минералогия (1006435), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Из этой формулы видно, что два иона Nb5+иодин Fe2+ могут заменять три иона Ti4+ с сохранением общего заряда328Описательная частьзаменяемых ионов: Fe2+ 2Nb5+ > 3Ti4+. Так как размеры ионных радиусоввсех этих ионов примерно одного порядка (см. рис. 142), то кристаллическая структура минерала будет оставаться однотипной. Лишь размерыячейки будут несколько возрастать соответственно размерам ионных радиусов Nb5+, Та5+ и Fe2+ (или Mn2+). Таким образом, богатые танталом разновидности рутила представляют изоморфные ряды TiO2, вернее Ti3O6,идущие в направлении тетрагональных (FeTa2)О6 или (MnTa2)О6 (т. е.минералов, называемых ферротапиолитом и мангантапиолитом), кристаллизующихся в структуре так называемого «трирутилового» типа (упорядочение металлов приводит к утроению параметра с по сравнениюс ячейкой рутила).Следует указать, что соединение FeTa2O6 диморфно и кристаллизуются как в тетрагональной (ферротапиолит), так и в ромбической (ферро'танталит) сингониях.
Кристаллическая структура ромбической модификации соединений такого состава (колумбитов и танталитов) являетсяпроизводной от структуры ромбической модификации TiO2 (брукита).Есть и другой предполагаемый механизм вхождения Nb и Ta в структурурутила, с компенсацией зарядов трехвалентным железом: Fe3+(Nb5+,Ta5+) →→ 2Ti4+. В этом случае конечными членами изоморфных рядов для рутилов с Nb, Ta и Fe будут Fe3+NbO4 и Fe3+TaO4.РУТИЛ — TiO2. Название происходит от лат. rutilus — красноватый.Он является наиболее устойчивой модификацией TiO2 как при высоких,так и при низких температурах.Химический состав.
Ti — 60 %. Химические анализы показывают, чтов нем часто присутствуют примеси других элементов: Fe в виде закисиили окиси, иногда Sn4+ (до 1,5 %), изредка Cr3+, V3+ и некоторые другие.Богатая FeTiO3 (в виде твердого раствора) разность называется нигрином. Минеральные виды, сохраняющие неупорядоченный структурныйтип рутила и содержащие Nb5+ или Та5+ одновременно с Fe2+ (или Fe3+) вколичестве, превосходящем Ti, называются ильменорутилом и стрюве'ритом соответственно.Сингония тетрагональная; дитетрагональнодипирамидальный в. с.L44L25PC. Пр. гр.
P42/mnm(D14). a0 = 4,58; с0 = 2,95. Кристаллическая струкj4hтура рутила, как типичная, изображена на рис. 158. Она отличается некоторыми особенностями от ранее разобранных плотноупакованных структур оксидов, таких как корунд. Если в кристаллической структуре типакорунда листы плотнейшей упаковки ионов кислорода располагаются перпендикулярно тройной оси, а в структуре типа шпинели — параллельнограням октаэдра (т. е. также перпендикулярно тройным осям), то в кристаллической структуре типа рутила, как показал Н.
В. Белов, направленияплотнейшей упаковки в виде колонок параллельны главной (четверной)оси кристаллов рутила. Каждый ион Ti окружается шестью ионами кислорода, располагающимися по углам почти правильного октаэдра.329Раздел IV. Окислы (оксиды)абвРис. 158. Кристаллическая структура рутила:а — в изображении центров ионов (черные кружки — титан, полые — кислород);по вертикали расположены три элементарные ячейки рутила; б — в изображенииоктаэдров TiO6 (центральная колонка) ионы титана располагаются внутри октаэдров;в — общий вид структуры в установке с вертикальной четверной осью (по Н. В.
Белову)Такие октаэдры в кристаллической структуре рутила вытянуты вдольоси с в виде прямолинейных колонок (рис. 158б), чем и обусловливаетсяигольчатый или шестоватый облик кристаллов с направлениями плоскостей спайности параллельно вытянутости индивидов. Характерно, чтов структуре рутила, в отличие от других модификаций TiO2, каждый октаэдр TiO6 имеет по два ребра, общих с соседними октаэдрами (рис.
158б).Поскольку колонки плотно упакованных ионов кислорода, вытянутыхвдоль четверной оси рутила, в сущности отвечают одному из трех возможных направлений в плоскости гексагональной плотнейшей упаковки, то не случайно, что для минералов группы рутила мы имеем коленчатой формы двойники и тройники срастания (рис. 160) с углом,образуемым отдельными индивидами, близким к 120° (т.
е. соответственнонаправлениям гексагональной сетки). Таким путем могут возникнуть дажекольцеобразные шестерники. Это же обстоятельство лежит в основе закономерных (под углом 120°) нарастаний тончайших иголочек или призматических кристалликов рутила на базальном пинакоиде {0001} гематита (см. рис. 148), ильменита, слюд и других минералов, грани которыхпредставлены плоскостями плотнейшей упаковки ионов кислорода.Облик кристаллов рутила чрезвычайно характерен: призматический,столбчатый до игольчатого. Обычные формы: {100}, {1100}, {101}, {111},изредка {001}. Часто наблюдается штриховатость вдоль главной оси с.Типичные формы кристаллов изображены на рис. 159. Очень часты двойники коленчатой формы (рис.
160) с плоскостью срастания (011). Плоские сетчатые (под 60°) сростки двойников игольчатого рутила называют сагенитом. Как было указано, распространены закономерныесрастания кристалликов рутила с кристаллами гематита, причем четверная ось рутила совпадает с одной из горизонтальных двойных осей330Описательная частьгематита. Игольчатые волосовидные кристаллы рутила иногда наблюдаются в видепучков, заключенных в прозрачных кристаллах кварца («кварцволосатик»).Цвет рутила обычно темножелтый, серый, бурый, оранжевый, красный и черный(нигрин).
Бесцветные или бледноокрашенные разности исключительно редки. Чертажелтая, светлобурая. Блеск алмазный доРис. 159. Кристаллы рутиламеталловидного (для непрозрачных черныхразностей). Ng = 2,903 и Nm = 2,616.Твердость 6. Хрупок. Спайность по {110}совершенная, по {100} средняя. Уд. вес 4,2–4,3.Диагностические признаки. Весьма характерны тетрагональные призматического облика кристаллы и коленчатые двойники. Смешатьможно с минералами, похожими по облику криРис.
160. Двойники рутиласталлов: с цирконом (Zr[SiO4]), обладающим более высокой твердостью (7–8), и касситеритом (SnO2), для которого характеренвысокий удельный вес. Волосовидные кристаллы рутила можно принять иногда за турмалин, отличающийся по оптическим константам.П. п. тр. не плавится и не изменяется.
В кислотах не растворяется.С фосфорной солью реагирует на титан (стекло в восстановительном пламени становится фиолетовым).Происхождение и месторождения. Рутил в природе образуется в различных условиях. Изредка он наблюдается как составная акцессорная частьизверженных пород (сиенитов, реже гранитов). В небольших количествахон встречается в пегматитах и некоторых гидротермальных месторождениях в ассоциации с кварцем, минералами титана и железа (ильменитом,гематитом, магнетитом), иногда с корундом, силикатами и с другими минералами. Известны редкие находки его в виде новообразований в экзогенных продуктах разложения титановых минералов, изредка в осадочныхпородах, а также месторождениях боксита.
Однако гораздо чаще он образуется при метаморфических процессах в результате преобразования титансодержащих минералов, выделяясь в виде самостоятельных зерен в гнейсах, слюдяных сланцах, амфиболитах, наждаках и других породах; дляэклогитов рутил является индикаторным минералом.Весьма эффектны его игольчатые и волосовидные кристаллы в жилахальпийского типа, нередко заключенные в кристаллы горного хрусталяи гематита; часто он наблюдается в сопровождении брукита и анатаза.В зоне окисления химически устойчив и нередко встречается в россыпях в виде окатанных зерен и галек.Раздел IV. Окислы (оксиды)331В России рутил в виде крупных кристаллов известен в ряде месторождений: в слюдяных сланцах в Слюдоруднике в Вишневых горах, в пегматитовых жилах Ильменских гор, на Приполярном Урале (г.
Неройка,Парнук) в жилах альпийского типа и в других местах. Кроме того, он часто встречается в россыпях, особенно на Среднем Урале, в Тиманском краеи в Центральной России. В ближнем зарубежье отмечается в месторождении наждака Семиз'Бугу (Центральный Казахстан) с корундом и в видепрекрасно образованных кристаллов в пустотах кварцевых жил Капуд'жука (Зангезурский хребет, Армения).Из иностранных отметим месторождения Северной Каролины (США),где встречаются замечательные кристаллы рутила различного облика.Практическое значение.
Добываемый из комплексных титанциркониевых россыпей, употребляется для выплавки ферротитана, применяемого в производстве некоторых стойких при ударе сортов стали, в керамике, в качестве бурой краски, в радиотехнике — как детектор, дляизготовления титановых белил и др. О применении металлического титана см.
ильменит.БРУКИТ — TiO2. Сингоjния ромбическая; ромбодипирамидальный в. с. 3L23PC.Пр. гр. Pabc (D15). a0 = 9,16;2hb0 = 5,44; с0 = 5,14. Кристалjлическая структура в несколько идеализированномвиде представлена на рис.161а в проекции на плоскость (100), являющуюсяплоскостью плотнейшей гексагональной упаковки ионовкислорода. На рис. 161б изоббаражены вышележащие (надРис. 161. Кристаллическая структура брукитаплоскостью чертежа) слои(в несколько идеализированном виде)ионов кислорода (ср. цифры а и б — два участка структуры в проекции на (100);в кружках). Если наложить нижний располагается над верхним (ионы кислонижний рисунок на верхний, рода, помеченные цифрой 50, являются общими);то нетрудно убедиться в том, справа — структура в проекции на (001) с действительным положением ионов кислорода и титаначто в направлении оси ав целом мы имеем комбинацию гексагональной и кубической упаковок (топазовую упаковку): ионы кислорода «75» располагаются не над ионами«25», как следовало бы для плотнейшей гексагональной двуслойной упаковки, а так, как это имеет место в кубических плотнейших упаковках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
