Лекция 5 слоистые силикаты

К подклассу слоистых (листовых) силикатов и алюмосиликатов относятся 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 па этот металл.

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

Для слоистых силикатов наиболее характерны следующие общие свойства: пластинчатая форма частиц, совершенная спайность и псевдогексагональная симметрия.

СЛЮДЫ

К слюдам относится большая группа важных породообразующих минералов, объединяемых общностью ряда физических свойств. Внешне все слюды сходны. Они имеют листоватый облик и весьма совершенную спайность. Сингония моноклинная. Кристаллы листоватые, чешуйчатые. При благоприятных условиях роста кристаллы приобретают псевдогексагональный облик с удлинением вдоль вертикальной оси, перпендикулярной к спайности. Размеры кристаллов различны: от микроскопических до пластин в несколько квадратных метров. Листочки слюд упругие, некоторые при расщеплении в темноте светятся. Если смотреть через тонкую пластину слюды на светящийся предмет, то иногда наблюдается шести- и двенадцатилучевая звезда, что вызывается ориентированными включениями игл рутила. Твердость около 2. Плотность до 3,2. Безжелезистые слюды характеризуются диэлектрическими свойствами и огнестойкостью.

Слюды широко распространены в природе. На их долю приходится около 3,7% всех минералов земной коры. Они являются составной частью многих изверженных и метаморфических горных пород. Промышленное значение имеют слюды пегматитового и контактово-метасоматического происхождения.

Мусковит KAl₂[AlSi₃О₁₀](OH, F)₂. Название происходит от Московии (Московского государства). Бесцветен или желтоватого, светло-коричневого цвета, иногда с красноватым оттенком.

Разновидности. Серицит – мелкокристаллический светлый мусковит, являющийся продуктом разрушения алюмосиликатов (главным образом полевых пшатов). Имеет шелковистый блеск.

Флогопит KMg₃ [AlSi₃O₁₀](OH, F)₂ Цвет бурый, коричневый разных оттенков.

Происхождение. Контактово-метасоматическое (скарновое) – характерен для некоторых магнезиальных контактовых зон докембрийского возраста. Ассоциирует с диопсидом, кальцитом, апатитом скаполитом, шпинелью и другими контактовыми минералами.

Биотит K(Fe, Мg)з[А1 Si₃О₁₀](ОН, F)₂. Цвет черный. Содержит железо и поэтому не пригоден в качестве диэлектрика. Среди слюд является наиболее распространенным минералом.

Разновидности. Лепидомелан – не содержит магния, черного цвета, характерен для щелочных пород.

Происхождение. Магматическое (биотитовые граниты); пегматитовое – в жилах с мусковитом и без него; метаморфическое – в различных сланцах и гнейсах.

Лепидолит KLi₂Al[AlSi₃O₁₀](OH, F)₂ – литиевая слюда. Цвет розовый, светло-фиолетовый. Листочки в отличие от других слюд не дают больших пластинок. Часто образует изогнутые скорлуповатые формы и тонкозернистые массы.

Происхождение. Встречается в редкометальных пегматитах и грейзенах. В пегматитах ассоциирует с клевеландитом, кварцем, сподуменом, полихромными турмалинами, бериллом.

Применение. При достаточных скоплениях может служить рудой на литий.

ГИДРОСЛЮДЫ

Гидрослюды представляют собой измененные слюды и являются промежуточными образованиями между слюдами и минералами глин.

Сингония их моноклинная. Состав сложный и непостоянный. Похожи на слюду, но листочки не упругие.

Вермикулит (Mg, Fe₂⁺ , Fe³⁺)₃ [(Al, Si)₄O₁₀](OH)₂·4H₂O. «Bepмикулюс» – червячок; название дано потому, что при нагревании минерал червеобразно изгибается, вспучивается, увеличиваясь в объеме в 15-25 раз. Обожженный вермикулит очень легкий, плавает на воде. Цвет золотисто- или бронзово-желтый. Твердость 1-1,5.

Происхождение. Образуется за счет биотита и флогопита.

Применение. Прокаленный вермикулит применяется как теплоизоляционный материал.

Глауконит – водный алюмосиликат К, Fe и А1. Землистый, обычен в осадочных породах в виде зерен неправильной формы, особенно в песчаных, глинистых и глинисто-карбонатных породах. Цементирует песчинки в песчаниках, часто встречается в песках (глауконитовые пески). Цвет зеленый разных оттенков.

Происхождение. Осадочное – образуется в морях и океанах, возможно, при участии организмов.

Применение. Глауконит может служить калийным удобрением, применяется как зеленая краска, а также для очистки воды, идущей в котлы.

ГЛИНИСТЫЕ МИНЕРАЛЫ

Глинистые минералы – вторичные водные силикаты, алюмосиликаты и ферросиликаты, слагающие основную массу глин, аргиллитов и тонких фракций некоторых других осадочных пород. Наиболее распространённые представители – каолинит, монтмориллонит, галлуазит.

Глинистые минералы являются продуктом выветривания преимущественно алюмосиликатов и силикатов магматических и метаморфических горных пород на дневной поверхности. В процессе выветривания глинистые материалы испытывают стадийные преобразования структуры и химического состава в зависимости от изменения физико-химических условий среды выветривания и седиментации. Размеры частиц глинистых материалов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. По кристаллической структуре глинистые материалы относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам.

Каолинит Al₄ [Si₄O₁₀] (OH)₈ – (назв. происходит от китайского "Кау-Линг", что означает "высокая гряда", – название горного района в Китае) – глинистый минерал из группы водных силикатов алюминия. Кристаллизуется в моноклинной сингонии. Отдельные чешуйки каолинита бесцветны, сплошные массы белые. Блеск чешуек перламутровый, сплошных скоплений – матовый. Спайность весьма совершенная. Твёрдость 2,5-3, плотность 2,58-2,63, жирный на ощупь. Образует землистые массы, в которых при больших увеличениях и особенно под электронным микроскопом обнаруживаются мелкие шестигранные кристаллы.

Происхождение. Каолинит – основной компонент многих глин. Образуется преимущественно экзогенным путём при выветривании различных алюмосиликатов в кислой среде, при гидротермальном изменении полевошпатовых пород. Составляет основу каолина, входит в состав глин, мергелей и глинистых сланцев. Слоистая структура каолинита придает породам на его основе (глинам и каолинам) свойство пластичности.

На земной поверхности каолинит устойчив, но в тропических и субтропических странах может целиком разлагаться выветриванием с образованием гидратов глинозёма и кремнезёма.

Галлуазит Al₂Si₂O₅(OH)₄ (англ. Halloysite) – глинистый минерал, близок к каолиниту, от которого отличается более высоким содержанием воды; половина количества воды находится в виде гидроксила, а остальная – в виде молекул H₂O. Сингония моноклинная. В неизмененном виде фарфоровидный. Цвет белый, светло-серый, желтоватый, красноватый, зеленоватый. Блеск матовый до воскового, тусклый. Спайности нет, излом рыхлый или землистый до раковистого в плотных массах. Цвет черты белый. Твёрдость 1-2. Плотность 2,55-2,65. В кислотах частично растворяется, особенно после нагревания. По внешним признакам галлуазит трудно отличить от тонкодисперсного каолинита. Это можно сделать только с помощью термического и электронномикроскопического исследования.

Происхождение. Типично гипергенный, образуется экзогенным путем в коре выветривания сульфидных месторождений за счёт магматических горных пород в кислой или нейтральной среде. Встречается в почвах, обогащённых органическими кислотами, в карстовых пустотах среди известняков. В месторождениях глин галлуазит находится в ассоциации с каолинитом, часто с алунитом и монтмориллонитом.

Практическое значение. Вместе с каолинитом галлуазит используется в керамической промышленности.

Монтмориллонит – широко распространённый глинистый минерал подкласса слоистых силикатов. Химический состав непостоянный, сильно зависит от варьирующего содержания воды. Образует плотные глинистые массы. Кристаллы очень мелки и видны только под электронным микроскопом, – обычно имеют вид неправильных листочков. При смачивании сильно набухает по причине проникновения воды в промежутки между слоями структуры.

Происхождение. Образуется почти исключительно в экзогенных условиях. Типичный продукт выветривания алюмосиликатов основных изверженных пород в условиях щелочной среды. Главный составной компонент бентонитов. Входит в состав почв, валунных суглинков и других осадочных пород. Наличие монтмориллонита в тех или иных глинах можно заподозрить по явлениям сильного их набухания от влаги и связанной с этим свойством жирности. Однако точная диагностика без измерения оптических констант, рентгенометрических исследований и химических анализов невозможна. При высыхании они трескаются и в то же время вспучиваются под влиянием продолжающегося сильного разбухания более глубоких участков. Образуясь в поверхностных условиях, монтмориллонит является более или менее устойчивым минералом. В пустынных местностях залежи его, превращаясь с поверхности в тонкий пылевидный материал, с помощью ветров и самумов легко переносятся по воздуху. Этим путём возникают лёссовые отложения, содержащие часто в существенных количествах бейделлит и монтмориллонит.