбических додекаэдров, имеют сильный стеклянный блеск, раковистый излом и сравнительно высокую твердость (6,5–7,5). Прозрачные гранаты являются ювелирными и издавна используются человеком в качестве украшений.

Искусственные соединения очень похожие на ювелирные гранаты, но синтезированные без участия кремния в их решетке называются гранатитами.

Группа минералов оливина. Минералы, входящие в эту группу, представляют собой непрерывный изоморфный ряд силикатов с конечными членами представленными форстеритом и фаялитом. Для них характерна зеленая окраска, стеклянный блеск, твердость в пределах 6,5–7, изометричная форма кристаллов и характерные минералы спутники. Прозрачная зеленая разность оливина называется хризолитом.

Б. Силикаты с кольцевым строением

Основой кристаллического строения этих силикатов являются замкнутые кольца кремнекислородных тетраэдров. Минералы этого подкласса проявляют резко выраженную тенденцию к образованию геометрически правильных кристаллов, преимущественно столбчатого или призматического облика. Они лишены спайности обладают высокой твердостью и среди них много прозрачных ювелирных разновидностей. Минералы: берилл, турмалин.

Берилл отличается шестигранными призматическими кристаллами, высокой твердостью (7,5–8). Разновидности: изумруд — густоокрашенный ярко-зеленый прозрачный драгоценный камень; аквамарин — зелено-голубой, цвета морской волны; воробьевит — розовый или красный, нередко прозрачный; гелиодор — желтый прозрачный.

Турмалин — собирательное название большой группы минералов эльбаита (розовый), дравита (коричневый, желтый или зеленый), шерла (черный) и других. Разновидности: рубеллит (розовый, красный, малиновый, вишнево-красный), индиголит (синий, голубой синевото-черный), африцит (черный). Встречаются полихромные турмалины с окраской, меняющейся в продольном или поперечном направлениях. Из диагностических характерных признаков следует указать поперечное сечение в виде сферического треугольника, высокую твердость (7–7,5) и продольную штриховку некоторых кристаллов, турмалиновые солнца.

В. Цепочечные силикаты

Цепочечные силикаты образуют кристаллы, резко вытянутые в одном направлении (вдоль цепочек), шестоватые, игольчатые, волокнистые и др. Большинство минералов окрашены в темные тона разных оттенков зеленого, бурого до зелено-черного и черного. Однако черта даже у самых темных минералов этого подкласса всегда светлая — белая, сероватая, зеленоватая, часто бесцветная.

Группа пироксенов. Пироксены можно спутать со сходными амфиболами, от которых они отличаются наличием призматической спайности под углом, близким к прямому (у амфиболов спайность под углом 56–57°), укороченным псевдотетрагональным обликом кристаллов (у амфиболов — более удлиненные кристаллы с псевдогексагональными или ромбическими поперечными сечениями). Минералы: диопсид, авгит, эгирин и др. Зелено-голубая разновидность хорошо ограненных кристаллов из Слюдянки известна под названием байкалит.

Г. Ленточные силикаты

Группа амфиболов. Для минералов этой группы характерным является ясная спайность по призме с углом 56°(124°), резко удлиненный (часто игольчатый и волокнистый) облик кристаллов, шестиугольная форма поперечного сечения и хрупкость, на плоскостях спайности часто появляется перламутровый блеск.

Минералы: тремолит, актинолит, роговая обманка. Роговая обманка является самым распространенным амфиболом. Она диагностируется по внешнему облику кристаллов, углу между плоскостями спайности и обычно темно-зеленому (обычная роговая обманка) до черного и смоляно-черного (базальтическая роговая обманка) цвету.

Д. Слоистые или листовые силикаты

Для минералов этого подкласса характерны таблитчатые кристаллы, чешуйчатые агрегаты, иногда скрытокристаллические. В некоторых случаях, когда слои кремнекислородных тетраэдров сворачиваются в трубочки, образуются игольчатые или волокнистые агрегаты минералов. Большинство слоистых силикатов прозрачны или полупрозрачны в тонких сколах, обладают стеклянным, реже жирным, восковым, шелковистым или перламутровым блеском, а благодаря строению кристаллической решетки, допускающей возникновение в ней ослабленных направлений, эти минералы обладают совершенной и весьма совершенной спайностью и невысокой твердостью.

Группа талька. Тальк моноклинный, имеет значение как кислото- и огнеупорный материал, электроизолятора, для смазки машин, изготовления пудры, в резиновой промышленности.

Группа слюд. Мусковит (калий-магниевая слюда), биотит (железо-магниевая слюда), флогопит (магниевая слюда), гидрослюды (вермикулит).

Группа серпентина. Минералы этой группы характеризуются скрытокристаллической структурой, низкой твердостью (Тв. 4). Цвет их чаще всего желтовато-зеленый до темно-зеленого. Относятся минералы: хризотил-асбест — тонковолокнистый, чрезвычайно вредный для здоровья минерал. Встречается в ассоциации с серпентином. Цвет светло-зеленый. Твердость 2,5–3.

Группа глинистых минералов. Монтмориллонит, каолинит (каолин), кирпичные глины.

Е. Каркасные силикаты

Группа полевых шпатов(ПШ). По химическому составу ПШ разделяются на три подгруппы:
1) натрий-кальциевые (плагиоклазы);
2) калий-натровые (КПШ);
3) калий-бариевые.

На долю ПШ приходится свыше 50% веса земной коры. Происхождение их, в основном, магматическое (из расплава).

Плагиоклазы образуют изоморфный ряд от альбита (NaAlSi3O8) до анортита (CaAl2Si2O8): альбит олигоклаз андезин лабрадор битовнит анортит. Содержание SiO2 в них убывает от альбита к анортиту, в связи с чем принято считать плагиоклазы близкие к альбиту кислыми, а близкие к анортиту — основными. Последние, как правило, богаты кальцием.

Все плагиоклазы кристаллизуются в триклинной сингонии. Угол между плоскостями спайности отличается от прямого на 3–4°. Характерны полисинтетические двойники (тонкая штриховка по плоскостям спайности), а также иризация (олигоклаз, известный под названием лунный камень и лабрадор с фиолетово-желтой иризацией). Калий-натровые полевые шпаты, ортоклаз, санидин, микроклин. Эти полевые шпаты кристаллизуются в моноклинной и триклинной сингониях. Характерны разнообразные двойниковые срастания. Спайность совершенная по двум направлениям под углом 90°. Блеск для всех ПШ — стеклянный. Твердость 6. Являются сырьем для фарфоровой промышленности. Разновидности: зеленый микроклин — амазонит, водяно-прозрачный ортоклаз — адуляр.

Из других знаменитых силикатов можно назвать лазурит, цеолиты.

ЛАЗУРИТ — ляпис-лазурь. Встречается в виде зерен и сплошных масс. Твердость 5,5. Происхождение его контактовое в известняках. Известны месторождения в Афганистане (район Бадахшана), на Малой Быстрой (Юж. Прибайкалье).

ЦЕОЛИТЫ — это минералы с большим количеством так назывемой цеолитной, подвижной воды. Воду при нагревании из цеолитов можно выгнать, но через некоторое время она опять в них накопиться. Есть цеолиты, которые сами отдают воду, причем с разрушением кристаллической структуры случай в Байкальском туннеле БАМ).

Природные цеолиты — минералы семейства алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов, обладающие высокоэффективными сорбционными и ионообменными свойствами, которые определяются их открытой пористой микроструктурой. В кристаллическом трехмерном каркасе образована система сообщающихся каналов и полостей, в которых расположены обменные катионы и молекулы воды. Цеолитовый каркас представляет подобие кристаллической «губки» с объемом пор до 50%. Особенность кристаллической структуры цеолитов обусловливают их сорбционную активность — так называемый «молекулярно-ситовой эффект». Высокая избирательность поглощения и способность разделять по размерам ионы и молекулы различных веществ позволяют эффективно использовать цеолитсодержащие породы в различных отраслях хозяйственной деятельности. В природе цеолиты наиболее широко представлены клиноптилолитом в составе вулканических туфов. Применение их не требует дополнительной обработки, достаточно дробления.

После публикаций ряда японских авторов в середине 60-х годов прошлого столетия стало очевидным, что применение природных цеолитовых туфов приносит высокий экономический и социальный эффект. Благодаря исключительно удачному сочетанию физико-химических свойств и низкой себестоимости природные цеолиты имеют, с учетом мирового опыта, большие перспективы применения в остро стоящей проблеме утилизации и захоронении отходов.

Потребность в цеолитах развитых стран составляет миллионы тонн в год. Российские запасы их составляют миллиарды тонн, но практически остаются невостребованными, хотя и имеется очень небольшой, но положительно зарекомендовавший себя опыт применения цеолитов в различных отраслях народного хозяйства.

Природные свойства цеолитов позволяют широко применять их для защиты окружающей среды, утилизации и захоронении отходов промышленности, сельского хозяйства, бытовых.

Подробно об использовании цеолитов см. статью Синцова А.В., Коваленко С.Н., 2004 г. в дополнительном банке данных — в разделе Приложения.

Материалы этого раздела отражают современную научную модель геологии. Если вы желаете самостоятельно обдумать все предложенные в этом разделе понятия геологии, настоятельно рекомендую ознакомиться с альтернативной точкой зрения на геологию и все естествознание в целом В.М. Дуничева (см. приложение 4), где материал, касающийся темы этого раздела, можно найти в Интернете по этой гиперссылке [www.science.sakhalin.ru/Geography/DVM/2002/11.html].

Контрольные вопросы

1. Каковы общие свойства самородных металлов?
2. Что такое кремнекислородный тетраэдр и каково его строение?
3. Назовите формулу кальцита?
4. На какие группы подразделяются полевые шпаты?
5. Перечислите области применения флюорита?
6. Какие самородные элементы образуют крупные месторождения в России?
7. Как используется в народном хозяйстве минерал пирит?
8. Назовите основные свойства минералов класса силикатов?

 
© 2008–2011,   С.Н. Коваленко, кафедра географии ВСГАО. Все права защищены.



Закрыть ... [X]


Природный цеолит. Минеральные вещества. Защита от радиации Курица тушеная в сметане с фото пошагово

Свойства цеолита при соприкосновении с телом человека Магические и лечебные свойства камня жадеит. Фото, история
Свойства цеолита при соприкосновении с телом человека Продукция для массажа - Аксессуары для массажа - разделы
Свойства цеолита при соприкосновении с телом человека Литовиты в функциональном питании ВАШЕ ЗДОРОВЬЕ
Свойства цеолита при соприкосновении с телом человека Фосфаты в стиральном порошке чем опасны Science Debate
Свойства цеолита при соприкосновении с телом человека Жадеит Зеленый Amaro
Cached Атамхатик праздник на зубок! - Туапсинские вести Естественная красота (Наталья Фаллер) / Стихи. ру Как сделать подарок для мамы самостоятельно? Как удалить статус в Одноклассниках? Маски для сухой, увядающей кожи, против морщин и мешков под Потолок «звездное небо способы сделать его самостоятельно Ромашка из бисера: разные варианты плетения (фото и видео) Семья Бровченко кто они такие на самом деле