Кристаллография и минералогия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Запорожская государственная инженерная академия

Кафедра ОМД

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Выполнил

студент гр. МЕТ-10-1з

Синявский М.В

Запорожье 2012г.

1. Дайте определение симметрии и элементов симметрии кристалла. Каков принцип классификации ? Начертите пентагон-додекаэдр, напишите формулу симметрии, укажите категорию, сингонию и вид симметрии данного кристалла. Опишите существующие простые формы кристаллов

«Симметрия» в переводе с греческого означает «соразмерность» (повторяемость). Симметричные тела и предметы состоят из равнозначных, правильно повторяющихся в пространстве частей. Особенно разнообразна симметрия кристаллов. Различные кристаллы отличаются большей или меньшей симметричностью. Она является их важнейшим и специфическим свойством, отражающим закономерность внутреннего строения.

По более точному определению симметрия - это закономерная повторяемость элементов (или частей) фигуры или какого-либо тела, при которой фигура совмещается сама с собой при некоторых преобразованиях (вращение вокруг оси, отражение в плоскости). Подавляющее большинство кристаллов обладает симметрией.

Понятие симметрии включает в себя составные части - элементы симметрии. Сюда относятся плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии, или центр инверсии.

Плоскость симметрии делит кристалл на две зеркально равные части. Обозначается она буквой Р. Части, на которые плоскость симметрии рассекает многогранник, относятся одна к другой, как предмет к своему изображению в зеркале разные кристаллы имеют различное количество плоскостей симметрии, которое ставится перед буквой Р. Наибольшее количество таких плоскостей у природных кристаллов - девять 9Р. В кристалле серы насчитывается 3Р, а у гипса только одна. Значит, в одном кристалле может быть несколько плоскостей симметрии. В некоторых кристаллах плоскость симметрии отсутствует.

Относительно элементов ограничения плоскость симметрии может занимать следующее положение:

· проходит через ребра;

· лежать перпендикулярно к ребрам в их серединах;

· проходить через грань перпендикулярно к ней;

· пересекать гранные углы в их вершинах.

В кристаллах возможны следующие количества плоскостей симметрии: 9Р, 7Р, 6Р, 5Р, 4Р, 3Р, 2Р, Р, отсутствие плоскости симметрии.

Ось симметрии - воображаемая ось, при повороте вокруг которой на некоторый угол фигура совмещается сама с собой в пространстве. Она обозначается буквой L. У кристаллов при вращении вокруг оси симметрии на полный оборот одинаковые элементы ограничения (грани, ребра, углы) могут повторяться только 2, 3, 4, 6 раз. Соответственно этому оси будут называться осями симметрии второго, третьего, четвертого и шестого порядка и обозначаться: L2, L3, L4 и L6.Порядок оси определяется числом совмещений при повороте на 360?С.

Ось симметрии первого порядка не принимается во внимание, так как ею обладают вообще не фигуры, в том числе и несимметричные. Количество осей одного и того же порядка пишут перед буквой L: 6L6, 3L4 и т.п.

Центр симметрии - это точка внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся пополам линии, соединяющие одинаковые элементы ограничения кристалла (грани, ребра, углы). Обозначается она буквой С. Практически присутствие центра симметрии будет сказываться в том, что каждое ребро многогранника имеет параллельное себе ребро, каждая грань - такую же параллельную себе зеркально-обратную грань. Если же в многограннике присутствуют грани, не имеющие себе параллельных, то такой многогранник не обладает центром симметрии.

Достаточно поставить многогранник гранью на стол, чтобы заметить, имеется ли сверху такая же параллельная ей зеркально-обратная грань. Конечно, на параллельность нужно проверить все типы граней.

Существует ряд простых закономерностей, по которым сочетаются друг с другом элементы симметрии. Значение этих правил облегчает их нахождение.

Линия пересечения двух или нескольких плоскостей является осью симметрии. Порядок такой оси равен числу пересекающихся в ней плоскостей.

L6 может присутствовать в кристалле только в единственном числе.

С L6 не могут комбинироваться ни L4, ни L3, но может сочетаться L2 причем L6 и L2 должны быть перпендикулярны; в таком случае присутствует 6L2.

L4 может встречаться в единственном числе или трех взаимно перпендикулярных осей.

L3 может встречаться в единственном числе или с 4L3.

Степенью симметрии называется совокупность всех элементов симметрии, которыми обладает данный кристалл.

Кристалл, имеющий форму куба, обладает высокой степенью симметрии. В нем присутствуют три оси симметрии четвертого порядка (3L4), проходящие через середины граней куба, четыре оси симметрии третьего порядка (4L3), проходящие через вершины трехгранных углов, и шесть осей второго порядка (6L2), проходящих через середины ребер. В точке пересечения осей симметрии располагается центр симметрии куба (С). Кроме того, в кубе можно провести девять плоскостей симметрии (9Р). Элементы симметрии кристалла можно изобразить кристаллографической формулой.

Для куба формула имеет вид: 9P, 3L4, 4L3, 6L2, C.

Русский ученый А.В. Гадолин в 1869 г. показал, что у кристаллов возможны 32 различных сочетания элементов симметрии, составляющих классы (виды) симметрии. Таким образом, класс объединяет группу кристаллов с одинаковой степенью симметрии.



Рисунок 1 - Элементы симметрии: а - ось симметрии; б - плоскость симметрии; в - центр инверсии

Классификация кристаллов

Существуют различные принципы классификации кристаллов. Практическую пользу может принести использование внешней симметрии.

В кристаллах возможны только 32 сочетания элементов симметрии (32 вида симметрии). Виды симметрии объединяются в сингонии (от греческого "син" - сходно и "гония" - угол) или системы. Всего различают семь сингоний.

Триклинная, моноклинная и ромбическая сингонии называются низшими, потому что они не имеют осей симметрии выше второго порядка (L2).

Тригональная, тетрагональная и гексагональная сингонии называются средними; они имеют одну ось симметрии высшего порядка (L3, L4 или Li4), L6 (или Li6).

Кубическая сингония имеет несколько осей симметрии высшего порядка (L3, L4 или Li4); она называется высшей сингонией.

Простые формы и их комбинации.

Обзор простых форм по сингониям.

Совокупность граней, которая может быть получена из исходной грани при действии всех элементов симметрии данного кристалла, называется простой формой. Следовательно, это такая фигура в кристалле, все грани которой при равномерном развитии по размеру и форме одинаковы. В кристалле могут присутствовать одна, две или несколько простых форм. Сочетание двух или нескольких простых форм называется комбинацией.

Простые формы могут замыкать и не замыкать пространства; они соответственно называются открытыми и закрытыми.

Так, например, кристалл циркона представляет собой комбинацию двух простых форм: тетрагональной призмы и тетрагональной дипирамиды. Призма является открытой формой, поскольку она не замыкает пространства, дипирамида же - закрытая форма, так как она полностью замыкает пространство, пусть даже на продолжении своих граней.

Чтобы различать на кристаллах простые формы, нужно, прежде всего, знать правило: сколько на равномерно развитом кристалле разных граней, столько будет простых форм.

Рассмотрим простые формы встречающиеся в различных сингониях.

В низших сингониях возможны следующие простые формы.

Моноэдр - простая форма, представленная одной гранью.

Пинакоид - две равные параллельные грани, которые могут быть обратно расположенными.

Диэдр - две равные пересекающиеся грани (могут пересекаться на своём продолжении).

Ромбическая призма - четыре равных попарно параллельных грани; в сечении образуют ромб.

Ромбическая пирамида - четыре равные пересекающиеся грани; в сечении также образуют ромб.

Перечисленные простые формы относятся к открытым, так как они не замыкают пространства. Присутствие в кристалле открытых простых форм, например, ромбической призмы обязательно вызывает присутствие других простых форм, например, пинакоида или ромбической дипирамиды, необходимых для того, чтобы получилась замкнутая форма.

Из закрытых простых форм низших сингоний отметим следующие.

Ромбическая дипирамида - две ромбические пирамиды, сложенные основаниями; форма имеет восемь разных граней, дающих в поперечном сечении ромб;

Ромбический тетраэдр - четыре грани, замыкающие пространство и имеющие форму косоугольных треугольников.

В средних сингониях из перечисленных выше простых форм могут присутствовать только моноэдр и пинакоид. Открытыми простыми формами средних сингоний будут призмы и пирамиды.

В соответствующих сингониях могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные призмы. Могут быть призмы с удвоенным числом граней: дитригональная, дитетрагональная и дигексагональная. В последнем случае все грани равны, но одинаковые углы между ними чередуются через один.

К закрытым формам относятся дипирамиды, скаленоэдры, трапецоэдры, ромбоэдр и тетрагональный тетраэдр.

Дипирамиды могут быть тригональные, тетрагональные и гексагональные или при удвоении числа граней - дитригональные, дитетрагональные и дигексагональные. Дипирамиды представляют собой две пирамиды сложенные основаниями.

1. Скаленоэдр - простая форма, состоящая из равных разносторонних треугольников. Скаленоэдры встречаются только в тригональной и тетрагональной сингониях.

2. Трапецоэдр - напоминает дипирамиду. Грани этой простой формы имеют вид четырёхугольников, а боковые рёбра не лежат в одной плоскости. Трапецоэдры возможны лишь в трёх видах симметрии, где отсутствуют плоскости симметрии.

3. Ромбоэдр состоит из шести граней в виде ромбов, напоминает вытянутый или сплющенный по диагонали куб. Он возможен только в тригональной и гексагональной сингониях.

4. Тетрагональный тетраэдр представляет собой четыре равные грани в виде равнобедренных треугольников.

В кубической сингонии имеется 15 простых форм, все они закрытые. Простые формы низших и средних сингоний в кубической сингонии не встречаются.

Куб (гексаэдр) представляет собой шесть попарно параллельных квадратных граней. Если каждую грань куба заменить четырьмя треугольными гранями, то получиться простая форма, которая называется тетрагексаэдр.

Октаэдр представляет собой совокупность восьми попарно параллельных граней. Если каждая грань октаэдра замещена тремя гранями (триоктаэдр), то по количеству сторон этих граней различают тригонтриоктаэдр, тетрагонтриоктаэдр и пентагонтриоктаэдр. При замещении грани октаэдра шестью гранями получим гексаоктаэдр, состоящий из 48 граней.

Тетраэдр кубической сингонии состоит из четырёх равносторонних треугольников, замыкающих пространство.

Если каждую грань тетраэдра заменить тремя гранями, то по аналогии с октаэдром получим тригонтритетраэдр и пентагонтритетраэдр.

Ромбододекаэдр представляет собой простую форму, состоящую из 12 граней в виде ромбов.

Пентагондодекаэдр также состоит из 12 граней, но имеющих форму неправильных пятиугольников.

Дидодекаэдр - "удвоенный" додекаэдр, каждая грань которого заменена двумя гранями; состоит из 24 граней.

Пентагондодекаэдр

Пентагомндодекамэдр -- объёмная фигура с двенадцатью гранями в форме неправильных пятиугольников.

Визуально очень похож на платоновское тело, но имеет совсем другую симметрию -- центральный вид симметрии кубической сингонии. Грани -- неправильные пятиугольники, симметричные относительно плоскости, проходящей через центр фигуры. Пентагондодекаэдр это одна из простых форм кристаллов. Огранка кристаллов пентагондодекаэдром характерна, например, для пирита.Относится к точечной группе T_h или m3.

Пентагондодекаэдр -- это одна из простых форм кристаллов. Форма кристаллов в виде пентагондодекаэдра характерна, например, для пирита.

Рисунок 2 - Пентагомндодекамэдр

2. Свойства кристаллических веществ. Два типа вещества

Одно из основных свойств кристалла - однородность. Однородным должно считаться тело, в котором на конечных расстояниях от любой его точки найдутся другие, эквивалентные ей не только в физическом отношении, но и геометрическом; т. е. находятся в таком же окружении, как и исходные, поскольку размещением материальных частиц в кристаллическом пространстве «управляет» пространственная решетка, можно считать, что грань кристалла - это материализованная плоская узловая решетка, а ребро - материализованный узловой ряд. Как правило, хорошо развитые грани кристалла определяются узловыми сетками с наибольшей густотой расположения узлов. Точка, в которой сходятся три и более граней, называется вершиной кристалла.

Анизотропность - это способность кристалла проявлять различные свойства в разных направлениях. Поскольку различные направления в кристаллической структуре вещества, построенного по закону трехмерной периодичности, могут и иметь неодинаковые расстояния между атомами (узлами), а следовательно, и разные по силе химические связи, то и свойства по таким направлениям могут отличаться, а сами кристаллы будут анизотропны относительно этих свойств. Если свойство не изменяется в зависимости от направления, то вещество изотропно.

Способность самоограняться, т. е. при определенных условиях принимать естественную многогранную форму. В этом также проявляется его правильное внутреннее строение. Именно это свойство отличает кристаллическое вещество от аморфного. Иллюстрацией этому служит пример. Два выточенных из кварца и стекла шарика опускают в раствор кремнезема. В результате шарик кварца покроется гранями, а стеклянный останется круглым.

Твердые тела могут существовать в двух существенно различных состояниях, отличающихся своим внутренним строением, и, соответственно, свойствами. Это кристаллическое и аморфное состояние твердых тел монокристаллом или просто кристаллом. В других случаях тело представляет собой множество мелких кристалликов, причудливо сросшихся между собой, например, кусок рафинада. Такие тела называютполикристаллическими.

Таким образом, кристаллическими называют тела, в которых атомы и молекулы расположены в правильном геометрическом порядке, а аморфными - в которых атомы и молекулы расположены беспорядочно. Стеклообразные тела также относятся к разряду аморфных, так как внутри них нет кристаллов.

Аморфные тела можно рассматривать как сильно охлажденные жидкости с очень высоким коэффициентом вязкости. У них наблюдаются слабо выраженные свойства текучести. Например, куски воска или битума, находящиеся в воронке, со временем принимают ее форму. Поэтому, строго говоря, твердыми следует называть только кристаллические тела.

Отсюда следуют основные различия в свойствах кристаллических и аморфных тел. Если наблюдать процесс плавления и затвердевания кристаллических и аморфных тел, то можно заметить, что кристаллические тела имеют точку плавления Гпл, при которой вещество находится в устойчивом состоянии в обеих фазах - в твердой и жидкой, аморфные же тела, постепенно размягчаясь при нагревании, не имеют определенной температуры, соответствующей переходу твердой фазы в жидкую ( 5).

По своим физическим свойствам и молекулярной структуре твердые тела разделяются на два класса - аморфные и кристаллические.

Характерной особенностью аморфных тел является их изотропность, т. е. независимость всех физических свойств (механических, оптических и т. д.) от направления внешнего воздействия. Молекулы и атомы в изотропных твердых телах располагаются хаотично, образуя лишь небольшие локальные группы, содержащие несколько частиц (ближний порядок). По своей структуре аморфные тела очень близки к жидкостям. Примерами аморфных тел могут служить стекло, различные затвердевшие смолы (янтарь), пластики и т. д. Если аморфное тело нагревать, то оно постепенно размягчается, и переход в жидкое состояние занимает значительный интервал температур.

В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела. Для наглядного представления таких структур используются пространственные кристаллические решетки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул данного вещества. Чаще всего кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества. Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na⁺ и Cl-, не объединенные попарно в молекулы NaCl (рис. 3.6.1). Такие кристаллы называются ионными.

3. Опишите физические свойства, происхождения и применение минералов класса вольфраматов

Шеелит (назв. по фамилии известного шведского химика Карла Вильгельма Шееле, первооткрывателя именно в шеелите вольфрамовой кислоты) - минерал состава Ca[WO4]. Может содержать до 10% MoO3 в качестве изоморфной примеси.

Рисунок 3 - Шеелит

Формы нахождения

Сингония тетрагональная, дипирамидальный вид симметрии L4PC. Обычны дипирамидальные кристаллы псевдооктаэдрического облика, редко таблитчатые по (001). Характерны грубо блочно-мозаичное строение кристаллов и грубая штриховка на гранях (112). Бывают двойники срастания по (110) и (001) и двойники прорастания по (100); последние похожи на единичные кристаллы, но узнаваемы по перистой штриховке или малым входящим углам между гранями (131) двух индивидов. Также в виде отдельных зёрен неправильной формы, зернистых агрегатов в прожилках и сплошных зернистых масс. "Рейнит" = псевдоморфоза ферберита по шеелиту.

Свойства

Цвет шеелита весьма характерный. Кристаллы редко - бесцветные, чаще - оранжевые до красных, жёлтые, медовые, бурые, реже - зеленоватые. Просвечивающий до полупрозрачного в краях, мелкие кристаллы бывают почти прозрачны. Блеск жирно-стеклянный, на изломе до жирного, на плоскостях спайности иногда алмазный. Оптически одноосный, положительный, Ng = 1,937, Nm = 1,92, Ng - Nm = 0,017. Спайность средняя по (111). Хрупкий. Твёрдость по шкале Мооса 4,5. Плотность 5,8 - 6,2 г/см3. Цвет черты белый. Под п. тр. плавится с трудом, сплавляясь в полупрозрачное стекло. Разлагается в HCL и НNO3, образуя жёлтый порошок водной окиси вольфрама, растворимой в аммиаке. Раствор в HCL при кипячении с оловом становится ярко-синим. В катодных, коротковолновых ультрафиолетовых и рентгеновских лучах светится голубым цветом с меняющейся окраской в зависимости от состава, иногда весьма сильно.

Происхождение

Распространён сравнительно широко, гл. образом в гидротермальных и в контактово-метасоматических месторождениях, встречается в рудах и месторождениях различного состава, преимущественно в жильных. Промышленные месторождения - в скарнах, образуются контактово-метасоматическим путём и залегают обычно на контакте гранитов с карбонатными породами в виде тел неправильной формы. В них шеелит находится в парагенезисе с пироксенами, гранатами, плагиоклазами и сульфидами. В гидротермальных месторождениях - в подчинённом количестве в кварцевых жилах совместно с арсенопиритом, пиритом, карбонатами, золотом, галенитом.

Применение. Образует рудные скопления. Наряду с вольфрамитовыми, шеелитовые руды явдяются ценным сырьём для получения вольфрама. Друзы кристаллов имеют весьма привлекательный вид и популярны как коллекционный материал.

Вольфрамит (англ. Wolframite) - групповое название минералов класса вольфраматов состава A WO4, где A = Fe, Mn, Mg. Группа вольфрамита представляет собой изоморфный ряд, крайними членами которого являются минеральные виды гюбнерит Mn WO4 и ферберит Fe WO4, магнезиальный крайний член неизвестен. Содержит 74-76% WO3. Характерны примеси MgO, Ta2O5, Nb2O5, ThO2, Sc2O3. Содержание тантала и ниобия связано с изоморфной примесью, а чаще с мельчайшими включениями минералов группы колумбита.

Рисунок 4 - Вольфрамит

Назван по входящему в состав минерала химическому элементу W, от нем. Wolfram, "Вольфрам".

Свойства

Кристаллизуется в моноклинной сингонии, пространственная группа P2/c. Моноклинно-призматический вид симметрии 2/m. Обычны пластинчатые толстотаблитчатые, призматические кристаллы с вертикальной штриховкой, мелкие пластинчатые зёрна и крупнозернистые агрегаты. Цвет буровато-чёрный, у гюбнерита - красновато-коричневый (черта оранжево-желтая), ферберита - чёрный (черта шоколадно-бурая). Блеск яркий алмазный до полуметаллического. Твёрдость по шкале Мооса 5-5,5, плотность 6,7 г/см3 (гюбнерит) до 7,5 г/см3 (ферберит). Спайность совершенная в одном направлении.

Происхождение. Встречается в грейзенах, пневматолитовых и высокотемпературных гидротермальных кварцевых жилах в ассоциации с мусковитом, топазом, флюоритом, бериллом, висмутином, касситеритом, молибденитом, арсенопиритом, редко - c антимонитом. Вольфрамит иногда псевдоморфно замещается шеелитом. В зоне окисления вольфрамит частично замещается вольфрамовыми охрами (тунгститом, ферритунгститом).

Применение. Вольфрамит - главнейший рудный минерал, из которого добывается вольфрам. При высоких содержаниях в нём Sc и Ta они могут извлекаться попутно.

4. Назовите минералы черной металлургии осадочного происхождения. Опишите механизм их образования

1 Магнетит - минерал с формулой (Fe3+,Fe2+)Fe3+2O4. Происхождение названия, согласно Плинию Старшему, от греч. "Магнес" - имени легендарного пастуха, открывшего этот минерал на г. Ида (Греция). Синонимы: железняк магнитный, руда железная магнитная.

Кристаллическая структура.

Кристаллы кубической сингонии, гексаоктаэдрический вид симметрии. Кристаллическая структура является инвертированной структурой шпинели, что отражено в формуле.

Рисунок 5 - Магнетит

Свойства.

Цвет железно-чёрный, серо-чёрный, иногда с синеватой побежалостью на гранях кристаллов. Блеск обычно металлический, но иногда бывает жирный или матовый. Непрозрачен. Цвет черты чёрный. Сильно магнитен, иногда полярно; при красном калении (около 580°С, так называемая точка Кюри) магнетизм внезапно исчезает, но по охлаждении снова обнаруживается. Твердость 5,5 - 6. Плотность 4,9 - 5,2. Спайность обычно отсутствует, редко наблюдается весьма несовершенная спайность по (111), однако у магнезиальных магнетитов часто наблюдается отчетливая отдельность по (111). Излом раковистый или неровный. Под п. трубкой не плавится. Порошок растворим в НСL.

Формы нахождения

Обычны кристаллы октаэдрического и ромбододекаэдрического габитуса, кристаллические сростки и щётки. Грани {110} часто бывают покрыты штрихами, параллельными длинной диагонали ромбов. В базальтовом стекле под микроскопом устанавливается в виде мельчайших дендритов. Двойниковые кристаллы по (111), по шпинелевому закону, обычно уплощенные в плоскости двойникования.

Также плотные сливные массы, вкрапленники, метакристаллы в сланцах, вкрапленные и полосчатые текстуры руд. Большей частью встречается в сплошных зернистых массах или в виде вкраплений в магматических, преимущественно основных породах. Также в виде окатанных зёрен в осадочных породах и россыпях.

Происхождение и месторождения

Магнетит - главная составная часть оксидных железных руд -- железистых кварцитов, магнетитовых скарновых и карбонатитовых руд, а также магнетитовых "чёрных морских песков".

Крупные промышленные месторождения - железистые кварциты Кривого Рога (Украина) и Курской Магнитной Аномалии. Также Магнитогорск, горы Высокая и Благодать (Урал). М-ние Ковдор (крупные кристаллы). В скарнах месторождения Дашкесан (Азербайджан). Кируна и Люоссаваара - Сев. Швеция, оз. Верхнее, США, п-ов Лабрадор, Канада. Бушвелд, ЮАР, Рудные горы (Саксония) и др.

Сопутствующие минералы: ильменит, хлориты, гематит, пирит, пирротин, галенит, сфалерит, халькопирит, лёллингит, кварц, форстерит, апатит и др.

2 Сидерит - минерал, карбонат железа FeCO3 из группы кальцита. Устар. син.: железный шпат, шпатовый железняк.

Кристаллическая структура аналогична структуре кальцита. Сингония тригональная, дитригонально-скаленоэдрический вид симметрии 3m.

Химический состав: закись железа (FeO) - 62,1% (Fe 48,3%), двуокись углерода (CO2) - 37,9%, часто присутствуют примеси МnСО3, СаСО3 и MgCO3.

кристалл вольфрамит минерал осадочный



Рисунок 6 - Сидерит

Свойства

Цвет колеблется от бледно-желтого до коричневого и почти черного у сильно марганцевистых разностей; желтовато-белый, светло-желтый, серый, желтовато-коричневый, синевато-черный, черный из-за примеси угля, иногда с металлической пестрой побежалостью. Блеск стеклянный, иногда почти перламутровый до жемчужного. Непрозрачен или просвечивает в тонких краях до полупрозрачного. Черта белая, у выветренного минерала - бурая. Излом ступенчато-неровный, реже раковистый или неясный.Спайность совершенная по основному ромбоэдру (1011). Плотность 3,7-3,9. Вскипает при действии горячей соляной кислоты, растворяется в соляной кислоте при нагревании с активным вскипанием. Это позволяет отличить его от бурого кальцита, который легко растворим в разбавленных кислотах и на холоде. Под п.тр. не плавится, становится трещиноватым, буреет и чернеет (вследствие окисления железа).

Формы нахождения

Кристаллы сидерита не слишком часто встречаются, это обычно простые ромбоэдры, с седловидным или линзовидным искривлением граней; уплощенные ромбоэдры; изредка попадаются кристаллы призматического облика или скаленоэдры. Чаще встречаются шпатовидные грубо- или тонкозернистые смешанные агрегаты; мелкозернистые плотные скопления; сферолиты ("сферосидерит"), шаровидные или почковидные сферолитовые агрегаты радиальной структуры, а также конкреционные, зернистые или глобулярные образования. Также плотные массы, часто бесформенные скопления вперемешку с глиной ("глинистый железняк").

Происхождение

Распространенный минерал, встречается в разнообразных геологических условиях. Может формировать значительные скопления, пригодные для промышленной отработки. Сидерит можно встретить в низко- и среднетемпературных гидротермальных рудных жилах, а также в разных метаморфических и магматических породах. Мономинеральные сидеритовые жилы имеют гидротермальное происхождение. В осадочных карбонатных толщах сидерит образуется всегда при условиях без доступа кислорода; образует пластовые залежи, иногда с примесью угля и глины. Легко выветривается, окисляясь до лимонита (псевдоморфозы лимонита по сидериту).

Месторождения

Месторождения промышленного значения в основном уже отработаны. Красивые кристаллы поступают из рудников Броссо и Траверселла, в Канавесе (провинция Турин), из рудника Фрижидо (провинция Масса-Каррара) и из ряда сардинских рудников, в особенности Нурра (провинция Сассари). Наиболее знамениты месторождения сидерита Панашкейра (Португалия); Айзенэрц в Штирии и Хюттенберг в земле Каринтии (Австрия); Пршибрам в Богемии (Чехия); Мюзен вблизи города Зиген, Вестфалия (Германия); Тевисток в Девоншире, Камборн-Редрут на полуострове Корнуолл (Великобритания). Знамениты также красивые шпатовидные массы в криолитовом месторождении Ивигтут в Гренландии и прекрасные кристаллы из Монт-Сент-Илер, провинция Квебек (Канада). Зигерланд (Северный Рейн-Вестфалия, Германия) - жилы железного шпата в Рейнских Сланцевых горах с пластами толщиной до 30 м. Комковатые осадочные сидериты известны в Англии (Уэльс), Вестфалии и Тюрингии (Германия), во Франции. В Эйзенерц (Австрия), а также в Англии, США. В России - Бакальское месторождение на Урале, м-ния Курской магнитной аномалии и мн. др.

Применение

Сидерит широко используется в черной металлургии. С древних времен и теперь добывается как промышленная железная руда, в основном для выплавки стали

3 Пиролюзит (назв. от греч. pэr - огонь и lъo - мою) - минерал, диоксид марганца с формулой МnО2. Содержание Мп - 63,2 %. В виде механических примесей обычно присутствуют: Fe2O3, SiO2, Н2О и др.

Рисунок 7 - Пиролюзит

Cтруктура

Кристаллизуется в тетрагональной сингонии, дитетрагонально-дипирамидальный вид симметрии L44L25PC. Пространственная группа P42/mmm. а0 = 4,38; с0 = 2,85. Кристаллическая структура типа рутила.

Морфология

В виде кристаллов тонкошестоватого или столбчатого облика встречается редко (только в пустотах). Чаще образует тонкоигольчатые агрегаты, скрытокристаллические землистые или порошковатые и сажистые массы в смеси с гидроокисями марганца и отчасти железа, с примесями SiO2, BaO, H2O и др. Характерны древовидные дендритные формы пиролюзита в трещинах пород. Отчасти бывает в псевдоморфозах по почковидным агрегатам псиломелана.

Cвойства

Цвет чёрный, стально-серый, голубовато-серый, серо-стальной. Блеск металлический до полуметаллического. Непрозрачен. Твёрдость кристаллических разностей 6 - 6,5, а скрытокристаллических существенно ниже (колеблется от 2 до 3). Плотность 4,4 - 5,06. Цвет черты чёрный. Иногда наблюдается синеватая металлическая побежалость. Блеск ме- таллическiй до полуметаллического. Непрозрачен. Очень хрупок. Спайность совершепная по {110}, весьма характерна для пиролюзита. Спайность несовершенная. Пиролюзит обладает полупроводниковыми и пьезоэлектрическими свойствами. В соляной кислоте растворяется с выделением хлора.

Диагностические признаки. От других чёрных марганцевых минералов, обладающих чёрной чертой, отличается сильным блеском, характерной спайностью, хрупкостью п сравнительно низкой твёрдостью. Под п. тр. не плавится. Выделяя часть кислорода (до 12 % весовых), переходит в низшие окислы и буреет. При нагревании до 500°С не изменяется, в интервале 550-650°С, как установлено ревтгенометрвческими исследованиями, происходит диссоциация с образованием в-браунита(кубической модификации); при дальнейшем нагревавив при температурах 940-1100°С в-браунит переходит в устойчивый при высоких температурах гаусманит.

Происхождение и местонахождения

Пиролюзит отлагается в прибрежных частях морских и озёрных бассейнов в условиях доступа кислорода, нередко образуя скопления, имеющие промышленное значение. Встречается в зонах окисления марганцевых месторождений ("марганцевых шляпах"). Известен в некоторых гидротермальных месторождениях.

Месторождения пиролюзита возникают главным образом в экзогенных условиях. Промышленное значение имеют осадочные месторождения, в которых пиролюзит находится в ассоциации с другими марганцевыми и железистыми окислами и гидроокислами (гаусманитом, манганитом, браунитом, псиломеланом, лимонитом). Встречаются и месторождения выветривания, образующие марганцевые шляпы в зоне окисления месторождений, содержащих бедные первичные руды марганца. Осадочные месторождения марганца возникают за счёт коллоидных растворов, выносящихся речными водами и претерпевающими коагуляцию в прибрежных зонах морских бассейнов. Процессу коагуляции способствуют растворённые в морской воде минеральные соли, играющие роль электролитов. Сравнительно редки месторождения пиролюзита гидротермального происхождения. Осадочные месторождения пиролюзита находятся в Закавказье (Чиатурское месторождение) и на Украине. Месторождения, возникшие вследствие выветривания, известны в Индии (Балагхат, Нагнур, Бандар) и в Западной Африке (Золотой Берег). Крупные кристаллы пиролюзита встречены в месторождении Платтен в Чехии. На земной поверхности пиролюзит как высший окисел марганца является наиболее устойчивым. В зоне окисления в пиролюзит переходят все марганцевые минералы, по которым пиролюзит образует псевдоморфозы. Известны псевдоморфозы пиролюзита по манганиту, кальциту, родохрозиту и доломиту.

Практическое значение.Пиролюзит, находящийся в марганцевых рудах в смеси с псиломеланом и др. минералами, применяется для выплавки ферромарганца. Чистые пиролюзиты используются в производстве сухих батарей, химических препаратов, в стекольном, фарфоровом и др. производствах. Применяют в производстве гальванических элементов и батарей. Для получения катализаторов типа гопкалита в специальных противогазах для защиты от моноксид углерода (СО). Из пиролюзита получают перманганат калия и соли марганца. В стекольном производстве пиролюзит применяют для обесцвечивания зелёных стёкол.

4 Лимолит.

Сингония изменчивая. Твердость 5-5,5. Удельный вес около 4. Спайность отсутствует. Излом раковистый или землистый. Цвет буро-желтый, черный. Цвет в порошке буро-желтый. Блеск землистый до фарфорового

Представляет смесь различных оксидов железа, среди которых присутствуют гётит и лепидокрокит. Лимонит никогда не наблюдается в виде кристаллов; чаще всего встречается в виде желтоватых землистых масс, легко разрушающихся, или округлых бурых скоплений и светлых корочек.

Лимонит (бурый железняк). Минеральная смесь, возникающая при разложении железосодержащих минералов; главную массу в ней составляет обычно тонко кристаллический или игольчатый гетит (игольчатая железная руда) - гидроксид железа. Блеск стеклянный ("бурая стеклянная голова"), тусклый. Непрозрачен. Цвет желтый до темно-бурого. Черта желтая до бурой. Излом раковистый, занозистый или землистый. Спайность отсутствует.

Рисунок 8 - Лимолит

Формы выделения могут быть землистыми, волокнистыми, оолитовидными, плотными, натечными ("бурая стеклянная голова"). Разновидностями лимонитовых руд являются бобовые руды, луговые, или болотные, руды и желтые землистые охры. Месторождения: Лотарингия - Люксембург (минеттовые руды), Нижняя Саксония и Бавария (Германия), Англия, СНГ (Керчь, Урал, Карелия и др.).

Диагностические признаки.

Твердость определяется с трудом, поскольку минерал легко крошится. Она может варьировать в зависимости от компонентов, входящих в состав агрегата. Обычно материал царапается ножом. Плавится, при нагревании в стеклянной трубочке выделяет большое количество воды. Поведение в кислотах. Растворяется в НСl.

Химический состав. Окись железа (Fe2О3) 86-89%, вода (Н2О) 10-14%. Форма кристаллических, выделений. Тонкокристаллические, волокнистые, столбчатые агрегаты, землистые, сплошные массы, весьма распространены почковидные стяжения, сталактитоподобные и шарообразные формы (бурая "стеклянная голова"), оолитовые и бобовые руды. Спайность. Хорошая.

Происхождение.

Лимонит - вторичное образование, формирующееся в зоне окисления месторождений железа ("железные шляпы"), В тропическом и субтропическом климате образуется при растворении карбонатных и силикатных пород (латеритообразование). Может иметь также органическое происхождение, когда в болотных условиях (излюбленная среда для действия бактерий) оседают гидроксиды железа.

Месторождения.

Наиболее значительны с точки зрения промышленной разработки латеритные месторождения на Кубе, в Венесуэле, Бразилии, Анголе, Конго, Канаде и Индии. Широко известные месторождения Эльзаса и Лотарингии имеют осадочный генезис.

Применение.

Лимонит в современной черной металлургии используется не слишком широко, поскольку содержит следы фосфора. Землистая разновидность (желтая охра) используется в производстве красок и как формовочный материал.

5 Гётит (англ. Goethite) - минерал, a-Fе3+О(ОН), назван в честь великого немецкого поэта, философа, естествоиспытателя и коллекционера минералов И. В. Гёте. Устаревший синоним - "железная руда игольчатая". Сингония ромбическая, ромбо-дипирамидальный вид симметрии.

Рисунок 9 - Гётит

Свойства

Цвет: желтый, охряно-желтый, желто-бурый, бурый. Блеск: от алмазного до тусклого, в волокнистых разностях - атласный, шелковистый. Непрозрачен, но в тонких сколах или игольчатых кристаллах просвечивает в краях. Цвет черты (цвет в порошке) - от охряно-жёлтого до буро-жёлтого. Твердость: 5 - 5,5. Хрупкий. Плотность 4,3. Спайность совершенная по (010), ясная по (100). Под паяльной трубкой плавится с трудом, чернеет и намагничивается. Растворим в соляной кислоте.

Формы нахождения

Кристаллы игольчатые, пластинчатые, столбчатые; землистые, порошкообразные массы; почковидные радиально-лучистые тонковолокнистые агрегаты («бурая стекляная голова»); ноздреватые конкреции, сферолитовые почковидные корки и псевдосталактиты.

Кристаллы гётита, Волынь.

Сферолиты гётита, Урал.

Сопутствующие минералы

Гематит, пирит, сидерит, лепидокрокит, ярозит, псиломелан, магнетит, кварц, халцедон, кальцит.

Происхождение и месторождения

Встречается в виде продукта выветривания; образуется в зоне гипергенеза при нормальных температуре и давлении из других железосодержащих минералов: сидерита, магнетита, пирита и др., либо как продукт осаждения в болотах и природных источниках. Основной компонент лимонита, входит в состав бурых железняков. Изредка встречается как гидротермальный минерал в виде игольчатых и столбчатых кристаллов. Часто находится в виде включений в кристаллах кварца, в халцедонах и в агатах, придавая им жёлтую окраску разных оттенков. Является основным красящим компонентом в составе природных охр.

Распространён очень широко. Примеры месторождений: Пршибрам (Чехия); Брокен-Хилл (шт. Новый Южи. Уэльс, Австралия; Ноб-Лейк, Канада; Лотарингия, Франция; графство Корнуолл, Великобритания; пегматитовое поле Володарск-Волынское (Украина), Ср. и Южн. Урал (Бакальское месторождение, Гайское м-ние и др.), Куркая Магнитная Аномалия и тд.

5. Напишите химические формулы минералов класса сульфидов, содержащих железо, используемых в черной металлургии

Марказит (назв. от лат. marcasita, слово персидского происхождения) - минерал с формулой FeS2 , одна из полиморфных разновидностей природного сернистого железа. Устаревший син. - "лучистый колчедан".

Рисунок 10 - Марказит

Свойства

Кристаллизуется в ромбической сингонии. Твердость 6 -- 6,5. Плотность 4,8--4,9г/см3. Цвет латунно-жёлтый с зеленоватым оттенком, переходящий в сероватый, на свежем сколе светлый, почти белый. На поверхности кристаллов характерна радужная красновато-жёлто-синяя побежалость. Цвет черты чёрный. Блеск металлический слабый. Спайность несовершенная по (110). Излом ступенчатый, неровный, иногда занозистый. Слабо растворим в HCl, и в HNO3 - с большим трудом. На воздухе имеет тенденцию разлагаться (тем быстрее и интенсивнее, чем больше влажность воздуха) с образованием сульфатов железа и выделением H2SO4, быстро разлагающей также сопутствующие ему сульфиды и карбонаты. В условиях недостатка кислорода при разрушении марказита может образовываться также самородная сера.

Формы нахождения

Образует клиновидные и копьевидные кристаллы, обычно собранные в сложные двойниковые гребенчатые сростки("петушиные гребешки"), иногда скелетные кристаллы, сферолиты. Радиально-лучистые агрегаты и грубо-шестоватые прожилки. Разнообразные по форме конкреции - в виде "ежей" или почковидные и округлые. Также чёрные сажистые массы (мельниковит).

Происхождение

Кристаллизуется из слабокислых растворов в восстановительных условиях, обычно при более низких температурах, чем пирит. Образуется в гидротермальных месторождениях вместе с пиритом, халькопиритом, галенитом и другими сульфидами; часто замещает пирит и пирротин в зоне окисления сульфидных руд. Сопутствующие минералы - кварц, кальцит, барит, флюорит и др. В осадочных породах распространён главным образом в виде конкреций в известняках, угленосных песчано-глинистых отложениях, в глинистых сланцах и в морских глинах.

Месторождения

Марказит встречается гораздо реже пирита и в отличие от пирита никогда не образует крупных месторождений в виде сплошных руд. В незначительных количествах широко распространён в осадочных породах во многих областях России, например угленосные отложения Подмосковного Буроугольного бассейна в Тульской обл. и Курьи-Каменское и Троице-Байновское м-ния глинистых отложений к востоку от Екатеринбурга. Из гидротермальных наибольшим количеством марказита отличается Блявинское м-ние (Оренбургская обл., Ю.Урал), где он находится в виде спорадически распространённых тонкокристаллических агрегатов в парагенезисе с кварцем, пиритом, сфалеритом, халькопиритом, вюртцитом. Прекрасно образованные крупные кристаллы встречались в гидротермальных месторождениях Германии (м-ния Клаусталь и Фрайберг).

Применение .Используется наряду с пиритом для получения серной кислоты.

Пирит (буквально -- камень, высекающий огонь), серный колчедан, железный колчедан -- минерал, сульфид железа химического состава FeS2 (46,6 % Fe, 53,4 % S). Нередки примеси Со, Ni, As, Cu, Au, Se и др.

Рисунок 11 - Пирит

Свойства. Пирит кристаллизуется в кубической сингонии, образуя кубические, пентагондодекаэдрические (реже октаэдрические) кристаллы; на гранях кристаллов характерна грубая штриховка, параллельная рёбрам куба. Но распространён преимущественно в виде сплошных масс, мелкозернистых агрегатов, прожилков, а в осадочных горных породах -- желваков и стяжений различной формы. Цвет на свежем сколе светлый латунно-жёлтый до золотисто-жёлтого, со временем меняется до тёмно-жёлтого, часто с побежалостью, за счёт образования поверхностной окисной плёнки. Имеет металлический блеск. Обладает полупроводниковыми свойствами.

Твёрдость по шкале Мооса 6--6,5 (уменьшается при повышении содержания никеля); плотность 4,9--5,2 г/смі, температура плавления 1177--1188 °C. Нерастворим в воде. Парамагнетик.

Распространение в природе. Пирит -- один из самых распространённых в Земной коре сульфидов. Большие его залежи сосредоточены в месторождениях гидротермального происхождения, особенно в серноколчеданных залежах, осадочных и метаморфических породах. В осадочных породах пирит образуется в закрытых морских бассейнах, подобных Чёрному морю, в результате осаждения сероводорода. Кроме того, пирит в небольших количествах образуется при магматических процессах. Он часто образует псевдоморфозы по органическим остаткам (по древесине и различным остаткам организмов). На земной поверхности неустойчив, и со временем кристаллы пирита разрушаются, окисляясь до лимонита.

В золоторудных месторождениях золото часто связано с пиритом, как пространственно, так и в виде микроскопических включений в нём. Пирит -- главный источник получения кобальта, в значительной мере селена и таллия.

Месторождения

В России месторождения пирита расположены на Урале (Дегтярское, Калатинское, Берёзовское золоторудное и другие), на Алтае, Кавказе. За рубежом -- в Казахстане, Норвегии, Испании (Рио-Тинто), Италии, на острове Кипр, в США, Канаде, Японии. Но пирит не является самостоятельным предметом разработки и добывается попутно из колчеданных руд при обогащении флотацией связанных с ним более ценных полезных ископаемых.

Применение.Пирит является сырьём для получения серной кислоты, серы и железного купороса, но последнее время редко используется для этих целей. В последнее время всё чаще применяется в качестве корректирующей добавки при производстве цементов. В огромных объёмах он извлекается при разработке гидротермальных месторождений меди, свинца, цинка, олова и других цветных металлов. Но переработка пирита в полезные компоненты обычно оказывается экономически невыгодной, и его отправляют в отвалы.

Греческое название «камень, высекающий огонь» связано со свойством пирита давать искры при ударе. Благодаря этому свойству использовался в замках кремневых ружей и пистолетов в качестве кремня (пара сталь-пирит).

Кристалл пирита, наряду с кристаллами некоторых других минералов, использовался в конструкции простейшего детекторного радиоприемника в качестве детекторного диода, благодаря свойству пропускать ток только в одном направлении.

Пирротин Fe1-xS

Минерал класса сульфидов. Всегда нестехиометричен по составу. В пирротинах наблюдается избыточное содержание серы: вместо 35.4% оно достигает 39-40%. Х чаще всего от 0.1 до 0.2 Минерал состава FeS (структурный тип никелина) называется троилитом и встречается лишь в метеоритах или в восстановительных условиях совместно с алмазом, железом и т.д. В качестве примесей иногда наблюдаются в незначительных количествах Cu, Ni, Co (за счёт включений халькопирита и пентландита). Изредка присутствуют примеси марганца и цинка.

Рисунок 12 - Пирротин

Назван от греческого "пиррос" - огнецветный. Синоним: магнитный колчедан (использовать не рекомендуется).

Сингония троилита и пирротина гексагональная; дигексагонально-пирамидальный класс; L66L27PC. Для пирротина отмечено несколько политипов, большинство из которых устойчивы при температуре свыше 300-350 градусов Цельсия.

Облик кристаллов. Кристаллы пирротина вообще достаточно редки. Обычно они имеют таблитчатый, столбчатый или пирамидальный облик с наиболее часто встречающимися гранями пинакоида, призмы, дипирамид. Двойники редки. Обычно пирротин встречается в сплошных массах или в виде вкрапленных зерен неаправильной формы.

Свойства. Цвет пирротина кремовый до серого с бронзово-желтым оттенком, часто с бурой побежалостью. Черта серовато-черная. Блеск металлический. Твердость 4. Достаточно хрупок. Спайность несовершенная, но иногда наблюдается отдельность. Удельный вес 4.58-4.7. Практически все пирротины ферромагнитны. Минерал хорошо проводит электричество.

Под п. тр. сплавляется в черную магнитную массу. В азотной и соляной кислотах разлагается с трудом, что резко отличает его от троилита.

Хорошим диагностическим признаком для пирротинов является их цвет и часто устанавливаемые магнитные свойства.

Происхождение и месторождения. Пирротин в сравнительно редких случаях является высокотемпературным минералом. Образование его, также как и пирита, зависит не столько от температуры, сколько от концентрации ионов серы в растворах: при высокой концентрации S2- железо выделяется в виде дисульфида FeS2, при пониженной в виде моносульфида - FeS. Пирротин распространен почти исключительно в эндогенных месторождениях и в различных генетических типах.

Изменения. На поздних стадиях гидротермального процесса при росте активности серы, пирротин замещается сначала метастабильным марказитом, а затем пиритом. При выветривании в зоне окисления он является наиболее легко разлагающимся сульфидом. Первоначально образуется сульат закиси железа, который в присутствии кислорода переходит в сульфат окиси железа. Последний, кристаллизуясь, дает нерастворимые гидроокислы железа (лимонит) и свободную серную кислоту переходящую в раствор.

Практическое значение пирротина не слишком существенное. Как сырье для производства серной кислоты пирротиновые руды значительно уступают пиритовым.

Размещено на Allbest.ru