Породообразующие, рудообразующие и редкие минералы. Их основные свойства и практическое значение

 

Горные породы состоят из минералов. Минерал представляет собой твердое природное вещество однородного химического состава. Это – химия, воплощенная в камне. Как и любое природное вещество, минерал имеет множество классификационных признаков:

химический состав;

форма кристаллов, из которых состоит минерал;

цвет, блеск;

плотность (удельный вес);

твердость;

спайность;

растворимость в воде;

растворимость в кислотах;

электропроводимость;

температура плавления;

происхождение (генезис);

практическая значимость;

и др.

Исследования химического состава горных пород земной коры показали, что земная оболочка толщиной около 40 км состоит в основном из восьми химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний (таблица 2)

Кислород в соединении с кремнием образует окисел кремния (кремневую кислоту) – SiO₂. В соединении с водородом кислород образует воду H₂O или гидроксильную группу ОНˉ. Вода в соединении с углеродом, хлором, серой и кремнием образует кислоты: Н₂СО₃, НСl, H₂SO₄, H₄SiO₄, H₂SiO₃, H₆Si₂О₇. Металлы в соединении с кислородом образуют окислы: Al₂O₃, Fe₂O₃, Na₂O, K₂O, MgO, а в соединении с кислотами образуют соли: NaCl, KCl, CaCO₃, FeCO₃, MgCO₃, CaMg(CO₃)₂, CaSO₄ и др. Вещественным выражением окислов, гидроокислов и солей являются минералы (табл. 3).

В настоящее время известно свыше 2000 минералов. Для их определения существует множество приборов, способов, лабораторий: химическая, оптическая (микроскопическая), кристаллографическая, рентгеноструктурная и др (табл. 5).

Минералы отличаются друг от друга по макроскопически видимым признакам (цвет, форма кристаллов, спайность, излом, степень прозрачности), по твердости, по реакции на воздействие соляной кислотой HCl и другие индикаторные жидкости.

 

 

Таблица 3

Минералогический состав земной коры

(по В.Н.Вернадскому, А.Е.Ферсману, 1945)

 

Классы минералов	Содержание в земной коре, %
Силикаты (из них полевые шпаты – 55%)
Окислы и гидроокислы (из них на кварц, халцедон, опал – 12%)
Карбонаты (главным образом кальцит и доломит)	1,7
Фосфаты (преимущественно апатит)	0,7
Хлориды, фториды (преимущественно галлит, флюорит)	0,5
Сульфиды и сульфаты (преимущественно пирит)	0,3-0,4
Самородные элементы (в том числе свободный азот – 0,04%, свободный кислород – 0,01%)	0,1

 

Таблица 4

Шкала твердости минералов

 

Минералы	Твердость по шкале Мооса
Тальк Гипс Кальцит Флюорит Апатит Ортоклаз Кварц Топаз Корунд Алмаз

 

По происхождению выделяются три группы минералов: эндогенные (магматогенные), экзогенные, метаморфогенные.

Эндогенные минералы. Являются наиболее многочисленными и наиболее широко распространенными минералами в земной коре. Они образовались в недрах Земли при застывании магмы, в зоне высоких температур и давлений. Они имеют высокую твердость и плотность, стойкость к растворению водой, щелочами и кислотами. К ним относятся алюмосиликаты, силикаты кальция, калия, натрия, железа, магния: кварц, полевые шпаты, пироксены, роговые обманки и др.

 

 

Таблица 5

Физические свойства основных минералов горных пород

 

Название минералов и их химические формулы	Плотность, г/см3	Твердость по шкале Мооса	Температура плавления ^0С
Породообразующие минералы: Аллофон – аморфное глинистое вещество Ангидрит CaSO4 Анкерит Ca(Mg,Fe)(CO3)2 Апатит, группа. Ca10F2(PO4)6 - фторапатит Арагонит CaCO3 Барит BaSO4 Боксит Al2O3·nH2O – рудный минерал Галенит PbS Галит NaCl Гематит Fe2O3 – рудный минерал Гипс CaSO4·2H2O	2,8-3,0 2,9-3,1 3,18-3,21 2,9-3,0 4,3-4,5   7,4 2,1-2,2 5,0-5,2 2,3	3-3,5 3,5 3,5-4 3-3,5   2-3 5,5-6 1,5	>1500     >1500
Глауконит (K,Na)(Al,Fe,Mg)2(Al,Si)4O10(OH)2 Даллит Ca10(OH)2(PO4CO3)6 – разновидность апатита Диккит - из группы каолинита Доломит CaMg(CO3)2 Гидрослюды-тонкодисперсные слюды, содержащие H2O Калиевые полевые шпаты: ортоклаз, Микроклин KAlSi3O8 Кальцит CaCO3 Каолинит, группа Al2Si2O5(OH)4 Кварц SiO2 Лимонит 2Fe2O3·3H2O - рудный минерал	2,2-2,8     2,86     2,54-2,57 2,6-2,8 2,58-2,6 2,5-2,8 4,0-4,4	2-3     3,5-4,0     6-6,5 1-4	>1500   >1500 >1500
Магнезит MgCO3 - рудный минерал Малахит CuCO3(OH)2 - редкий минерал Марказит FeS2 (ромбическая сингония) Монтмориллонит (Na,Ca)(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·nH2O Мусковит KAl3Si3O10(OH)2 Опал SiO2·nH2O Пирит FeS2 (кубическая сингония) Плагиоклазы (Ca,Na)(Al,Si)AlSi2O8 Родохрозит MnCO3 Сера самородная S	2,9-3,1 3,9-4 4,6-4,9 2,6 2,76-3,10 1,9-2,5 4,9-5,2 2,61-2,76 3,9 2,05-2,08	4-4,5 3,5-4 5-6 1,5 2-3 5-5,5 6-6,5 6-6,5 3,5-4,5 1-2	>1500   1100-1550
Сидерит FeCO3 - рудный минерал Смектит–тонкодисперсный монтмо-риллонит Сфалерит ZnS - рудный минерал Халцедон SiO2 Халькопирит CuFeS2 - рудный минерал Хлориты,группа (Mg,Fe,Al)Si4O10·(OH)8 Целестин SrSO4 Цеолиты,группа (Ca,Na2)(AlSi2O6)2·6H2O Циркон ZrSiO4 - редкий минерал Шамозит (Fe,Mg)5Al(Si3Al)O10(OH,O)8 Эпидот Ca2(Fe,Al)3(SiO4)(Si2O7)O(OH)	3,9   3,9-4 2,5-2,8 4,1-4,3 2,6-2,85 3,9-4,0 2,08-2,50 4,68-4,70 3,05-3,40 3,26-3,52	3,5-4,5   3-4 3-4 2-2,5 3-3,5 4-5 7-8 6-7	>1500   >1500
Минералы тяжелой фракции Алмаз С - редкий минерал Анатаз TiO2 Берилл Be2Al2(SiO3)6 - редкий минерал Вольфрамит (Fe,Mn)WO4 Гематит Fe2O3 Гранаты – силикаты Fe, Mg, Mn, Ca, Cr, Al Золото Au - редкий минерал Ильменит FeTiO3 c Mg, Mn Касситерит SnO2 Киноварь HgS	3,47-3,56 3,9 2,63-2,91 6,7-7,5 5,0-5,2 3,5-4,2 15,6-18,3 4,72 6,8-7,0 8,09	5-6 7,5-8 4,5-5,5 5,5-6,0 6,5-7,5 2-3 5-6 6-7 2-2,5	Сгорает при 850^0С >1500 1185-1260
Корунд Al2O3 Магнетит Fe3O4 - рудный минерал Монацит (Ce,La,V,Th)PO4 Платина Pt - редкий минерал Рутил TiO2 Серебро Ag - редкий минерал Сфен CaTiSiO5 Топаз Al2SiO4(F,OH)2 - редкий минерал Хромит FeCr2O4 - рудный минерал Циркон ZrSiO4 Шеелит CaWO4	3,95-4,1 5,5-6 4,9-5,5 15,0-19,0 4,2-4,3 10,1-11,1 3,29-3,56 3,52-3,57 4,0-4,8 4,68-4,7 5,8-6,2	4,9-5,2 5-5,5 4-4,5 2,5 5-6 5,5-7,5 7-8 4,5	1127-1386   1450-2180

 

Экзогенные минералы образовались на поверхности Земли в зоне низких температур и давлений, в водной среде, в атмосфере, биосфере. Сюда относятся окислы и гидроокислы кремния и металлов (Si, Al, Fe, Mg), соли соляной, угольной и серной кислот: опал, халцедон, галлит, кальцит, доломит, магнезит, сидерит, пирит, марказит, лимонит, апатит, гипс, ангидрид и др. Они имеют пониженную твердость, растворяются в воде.

Метаморфогенные минералы – преобразованные из экзогенных и эндогенных минералов или вновь образованные в процессе метаморфизма под влиянием высоких температур и давлений. Сюда относятся серициты, гидрослюды, слюды, гранаты, ставролиты, диопсиды, серпентиниты, эпидоты и др.

Наибольшей популярностью пользуется классификация минералов по химическому составу. Ниже дается краткая характеристика классов минералов, выделенных по химическому составу (по А.Г.Бетехтину, 1961г).

1. Самородные минералы. Состоят из одного химического элемента. Сюда относятся самородные золото, платина, серебро, медь, железо, сера, углерод (алмаз, графит) и некоторые другие металлы и полуметаллы (мышьяк, сурьма, висмут). Встречаются редко на гидротермальных месторождениях и в зоне их окисления.

2. Сульфиды – соединение серы с металлами, полуметаллами. Наиболее распространенными минералами в этом классе являются: пирит – FeS₂, марказит - FeS₂, пирротин – FeS, халькопирит – CuFeS₂ - медная руда, галенит – PbS – свинцовая руда, сфалерит – ZnS – цинковая руда, халькозин - Cu₂S – медная руда, антимонит - SbS₂ – сурьмяная руда, молибденит – MoS – молибденовая руда, арсенопирит – FeAsS – мышьяковая руда. Сульфидные минералы совместно образуют полиметаллические месторождения. Большинство их имеет гидротермальное происхождение. Ионы металлов выносятся растворами из магматических очагов и в зоне пониженных температур и давлений образуют химические соединения с анионами серы S₂-, выпадают из раствора, образуя минеральные агрегаты в трещинах, каверновых и поровых пустотах. Так образуются свинцово-цинковые, медно- цинковые и другие полиметаллические руды и месторождения. В глинистых, битуминозных и углистых отложениях обычными сульфидами являются пирит и марказит FeS₂. Они образуются в восстановительных условиях при наличии H₂S, возникающего в результате разложения белковых веществ, захороненных в осадках без доступа кислорода. Кристаллы пирита имеют кубические, додекаэдрические формы, марказита – ромбические, таблитчатые, короткостолбчатые, копьевидные формы. Часто встречаются шаровидные конкреции пирита, нередко радиально-лучистого строения. Цвет пирита светлый латунно-желтый. Твердость 6-6,5, удельный вес 4,9-5,2г/см³. Цвет марказита латунно-желтый с сероватым или зеленоватым оттенком. Твердость 5-6, удельный вес 4,6-4,9г/см³. В природе распространен реже, чем пирит. Его часто ошибочно принимают за пирит. В осадочных породах марказит встречается преимущественно в виде конкреции различных форм и псевдоморфоз по органическим остаткам или в виде черного сажистого порошка. Примечание: месторождения пирита и марказита разрабатываются для производства серной кислоты.

3. Хлориды – соли соляной кислоты. Происхождение их экзогенное. Галит – NaCl – каменная соль. Цвет белый, прозрачный, серый, желтый, бурый, черный. Желтый и бурый цвета обусловлены присутствием гидроокислов железа, черный – органического вещества. Кристаллы имеют кубические формы. Твердость 2, удельный вес 2,1-2,2г/см³. Легко растворяется в воде, гигроскопичен, слабо проводит электрический ток, обладает высокой теплопроводностью. Образуется в усыхающих замкнутых соленых озерах, мелководных лагунах и заливах. В условиях сухого жаркого климата вода испаряется, соль осаждается на дно водоема. Пример: озеро Баскунчак в низовьях р. Волги. Используется для получения соляной кислоты HCl, хлора, соды, едкого натра и в пищевой промышленности.

Сильвин – KCl. Похож на галит, так же, как и галит образуется в усыхающих соляных озерах, но встречаются реже. Наиболее крупное соляное месторождение Соликамское находится в 35 км от г. Перми. Применяется для удобрения почвы, в медпункте, парфюмерии, пиротехнике, в стекольном, бумажном производстве.

Карналлит – MgCl₂·KCl·6H₂O. Цвет: прозрачный, розовый, красный. Бурый и желтый цвета обусловлены примесью гидроокислов железа. Твердость 2-3. Гигроскопичен, вкус горько-соленый. Хорошо растворяется в воде, издавая треск, что обусловлено присутствием в них пузырьков газа, находящихся под большим давлением. Встречается в парагенезисе с каменной солью и сильвином. Служит сырьем для удобрения почв, для получения магния. Магний используется для изготовления прочных легких сплавов (дюралюминий, магналий и др.), для сигнальных огней и получения вспышек сильного света.

4. Фториды – соли фторной кислоты. Имеют ограниченное распространение. Встречаются преимущественно в гидротермальных месторождениях.

Флюорит CaF – плавиковый шпат. В пустотах встречается в виде хорошо образованных кристаллов кубической формы. Цвет: водяно-прозрачный, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый. Твердость 4. Происхождение гидротермальное. Землистый флюорит встречается в доломитизироавнных известняках. Применение: в металлургии используется в качестве флюса для ускорения плавления руд, в химической промышленности – для получения плавиковой кислоты HF, в керамике – для получения эмалей и глазури, в оптике – для изготовления линз оптических приборов.

5. Окислы (оксиды) и гидроокислы. По степени распространенности в земной коре занимают второе место после силикатов – 17%.

Кварц – SiO₂ – окисел кремния, один из наиболее широко распространенных минералов в земной коре, имеет кристаллическую структуру. Разновидности: горный хрусталь – прозрачные кристаллы, аметист – кристаллы фиолетового цвета, морион – черный, раухтопаз – дымчатый кварц, цитрин – лимонно-желтый.

Халцедон – SiO₂ – кремень, скрытокристаллическая разновидность кварца. Разновидности халцедона: агаты (ониксы) – кремнистая жеода, имеет концентрически зональное различно окрашенное строение. Образуется из коллоидных растворов кремнезема. Сердолик – оранжевая разновидность халцедона. Тигровый глаз – полосатый, золотистый, темно-бурый с шелковистым оттенком. Волосатик - горный хрусталь или аметист с включениями тонких удлиненных волосовидных кристалликов красноватого рутила, черного турмалина, зеленых актинолитов, называемых «волосами Венеры».

Опал – SiO₂·nH₂O – водный окисел кремния, аморфная разновидность халцедона. Декоративный камень. Окраска очень разнообразная. Является породообразующим минералом для кремнистых пород – опок, трепелов, диатомитов. В эффузивных породах образует жеоды, миндалины. По внешним признакам очень похож на халцедон. Образуется из коллоидных растворов кремнезема.

Гематит – Fe₂O₃ – окисел железа, красный железняк. Название происходит от греческого «гематикос» - кровавый. Цвет стально-серый, черта вишнево-красная. Твердость 5,5-6. Удельный вес 5,0-5,2г/см³. Образуется в окислительных условиях. Основная масса гематитовых руд встречается в докембрийских метаморфических породах. Примеры: Кривой рог (Украина), Минас-Жерайж (Бразилия). Примечание: важнейшая железная руда, из которой выплавляются чугун и сталь.

Магнетит – Fe₃O₄. Цвет железно-черный, черта черная. Твердость 5,5-6, удельный вес 4,9-5,2 г/см³. Сильно магнитен. В магматических породах присутствует в виде вкраплений и жил в породах габбровой формации. Пример: Кусинское месторождение на Урале. В контактово-метаморфических образованиях мощные магнетитовые залежи находятся среди гранатовых, пироксен-гранатовых скарнов. Примерами являются: гора Магнитная (Южный Урал), гора Высокая (Нижний Тагил, Урал) группа месторождений в Кустанае. В регионально-метаморфических толщах наблюдаются крупные пластовые гематит-магнетитовые руды. Пример: Кривой рог (Украина), Курская магнитная аномалия.

Титаномагнетит – разновидность магнетита с содержанием TiO₂ до нескольких процентов.

Хромомагнетит - разновидность магнетита с содержанием Cr₂O₃ до нескольких процентов.

Ильменит – FeTiO₃ – титанистый железняк. Похож на гематит. Происхождение: магматическое, пегматитовое, гидротермальное. Применение: в случае крупных скоплений используется для получения титана и изготовления особых сортов стали.

Рутил – TiO₂. Цвет темно-желтый, бурый, красный, черный. Кристаллы игольчатые, призматические. Твердость 6. В наибольших количествах присутствует в пегматитовых и гидротермальных жилах. Чаще встречается в метаморфических породах – в гнейсах, слюдяных сланцах, амфиболитах. Применение: для выплавки ферротитана, особых сортов стали.

Гетит – HFeO₂ – окисел железа, железная руда. Цвет красновато-бурый, темно-бурый до черного. Встречаются кристаллы игольчатой или столбчатой формы, а так же в виде оолитов, бобовин, конкреций, жеод, натеков, почковидных и сталактитовых форм с радиально-лучистым или параллельно-волокнистым строением. Продукт выветривания железосодержащих минералов – гематита, магнетита, сидерита, пирита и др. Образует пласты, покровы в зоне окисления железных и сульфидных руд в виде так называемой «железной шляпы».

Лимонит – HFeO₂·nH₂O – гидрогетит, водный окисел железа, бурый железняк. Образуется за счет других железосодержащих минералов (пирит, гематит, магнетит, сидерит и др.) при их окислении в поверхностных и близповерхностных условиях. Чаще это – скрытокристаллическое образование. Цвет: темно-бурый, бурый, охристо-желтый. Образуется в озерно-болотных условиях в виде сплошных плотных или пористых, ноздреватых, шлаковидных, порошковатых масс, пластов, покровов. Железная руда.

Корунд – Al₂O₃ – окисел алюминия. Высокотемпературный минерал, встречается в магматических и метаморфических горных породах в виде бочонкообразных, призматических кристаллов размерами до нескольких десятков сантиметров. Твердость высокая – 9 по шкале Мооса. Цвет обычно синеватый, желто-серый, «восточный топаз» - желтый, «восточный аметист» - фиолетовый, «восточный изумруд» - зеленый. Блеск стеклянный. Обладая высокой степенью устойчивости, он часто встречается в россыпях. Применяется в промышленности в качестве абразивного материала для изготовления наждачных кругов, дисков, порошков, используемых при резке, шлифовании и полировании металлов. Прозрачные разновидности употребляются в ювелирном деле в качестве драгоценных камней. Искусственный рубин получают в специальных печах плавлением порошка Al₂O₃ с 2,5% Cr₂O₃, сапфиры – при плавлении с титаном и кобальтом. Температура плавления искусственного корунда 2040°С.

Касситерит – SnO₂ - окисел олова, руда для получения олова. Обычно встречается в виде вкраплений кристаллов в гранитах, контактово-метасоматических породах, в гидротермальных и пегматитовых жилах. Встречаются крупные касситерит содержащие россыпи, образующиеся при разрушении пегматитовых и кварцево-касситеритовых жил.

Пиролюзит – MnO₂ – окисел марганца. Цвет черный. Пиролюзитовые руды встречаются в прибрежных фациях осадочных толщ, в зоне окисления марганец – содержащих метаморфических пород.

Псиломелан - mMnO·MnO₂·nH₂O – гидроокисел марганца. Вместе с пиролюзитом используется в качестве руды, в черной металлургии для выплавки ферромарганца.

Шпинель – MgAl₂O₄. Твердость 8. Встречается в виде отдельных кристаллов размерами до 25 см в магматических горных породах, пегматитах, гнейсах и кристаллических сланцах. Прозрачные разновидности называются благородной шпинелью, имеют красный, розовый, зеленый, синий, фиолетовый цвета, используются в ювелирном деле в качестве благородных камней.

Хромит – FeCr₂O₄, магнохромит – (Mg,Fe) Cr₂O₄, алюмохромит – Fe(Cr,Al)₂O₄. встречаются в ультраосновных магматических горных породах в виде вкраплений. Используются при выплавке высококачественных сортов хромовых и хромоникелевых сталей.

Куприт – Cu₂O – окисел меди, красная медная руда. В значительных массах встречается редко.

Цинкит – ZnO – окисел цинка. Встречается в зоне окисления на свинцово-цинковых месторождениях.

Гидраргиллит – Al(OH)₃ – гидроокисел алюминия. Входит в состав бокситов – алюминиевых руд.

Бемит – AlO(OН) – гидроокисел алюминия. Входит в состав бокситов – алюминиевых руд.

6. Нитраты – соли азотной кислоты, продукты химических осадков.

Натриевая селитра – NaNО₃. Цвет белый, серый, красновато-бурый, лимонно-желтый. Твердость 1,5-2. Легко растворяется в воде. Используется как минеральное удобрение и для изготовления пороха, взрывчатых веществ. Встречается в сухих жарких областях.

Каливая селитра – KNO₃. Твердость 2. Растворяется в воде. Используется как минеральное удобрение. Имеет более широкое распространение, чем натриевая селитра, в тех же районах. Добывается в пустынях Чили, Индии.

7. Сульфаты – соли серной кислоты, продукты химических осадков.

Ангидрид – CaSO₄ – сульфат кальция. Цвет белый, сероватый, голубоватый и иногда красноватый. Твердость 3-3,5. Образуется в лагунах и отмирающих морских бассейнах, содержащих большую концентрацию сернистого газа SO₂, катионов S⁺⁴, S⁺⁶, кислорода, анионов [SO₄]^-2, ионов Са²⁺.

Гипс – СаSO₄·2H₂O – водный сульфат кальция. Твердость 1,5. Слабо растворяется в воде. При нагревании до 120-140°C переходит в полугидрат кальция, который имеет названия «алебастр», «штукатурный гипс». В значительных массах гипс отлагается на дне озер и морских отмирающих соленосных бассейнах в виде химических осадков. Встречается совместно с ангидритом, используется в качестве добавки при производстве портландцемента, в производстве кирпичей, гипсовых слепков скульптур, лепных украшений, для штукатурки стен, потолков, в хирургии, в бумажном производстве при выделке плотных белых сортов бумаги. Замешанный с водой штукатурный гипс вскоре твердеет, расширяясь и выделяя тепло.

Барит – ВаSO₄. Отличается большим удельным весом – 4,3-4,5г/см³. Твердость 3-3,5. Цвет белый, серый, красный, бурый, желтый. Встречается на гидротермальных месторождениях, где образует баритовые, барит-кальцитовые, барит-флюоритовые жилы. В небольших количествах встречается в осадочных толщах. Применяется как утяжелитель в глинистых растворах при разбуривании нефтяных и газовых залежей, для укрепления стенки скважины. В химической промышленности используется как сырье для изготовления препаратов, пиротехники, в кожевенном деле, сахарном производстве, в керамике для производства эмалей и выплавки специальных стекол, в лакокрасочной промышленности для производства высокосортных белил.

Целестин – SrSO₄ – сульфат стронция. Встречается в осадочных гипсоносных толщах. Применяется в пиротехнике, в сахарной, керамической промышленности, при производстве специальных сплавов.

Англезит – PbSO₄ – сульфат свинца. Образуется в зонах окисления свинцово-цинковых сульфидных руд. Используется для производства свинца.

Мираболит – Na₂SO₄·10H₂O – водный сульфат натрия, глауберова соль с горько-соленым вкусом. Твердость 1,5-2, растворяется в воде. Отличается низким удельным весом 1,48г/см³. Образуется в соляных озерах и заливах, богатых натрием и сульфатными анионами. В заливе Кара-Богаз-Гол (Каспийское море) в зимние месяцы, когда температура воды опускается ниже 6°C, на дно в огромных количествах оседает мираболит. Используется главным образом для получения соды, а также в стекольной, красочной промышленности и в медицине.

8. Фосфаты – соли фосфорной кислоты.

Монацит – (Се,La,Th,Ca) РО₄. Цвет желтовато-бурый, коричневый, красный. Твердость – 5-5,5. Удельный вес высокий 4,9-5,5г/см³. Образуется в пегматитах, гранитах и гнейсах. Добывается из речных и морских россыпей. Используется как сырье для получения редкоземельных элементов: церия, лантана, тория.

Апатиты. Наиболее известны фторапатит – Сa₅[PO₄]₃F и хлорапатит Ca₅[PO₄]₃Cl. Присутствует в кислых и щелочных магматических породах, например, на Кольском полуострове. В осадочных породах апатиты образуют конкреции, скопления конкреций, желваков, зернистые массы и слои среди глинистых и глауконитовых песчаников. Такие породы называются фосфоритами. Практическое применение: апатиты и фосфориты являются сырьем для получения фосфорных удобрений (суперфосфатов), фосфорной кислоты и фосфора, употребляемого главным образом в спичечной промышленности.

Бирюза – CuAl₆[PO₄]₄[OH]₈·5H₂O - водный фосфат меди и алюминия. Цвет небесно-голубой, яблочно-зеленый, зеленовато-серый. Твердость 5-6. Удельный вес 2,6-2,83г/см³. Образуется в зоне выветривания из растворов, содержащих медь, глинозем (Al₂O₃) и фосфор (PO₄). Лучшая бирюза добывается в Иране. Употребляется для изготовления украшений.

9. Карбонаты – соли угольной кислоты.

Пользуются широким распространением среди осадочных и метаморфических горных пород.

Кальцит – CaCO₃ - углекислый кальций. Синоним: известковый шпат. Цвет белый, бесцветный, розовый, красный, бурый, черный. Твердость 3. Растворяется в соляной кислоте НСl с бурым выделением СО₂. Кальцит принадлежит к числу самых распространенных в земной коре породообразующих минералов. Образуется в гидротермальных условиях, при процессах выветривания и главным образом в морских бассейнах, в зонах тропического и субтропического климата. Морская вода содержит в большом количестве катионы Na⁺, K ⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Fe⁺⁺, Fe⁺⁺⁺ и анионы CO^-, CO₂^--, CO₃^--, Cl^-, SO₄^-- и др. При понижении температуры воды в воде образуются мелкие кристаллики солей и оседают на дне бассейна в виде известкового ила. Морская беспозвоночная фауна строит скелеты из арагонита. Из скелетов образуются органогенные известняки: ракушники, коралловые острова, фораминиферовые илы. Из коллоидных растворов образуются оолитовые известняки. Применение: прозрачные разновидности кальцитов называются исландским шпатом, используются в оптике; известняки используются для производства цемента, гашеной извести, в доменных печах как флюс при плавке руд. Мраморы используются как материал для изготовления скульптур, облицовочных плит, в строительстве известняки используются в качестве каменного материала.

Арагонит - СаСО₃. Часто содержит примеси Sr, Mg, Fe, Zn. Кристаллы арагонита имеют призматические и игольчатые формы. Агрегаты часто состоят из радиально-лучистых звездчатых срастаний кристаллов. Цвет белый, желтовато-белый, иногда светло-зеленый, фиолетовый, серый. Твердость 3,5-4, удельный вес 2,9-3,0г/см³. Растворяется в воде лучше, чем кальцит. По цвету и поведению в соляной кислоте HCl очень похож на кальцит. При повышении температуры и давления кристаллы арагонита преобразовываются в кристаллы кальцита пластинчатой, призматической и ромбоидальной форм. Поэтому в древних осадках арагонит отсутствует. Из арагонита состоят оолитовые известняки, раковины моллюсков, желваки жемчуга.

Магнезит – MgCO₃ – углекислый магний. Цвет белый с желтоватым и сероватым оттенками, твердость 4-4,5, удельный вес 2,9-3,1г/см³. Внешне похож на кальцит и доломит, но в соляной кислоте растворяется только при нагревании. В природе распространен значительно меньше, чем кальцит. Происхождение: из гидротермальных растворов при метасоматических преобразованиях доломитов и доломитизированных известняков. Применение: в металлургии для изготовления огнеупорных кирпичей, выдерживающих температуру до 3000°C; в абразивной промышленности (точильные круги), для производства электроизоляторов.

Доломит - СаМg(CO₃)₂ – кристаллы доломита большей частью имеют ромбоидальные формы. Как и для всех минералов карбонатного состава, для кристаллов доломита характерна спайность по ромбоэдру. Твердость 3,5-4. Цвет серовато-белый, желтоватый, буроватый. Как и кальцит, доломит является широко распространенным породообразующим минералом, из него состоят горные породы с таким же названием. Происхождение осадочное, из морской воды, богатой катионами Ca⁺⁺, Mg⁺⁺ и анионами CO^-, CO₂^--,CO₃^--- и др. Доломиты образуются также из гидротермальных растворов и в процессе доломитизации известняков с привносом магния из магнезиальных растворов. Месторождения доломита широко распространены на западном склоне Урала, на берегах р. Волги, Донбассе и др. Современные процессы доломитообразования наблюдаются на озере Балхаш (Казахстан). Используется в качестве огнеупорного материала и флюса в металлургии, в химической промышленности и в качестве каменного материала в строительстве дорог, фундаментов домов и др.

Сидерит – FeCO₃. Sideros по-гречески означает «железо». Из сидерита состоит горная порода с таким же названием. В металлургической промышленности используется в качестве железной руды. В природе встречается в виде кристаллически-зернистых, оолитовых, землистых масс и шаровидных конкреций со скрытокристаллическим или радиально-лучистым строением. Цвет сероватый, желтовато-белый, бурый. Твердость 3,5-4,5, удельный вес 3,9г/см³. При нагревании реагирует с соляной кислотой. Происхождение: сидерит как карбонат закисной (двухвалентный) формы железа образуется в восстановительных условиях: в лагунах или заливах морских бассейнов, в обстановке недостатка кислорода.

Родохрозит – MnCO₃. Цвет розовый или малиновый. Твердость 3,5-4,5, удельный вес 3,6-3,7г/см³. В значительных массах распространен в осадочных толщах, на Чиатурском (Грузия) и Полуночном (Северный Урал) месторождениях. Используется в качестве руды для выплавки ферромарганца и в химической промышленности.

Смитсонит – ZnCO₃ - цинковая руда. Цвет белый с зеленоватым, буроватым или сероватым оттенком. Твердость 5, удельный вес 4,1-4,5г/см³. Является минералом нижних горизонтов зон окисления свинцово-цинковых сульфидных месторождений в известняках. Образование его происходит из первичных руд метасоматическим путем по реакции обмена анионов SO₄^-- и СО₃^--.

Малахит – CuCO₃·Cu(OH)₂ - карбонат меди. Обычно наблюдается в массах натечной формы с радиально-волокнистым и концентрически-зональным строением, что особенно эффектно проявляется на полированных срезах. Встречается и в виде землистых масс, корок, получивших название «медной зелени». Цвет зеленый, твердость 3,5-4, удельный вес 3,9-4,0 г/см³. Растворяется в соляной кислоте с выделением углекислого газа. Легко узнается по зеленому цвету. Образуется в зоне окисления медных сульфидных руд, особенно если они залегают в известняках. На Урале, вблизи города Нижний Тагил известны 2 крупных месторождения малахита. Плотные натечные разности малахита используются для изготовления декоративных ваз, шкатулок и др. поделок. Малахитовые пластины были использованы для облицовки колонн интерьера Исаакиевского Собора в Петербурге, и Малахитового зала Эрмитажа.

Азурит – 2(CuCO₃)₂·Cu(OH)₂ - медная синь. Встречается в ассоциации с малахитом. Образует землистые массы и радиально-лучистые агрегаты темно-синего и синего цвета. Твердость 3,5-4, удельный вес 3,7-3,9г/см³.

Сода- Na₂CO₃·10H₂О - десятиводный карбонат натрия. Цвет белый, серый, прозрачный. Твердость 1-1,5, удельный вес 1,42-1,47 г/см³. Легко растворима в воде. При действии соляной кислоты бурно выделяет углекислый газ. Образуется в соляных озерах, богатых натрием и растворенном углекислым газом СО₂. Осаждение соды из воды начинается осенью при понижении температуры воды. Крупные содовые озера распространены в зоне теплого и жаркого климата: в Египте, Персии, Тибете, Казахстане и др. Применяется в различных отраслях промышленности: мыловаренной, стекольной, красильной, химической и металлургической.

10. Силикаты – соли кремневой кислоты SiO₂.

К классу силикатов относится огромное количество минералов. В известной нам части земной коры в весовом отношении силикаты вместе с кварцем занимают около 87% (по подсчетам А. Е. Ферсмана (1887-1945)). Абсолютное большинство силикатов являются породообразующими минералами. Из них состоят все магматические горные породы (граниты, сиениты, диориты, габбро, базальты, порфириты и др.), большинство метаморфических (гнейсы, сланцы) и осадочных (песчаники, глины) пород.

Многие силикаты являются носителями ценных металлов (Ni, Zn, Be, Zr, Li, Cs, Rb, U, Th и др.) или являются полезными ископаемыми неметаллического типа: асбест, каолин, отбеливающие глины, полевые шпаты как сырье для огнеупоров, керамики, стекла и т.д. Горные породы, состоящие из силикатов и образовавшиеся из магмы, являются стройматериалами высших классов. Ряд силикатов (изумруд, аквамарин, турмалин, топаз, родонит, нефрит и др.) издавна используются в качестве драгоценных и поделочных камней. Силикаты имеют сложный химический состав. Молекулы большинства их состоят из ионов Si⁴⁺, Al³⁺, Ca²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Mg²⁺, Nа⁺, K⁺, анионов (SiO₄)^4-, [Si_nO_3n]^n-, O^2-, OH^-, F^-, Cl^-, (CO₃)^2- и др. Структура молекул изображается в виде цепочек кремне- и алюмокислородных тетраэдров.

В классе силикатов различаются:

1 -ортосиликаты как соли кислоты H₄SiO₄;

2 -метасиликаты как соли кислоты H₂SiO₃;

3 -пиросиликаты как соли кислоты H₆Si₂O₇;

Циркон – ZrSiO₄. Цвет: прозрачный, желтый, оранжевый, красный. Твердость 7-8. Встречается в виде вкраплений кристалликов в пегматитах, сиенитах, гранитах, диоритах, гнейсах. Температура плавления высокая – 3000^оС. Прозрачные разновидности используется в ювелирном деле. В металлургии применяется в качестве добавки в сталь, медь, латунь, используется для изготовления огнеупорных стекол, кирпичей и цемента.

Оливин – (Mg,Fe)₂SiO₄, породообразующий минерал ультра-основных пород. Цвет желтоватый с зеленоватым оттенком, чаще бесцветен. Твердость 6,5-7. Происхождение магматическое. Применяется для изготовления огнеупорных кирпичей. Массивы оливиновых пород распространены на Урале, Кавказе.

Топаз - Al₂(SiO₄)(F,OH)₂. Цвет: бесцветный, желтый, голубой, фиолетовый, зеленый, розовый, изредка красный. Твердость 8. Образуется в пегматитах, грейзенах, гидротермальных жилах. Химически устойчив. Применяется в ювелирном деле.

Дистен – Al₂(SiO₄)O. Цвет: голубой, синий, зеленый, черный, иногда бесцветный. Твердость 4,5-6.

Андалузит – Al₂(SO₄)O, Силлиманит – Al[AlSiO₅]. Твердость 7-7,5. Алюмосиликаты, высокотемпературные минералы. Применяются для изготовления прочных, химически инертных фарфороподобных огнеупорных и кислотоупорных изделий, специальных изоляторов, запальных свечей, тиглей для литья стали.

Гранаты. Общая формула: (Mg, Fe, Mn)₃Al₂(SiO₄)₃ - альмандиновая группа, Ca₃(Al,Fe,Cr)₂(SiO₄)₃ - андрадитовый ряд. Названия гранатов разные в зависимости от их цвета: пироп - темно-красный, альмандин - красный, гроссуляр - бледно-зеленый, андрадит - марганцево-железистый, красный, бурый, уваровит - ярко-зеленый. Кристаллы имеют форму ромбического додекаэдра. Твердость 6,5-7,5. Большинство гранатов имеют контактово-метасоматическое происхождение, образуется в зоне воздействие кислых магм с карбонатными породами. Широко распространены также в метаморфических породах (кристаллические сланцы, гнейсы). Прозрачные красиво окрашенные разности гранатов применяются в ювелирном деле как полудрагоценные камни. Другие разновидности граната используются для изготовления абразивного и шлифовального материала.

Сфен - CaTi(SiO₄)O. Цвет желтый, бурый, зеленый, серый, иногда черный, розовый или красный. Твердость 5-6. Происхождение магматическое, встречается в виде акцессорной примеси. Может являться сырьем для получения титана.