Лекция по слоистым силикатам. лекция 14 слоистые1. Лекция 14 Слоистые силикаты и алюмосиликаты

• Название: Лекция 14 Слоистые силикаты и алюмосиликаты
• Анкор: Лекция по слоистым силикатам
• Дата: 12.04.2023
• Размер: 46.49 Kb.
• Имя файла: лекция 14 слоистые1.docx
• Тип: Лекция; #1056171

Лекция 14

Слоистые силикаты и алюмосиликаты.

К подклассу слоистых (листовых) силикатов и алюмосиликатов относятся хорошо

известные всем вещества—тальк, слюды, глинистые минералы и др. Многие из них являются породообразующими минералами. Так, слюды как непременный компонент входят в граниты и их пегматиты, в некоторые сланцы и гнейсы, в грейзены. Глинистые минералы являются основной составной частью кор выветривания гранитов, габбро, эффузивов и входят в осадочные горные породы (глины, мергели и др.). Ряд минералов из класса слоистых силикатов и алюмосиликатов широко используется в промышленности: это слюды-диэлектрики — мусковит и флогопит, серпентиновый огнеупорный асбест, природный смазочный материал тальк, тальковый и пирофиллитовый сланцы как сырье для изготовления футеровки доменных печей. Издавна глины используются как строительный материал и адсорбенты (очистители в разных технических и химических производствах). Глинистые минералы никеля добываются как руда на этот металл.

Кроме того, к слоистым силикатам (алюмосиликатам) особой структуры и состава относятся палыгорскит, хризоколла, датолит, пренит и некоторые другие. Они резко отличаются по составу и свойствам от талька, слюд, глинистых минералов.

Характерной химической особенностью слюдоподобных минералов является то, что в их составе, так же как и в группе амфиболов, всегда принимает участие гидроксил ОН, нередко вместе с F. Из катионов, которые вместе с гидроксильными группами непосредственно связаны со слоями кремнекислородных тетраэдров, обычно распространены Mg2+ и Al3+, а в качестве их заместителей — Fe2+, Ni2+, (Mn2+), Li1+ и, соответственно, Fe3+, реже Cr3+, V3+. Кроме того, во многие минералы, в структуре которых тетраэдры SiO4 частично заменены AlО4, входят дополнительные крупные катионы: К1+, Na1+, Са2+, а также молекулы воды (все они, как будет показано ниже, в виде связующих элементов располагаются между слоистыми пакетами, составленными кремнекислородными слоями и ионами, непосредственно с ними связанными).

Физические свойства слюдообразных минералов, естественно, находятся в теснейшей зависимости от особенностей кристаллической структуры. Строение плоских сеток прежде всего сказывается на облике кристаллов, обладающих симметрией, очень близкой к гексагональной, на оптических свойствах, близких к одноосным, на так называемых фигурах удара и давления на спайных пластинках. Слоистое строение кристаллической структуры обусловливает замечательное свойство этих минералов расщепляться на тонкие листочки. Степень упругости этих листочков для разных групп минералов неодинакова, что связано с химическим их составом, находящим свое отражение на деталях строения кристаллических структур. На этом вопросе необходимо остановиться подробнее.

(рис.3) Основу структуры слоистых силикатов составляют слои из кремнекислородных тетраэдров. Кремний в них в той или иной степени может быть изоморфно замещён алюминием, реже — железом. Среди слоистых силикатов можно выделить минералы с простыми и сложными сетками. В минералах с простыми сетками (каолинит, тальк, слюды и т. д.) тетраэдры в каждой сетке лежат как бы в одной плоскости, обращены в одну сторону и формируют в плоскости шестичленные кольца.

Пояснения к рис 3: Слои (сетки) т е т р а э д р о в . Они тоже бывают разными. Наиболее важны каолинитовые слои (сетки), поскольку они имеются в большинстве слюд, глинистых минералов, серпентинов. В каолинитовых сетках тетраэдры лежат своими основаниями в одной плоскости, их вершины развернуты в одну сторону, а простейшим многократно повторяемым, как трафарет на обоях, узором является шестичленное кольцо.

Вычислим формулу такого кольца, подсчитав сначала состав единичного тетраэдра: в каждом тетраэдре заключен один атом кремния, к каждому тетраэдру относится один атом кислорода в его вершине, три других атома кислорода в основании принадлежат данному тетраэдру наполовину. Значит, на каждый тетраэдр приходится кремния 1 атом, кислорода 1 + 3 х 0,5 = 2,5, т.е. его состав Sii0г,5• Всего таких тетраэдров в кольце шесть, но каждый из них принадлежит трем соседним кольцам.

Таким образом, на все кольцо приходится только два тетраэдра. Отсюда выводим формулу кольца: (S₁0_2.5) • 2, т.е. (Si2O5)2 - . Примерами минералов с таким анионным радикалом являются каолинит Al2(Si2O5)(OH^, тальк Mg3 ( S i 2O5)2(OH)2 , илиMg3(Si4O10)(OH)2 - В химии известна двуметакремниевая кислота H2Si2O5, поэтому минералы с каолинитовыми слоями нередко называют димета- и (упрощенно) метаси ликатами.

Поэтому многие минералы такого строения имеют псевдогексагональный облик кристаллов и совершенную спайность параллельно слоям структуры. Минералы со сложными сетками (палыгорскит, хризоколла, пренит и датолит) отличаются тем, что в каждой сетке тетраэдры развёрнуты то в одну, то в другую сторону и могут формировать разные кольца. Такие слоистые силикаты отличаются иной морфологией кристаллов и менее совершенной спайностью, чем минералы с простыми сетками.

(рис.4) Простые сетки в структурах силикатов группируются вместе со слоями октаэдров в пакеты типа 1:1 и 2:1 (по соотношению числа тетра- и октаэдрических слоев). Пакет первого типа характерен для структуры каолинита (рис. 5), второго — для пирофиллита. Видно, что пакеты находятся не точно друг под другом, а чуть смещены. Так появляется угол β (угол моноклинного сдвига), а кристаллы каолинита и пирофиллита обладают не гексагональной, а триклинной (каолинит) и моноклинной (пирофиллит) симметрией.

В кристаллической структуре мусковита между пакетами присутствует калий (рис. 6), в хлорите (клинохлор) — комплексный катион (Mg₂Al(OH)₆)⁺ (рис.7).

Сопоставим структуры каолинита, пирофиллита, мусковита и хлорита (рис.8). Все схемы имеют одинаковую кристаллографическую ориентировку: ось с вертикальна, ось b перпендикулярна чертежу, ось а образует с осью с угол моноклинного сдвига β.

Весьма условные, но информативные схемы на рис. 9 дают возможность сопоставить друг с другом дву- и триоктаэдрические минералы с пакетами 2:1 и 1:1.

(рис.10) Все слоистые силикаты и алюмосиликаты имеют свои структурные разновидности за счет разного смещения (сдвига) и разворота пакетов друг относительно друга, что легко осуществляется в природе из-за малых сил связей между пакетами. В итоге получаются минералы разных сингонии — моноклинной (чаще всего), гексагональной, ромбической, тригональной, триклинной. Такие структурные разновидности слоистых силикатов называют политипами. Некоторые из них устойчивы только при определенных давлениях и температурах и образуются только в определенной химической обстановке. Политипия, как видно, является частным случаем полиморфизма.

Кроме минералов с указанными выше типами слоистых структур имеются и более редкие представители этого класса минералов. Например, в природе встречаются минералы с волнообразно изгибающимися и завернутыми по спирали слоями (некоторые

серпентины и др.). Совершенно особыми по составу и структуре являются так называемые смешанослойные силикаты: они сложены чередующимися пакетами монтмориллонита и слюды, монтмориллонита и талька, хлорита и слюды и т. п.

Главные группы слоистых силикатов и алюмосиликатов представлены на рис.11.

В ней даны только наиболее распространенные минералы. Требует пояснения монтмориллонит: некоторые минералы группы монтмориллонита являются силикатами, другие — алюмосиликатами. Что касается литиевых слюд, то, как это обычно в слюдах, межпакетным катионом в них является калий, а литий наряду с алюминием и магнием занимает октаэдрические позиции. В табл. 39 в качестве октаэдрических катионов указаны только магний и алюминий. Однако в минералах некоторых групп широко проявлено замещение магния и алюминия железом, иногда в этих же позициях размещается никель, марганец, хром, титан или ванадий.

(рис.12) Слоистые силикаты со сложными сетками тетраэдров . Имеется достаточно много редких и относительно редких минералов специфического состава со сложными сетками тетраэдров. Строение этих сеток разное. Наиболее просты структуры сепиолита и палыгорскита. В них в тетраэдрических сетках тетраэдры периодически развернуты вершинами то "вверх", то "вниз" (рис.9 188). Структура чароита более сложна и является промежуточной между слоистой и ленточной. В датолите половина тетраэдров занята не кремнием, а бором, они развернуты в разные стороны (рис13).

МОРФОЛОГИЯ КРИСТАЛЛОВ и

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛОИСТЫХ СИЛИКАТОВ

(АЛЮМОСИЛИКАТОВ) С ПРОСТЫМИ СЕТКАМИ ТЕТРАЭДРОВ

(рис.14) Из-за некомпактности кристаллических структур, слабых связей между пакетами лишь редкие минералы из слоистых силикатов и алюмосиликатов встречаются в крупных и хорошо ограненных кристаллах. Явно распознаваемые совершенные кристаллы отмечены лишь у флогопита, мусковита, хрупких слюд и хлоритов, из них крупные (и даже гигантские) кристаллы бывают только у мусковита и флогопита. Они имеют псевдогексагональную симметрию и пластинчатый облик. Реже встречаются бочон ковидные и столбчатые кристаллы этих минералов. Истинная сингония кристаллов в большинстве случаев моноклинная, а их реальные очертания далеки от совершенных.

Цвет зависит от наличия в минерале элементов-хромофоров (железа, хрома, марганца), без хромофоров цвет белый. Таковы химически чистые каолинит, серпентин, тальк, пирофиллит, монтмориллонит, флогопит. В присутствии двухвалентного железа минералы приобретают зеленую окраску разной интенсивности (тальк, серпентин, флогопит, хлорит), небольшая примесь трехвалентного железа придает мусковиту чуть коричневатую окраску. Наличие в минералах одновременно двух- и трехвалентного железа обусловливает появление у них грязно-коричневых, черно-коричневых, зелено-черных, черных окрасок, как у железистого флогопита, биотита, лепидомелана.

Очень своеобразна роль хромофора F e 3 + , когда он занимает в флогопите позиции алюминия в слоях тетраэдров: минерал становится ярким рыже-коричневым, необычно меняются и другие его оптические свойства. Такой флогопит даже получил особое название — тетраферрифлогопит (т.е. флогопит с железом в четверной координации).

Примесь хрома изменяет цвет в зависимости от структуры минерала. В мусковите появляется яркая зеленая окраска (такая слюда называется фукситом). Хлориты приобретают' розово-фиолетовый цвет. Марганец, входя в состав литиевых слюд, вызывает их розово-лиловую окраску.

Блеск разный. На гранях кристаллов из-за их несовершенства он матовый или жирный, на плоскостях спайности — стеклянный, у слюд — с перламутровым отливом.

В агрегатах блеск жирный, матовый. У всех слоистых силикатов и алюмосиликатов есть весьма совершенная спайность по пинакоиду, так как пакеты в их структурах связаны друг с другом слабо. Спайные пластинки у слюд (мусковита, флогопита, биотита) упругие; отогнутые по спайности, они притягиваются назад из-за связей, возбуждаемых в них межпакетными катионами калия. У талька, пирофиллита, в которых межпакетных ионов нет, спайные пластинки крошатся, ломаются, но назад не пригибаются.

Твердость минералов низкая и определяется непрочностью их кристаллических структур. У силикатов (т.е. минералов без межпакетных катионов) твердость 1-2, из них наиболее мягкие магниевые силикаты, что легко находит объяснение в большем размере и меньшем заряде магния по сравнению с алюминием (так, тальк жирен на ощупь,а пирофиллит — нет). У слюд за счет межпакетного катиона K + твердость составляет 2-3, а у хрупких слюд за счет более сильного межпакетного катиона C a 2 + или M g 2 + твердость повышается до 4.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА

И СВОЙСТВ МИНЕРАЛОВ

Дополним общую характеристику структуры, состава, свойств минералов, данную

в предыдущих разделах этой главы.

Группа с е р п е н т и н а (рис.15-17) В эту группу входят полиморфы — слоистые силикаты магния состава Mg3 (Si2Os ) ( 0 Н ) 4 . Нередко используется удвоенная химическая формула — Mg6(Si40io)(OH)8. Всегда проявлен изоморфизм M g 2 + <— F e 2 + , но умеренно.

Полиморфы имеют разные названия: лизардит, антигорит, хризотил и т.д.

ХРИЗОТИЛЫ (рис.18-19) — Mg3[Si2O5][OН]4. От греч. хризос — золото, тилос —волокно. Минерал иногда действительно имеет золотистый отлив. Обычно называют асбестом или хризотил_асбестом, в отличие от амфиболовых асбестов. Выделяются следующие минеральные виды: клинохризотил, ортохризотил и парахризотил, различающиеся лишь геометрическими особенностями структуры.

В антигорите слои построены из групп тетраэдров, развернутых то вверх, то вниз от плоскости слоя (рис.19- 190, б), в хризотиле слои свернуты в трубку (рис.19- 190, а). Эти минералы встречаются в скры-токристаллических аморфных на вид, клееподобных массах белого, желтого, зеленого цвета или пестрой окраски. В них в жилках перекристаллизации нередко образуются волокнистые, асбестовидные агрегаты хризотила. Такие волоконца состоят из свернутых в трубку однослойных пакетов серпентина (рис.19- 21). Лизардит имеет идеальную слоистую структуру, яркий цвет (рис.22). Асбест (рис.23) - группа волокнистых минералов, обладающих способностью расщепляться на тончайшие гибкие волокна. Термин асбест не является названием минерала. Асбестами (от греч. "неразрушимый", морфологический термин) - называют минералы или минеральные разновидности тонковолокнистого строения. К ним относится в первую очередь хризотил-асбест (разновидность серпентина). Реже встречаются амфибол-асбесты (минералы группы тремолит-актинолита).

Самостоятельный изоморфный ряд образуют никелевые серпентины с частичным замещением магния никелем. Максимально установленное содержание NiO в минерале составляет 16%. Никелевые серпентины встречаются в коре выветривания ультраосновных горных пород в виде тонкодисперсных смесей с другими слоистыми силикатами. Некоторые из таких смесей получили самостоятельные названия: непуит,

ревдинскит, гарниерит.

НЕПУИТ (рис.24) — (Ni,Mg)3[Si2O5][OН]4 или 3(Ni,Mg)O · 2SiO2· 2H2O. Название дано по месту нахождения — г. Непуи (в Новой Каледонии). Синонимы: никелевый серпентин и ревдинскит, первоначально употреблявшийся лишь в отношении богатой примесями скрытокристаллической разности (также по месту нахождения: в Ревдинском районе на Среднем Урале (1867)). Позднее, в 1908 г., была открыта явнокристаллическая разность этого же состава.

ГАРНИЕРИТ - это общее название зелёной никелевой руды, возникшейся в результате латеритного выветривания ультраосновных горных пород (серпентинита, дунита, перидотита). Гарниерит представляет собой смесь различных минералов - никелевых и никельсодержащих силикатов магния. Основные минералы, из которых, как правило, состоит гарниерит - непуит, пимелит, виллемсеит.

Группа каолинита (рис.25 - 26). В ней объединены полиморфы — силикаты алюминия состава Al2 ( S i 2O5)(OH). Это каолинит, диккит, накрит, галлуазит. В последнем есть межпакетный слой молекул H2O, поэтому его формула Al2 ( S i 2Os)(ОН)4 • 2 H 2O. Внешне они неотличимы друг от друга, обычно образуют тонкодисперсные смеси, мучнистые, белые или более плотные глинистые массы и все вместе в таких общих агрегатах называются каолином, состоящим из трёх полиморфных моноклинных модификаций одного и того же вещества, которые с химической точки зрения можно рассматривать как основной силикат алюминия. Фазовые взаимоотношения между этими тремя по сути политипами — каолинитом, накритом и диккитом — до конца не выяснены, поэтому неясно, следует ли их считать минеральными видами, как это обычно делается, или разновидностями. Каолинит является главной составной частью большинства глин.

Диккит(рис.27) (Al 2Si 2O 5 (OH) 4) - филлосиликатный глинистый минерал, названный в честь химика-металлурга Аллана Бру Дика, который впервые описал его. Он химически состоит из 20,90% алюминия, 21,76% кремния, 1,56% водорода и 55,78% кислорода. Он имеет тот же состав, что и каолинит, накрит и галлуазит, но с другой кристаллической структурой (полиморф)

Накрит (рис.28) - листовой силикат, группа каолинита - серпентина. Полиморфен с каолинитом, диккитом и галлуазитом. Кристаллическая структура отличается от структуры каолинита меньшим смещением слоистых пакетов относительно друг друга. Встречается в корах выветривания. Образуется накрит как в экзогенных, так и в эндогенных условиях, в кислых средах.

Так или иначе, но к этим минералам нередко применяется обобщающий термин —кандиты, сформированный из начальных букв их названий. Кроме того, здесь рассматривается весьма близкий по строению галлуазит, представляющий собой по сути гидратированный каолинит.

Диагностические признаки. Каолинит в сплошных землистых массах легко растирается между пальцами, в сухом виде жадно поглощает воду, в мокром состоянии дает необычайно пластичное тесто.

ГАЛЛУАЗИТ (рис. 29 - 30) — Al4[Si4O10][OH]8· 4H2O или Al2O3 · 2SiO2· 4H2O.

Химический состав. Al2О3 — 34,7 %, SiO2 — 40,8 %, Н2О — 24,5 %. Половина количества воды представлена в минерале в виде гидроксила, остальная — в виде молекул Н2О. Количество молекулярной воды непостоянно (меньше, чем 4Н2О); в зависимости от чего колеблются содержания и остальных компонентов.

Диагностические признаки. Рыхлые разности галлуазита по внешним признакам неотличимы от таких же разностей каолинита. Практически у них аналогичны и кривые нагревания. Зато они существенно отличаются от каолинита по содержанию воды, оптическим константам, а также по поведению кривых обезвоживания, особенно в начальных стадиях.

Характерны также низкая твердость, способность полироваться ногтем и низкий удельный вес. Любопытно, что после обезвоживания (хотя бы и частичного) вновь поглощения воды не происходит; это существенно отличает галлуазит от минералов группы гидрослюд. Высушенные массы обладают относительно повышенной твердостью и плоскораковистым изломом. Характерно также, что при обезвоживании они распадаются на множество мелких остроугольных обломков.
Группа пирофиллита, смектиты (рис. 31)

Тальк (рис 32-33) Mg3 ( S i 4 О10 ) ( O H ) 2 . Минерал выдержанного состава, изоморфная примесь двухвалентного железа не превышает 1,5-2%. Он имеет светло-зеленый цвет. Встречается в плотных жирных на ощупь массах, в составе сланцев и в мягких, с весьма совершенной спайностью крупных пластинах с перламутровым блеском.

П и р о ф и л л и т (рис 34-35) Al2(Si4010)(OH)2 . Состав всегда почти идеально отвечает формуле. Доля трехвалентного железа обычно не превышает 0,5%. Встречается в сплошных, розовых скрытокристаллических массах. Полупрозрачные разновидности такого камня получили у камнерезов название " агальматолит".

Диагностические признаки. Характерны очень низкая твердость, светлая окраска, перламутровый или мерцающий блеск. От талька без химических анализов или реакции с азотнокислым кобальтом неотличим. Весьма вероятно, что во многих случаях ошибочно принимается за тальк. Известны случаи, когда пирофиллитовые месторождения вначале разведывались как тальковые.

Группа монтмориллонита(рис. 36) . Это обширная группа глинистых минералов, силикатов и алюмосиликатов магния и алюминия. Идеальными предельными составами этих минералов являются Mg3(Si4010)(OH)2 nН2 0 (сапонит), Al2(Si4010)(OH)2 п Н20 (бейделлит), Fe2(Si4O10)(OH)2 · nH2O (нонтронит) В монтмориллонитах в отличие от талька и пирофиллита пакеты по-иному развернуты и смещены относительно друг друга, а в межпакетном пространстве размещаются молекулы конституционной H2O. В реальных природных условиях состав и структура сложнее: часть S i 4 + в тетраэдрах занята A l 3 + , а за счет появляющегося при этом избыточного заряда анионного радикала в межпакетном пространстве размещаются комплексные катионы — гидратированные группы M ⁺ • nН 2 0 и M ^{2 +} • nН20.

Обычно в тетраэдры входит не более 0,33 атома алюминия. Для такого монтмориллонита формула имеет вид (M⁺_0,33 • n H₂O) Mg₃ (Si_3,67Al_0,33O₁₀)(OH)₄. Межпакетными катионами M + являются N a + , L i + , NH+ , K + , R b + ; M 2 + - C a 2 + , Mg2 + , C o 2 + . Монтмориллониты способны обменивать ионы межпакетного пространства на ионы окружающих водных растворов, а также поглощать в межпакетный промежуток крупные органические катионы (так образуются органоминеральные комплексы). При поглощении молекул воды монтмориллониты набухают за счет расширения межпакетного пространства; при нагревании или в сухой атмосфере вода и гидратированные катионы удаляются из монтмориллонитов, кристаллы уменьшаются в объеме.

Монтмориллониты образуют чрезвычайно тонкодисперсные плотные массы, слагают основной объем глины.

Группа флогопита. (рис. 37 - 38)Это непрерывный ряд Mg — Fe-слюд с исходным составом KMg3(AlSi3O10)(ОН, F)2 . Железо (двух- и трехвалентное) занимает позиции магния.

По мере увеличения содержания железа среди слюд ряда флогопита выделяют железистый флогопит, биотит, лепидомелан. Крайний член ряда называется аннитом и имеет формулу KFe²⁺(AlSi3O10)(OH,F)2 . Кроме двухвалентного в биотитах и лепидомеланах всегда присутствует трехвалентное железо.

Флогопит и биотит встречаются в чешуйчатых массах, пластинках, хороших таблитчатых и бочонковидных кристаллах, иногда гигантских. Цвет зеленый, бурый, черный в зависимости от количества железа. Чистый флогопит бесцветен, водянопрозрачен.

В некоторых случаях в флогопите в позициях магния появляется Mn. Бывают также барийсодержащие флогопиты (в них барий размещается в позициях калия) и барий-титановые биотиты. Совершенно особой слюдой является тетраферрифлогопит. Как доказали О. М. Римская-Корсакова и Е.П.Соколова, в этой слюде позиции алюминия в радикале, т.е. в четверной координации, заняты Fe³⁺. Она имеет формулу KMg3(FeSi3Oio)(OH, F ) 2 и рыже-коричневый цвет.

Группа мусковита. (рис. 39 - 40) Главным минералом в этой группе является сам мусковит —чисто или почти чисто алюминиевая слюда с незначительной примесью железа (1-3, но

не более 7% F e 2O3 ) . Ее формула KAl2(AlSi30io)(OH, F ) 2 . В редких случаях в мусковите часть алюминия замещена хромом. Такая слюда, ярко-зеленого цвета, называется фукситом (рис. 41). Есть мусковиты с частичной заменой калия на барий. Редкие самостоятельные минеральные виды группы мусковита — чисто натриевая и чисто ванадиевая слюды. Особым минеральным видом в группе мусковита является химическое соединение, в котором полностью прошел изоморфизм по схеме A l ^{3 +} A l ^{3 +} - Mg²⁺ S i ⁴⁺ . В пределе получается силикат состава KAlMg(Si4О10)(OH,F)2 , он называется фенгитом.

Мусковит обычно встречается в таблитчатых, листоватых бочонковидных кристаллах светло-рубинового, коричневого цвета, в тонких спайных пластинках он бесцветен.

Крупные кристаллы и пластины обнаружены в гранитных пегматитах, чешуйчатые агрегаты — в гранитах, гнейсах, сланцах и грейзенах. Но есть одна необычная по виду цветовая морфологическая разновидность мусковита, за которой укрепилось название "серицит" —этот термин лишний для классификации, но удобный при описании месторождений.

Серицит — желтая мелкочешуйчатая, иногда плотная скрытокристаллическая масса мусковита, развивающаяся в виде псевдоморфоз по полевым шпатам при их гидротермальных высокотемпературных изменениях. Изредка используется еще один нестрогий термин — "жильбертит", применительно к чешуйчатым агрегатам бесцветного мусковита в оторочках рудных жил.

Группа литиевых слюд (рис. 42-45). В эту группу минералов входят различные по формулам, но всегда содержащие литий слюды. Литий обладает геохимическим сродством к магнию и алюминию, но не к калию, а потому занимает в слюдах октаэдрические позиции (позиции магния и алюминия). Поэтому числа атомов лития, алюминия, магния (и железа) в формулах литиевых слюд разные, но их сумма не может быть менее 2 и более 3; число атомов калия в формулах всех литиевых слюд неизменно и равно 1.

Условно все составы литиевых слюд можно разбить на три главных типа: первый —это как бы составы, производные от формулы флогопита, второй и третий — от мусковита.

К первому типу отнесем тайниолит — слюду состава KLiMg2(Si4Oi0)F2 . Это как бы флогопит, в котором произошла замена Mg²⁺ + Al³⁺ — Li⁺ + Si⁴⁺ т.е. это силикат, а не алюмосиликат. Ко второму- циннвальдит, к третьему лепидолит (из мусковита). В лепидолитах из-за особенностей геохимической обстановки их образования присутствуют изоморфные примеси элемента-хромофора Mn (в позициях магния и алюминия). Они вызывают розовую, серебристо-розовую, лилово-розовую окраску литиевых слюд.
Гидрослюды и им подобные минералы

Существуют такие слюды или хлоритоподобные минералы, которые отличаются тем, что в их составе участвует меньшее количество связующих межслоевых катионов, но зато в существенных количествах присутствуют связанные молекулы Н2О, довольно легко удаляющиеся при нагревании. Здесь мы рассмотрим иллит, вермикулит, глауконит.

Несмотря на внешние черты сходства и общность генезиса и нахождения в составе глин с представителями группы каолинита, эти минералы значительно отличаются от них по своему кристаллическому строению и некоторым совершенно особым физическим свойствам. Отличительной особенностью по сравнению с минералами группы каолинита здесь является то, что гиббситовый или бруситовый слой располагается между двумя слоями кремнекислородных тетраэдров. В этом отношении гидрослюды близко напоминают особенности строения минералов группы талька, слюд и других им подобных по кристаллическому строению.

Гидрослюды занимают по степени заполнения межслоевого пространства катионами промежуточное положение между слюдами, у которых межслоевые катионы все налицо и позиции между отрицательно заряженными пакетами заняты, и тальком, у которого межслоевое пространство в силу нейтральности пакетов пустует. Большинство гидрослюд имеют в межслоевом промежутке фиксированное количество воды, замещающей катионы, так что межслоевой промежуток по величине зазора изменяется слабо.

Водонасыщаемость таких гидрослюд ограничена. Однако прогрессирующее выветривание, сводящееся главным образом к дальнейшему гидролизу ранних продуктов этого процесса, приводит постепенно к появлению минералов с высокой способностью к набуханию.

Группа гидрослюд (рис. 46-49). Так называют разнообразные богатые водой слюды. В них в межпакетном пространстве, полностью или частично замещая калий, размещаются комплексы типа M2 + • пН20, где M2 +—Mg2 + , Ca2 + , поэтому для них типичен значительный дефицит межпакетных катионов. Наиболее распространены такие гидрослюды, как вермикулит, гидромусковит, глауконит, иногда к ним относят иллиты.

Вермикулит представляет собой гидратированный флогопит. Гидратация минерала и изменение содержимого межпакетного пространства сказались и на свойствах вермикулитов: в отличие от свежего флогопита они хрупкие, обладают жирным блеском, спайные пластинки потеряли упругость и мнутся, изгибаются словно сырая бумага.

Из минерала при прокаливании удаляется вода и, раздвигая пакеты, вспучивает минерал (его объем иногда увеличивается почти в 10 раз). Глауконит является железистой (с Fe³⁺ и Fe²⁺ ) гидрослюдой. Это синий или зеленый минерал, встречающийся в виде мельчайших округлых агрегатов и колломорфных выделений в глинах, мергелях, доломитах

Происхождение и месторождения. Глауконит распространен в осадочных породах морского происхождения (песчаниках, опоках, глинах, карбонатных породах, фосфоритовых слоях), образовавшихся на сравнительно небольших глубинах, преимущественно в прибрежных участках морей и океанов, а также в современных морских осадках (зеленых илах и песках). Встречается иногда в почвах и верхней части элювия (дресвы) на интрузивных породах (в заболоченных участках)
4. Группа хлоритов
Минералы, принадлежащие к этой группе, во многих отношениях напоминают слюды. Кристаллизуются они в моноклинной сингонии, обладают слюдообразной спайностью, низкой твердостью, небольшим удельным весом. Для большинства из них характерна бутылочно зеленая окраска, что и послужило основанием для общего названия этой группы минералов (от греч. хлорос — зеленый).

С химической точки зрения хлориты представляют алюмосиликаты, главным образом Mg, Fe· и Al, отчасти Ni, Fe···, Cr···.

Группа хлоритов (рис. 51-54). . Это большая и сложная по составу группа минералов (силикатов и алюмосиликатов) с симметричными двухслойными пакетами и со слоями комплексных катионов между ними. Главный представитель уже был назван: клинохлор (пеннин) Mg5Al(AlSi3Oi0)(OH)8- Он образует изоморфный ряд минералов, который можно продолжить в сторону еще более магнезиальных и безалюминиевых хлоритов до состава Mg6 ( S i 4Oi0)(OH)S- По формуле это серпентин, но структура его отлична от серпентиновой. Все эти хлориты по их составу можно назвать магнезиальными.

В идеале они бесцветны. В них магний часто замещается железом. Так образуются железистые хлориты. Полностью железистый хлорит называется тюрингитом. Mагнезиально-железистые хлориты имеют зеленый цвет, образуют чешуйчатые массы, реже — отдельные таблитчатые кристаллы. Часто встречаются в виде псевдоморфоз по пироксенам, роговым обманкам, флогопиту, биотиту. Железистые хлориты слагают оолиты в составе некоторых осадочных пород и сланцев.

В некоторых хлоритах имеется хром. Это кочубеит и кеммеририт. Они встречаются в хромитовых рудах в виде чешуйчатых масс и мелких вкраплений, образовавшихся здесь за счет изменения оливина, и окрашены в яркий розовый, карминно-красный, фиолетовый цвет.

Известны также цинковые, литиевые, никелевые хлориты.

Минералы рассматриваемой группы широко распространены в природе. Они преимущественно образуются в условиях низкотемпературной гидротермальной деятельности, особенно при изменении горных пород, содержащих алюмо магнезиальные и железистые силикаты. Лептохлориты главным образом распространены в осадочных железорудных месторождениях, слагая особую фацию силикатных руд железа, возникающую, согласно геологическим данным, в условиях недостатка кислорода среди морских осадков, богатых железом.

Классификацией минералов группы хлорита занимались многие исследователи (Чермак, Винчелл, Орсель и др.). Согласно Чермаку, ортохлориты представляют изоморфные смеси: антигорита (Ant.)—Mg6[Si4O10][OH]8 и относительно бедного кремнеземом, но более богатого глиноземом амезита (Am) — Mg4Al2[Al2Si2O10][OH]8. При этом Mg2+ может заменяться Fe2+и Ni2+, a Al3+ — Fe+3 и Cr3+. В зависимости от химического состава существует весьма большое количество названий отдельных разновидностей хлоритов.

В соответствии с установкой Чермака, среди ортохлоритов выделяются следующие минеральные виды моноклинной сингонии (в порядке от малоглиноземистых к более богатым R2O3) (табл. 18).
ПАЛЫГОРСКИТ (рис. 55). — (Mg5 3x nAl2x)5 n x[Si8O20](Н2О)4(ОH)2 Can(Н2О)4. горная кожа. Розовые разности - кожа ангела Название по метонахождению в Палыгорском месторождении в окр. Перми.

Палыгорскит является соединением включения, поэтому его состав —переменный: в полостях структуры, кроме цеолитной воды, может содержаться некоторое количество кальция (до 8 % CaO). Магний в катионных позициях обычно в известной степени замещается алюминием (переменный коэффициент x в формуле достигает 0,5), поэтому для палыгорскита характерно присутствие заметных количеств Al2О3. Бедные глиноземом образцы по составу приближаются к другому минеральному виду близкого строения — к сепиолиту Mg4[Si6O15](ОH)2. 6Н2О и представляют собой, по всей вероятности, смеси двух этих минералов.

Часть Al, кроме того, замещается Fe3+.Сингония. Представлен двумя политипами: наиболее распространенным моноклинным (пр. гр. P2/m(C 12h)) и ромбическим. Кристаллическая структура весьма своеобразная — блочно-слоистая, с наличием полых каналов. Встречается сравнительно редко. Образуется чаще всего при выветривании относительно богатых магнезией горных пород, часто в трещинах наподобие плотных листов картона. В виде гнезд и неправильных пластообразных залежей образуется и в осадочных горных породах.
Группа пренита

Сюда условно отнесены по структурным соображениям некоторые из рассматриваемых в курсе минералов, структура которых является слоистой, но не подходит под рубрики предыдущих разделов, так как тетраэдрические сетки в их структурах являются гетерогенными.

ПРЕНИТ (рис. 56). — Ca2Al[AlSi3O10](OH)2. Пренитовый тетраэдрический слой характеризуется необычным способом сочленения: каждый тетраэдр связан с другими тетраэдрами лишь двумя вершинами. Поэтому активными являются пары анионов кислорода, принадлежащие общему ребру Al тетраэдров, смотрящих по обе стороны от плоскости слоя.

Происхождение и месторождения. Пренит довольно часто устанавливается в гидротермально измененных основных породах (габбро, диабазах), образуясь в большинстве за счет основных плагиоклазов. Наблюдается также в миндалинах и трещинах среди тех же пород в виде почковидных и радиально волокнистых агрегатов, часто в ассоциации с цеолитами, кальцитом, эпидотом. Нередко в парагенезисе с ним встречается самородная медь
ДАТОЛИТ(рис. 57). — Ca[BSiO4(OH)]. Химический состав. CaO — 35,0 %, B2O3 —21,8 %, SiO2 — 37,6 %, Н2О — 5,6 %. Сингония моноклинная; призматический. Руда бора

Кристаллическая структура характеризуется наличием изолированных слоев из вершинно связанных кремнекислородных и борокислородно гидроксильных тетраэдров, причем активными являются вершины тех и других.Происхождение и месторождения. Встречается в рудных жилах, часто в пустотах миндалекаменных изверженных пород в ассоциации с кальцитом, пренитом, цеолитами, в участках скарновых образований и др.В России служит предметом добычи в бороносных скарнах Дальнегорского месторождения (Приморье)

Датолит представляет собой слоистый боросиликат кальция, однако структура его носит существенные черты координационной структуры, о чем говорят такие свойства, как плохая спайность.

Хризокола (рис. 58). Cu₄(Si₄O₁₀)(OH)₄ · 4H₂O мон. минерал класса слоистых силикатов, водный силикат меди, которая и придаёт камню синий или голубовато-зелёный цвет. Название образовано от др.-греч. χρυσός — «золото» и κόλλα — «камедь, клей» или припой (этот минерал в старину использовался для пайки золота). Минерал зоны окисления медных месторождений.
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Слоистые силикаты и алюмосиликаты обычно являются минералами низких температур и давлений. Лишь мусковит, флогопит, биотит, литиевые слюды встречаются в магматических горных породах. В целом для эндогенных месторождений характерны слюды, тальк, пирофиллит, серпентины, хлориты. В экзогенных условиях формируются минералы групп каолинита, монтмориллонита, гидрослюд, некоторые серпентины и хлориты.

Слюды флогопит, биотит, мусковит образуются в магматических горных породах как первичные минералы и как постмагматические продукты — результат воздействия растворов на оливин, пироксены, роговые обманки, полевые шпаты. В эффузивных горных породах биотит иногда встречается в виде порфировых вкраплений. Особо крупные кристаллы флогопита, биотита и мусковита образуются в керамических и слюдяных гранитных пегматитах. В сподуменовых пегматитах наряду с биотитом и мусковитом присутствуют литиевые слюды.

Флогопит и мусковит используются как диэлектрик в радио- и электротехнической промышленности. Промышленные концентрации крупных кристаллов флогопита установлены в особых ультраосновных горных породах повышенной щелочности, мусковит разрабатывается в гранитных пегматитах.

Другим характерным типом месторождений для таких слюд, как мусковит, литиевые слюды, реже биотит, являются грейзены. Слюды образуются здесь за счет разложения полевых шпатов и часто встречаются в виде мелкочешуйчатых масс.

В метаморфических горных породах (гнейсах и сланцах) мусковит, флогопит и биотит нередко являются главными минералами (см. табл. 21). Крупные промышленные скопления больших кристаллов флогопита в ассоциации с диопсидом, шпинелью, кальцитом образуются в этих породах по их контактам с мраморами и в виде метасомати ческих жил и залежей в самих сланцах вне видимой связи с мраморами. Мусковит и биотит входят в состав сланцев и гнейсов. Образование мусковита можно объяснить, например, процессами глубинного преобразования глинистых (каолинитовых и други х)пород с привносом глубинными растворами калия. Реакция протекает по схеме
6Al2 (Si2O5)(OH)4 + 2"K2O" (раствор) = 4KAl2(AlSi3O10)(OH)2 + 8H2O.
Тальк и серпентин образуются в ультраосновных горных породах как обычный продукт гидротермальной переработки оливина и пироксена. Они являются также обычными минералами метаморфических горных пород — сланцев, мраморов, где возникают на низких ступенях преобразования исходных горных пород. Тальк используется как огнеупорное сырье, материал для футеровки доменных печей, как технические смазки и в медицине. Серпентин в виде асбеста используется как ценный жаростойкий материал.

Никелевые серпентины встречаются в корах выветривания ультраосновных горных пород. Они разрабатываются как руда на никель.

Пирофиллит образуется в сходных с тальком и серпентином условиях, но за счет гидролиза силикатов алюминия в кислых горных породах. В больших массах он является сырьем для производства изоляторов и материалом для футеровки доменных печей. Агальматолит используется как поделочный камень. Хлориты обычно либо являются продуктами позднего и низкотемпературного гидротермального изменения оливина, пироксенов, роговых обманок, биотитов, флогопитов,либо образуются как минералы низки х ступеней процессов метаморфизма. Железистые хлориты входят в состав глин, они имеют оолитовое сложение, иногда являются рудой на железо.

Минералы групп каолинита, монтмориллонита, палыгорскита, гидрослюд, некоторые серпентины и хлориты образуются в поверхностных и подводных условиях и слагают глины. Их иногда так и называют — "глинистые минералы".

Алюминиевые минералы (каолинит, галлуазит, бейделлит и др.) развиваются в корах выветривания гранитов, кислых эффузивов, затем в более верхних и подвергнувшихся более мощному разложению зонах кор выветривания они превращаются в бокситы. При перемыве каолиновых кор выветривания, их отмучивании и переотложении дисперсного материала в спокойных водоемах формируются залежи осадочной каолиновой глины, она нередко имеет оолитовое сложение.

Магниевые минералы — сапонит, вермикулит, никелевые серпентины, нонтронит —образуются в корах выветривания на ультраосновных горных породах, габброидах.

В условиях подводного (морского) придонного разложения горных пород и з а счет раскристаллизации придонных коллоидных осадков формируются монтмориллониты, иллиты и гидрослюды, магнезиально-железистые хлориты. Уплотняясь, они превращаются в типичные глины. Главная масса глин образуется именно в ходе процессов

подводного выветривания горных пород и последующей эпигенетической переработки этих продуктов.

Глины являются ценным строительным материалом и сырьем для керамической и фарфоровой промышленности. Высокими сорбирующими свойствами характеризуются чисто монтмориллонитовые глины. Они известны под разными названиями —бентонит, гумбрин, кил и др. Серпентиновые коры выветривания ультраосновных горных пород бывают никеленосными и используются как руда для извлечения никеля

.


Литература:Бетехтин 2007 с.577 -632

Булах 1999 с.231 -242

Булах 2014 с. 44 - 49

СЛОИСТЫЕ СИЛИКАТЫ

(часть 1)

1. Каолинит Al2(Si2O5)(OH)4 трикл.

2. Диккит, накрит Al2(Si2O5)(OH)4 мон.

3. Галлуазит Al2(Si2O5)(OH)4 · 2Н2О мон.

4. Серпентины Mg3[Si2O5][OН]4 мон

(хризотил, антигорит)

5. Непуит Ni₃(Si₂O₅)(OH)₄ мон.

(Ревдинскит, Гарниерит)

6. Пирофиллит Al₂(Si₄O₁₀)(OH)₂ мон (агальматолит)

7. Тальк Mg₃(Si₄O₁₀)(OH)₂ мон
Смектиты:

8. Монтмориллонит (Ca,Na)(Mg,Аl,Fe)₂(Si₄O₁₀)(OH)₂· nH2O мон.

9. Бейделлит Al₂(Si₄O₁₀)(OH)₂ · nH₂O мон.

10. Нонтронит Fe₂(Si₄O₁₀)(OH)₂ · nH₂O мон.

11. Сапонит Mg₂(Si₄O₁₀)(OH)₂·nH₂O мон.
12. Палыгорскит Mg₅(Si₄O₁₀)₂(OH)₂ · 8H₂O мон.(горная кожа)

13. Сепиолит Mg₈(Si₆O₁₅)₂(OH)₂·12H₂O мон.
14. Хризокола Cu₄(Si₄O₁₀)(OH)₄ · 4H₂O мон.

15. Пренит Ca₂Al(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ ромб.

16. Датолит Ca(BSiO4(OH)) мон.
(часть 2)

Слюды. Подгруппа собственно слюд

17. Мусковит КAl2(AlSi3O10)(OH)2 мон.

( Фуксит, серицит, жильбертит)

18. Флогопит КMg3(AlSi3O10)(OH)2 мон.

(Биотит, Лепидомелан)

19. Аннит КFe₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ мон.

Литиевые слюды:

(флогопитовая слюда)

20. Тайниолит К(LiMg2)(Si4O10)F2 мон.

(мусковитовые слюды)

21.Циннвальдит KLiAlFe²⁺(AlSi₃O₁₀)F₂

22. Лепидолит KLi_1,5 Al_1,5(AlSi3O10)(F,OH)2

Группа хрупких слюд:

23.Маргарит — CaAl₂[Al₂Si₂O₁₀][ОН]₂ мон (жемчужная слюда)

Хлориты

24. Клинохлор (Mg₅Al)(AlSi₃O₁₀)(OH)₈ мон.

25.Шамозит (Fe²⁺₅Al)(AlSi₃O₁₀)(OH)₈ мон.

Подгруппа слюд с дефицитом межслоевых катионов.

Гидрослюды:

26. Иллит K_<1Al_<2[(Si,Al)₄О₁₀][ОН]₂ . nН₂О.мон.(гидромусковит)

27. Глауконит K_<1(Fe^3+,Fe²⁺,Mg)_<2,5[(Si,Al)Si₃O₁₀] [OH]₂· nH₂O.мон.

28. Вермикулит (Mg,Fe²⁺,Fe³⁺)_<3[Al_<1Si_<3O₁₀][ОН]₂ · 4Н₂О.мон.