Оксиды

9.4. Оксиды

Общая характеристика группы дана в табл. 4.1. Земная кора содержит до 17 % (по массе) оксидов. Наиболее распространены кварц (12,6 %), оксиды и гидрооксиды железа (3,9 %), оксиды и гидрооксиды AI, Мn, Ti, Сг. Напомним здесь, что главная масса железорудных и марганцевых руд имеют осадочное проис­хождение. Минералы группы оксидов являются рудной базой черной металлургии. Важнейшие рудные минералы железных и марганцевых руд: гематит (Fe₂O₃), магнетит (Fe₃O₄), бурый железняк (Fе₂O₃ ^. Н₂O), пиролюзит (МnО₂), браунит (Мn₂O₃), гаусманит (Мn₃O₄), псиломелан (МnO₂ ^. МnО ^. n Н₂O), манганит (МnO₂ ^. Мn(ОН)₂.

Для кристаллических решеток оксидов характерна ионная связь. Оксиды Fe, Mn, Сг, Ti имеют полуметаллический блеск и темную ок­раску. Эти минералы непрозрачны. Для магнетита (Fe₃O₄) и ильменита (FеО ^. ТiO₂) характерным свойством является их магнитность.

Магнетит, Fe₃O₄. Название по месторождению минерала в провин­ции Магнезия (Греция). Синоним - магнитный железняк. Важная же­лезная руда. Магнетит в чистом виде (без пустой породы) содержит до 72,4 % Fe. В решетке магнетита находятся двух- и трехвалентное железо: FeO ^. Fе₂О₃. Вследствие изоморфизма позиции Fе²* и Fe³* могут занимать близкие по размеру катионы соответствующей валент­ности. Это дает огромную гамму минералов на базе магнетита: каль­циевый магнетит (Са; Fe)О ^. Fе₂О₃, магномагнетит (Мg, Fe)0 ^. Fе₂О₃, магнезиоферрит МgО ^. Fе₂О₃. Хромомагнетит FeO ^. (Fe, Сг)₂О₃, алюмомагнетит FeO ^. (Fe, А1)₂О₃. Титаномагнетиты могут содержать Ti в кристаллической решетке магнетита (TiO ^. Fе₂О₃ - ульвёшпинель) или в составе ильменита (FeO ^. ТiO₂), с которым совместно кристаллизовался магнетит. Ясно, что механи­ческое разделение Ti от Fe возможно только в ильмените.

В зоне окисления магнетит постепенно превращает­ся в гематит под действием кислорода воздуха. Продукты окисления магнетита в природе называются полумартитами и мартитами.

Хотя в технике монооксид двухвалентного железа (FeO, вюстит) получают в ходе доменного процесса миллионами тонн, в природе он крайне редок (FeO, иоцит). В зоне окисления присутствуют, таким образом, только высшие оксиды железа: магнетит (Fe₃O₄), гематит (Fе₂O₃) и гидрооксиды (Fе₂O₃ • nН₂O).

Чаще всего магнетит образует сплошные зернистые массы чер­ного цвета. Иногда он встречается в виде правильных октаэдрических кристаллов. От похожего хромита отличается черной чертой и сильной магнитностью.

Таблица  4.1 - Оксиды

Гематит, a- Fе₂O₃. Название связано с красным цветом минерала и его черты ("гематикос" - греч. - кровавый). Синоним - красный железняк. В природе и технике существует также тетрагональная разновидность этого оксида - маггемит (оксимагнетит), g-Fе₂O₃.      

 Встречается в виде сплошных плотных скрытокристаллических масс или в виде полосчатой руды, в которой рудное вещество распо­лагается среди полос кварцевой пустой породы. Кристаллы имеют пластинчатый, ромбоэдрический облик. Цвет вишнево-красный, железо-черный, стально-серый. Черта вишнево-красная.  Натечные разновидности с гладкой красной поверхностью называются красной стеклянной головой. Крупнокристаллическая разновидность темного стального цвета - железный блеск (спекулярит). Под действием гор­ного давления возникают листоватые, чешуйчатые разновидности гематита - железная слюдка, железная сметана. Большая часть до­бываемой гематитовой руды относится к докембрийским осадочным рудам. Как уже указывалось, на долю гематитовых и мартитовых руд приходится в настоящее время до 90 % миро­вой выплавки чугуна. В чистом виде содержит до 70 % Fe. Крупнейшее месторождение – Кривой рог, Украина.

Гётит, Fе₃О₄ ^. Н₂O. Назван в честь немецкого поэта Гёте. Сущест­вует ряд бурых железняков, которые отличаются друг от друга количеством гидратной воды: гидрогематит Fe₂O₃ ^. 0,1Н₂О (твердый р-р воды в гематите), турьит (чернотал) 2Fe₂O₃ ^. Н₂О (механическая смесь гидрогематита с гётитом)

  гётит Fe₂O₃ ^. Н₂О,

  гидрогётит 3 Fe₂O₃ ^. 4Н₂О

  лимонит 2Fe₂O₃ ^. 3Н₂О                 твердые растворы

  ксантосидерит Fe₂O₃ ^. Н₂О           воды в гётите

  лимнит    Fe₂O₃ ^. Н₂О

В этом ряду лишь гётит имеет собственную фиксированную рент­генограмму. Гидрогётит, лимонит, ксантосидерит и лимнит представ­ляют собой твердые растворы воды в гётите; гидрогематит - твер­дый раствор воды в гематите. Турьит - механическая смесь гидро­гематита и гётита. Истинная формула бурого железняка может быть определена прокаливанием его пробы до постоянной массы. Отметим также натечную разновидность бурого железняка - бурую стеклян­ную голову, а также прозрачную слюдку-лепидокрокит (FеО ^. ОН). Подавляющая масса бурого железняка осадочного происхождения имеет оолитовую структуру. Важная железная руда. В чистом виде содержит до 66,1 % Fе.

Хромит, (FеО ^. Сr₂O₃). Синоним: хромистый железняк. Магмати­ческий. Разновидности: алюмохромит (FеО ^. (Сг, А1)₂O₃, магнохромит (Fе^., Мg)0 ^. Сr₂O₃, хромпикотит (Fе, Мg)0 ^. (Сг, А1)₂O₃. В паре со свет­лым змеевиком Мg₆ [Si₄O₁₀](ОН)₃ хромит дает структуры, по виду напоминающие крыло рябчика ("хромит - рябчик"). Встречается обыч­но в виде сплошных зернистых агрегатов или отдельных вкраплен­ных зерен. От похожего магнетита отличается бурой чертой и отсутст­вием магнитности. Важнейшая руда на хром. Месторождения: Кемпирсайское (Актюбинская область), Сарановское (Сев. Урал), Зимбабве (Африка).

Ильменит (FeO ^. TiO₂). Название от Ильменских гор (Южный Урал). Синоним: титанистый железняк, пикроильменит (Мg, Fе)О ^. TiO₂. Об­лик кристаллов толстотаблитчатый, ромбоэдрический. От похожего темного гематита отличается слабой магнитностью, буро-черной чертой. Магматического: Эксрсунд (Норвегия), Айрон-Маунтин (штат Вайоминг, США), Аккард-Лейк (Квебек, Канада).

Пиролюзит (МnО₃). Название от греч.  "пиро" - огонь и "люзис" - уничтожено (добавки пиролюзита уничтожают цветные окраски стек­ла). Хорошо ограненный пиролюзит называют полианитом. Осадочный. Характерные свойства: мягкий, оолитовый, землистый, черного цвета, пачкает руки. Важнейшая марганцевая руда, широко используемая при выплавке чугуна и стали, ферросплавов. Месторождения: Нико­польское (Украина), Чиатурское (Грузия).

Браунит (Мn₂O₃). Название в честь немецкого химика К. Брауна. Разновидности содержат до 8 % SiO₂ в виде механической тонкорас­пыленной примеси и до 10 % Fе, входящего в кристаллическую ре­шетку минерала (Мn, Fе)₂O₃. Чаще всего наблюдается в виде склеен­ных зернистых агрегатов. Заметная спайность. От похожего пиро­люзита отличается буроватым цветом черты, повышенной твердостью.

Бесплатная лекция: "Введение" также доступна.

Корунд (А1₂O₃). Название имеет индийское происхождение. Обычно в бочковидных, столбчатых, пирамидальных кристаллах синеватого, желто-серого, красноватого цвета. Прозрачные кристал­лы корунда окрашены в различные цвета и являются драгоценными его разновидностями: лейкосапфир (бесцветный), рубин (красный), сапфир (синий), восточный топаз (желтый), восточный изумруд (зеле­ный) и восточный аметист (фиолетовый). Все перечисленные разно­видности корунда имеют твердость 9, уступая лишь алмазу. В связи с этим восточные топаз, аметист и изумруд ценятся выше, чем обычные топаз (тв. 8), аметист (тв. 7) и изумруд (тв. 7,5 - 8). Легко определяется по цвету, форме кристаллов и высокой твердости. Широко используется в абразивной промышленности, где из корундового порошка изготав­ливают точильные круги, шлифовальные порошки. Гидрооксиды алю­миния гиббсит Аl(ОН)₃, гидрагиллит Аl(OН)₃, бёмит (АlO ^. ОН) и диас­пор (АlO ^. ОН) составляют основу боксита - ценного сырья, исполь­зуемого для выплавки алюминия - или при производстве огнеупоров. Боксит кирпично-красного или красно-бурого цвета отличается от похожего бурого железняка красной чертой, а от красных глин тем, что не образует с водой пластичной массы. Месторождения боксита: Красная Шапочка, Североуральск, Ивдельск, Алапаевка (все на Урале),

Кварц (SiO₂). Название от нем. "куерэрц" - поперечная руда (имеют­ся в виду кварцевые жилы, располагающиеся обычно по трещинам поперек направления пластов горных пород). Кристаллы кварца имеют облик псевдогексагональных призм и дипирамид с характерной поперечной штриховкой граней призм. Земная кора со­держит до 13 % (по массе) кварца, который является самым распрост­раненным минералом на земле. Происхождение магматическое и гидротермальное. Легко узнается по форме кристаллов, раковистому излому и отсутствию спайности, высокой твердости.

Разновидности кварца: прозрачный бесцветный - горный хрусталь, прозрачные: желтый - цитрин, фиолетовый - аметист, дымчатый - раухтопаз (дымчатый кварц). Черный непрозрачный - морион.

Скрытокристаллическая непрозрачная разновидность (SiO₂) с ма­товой поверхностью и восковым блеском называется халцедоном. Обычно белого цвета, натечный, аморфный, твердость 7, непрозрач­ный, спайность отсутствует. Разновидности, сердолик (красный), сардер (буро-коричневый), сапфирин (молочно-синий), плазма и хри­зопраз (зеленые), гелиотроп (зеленый с красными пятнами). Обычно халцедон имеет зональное строение; при этом пористость зон различна. При прохождении природных или технических водных растворов по порам происходит окрашивание этих зон. Так получается агат, т.е. зонально окрашенный халцедон.

Твердый аморфный гидрогель кварца (SiO₂ ^. Н₂О) называется опалом. Его прозрачные разновидности драгоценны. Опал распоз­нается по эмалевидному излому, высокой твердости.

Драгоценные разновидности кварца, халцедона, агаты и опалы широко используются в ювелирном деле. Кварц используется также в промышленности: в оптике, для изготовления пьезокварцевых пластинок для звукоснимателей, в точной механике для изготовления опорных подшипников и подпятников, для изготовления химической посуды, а также в огнеупорном и стекольном производстве.