Циркон

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ

Реферат на тему:

Циркон

Студент: Карлов В.В.

Группа И-31

Преподаватель: Буланов С.А.

МОСКВА, 2005

Содержание.

Введение 2

1. Происхождение циркона. 3

2. Химический состав, кристаллическая решётка. 3

3. Форма нахождения циркона в природе. 4

4. Свойства циркона: 5

4.1. Цвет.

4.2. Цвет в порошке (цвет черты).

4.3. Блеск.

4.4. Прозрачность.

4.5. Твердость

4.6. Плотность.

4.7. Спайность.

4.8. Излом.

4.9. Характерные свойства.

5. Характерная горная порода. 6

6. Распространение циркона. 7

7. Применение циркона. 8

8. История открытия циркона. 9

9. Мифы и легенды о цирконе. 9

10. Разновидности циркона. 10

11. Искусственные аналоги циркона. 10

12. Подделки циркона. 10

13. Имитации циркона. 11

14. Искусственное изменение свойств циркона. 11

15. Способы добычи и первичной переработки. 12

16. Экологические последствия добычи циркона. 12

Заключение. 13

Список литературы. 14

Приложения. 15

Введение.

Минерал – это однородное природное тело, обладающее определенными физическими свойствами и относительно постоянным химическим составом, образовавшееся в результате геологических процессов.

В настоящее время известно более 3 тысяч минералов, однако большинство из них встречается крайне редко. Широкое распространение имеет всего несколько сотен минералов.

Силикаты и алюмосиликаты- это важнейший класс минералов, представители которой вместе с кварцем составляют 95% от массы земной коры. Одна третья часть известных минералов относится к классу силикатов и алюмосиликатов. Все магматические и многие метаморфические горные породы в основном сложены минералами этой группы. Ранее силикаты рассматривались как соли гипотетических кремниевых кислот; впоследствие выяснилось, что силикаты не могут классифицироваться на основании состава анионной части, поскольку имеют не молекулярную, а ионную структуру. Одним из немногочисленных представителей этого класса минералов и является ЦИРКОН.

1. Происхождение минерала.

Часть магмы, затвердевающая в последнюю очередь и обогащенная парами и газами, образует пегматиты. Структура пегматитов чрезвычайно неравномерна, нередко в них присутствуют гигантские кристаллы массой в несколько тонн и длиной в десятки метров. Пегматиты с драгоценными камнями приурочены к кислым изверженным породам, богатым кремнеземом. В природных условиях, при охлаждении расплавленной силикатной магмы, происходит выделение циркона из более кислого расплава[14,с.13].Минерал претерпевает изменения на всех стадиях формирования кристаллической решетки. После «полного» формирования, могут происходить и обратимые изменения ( изменение цвета под действием температуры: некоторые примеси удаляются или замещаются), либо необратимые (образование прозрачного циркона, при высоких температурах). Также изменения происходят при метамиктном распаде, под воздействием излучения испускаемого радиоактивными элементами, часто замещающими цирконий в составе минерала [10].

2. Химический состав, кристаллическая решётка.

Циркон – силикат циркония с формулой Zr[Si04].

Химический состав: ZrО2-67,12%; SiО2-32,88% (по массе).

В состав минерала часто входят примеси, такие как: гафний, иттрий, церий, фосфор, ниобий, тантал, торий, уран [1,2,13], а также железо, медь, цинк, кальций, титан [2,4,13], в чистом виде или в виде различных окислов [11]. Кристалл находится в тетрагональной сингонии, дитетрагонально-бипирамидальном классе симметрии [6,10]. Очень часто встречается в прекрасно образованных кристаллах двух типов: призматический и пирамидальный[11].

Минерал отнесён к подгруппе островных силикатов, так как тетраэдры (рис.1) состава SiО₄^4- не связаны друг с другом [12].

Рис. 1. Кремнекислородный тетраэдр.

В некоторых кристаллах ионы циркония, кремния и кислорода имеют упорядоченное и правильное расположение, характерное для кристаллической структуры (рис.2).

Рис. 2. Типичная форма кристалла

(габитус- короткостолбчатый[17,с.51]).

Структура такова, что каждый ион циркония окружен восемью ближайшими ионами кислорода, но такое расположение ионов не отличается высокой стабильностью, и во многих кристаллах упорядоченное расположение ионов частично или полностью нарушено. Подобное изменение, совершающееся без изменения химического состава, носит название метамиктного распада. Нарушение первичной кристаллической структуры обусловлено альфа - частицами, испускаемыми радиоактивными элементами, присутствующими в кристалле[1,13].

3. Форма нахождения в природе.

Циркон отличается крайне высокой устойчивостью к выветриванию и сохраняется в галечниках и других отложениях, образующихся при разрушении материнских пород[13], в результате чего в почти неизменном виде сохраняется в течение миллиардов лет [12].

Минерал встречается в природе в виде хорошо образованных кристаллов, облик которых изменяется в зависимости от условий формирования от длиннопризматического (в гранитных пегматитах и гранитах) до дипирамидального (в щелочных и метасоматических породах). Иногда наблюдаются двойники, коленчатые двойники и сноповидные или радиально- лучистые срастания [6]. Кристаллы встречаются вросшими в породе или наросшими, всегда поодиночке; кроме того во многих россыпях осколки и округленные зерна [11], обычно приурочен к россыпям, где ассоциирует с другими тяжелыми устойчивыми минералами[17,с.481]. Встречается совместно с апатитом, титанитом и магнетитом.

Кристаллы, как правило, сравнительно небольшие (несколько миллиметров); изредка отмечаются крупные цирконы массой в десятки и даже сотни каратов. Такие цирконы находятся в различных музеях мира. В Смитсоновском институте (США) хранятся цирконы с о. Шри-Ланка массой (в кар): коричневый 118,1, желто-коричневый 97,6, желтый 23,5, бесцветный 23,9; из Бирмы — красно-коричневый 75,8; из Таиланда — коричневатый 105,9 и голубой 102,2. В коллекции Лондонского геологического музея имеются цирконы массой (в кар): голубой 44,27, золотистый 22,67, красный 14,34 и бесцветный 21,32. В Американском музее естественной истории в Нью-Йорке находится уникальный

циркон с о. Шри-Ланка зеленовато-голубого цвета массой 208 кар, в Канадском музее в Торонто — коричневый в 23,8 кар и голубые 17,8 и 61,63 кар. Крупные красивые цирконы были в свое время обнаружены и на Урале [6].

Пегматитовые жилы, с которыми связаны месторождения циркона, являются среднезернистого, реже крупнозернистого сложения, часто без письменно - гранитной структуры[1].

4. Свойства.

4.1. Цвет.

Циркон знаменит многообразием своих оттенков, но для большинства месторождений характерными являются лишь некоторые цвета, т.к. цвет в основном обеспечивают примеси.

Так [1] ссылается, что наиболее частыми являются желтый, зеленый, коричневый, красный, оранжевый цвета, [2,4] - коричневый, желтовато-зеленый и небесно-голубой, [10] - коричневый, красновато-коричневый, реже – желтый, оранжевый, серый, [3,11] - желтый, серый, красный, бурый цвета.

Основную часть добываемого циркона в мире составляет коричневый или красновато-коричневый, а цветовая гамма может меняться от бесцветного до синего и даже фиолетового и вызвано это тем, что цвет минерала изменяется в зависимости от температуры.

4.2. Цвет в порошке (цвет черты).

Черта-белая [1, 16,с.508]

4.3. Блеск.

Блеск сильный, стеклянный, алмазный, у просвечивающих камней — жирный до матового, на изломе до смолистого [1,6,7,10,11].

4.4. Прозрачность.

Прозрачность, как и цвет различна. Встречаются минералы от совершенно прозрачных [11] до непрозрачных [10].

4.5. Твердость.

Твердость 6,5—7,5 по шкале Мооса.

Микротвердость, измеренная С. И. Лебедевой на приборе ПМТ-З,— от 8247 до 14 395 МПа [6].

Но не смотря на высокую твердость, циркон достаточно хрупок [6,11]

4.6. Плотность.

Плотность (в кг/м3) у зеленых, коричневых и оранжевых цирконов 3950—4200, у коричнево-зеленых и темно-красных камней 4080—4600, у бесцветных, голубых и коричневато-оранжевых 4600—4800 [1,6,7].

Источник [ 16,с.508] и [17,с.481] утверждает, что для кристаллического циркона характерна плотность 4600 кг/м3 и выше, а менее плотным является метамиктный циркон.

4.7. Спайность.

Спайность неотчетливая [17,с.481], заметная [ 16,с.507], редко наблюдается несовершенная по пирамиде и призме [6,11], не наблюдается [7].

4.8. Излом.

Излом от полураковистого до раковистового, неровный [1,6,11].

4.9. Характерные свойства:

а) Показатели преломления у различных цирконов, как и плотность, значительно варьируют: у зеленых, коричневых, оранжевых 1,78 — 1,815 при двупреломлении 0 — 0,008; у коричневато-зеленых и темно-красных 1,830 — 1,930, 1,840 — 1,970, а у бесцветных, голубых и коричневато-оранжевых 1,920 — 1,940, 1,970— 2,010 [6].

б) Часто цирконы люминесцируют в ультрафиолетовых лучах желтым и оранжевым цветом.[6,16,с.508]

в) Циркон оптически одноосный, положительный [15,с.274].

г) Встречается радиоактивный, т.к. имеет включения радиоактивных элементов(Th, U)[16,с.508].

д) Перед паяльной трубкой не плавится, в буре растворяется с трудом, в фосфорной соли не растворяется. Кислоты его не разлагают, серная кислота только слегка[11].

5. Характерная горная порода.

Что касается коренных месторождений циркона, то кристаллы его заключаются большей частью в породах гранитных, миасските, сиените, порфире, трахите в южной Норвегии, где он образует даже особую горную породу - цирконосиенит[11]. В незначительных количествах. в виде мелких кристаллов, встречается в очень многих горных породах.

Минерал широко распространен в щелочных магматических породах, пегматитах, альбититах, мариуполитах и др. Они связаны с кимберлитами, сапфироносными щелочными базальтами, сиенитовыми и миаскитовыми пегматитами и циркон-сапфировыми и цирконовыми россыпями[6].

Циркон- акцессорный минерал кислых и щелочных изверженных пород и их пегматитов. Крупные кристаллы циркона найдены в сиенитовых пегматитах и в перекрывающих их остаточных месторождениях. Может концентрироваться в прибрежно-морских россыпях, из которых главным образом и добывается. Большинство ювелирных цирконов добывают из аллювиальных песчано-галечных отложений в россыпях [10]

Циркон входит в состав многих изверженных (граниты и сиениты) и метаморфических пород, кристаллических известняков и гнейсов [см.Табл.1]. Он весьма устойчив к выветриванию и поэтому сохраняется в галечниках и других отложениях, образующихся при разрушении материнских пород [10,13].

Таблица 1. Характеристики горных пород [12].

6. Распространение.

Циркон широко распространен в природе. Он найден в почвах, фуллеровой земле, осадочных породах, аллювиальных отложениях, золотых шламах, песках, горных породах,а маленькие кристаллы часто встречаются в виде включений в алмазе и корунде.

Пригодный для ювелирных целей материал встречается лишь в немногих местах, из которых наиболее важным является Цейлон (добывают со дна рек) [1,7]. Здесь, в богатых самоцветами галечниках, найдены цирконы практически всех возможных для этого драгоценного камня окрасок, включая красновато-коричневые, желтые и зеленые различных оттенков. Иногда они встречаются и в природе в районе близ Матары (Маттураи) на самом юге острова. Кристаллы ювелирного циркона находят в кимберлитах (Африка; Россия) [1,11], щелочных базальтах (Индокитай) и пегматитах (Шри-Ланка; Мадагаскар; Мьянма) [1,6,10].Также ювелирный циркон добывается в месторождениях Таиланда (золотисто-желтые и голубые кристаллы), Кампучии, Вьетнама, Бирме, США (штаты Южная Дакота, Колорадо, Оклахома, Техас, Мэн, Массачусетс, Нью-Йорк, Нью-Джерси), на Корейском полуострове, в Бразилии, Канаде (провинции Квебек и Онтарио), Норвегии, Австралии, Танзании[13]. В СНГ ювелирные цирконы встречаются на Урале и в кимберлитовых и россыпных месторождениях алмазов в Якутии. Цирконы ювелирного качества в любом месторождении составляют незначительную часть[6].