Кольцевые силикаты (общие сведения)

Подкласс кольцевых силикатов объединяет сравнительно небольшую группу редких в природе минералов. Среди них только два минерала – турмалин и берилл – играют в некоторых случаях роль второстепенных, а иногда и даже главных минералов ряда минеральных месторождений.

Главными структурными элементами кольцевых силикатов являются одно- или двухъярусные тройные, четверные, шестерные, девятерные кольца тетраэдров. Турмалин и берилл характеризуются шестерными одноярусными кольцами, но разной конфигурации. В турмалине все тетраэдры в кольце лежат своими основаниями в одной плоскости, вершины обращены в одну сторону (рисунок кольца – г), сечение кольца не просто шестиугольное, а дитригональное. В структуре минерала кольца ориентированы одинаково – вершинами тетраэдров вверх, структура получается резко асимметричная по строению и свойствам, кристалл турмалина имеет дитригональное сечение и неодинаковые концы. Они растут с неодинаковой скоростью, по-разному адсорбируют вещества, в том числе пигментирующие изоморфные примеси, и потому разные концы граней могут быть окрашены в разные цвета; из-за асимметрии структуры в турмалине хорошо проявлен пироэлектрический эффект.

В бериллах кольцо гексагональное с горизонтальной плоскостью симметрии (рисунок кольца – в). Оба конца кристалла берилла одинаковы по огранкет и своим свойствам. В эвдиалитах сочетаются кольца двух типов – трехчленные (Si₃O₉) и девятерные (Si₉O₂₇). Значительно более сложна структура кордиерита – в ней есть шестерные и четверные кольца, соединяющиеся друг с другом через общие тетраэдры в единый каркас.

Кольца в структуре минералов скрепляются катионами, внутри колец нередко располагаются дополнительные анионы (OH)^–или молекулярная вода. В целом структуры кольцевых силикатов сложные и неплотные. Сингония минералов определяется геометрией их колец. Преобладают тригональные и гексагональные минералы. Кордиерит ромбический, псевдагексагональный минерал.

Краткие сведения о минералах

 Берилл Be₃Al₂(Si₆O₁₈). Сингония гексагональная. Структура образована кольцами, соединяемыми атомами бериллия (координационное число 4) и алюминия (координационное число 6). Кольца (Si₆O₁₈) располагаются друг под другом, так что образуют длинные каналы, проходящие вдоль кристалла. В этих каналах могут располагаться дополнительные (как бы сверх идеальной формулы) катионы щелочных металлов и молекулы воды. В качестве примесей (до 7 %) могут бытьNa,K,Li,Cs,Rb,Cr,Fe²⁺,Fe³⁺,Mg,Ca,Sc,Mn,Ti,V,Ga,Ge,B,P. Кольца соединяются через атомы бериллия и алюминия.

В бериллах, кроме того, алюминий может замещаться в ограниченных количествах марганцем, трехвалентным железом и хромом, а бериллий и кремний микроколичествами железа.

Кристаллы берилла часто характеризуются правильной формой. Размер их сильно варьирует. Обычно габитус кристалла призматический. При растворении иногда образуют копьевидные или «обсосанные» кристаллы. Берилл встречается также в виде параллельных, сноповидных, радиально-лучистых и шестоватых агрегатов. Каждая разновидность берилла характеризуется своими значениями плотности и оптическими характеристиками. Спайности нет, наблюдается отдельность по пинакоиду. Излом неровный, раковистый. Твердость 7,5–8. Твердость граней пинакоида несколько ниже. Устойчив в кислотах. Очень медленно растворяется в расплаве щелочей при 1420º С. При нагревании свыше 1000º С берилл обесцвечивается, мутнеет и растрескивается.

Берилл наиболее распространенный минерал бериллия. Он встречается в пегматитах, грейзенах, гидротермальных образованиях, в россыпях

Месторождения ювелирных бериллов известны в Бразилии, Мозамбике, ЮАР, Мадагаскаре, Намибии, США, Шри-Ланке. Известны месторождения ювелирного берилла на Урале и в Забайкалье, но они уже отработаны.

Берилл, окрашенный в зеленый цвет хромом, называется изумрудом. Зеленая окраска изумруда обусловлена трехвалентным хромом, изоморфно замещающим ионы алюминия в октаэдрических позициях структуры берилла. Интенсивность окраски связана с содержанием этой примеси хрома.

В течение многих столетий разрабатывались месторождения изумрудов в Колумбии. Изумруды Колумбии дают от 55 до 90 % мировой добычи. Около 60 % изумрудов, добываемых в Колумбии, торгового качества, 25 % – среднего, остальные – высокого качества.

Значительны по масштабам месторождения Бразилии, которые в настоящее время дают около четверти мировой добычи изумрудов. Они находятся в штатах Баия (Карнаиба и др.), Минас-Жерайс и Гояс. Первые находки изумрудов в Европе относятся к 1797 г., когда были найдены кристаллы в Австрии – в Зальцбурге (Восточные Альпы). Изучение и разработка месторождения Хабахталь проводилась с 1860 по 1914 г.