В. М. Крейтера рогова ольга юрьевна конспект

Вид материала

Конспект

Содержание ЛЕКЦИЯ 14. Подкласс 5. Слоистые (слоевые) силикаты и алюмосиликаты.

Подобный материал:

• Перспективный план проведения мероприятий музыкального руководителя Рогова, 31.42kb.
• Казьмина Ольга Юрьевна 2009 г Содержание программа курса, 225.02kb.
• Черненко Ольга Юрьевна, архитектор-дизайнер, педагог дополнительного образования доклад, 39.73kb.
• Кондрашина Ольга Владимировна, Назаров Дмитрий Владимирович, Галкина Людмила Владимировна,, 287.36kb.
• Устюжанина Ольга Юрьевна учитель английского языка первой квалификационной категории,, 128.25kb.
• Конкурс творческих работ «Три поколения женщин: история моей семьи», 212.53kb.
• Лабунец Ольга Юрьевна мытищи 2009 г. Оглавление Введение 3 Использование видеофильмов, 263.17kb.
• Калимулина Ольга Юрьевна Председатель родительского комитета 309 11 72 заседание, 1214.06kb.
• Осипенкова Ольга Юрьевна литература, 796.82kb.
• Основной образовательной программы (уровень бакалавра) Елькина Ольга Юрьевна, доктор, 178.18kb.

ЛЕКЦИЯ 14. Подкласс 5. Слоистые (слоевые) силикаты и алюмосиликаты.


Структура слоистых силикатов образована бесконечными слоями кремнекислородных тетраэдров, формирующих гексагональную сетку. Тетраэдры в слоях связаны тремя вершинами, четвертая обращена в одну сторону и принадлежит также и октаэдрам, из которых состоит так называемый октаэдрический слой. Внутри октаэдров располагаются двух- и/или трехвалентные катионы. Оставшиеся вершины октаэдров заняты дополнительными анионами - гидроксильной группой или фтором. Возможны двухэтажные (каолиновые) пакеты, состоящие из одного тетраэдрического и одного октаэдрического слоев, и трехэтажные (слюдистые), состоящие из двух тетраэдрических и заключенного между ними октаэдрического слоев. Общая формула единичного тетраэдрического (каолинового) радикала [Si₂0₅]²⁺, двойного (слюдяного) – [Si₄O₁₀]⁴⁺ . Часть кремния в радикале может быть изоморфно замещена алюминием.

Общие черты представителей слоистых силикатов: псевдогексагональная симметрия выделений (реальная структура моноклинная или триклинная), весьма совершенная спайность по базопинакоиду, листоватые, чешуйчатые выделения. Слоистые силикаты не обладают большим удельным весом, твердость значительно варьирует, от 1 у талька до 4 у некоторых слюд, в основном около 3.

В генетическом отношении минералы рассматриваемого подкласса относятся в основном к двум генетическим груп­пам: экзогенной и гидротермальной. Однако некоторые слюды (биотит, мусковит и др.) могут образоваться в пегматитах, а также магматическим и метамор­фическим путем.

A) «двухэтажные»:

Каолинит Al₂[Si₂0₅](OH)₄. Каолинит имеет еще две полиморфные модификации: диккит и накрит гидротермального происхождения. В группу каолинита входит также галлуазит — водный каолинит, образующийся совместно с каолинитом.

Собственно каолинит моноклинный, его модификации могут быть триклинньми. Примеси редки, но в зонах окисления медных месторождений встречаются обогащенные медью, цинком каолиниты. Выделения - мелкозернистые, чешуйчатые, фарфоровидные массы, очень редко - псевдогексагональные кристаллы небольших размеров. Образуется экзогенным путем при выветривании алюмосиликатов в кислых условиях, также входит в состав осадочных глин. Каолинит может образовываться в низкотемпературных гидротермах и вулканических эксгаляциях, быть метасоматическим, связанным с молодым вулканизмом.

Каолинит — породообразующий минерал каолиновых глин, образующийся при выветривании кис­лых магматических и метаморфических пород — гранитов, пегматитов и гнейсов, т. е. пород, содержащих алюмосилика­ты и бедных железом.

В коре выветривания алюмосиликаты разлагаются под действием кислорода и углекислоты атмосферных вод. Щело­чи из них выносятся и остаются первичный каолинит и кварц. Аналогичный процесс может протекать в гидротермаль­ных условиях, доказательством чего является наличие каолинизации как околорудного изменения золотых, медно-молибденовых, ртутных и других гидротермальных руд.

Процесс гидротермальной каолинизации можно изобра­зить следующей схемой:


4K[AlSi₃0₈] (кпш) + 4H₂0 + 2C0₂→ 2Al2[Si₂O₅](OH)₄ (каолинит)+ 2K₂C0₃+8Si0₂ .


Кроме первичных каолинов коры выветривания, известны вторичные каолины, образовавшиеся за счет перемыва и пе­реотложения текучими водами первичных каолинов.

Серпентин и хризотил-асбест Mg₃[Si₂0₅](OH)₄. Возможен изоморфизм между магнием и железом. Выделения: микрокристаллические сплошные, листоватые, волокнистые, асбестовидные массы. В виде кристаллов не встречается. Цвет: зеленый различных оттенков, бесцветный, черный. Месторождения: автометасоматические серпентиниты по ультраосновым изверженным породам, метасоматически изменённые под действием ультраосновных интрузий карбонатные породы (доломиты).

Хризо­тил-асбест имеет ту же формулу, что и серпентин, и по суще­ству является его тонковолокнистой разновидностью. Асбест находит широкое применение в промышленности при производстве жаропрочных и кислотоустойчивых волокон.

Обе минеральные разновидности образуются в гидротермальных условиях по богатым магнием ультраосновным породам (подобно тальку):


4(Mg,Fe)[Si0₄] (оливин) + 4H₂0 + 2C0₂ →

2(Mg, Fe)₃[Si₂O₅](OH)₄ (хризотил-асбест или серпентин) + 2(Mg,Fe)C0₃ (брейнерит)


Химизм этого процесса изучен хорошо, а механизм обра­зования хризотил-асбеста достаточно еще не выяснен:

1. Согласно современным представлениям Б. Я. Меренкова, В. П. Петрова и др., хризотил-асбест образуется за счет ультраосновных пород (перидотитов) при воздействии на них гидротермальных растворов, выделяющихся из гранитной магмы. Таким образом, для образования месторождения ас­беста необходима интрузия гранитов в перидотиты.

В процессе «контактового» серпентинообразования и асбестования из перидотитов происходит вынос кремнезема, окиси магния, железа и кальция. В результате выноса материала «контактный» серпентинит становится пористым и для сохра­нения общего объема в нем возникает система трещин, кото­рые заполняются асбогелем. Асбогель — коллоидный раствор, соответствующий по составу асбесту.

Впоследствии асбогель раскристаллизовывается в волокнистый асбест, обычно ориенти­рованный поперек трещин. Естественно, отложение асбогеля может происходить только в условиях малых глубин.

2. П. М. Татаринов считает, что хризотил-асбест обра­зуется не из коллоидных растворов в открытых полостях (контракционных трещинах), а в полостях выщелачивания контактных серпентинитов (или серпофитов) путем кристалли­зации из истинных растворов.

Волокнистый хризотил-асбест, предположительно обра­зующийся описанным способом, согласно рентгеноструктурным и электронно-микроскопическим исследованиям, пред­ставляет собой агрегат трубчатых кристаллов.

Б) «трехэтажные»:

Тальк Mg₃[Si₄0₁₀](OH)₂. Стехиометрически чистый, примеси чаще механические. Выделения: листоватые, чешуйчатые, агрегаты, оплошный скопления (стеатит, мыльный камень, жировик). Месторождения связаны с ультраосновными породами, богатыми магнием: продукты их метасоматической переработки или реакции с карбонатами.

Тальк - важный промышленный мине­рал, для керамической, бумажной, огнеупорной и других отраслей промышленности. Образуется при гидротермаль­ном изменении богатых магнием пород: дунитов, пери­дотитов, серпентинитов или доломитов. За счет оливина (породообразующего минерала дунитов) или серпентина тальк возникает при их карбонатизации в восстановительных (а) или окислительных (б) условиях. В последнем случае вместо магниево-железистого карбоната — брейнерита образуются гематит и магнезит. Реакция идет в щелочной среде при относительно низкой температуре (200—100°С).


4(Mg, Fe)₂[Si0₄] оливин + H₂0 + 5C0₂→

(Mg, Fe)₃[Si₄O₁₀](OH)₂ тальк + 5(Mg, Fe)C0₃ брейнерит (a)


(Mg,Fe)₆[Si₄O₁₀](OH)₈ серпентин+ 3CO₂+4,5O₂→

Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂ тальк + 3MgCO₃ магнезит +3Fe₂O₃ гематит +3H₂O (б).


За счет доломита тальк возникает при привносе в него кремнезема гидротермальными растворами:


3CaMg(C0₃)₂ доломит +4Si0₂+H₂0→

Mg₃[Si₄0₁₀](OH)₂ тальк + 3CaC0₃ кальцит +3C0₂.


В этом случае тальк образуется безжелезистый, лучшего качества.

Тальк устойчив в фации зеленых сланцев регионального метаморфизма, где он ассоциирует с хлоритом, карбонатом, актинолитом или тремолитом и кварцем. При метаморфизме глиноземисто-магнезиальных или кремнисто-доломитовых пород образуются талько-хлоритовые или актинолит (тремолит)-хлорит-тальковые сланцы.

Пирофиллит Al₂[Si₄0₁₀](OH)₂. В качестве изоморфной примеси отмечен хром. Моноклинный, триклинный, структура аналогична тальку. Белый, зеленоватый, желтоватый. Блеск стеклянный, перламутровый. Выделения чешуйчатые, сферолитовые, пластинчатые, сплошные массы (агальматолит).

Пирофиллит — минерал гидротермаль­ного и метаморфического генезиса. Образуется пирофиллит при разложении глиноземистых пород (эффузивов, туфов) средне-, низкотемпературными (300—150°) кислыми приповерхностными растворами, на­пример по схеме:

2K(AlSi₃0₈l +H₂0+2F^- → Al₂[Si₄0₁o](OH)2 + 2Si0₂+2KF.

к. п. ш. кислый раствор пирофиллит кварц

или

5K[lSi₃0₈] + 2H₂S0₄ + H₂0 +2C0₂ → Al₂[Si₄0₁o](OH)2 + KAl₃[S0₄]₂(OH)₆ + ll Si0₂ +2K₂C0₃.

к. п. ш. кислый раствор пирофиллит алунит

Пирофиллит обычен во вторичных кварцитах Казах­стана, Закавказья, Дальнего Востока, Японии и США, где он ассоциирует с кварцем, каолинитом, диаспором или алуни­том.

В процессе регионального метаморфизма пирофиллит устойчив в фации зеленых сланцев (350—500°С, Р = 3000—5000 атм.), так как известны его скопления в виде кварцпирофиллитовых сланцев среди глиноземистых метаморфических пород (Урал, Украина, Карелия). Пирофил­лит наряду с тальком является важным сырьем для керами­ческой, огнеупорной, бумажной, красочной и других отраслей промышленности.

Группа слюд:

Ообщая формула A₁B_2-3((Al,Si)₂Si₂0₁₀)(OH,F)₂. В позицию А входят щелочные катионы К, Na, позиция В может быть заселена двух- и трехвалентными элементами, двухвалентные катионы представлены Mg, Fe, Mn, в эту же позицию может входить и Li, трехвалентные - Fe, A1, в экзотических случаях - V, Сг и другие. Сингония - моноклинная, триклинная. Для всех слюд характерная весьма совершенная спайность по базопинакоиду, стеклянный блеск. Выделения - листоватые, чешуйчатые массы, псевдогексагональные таблитчатые кристаллы, реже - удлиненно-призматические. Размеры выделений могут достигать метра и более.

Биотит K(Fe,Mg)₃[AlSi₃0₁₀](OH,F)₂. Черный, бурый, хрупкий. Распространен как породообразующий минерал во многих изверженных и метаморфических породах. Характерен для гранитоидов, пород среднего состава, в том числе для щелочных и их пегматитов. В кристаллических сланцах встречается совместно с полевыми шпатами, амфиболами, кварцем. В поверхностных условиях неустойчив, гидратируется, переходя в вермикулит.

Биотит — важный породооб­разующий минерал гранитоидных и гибридных магматиче­ских, пегматитовых и метаморфических пород. В магмати­ческом процессе биотит образуется последним среди темноцветных минералов, вследствие постепенного накопления в расплаве калия. Этот процесс ха­рактерен для кристаллизации большинства магм, исключая щелочную. К концу процесса магматической кристаллизации концентрация калия в расплаве увеличивается. Поэтому ка­лий связывает все оставшееся количество магния и железа в биотит. После этого или одновременно калий вместе с глино­земом и кремнеземом образуют калиевый полевой шпат.

Биотит, будучи породообразующим минералом гранитов (до 10%), является минералом — концентратором редких эле­ментов: лития, ниобия и др.

Литий также может находиться в биотите, замещая часть магния, по схеме:

2Mg⁺²→Li⁺Al⁺³.

При гидротермальной проработке таких биотитовых гра­нитов можно ожидать образования литиевых и ниобиевых месторождений.

В кислых пегматитах биотит служит индикатором их высокотемпературности. Он встречается только в ранних высокотемпературных пегматитах. В более поздних типах пегматитов он заменяется мусковитом.

Биотит в контактово-метаморфических и регионально-метаморфических породах устойчив в широких пределах (Р = 3000—10 000 атм., Т = 400—800°С). В основном он характерен для амфиболитовой фации регионального метаморфизма (дистен-альмандиновая ассоциация) и для амфибол-роговиковой фации контактового метаморфизма (ассоциация плагиоклаз-роговая обманка-кварц). Образуется биотит при метаморфизме глиноземистых минералов хлорита и серицита (микрокристаллического мусковита).

В собственно гидротермальном процессе биотит образуется ограниченно: за счет изменения роговых обманок магматических пород; в виде своеобразного высокотемпературного изменения (биотитизации) полевошпатовых пород; в контактовых зонах десилицированных пегматитов и в других случаях.

Мусковит KAl₂[AlSi₃0₁₀](OH,F)₂. Светло-желтый, бесцветный, зеленоватый. Более эластичный, чем биотит. Породообразующий минерал кислых изверженных пород и кристаллосланцев. Характерен для гранитных пегматитов. Распространен также в метасоматических породах, связанных с колчеданными месторождениями. Мелкокристаллический мусковит составляет основу ряда глин. В условиях земной поверхности обычно устойчив.

Мусковит является важным промыш­ленным минералом для электротехнической промышленности. Он добывается из кислых слюдоносных гранитных пегмати­тов.

Д. С. Коржинский, В. Д. Никитин и другие ученые считают, что мусковит имеет одно происхождение — пневматолито-гидротермальное и образуется за счет гид­ролиза калиевых полевых шпатов по следующей схеме:

3K[AlSi₃0₈]+H₂0→ KAl₂[AlSi₃0₁₀](OH,F)+ 5Si0₂ + K₂Si0₃.

к. п. ш. мусковит кварц


Следует, однако, отметить, что не все геологи (У. А. Дир, Е. Д. Белянкина, В. П. Петров, А. И. Гинзбург, Г. Г. Родио­нов, Н. А. Солодов и др.) придерживаются этого взгляда на образование мусковита. Многие считают, что крупнолистоватый мусковит, как биотит и другие щелочные минералы глинозема (берилл, сподумен, турмалин и альбит), кристаллизуется на опреде­ленной стадии формирования гранитных пегматитов, т. е. путем кристаллизации из пегматитового расплава-раствора, о чем свидетельствует, в частности, парагенезис мусковита с кварцем, микроклином и биотитом. Наконец, большинством геологов признается, что одна из разновидно­стей мусковита пегматитов образуется путем замещения более раннего биотита. Мусковит в пегматитовых и в высокотемпературных пневматолито-гидротермальных месторождениях (грейзенах) обычно находится в ассоциации с кварцем, топазом, бериллом, турмалином, касситеритом, вольфрамитом, молибденитом, а также с микроклином или альбитом.

Мелкочешуйчатый или скрытокристаллический мусковит обычно называется серицитом, он также возникает по выше­приведенной схеме или по нижеследующей:


3K[AlSi₃0₈]+-H₂0 + C0₂→ KAl₂[Si₃A10₁₀](OH)₂ ++6Si0₂+K₂C0₃.

к. п. ш. серицит

Серицит ассоциирует с кварцем, пиритом, анке­ритом или другими карбонатами. Кроме того, серицит являет­ся типоморфным минералом вторичных кварцитов.

Фуксит - хромсодержащий серицит — образуется в связи с гидротермальным околорудным изменением ультраосновных пород.

Собственно мусковит и серицит с кварцем устойчивы в эпидот-амфиболитовой (силлиманит-мусковитовой) и зелено-сланцевой фациях регионального метаморфизма, где они образуются вследствие метаморфизма различных глинистых осадков (гидрослюд, каолинов и др.). При температурах 600-650°С мусковит исчезает, заменяясь ассоциацией силлиманит-калишпат:


KAl₂[AlSi₃0₁₀](OH)₂+Si0₂ → Al[AlSi0₅] + K[AISi₃0₈]+H₂0.

мусковит кварц силлиманит калишпат


Флогопит KMg₃[AlSi₃0₁₀](OH,F)₂. Желтоватый, красноватый, зеленоватый, бесцветный, более светлый, в целом, чем биотит. Флогопит встречается в щелочных метасоматитах по ультраосновным породам, силикатных метасоматитах по карбонатным породам (скарнам), в карбонатитах.

Флогопит — минерал кон­тактово-метасоматических пород, главным обра­зом магнезиальных скарнов и автореакционных скар­нов, генетически связанных с ультраосновными-щелоч­ными породами.

В первом случае флогопит встречается в следующей ассо­циации минералов: диопсид, шпинель, скаполит, кальцит и апатит. Согласно В. А. Жарикову, образование флогопита в магнезиальных скарнах идет в щелочной среде по схеме:

5CaMg[Si₂0₆] диопсид +MgAl₂0₄ шпинель + K₂0+H₂0 + 5C02→


2KMg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂ флогопит + 5CaC0₃ кальцит + 4Si0₂ кварц


Во втором случае флогопит ассоциирует с титанистым андрадитом, волластонитом, кальцитом, апатитом, диопсидом. Согласно Е. М. Эпштейну [29], образование флогопита во флогопитовых месторождениях автореакционных скарнов можно представить следующей схемой:


6CaMg[Si₂0₆] диопсид + 2Na[AlSi0₄] нефелин +Fe₂0₃ + K₂0+H₂0→


2KMg₃[AlSi₃0₁₀](OH)₂ флогопит +Ca₃Fe₂[Si0₄]₃ андрадит+ 3CaSi0₃ волластонит + 2Si0₂ +Na₂0.

Таким образом, флогопит развивается метасоматически на месте других магнезиально-глиноземистых силикатов.

Литиевые слюды. K(Li,Al)_2-3[AlSi₃0₁₀](OH,F)₂. Розовые, лиловые, серебристые, бесцветные. Возможен широкий изоморфизм в октаэдричееком слое. Выделяется несколько минеральных видов: лепидолит, полилитионит, циннвальдит и другие. Встречаются исключительно в редкометальных гранитоидах и пегматитах.

Лепидолит KAl_1,5Li₁,₅[AlSi₃O₁₀](OH)₂ и циннвальдит KLiFe AI[AlSi₃O₁₀](OH)₂ — промышленные пневматолито-гидротермальные минералы лития — образуются метасоматически в грейзенах и грейзенизированных гранит­ных пегматитах в ассоциации с кварцем, бериллом, топазом, турмалином, касситеритом, сподуменом и другими минерала­ми.

Лепидолит (розовато-фиолетовая слюда) можно пред­ставить себе как биотит, в котором весь магний замещен на литий и алюминий (3Mg ←Al_1,5Li₁,₅).

Циннвальдит — зеле­новатый мусковит, в котором один алюминий замещен на литий и двухвалентное железо.

Оба минерала являются индикаторами на редкометальные пегматиты и грейзены: есть лепидолит—ищи сподумен; если в лепидолите отношение Rb : Cs равно или близко к единице, то в пегматите надо ожидать присутствия трудноразличимого от кварца минерала цезия - поллуцита Cs[AlSi₂0₆]. Если присутствует циннвальдит, то следует искать в грей­зенах касситерит, вольфрамит, молибденит или берилл.


B) «трехэтажные» с лабильным межслоевым пространством:

Группа смектитов (бейделлит, монтмориллонит, нонтронит).

Группа слюдоподобных минералов, встречающихся в корах выветривания и молодых осадочных образованиях. От слюд отличаются низким зарядом слоя, в результате чего катионы в межслоевых промежутках оказываются связанными слабыми химическими связями с радикалом и легко могут обмениваться с окружающей средой. Низким слоевым зарядом также обусловлены повышенные содержания воды и способность сорбировать различные катионы, в том числе комплексные и органические. Диагностируются смектиты по способности увеличиваться в объеме при насыщении водой. Для точной диагностики необходимо применение комплексов физико-химических методов. Встречаются, как правило, в глинах, породах кор выветривания.

Состав минералов весьма изменчив, чистые разности ред­ки. Общую формулу группы, согласно У. А. Диру , можно написать так:

(0,5 Са, Na)_0,35(А1, Mg, Fe)₂[(Si,А1)₄О₁₀](ОН)₂• nH₂0.

Бейделлиту соответствует наиболее глиноземистая раз­ность; монтмориллониту — магнезиально-глиноземистая, а нонтрониту - железистая. Кроме того, различают натриевые монтмориллониты (бентониты) и кальциевые монтмориллони­ты (флоридины или «фуллеровые земли»). Нонтронит, сорбировавший никель, вместе с гарниеритом является руд­ным никелевым минералом.

В отличие от каолинита монтмориллонит-нонтрониты обра­зуются в коре выветривания основных и ультраосновных по­род в щелочной среде. Главная масса промышленных монтмориллонитовых глин (бентонитов) возникает в качестве продукта разложения туфов и вулканических пеплов подвод­ного осаждения, своеобразного подводного выветрива­ния. Монтмориллониты распространены также в поч­вах солончаков.

Хризоколла nCuO• mSi0₂ • pH₂0 — характернейший минерал зон окисления медных месторождений. Обра­зует налеты, почки, натеки совместно с малахитом и брошанитом, от которых отличается четким голубоватым оттенком. Образуется хризоколла из гелей, поэтому, обычно колломорфна по строению.

Некоторые минералоги считают хризоколлу нераскристаллизованным аширитом (диоптазом). Это положение отвер­гается Ф. В. Чухровым, который относит хризоколлу к ряду магнезиальных глинистых минералов (бейделлиту-монтмориллониту).


Группа никелевых гидросиликатов

Никелевые гидросиликаты: ревдинскит (Ni, Mg)₆[Si₄O₁₀](ОН)₈ и гарниерит Ni₆[Si₄O₁₀](OH)₈•nH₂0 являются важными промышленными минералами никеля. Примерно третья часть никеля получается из силикатно-никелевых руд.

Ревдинскит, или непуит (кристаллическая разновид­ность), по существу, представляет собой никелевую разновидность серпентина.

Гарниерит является водной, чисто никеле­вой разностью ревдинскита. Оба минерала образуются исключительно в коре выветривания ультраос­новных пород, где встречаются в виде порошковатых и коллоидальных образований в нонтронитовых гли­нах, кремнистых «сухарях» или в карстовых воронках извест­няков, контактирующих с массивами серпентинитов. Гарниериты в основ­ном отлагаются из поверхностых вод, просачивающихся вниз по трещинам, в виде пленок, коллоидальных масс. Оба никелевых силиката обладают ярким нежно-зеленым цветом, который сразу выделяет их на кремовом, рыжеватом или шо­коладном фоне нонтронитовых глин. Дальнейшая их диагно­стика затруднительна и требует применения специальных методов исследования.