Русская Википедия:Хромшпинели
Шаблон:Минерал Хромшпинели или Хромшпинелиды — группа минералов из семейства шпинелей с общей формулой <chem>MA2O4</chem> где <chem>M</chem> — двухвалентный или трехвалентный химический элемент; <chem>A</chem> — <chem>Cr</chem> с примесями.
Состав хромшпинелей (хромшпинелидов), как и других шпинелей, непостоянен и выделение отдельных представителей является условным. На практике все хромшпинели обычно называют хромитом. В природе наиболее распространены:
- Магнохромит <chem>(Mg, Fe) Cr2O4</chem> (синонимы: березовит, березовскит, магнезиальный и железистый хромиты)
- Хромпикотит <chem>(Mg, Fe) (Cr, Al)2O4</chem> (синонимы: хромцейлонит, пикрохромит, алюмоберезовит, магнезиальный и железистый алюмохромиты, магнезиальный и железистый хромпикотиты)
- Алюмохромит <chem>Fe (Cr, Al)2O4</chem> (синонимы: герцинитхромит, феррохромпикотит)
Все хромшпинели по внешним признакам похожи друг на друга и практически неотличимы без химического анализа; ниже они описаны вместе.
Свойства минералов
Структура и морфология кристаллов
Кубическая сингония. Пространственная группа — Fd3m; Число формульных единиц = 8. В хромшинелях параметр ячейки уменьшается с увеличением содержания <chem>Al2O3</chem> (с уменьшением отношения <chem>Cr2O3 : Al2O3</chem> и содержания <chem>MgO</chem>). Структура типа шпинели. При низкой температуре для хромита была обнаружена тетрагональная симметрия. Точечная группа — m3m (<math>3L_4 4L_3 6L_2 PC</math>). Обычно кристаллы октаэдрического облика. Отмечены ориентированные включения хромпикотита в алмазе.
| Параметр ячейки <math>a_0</math>, Å | Хромшпинели | Месторождение |
|---|---|---|
| 8,302 — 8,311 | Магнохромит | Кемпирсай, Казахстан |
| 8,177 — 8,299 | Хромпикотит | Тисцафо, Венгрия, Кемпирсай, Казахстан |
| 8,236 — 8,284 | Алюмохромит | Зимбабве, Кемпирсай, Казахстан |
| 8,321 — 8,332 | <chem>MgCr2O4</chem> | Искусственное получение |
| 8,360 | <chem>FeCr2O4</chem> | Искусственное получение |
Физические свойства и физико-химические константы
Спайность отсутствует. Излом неровный. Хрупки. Твердость 5,5 — 7,5. Микротвердость 1246—1519 кГ/мм2 при нагрузке 100 г. (Янг и Милмэн), 1317—1366 кГ/мм2 при нагрузке 200 г. (Лебедева). Удельный вес магнохромита 4,2, хромита 4,5 — 4,8. Цвет чёрный, хромпикотита — буровато-черный. Черта бурая. Блеск металлический до жирного. В тонких сколах полупрозрачны и просвечивают. Хромпикотиты более просвечивают, чем магнохромиты. Немагнитны или слабо магнитны, магнитность зависит от содержания <chem>FeO</chem> и <chem>Fe2O3</chem>. Точка Кюри хромшпинели с параметром ячейки = 8,392 — 90°К. Теплота образования хромита = (—)341,9 ккал/моль; изобарные потенциалы образования при 300°К (—)317,7 ккал/моль при 500°К (—)301,57 ккал/моль, при 900°К (—) 269,31 ккал/моль. Инфракрасный спектр искусственного хромита имеет две хорошо разделенные интенсивные полосы с максимумами около 617 и 523 см−1.
Микроскопическая характеристика
В проходящем свете низкохромистые хромшпинели непрозрачны или оливкого-зеленые и желтовато-зеленые, высокохромистые — буровато-оранжевые, буро-красные и бурые. Изотроны. В отраженном свете серо-белые со слабым коричневатым оттенком. Отражательная способность неориентированного образца хромита понижается от 14,6 — 15,2 % при 520 <math>m\mu,</math> до 11,3 — 11,7 % при 700 <math>m\mu,</math>. Она возрастает параллельно с параметром ячейки при увеличении содержания <chem>Cr2O3</chem> и уменьшении содержания <chem>Al2O3</chem>.Параметр преломления для хромшпинелей, содержащих от 35,1 до 53,1 % <chem>Cr2O3</chem>, колеблется в пределах от 1,815 до 2,110 и линейно возрастает (как и параметр ячейки) с увеличением содержания <chem>Cr2O3</chem> и уменьшением содержания <chem>Al2O3</chem> . Часто слабо аномально анизотропны с цветными эффектами от серого до темно-серого; в иммерсии эффекты усиливаются, появляется слабый буроватый оттенок (благодаря наличию внутренних рефлексов). Внутренние рефлексы желто-бурые и красные, отчетливо наблюдается в иммерсии. В полированных шлифах очень высокая относительная твердость.
Химический состав
Теоретический состав магнохромита (при <chem>Fe : Mg</chem> <math>= 1 : 1</math>): <chem>MgO</chem> — 9,69 %; <chem>FeO</chem> — 17,26 %; <chem>Cr2O4</chem> — 73,05 %; хромпикотита — (при <chem>Mg : Fe</chem> и <chem>Cr : Al</chem> <math>= 1 : 1</math>) : <chem>MgO</chem> — 11,01 %; <chem>FeO</chem> — 19,62 %; <chem>Al2O3</chem> — 27,85 %; <chem>Cr2O3</chem> — 41,52 %; алюмохромита (при <chem>Cr : Al</chem> = <math>1 : 1</math>): <chem>FeO</chem> — 36,14 %; <chem>Al2O3</chem> — 25,64 %; <chem>Cr2O3</chem> — 38,22 %; хромита: <chem>FeO</chem> — 32,09 %; <chem>Cr2O3</chem> — 67,91 %. При высокой температуре хромит образует твердый раствор с ильменитом. В искусственных условиях получен ряд твердых растворов между хромитом и магнетитом, между хромитом и магнезиоферритом. В природных условиях смесимость хромита и магнетита неполная. Допускается смесимость с <math>\gamma</math>-<chem>Al2O3</chem>. Устанавливаются широкие пределы изоморфных замещений средих двухвалентных (<chem>Mg, Fe, Zn</chem>) и трехвалентных (<chem>Cr, Al, Fe</chem>) элементов. Содержание <chem>Mg, Fe,Al</chem> и <chem>Cr</chem> может значательно варьировать. Содержание <chem>Fe2O3</chem> обычно равно 3 — 4,редко достигает 5 — 10 и ещё реже 10 — 22 мол. %. В трансваальских хромитах количество <chem>V</chem> колеблется от 0,05 до 0,81 %. Содержание <chem>ZnO</chem> достигает 5,8 %. В небольших количествах обнаруживается <chem>Ni,Mn, Zr, Co, Ti, V</chem>. В хромшпинелях по мере возрастания содержания <chem>Fe^3+</chem> увеличивается <chem>Fe^2+</chem> и уменьшется зависимость содержание <chem>Mg</chem>. Для хромитов из интрузивного комплекса Стилуотер (США) отмечена прямая зависимость содержания <chem>MnO</chem> и <chem>TiO2</chem> от содержания <chem>FeO</chem>, а также и <chem>Ga2O3</chem> от количества <chem>Fe2O3</chem>. Существует зависимость между составом хромшпинелей и геологическими условиями их образования: хромшпинели из дунитов обычно отличаются наиболее высоким содержанием <chem>Cr</chem> и минимальным <chem>Al</chem>; хромшпинели из лерцолитов характеризируются наименьшим содержанием <chem>Cr</chem> и <chem>Mg</chem> и меньше <chem>Al</chem> и <chem>Fe^2+</chem>, чем акцессорные хромшпинели непосредственно вмещающих пород.
Поведение при нагревании
Плавятся при 1450—2180°С. Точка плавления тем ниже, чем выше содержание <chem>FeO</chem> и <chem>Fe2O3</chem>. С увеличением содержания <chem>Cr2O3</chem> и <chem>MgO</chem> температура плавления повышается. При нагревании дают экзотермический эффект около 450°С и эндотермический около 670°С. При нагревании до 300°С наблюдалось образование гематита, выше 500°С — образования <chem>Cr2O3</chem>, а при 1000°С — магнетита.
Отличительные черты
Отличительными признаками хромшпинелей является чёрный цвет, бурая черта, высокая твердость, немагнитность (или очень слабая магнитность). Характерна ассоциация с оливином, ромбическим и моноклинным пироксенами или вторичными продуктами по ним — серпентинитом, тальком, актинолитом. В отличие от сходного под микроскопом в отраженном свете магнетита, хромшпинели ни одним стандартным реактивом не травится, тогда как магнетит легко протравливается концентрированной <chem>HCl</chem>. В отраженном свете также магнезиоферрит очень сходен с хромшпинелями, но не обнаруживает внутренних рефлексов.
Диагностические испытания
Разлагаются при сплавлении с <chem>KHSO4</chem>. В полированных шлифах <chem>HNO3, HCl, KCN, FeCl3, HgCl2 </chem> и <chem>KOH</chem> не травятся. Структура выявляется при кипячении минерала с <chem>KClO3 + H2SO4 </chem> в течение 30 — 60 минут. При термическом травлении при 600—650°С в течение 5 — 8 минут в окислительной среде образует гематит. Перед паяльной трубкой не плавятся.
Нахождение в природе
Хромшпинели довольно широко распространены и связаны почти исключительно с ультраосновными магматическими породами. Дуниты, гарцбургиты и лерцолиты обычно содержат акцессорные хромшпинели, а также являются вмещающими породами хромитовых руд. Акцессорные хромшпинели известны также в троктолитах. В кимберлитовых породах северо-восточной части Сибирской платформы (Якутская область). Установлены также в каменных и железных метеоритах. в виде включений в троилите, а также в сростках с оливином, троилитом и шрейберзитом хромшпинель обнаружены в образцах Сихотэ-Алинского железного метеорита, в силикатной части метеорита Оханек.
Толеитовые базальты вулканов Мауна-Лоа и Килауэа оcтров Гавайи Шаблон:США содержат ксенокристы оливина с включениями хромшпинелида[1].
Различаются два основных способа образования месторождений хромшпинелей.
- Сегрегация в процессах протокристаллизации ультраосновной магмы. При этом образуется акцессорные хромшпинели в ультроосновыных породах, шлировые скопления и пластообразные залежи вкрапленных хромитовых руд. Примером может служить месторождения Бушвелдского комплекса в ЮАР.
- Выделение из осадочных расплавов ультросновной магмы — образование главных промышленных месторождений Урала и других геосинклинальных областей, для которых характерны четко ограниченные линзо-, столбо- и жилообразыне рудные тела. Руды имеют массивную или густовкрапленную текстуру. Месторождения этого типа имеются в Албании, Болгарии, Турции, Пакистане, Индии. Наклонные столбообразные тела установлены на Алапаевском, Верблюжьегорском, Северокемпирсайском месторождениях Урала.
При метаморфизме и переотложении хромшпинелей в связи с серпентинизацией промышленные месторождения не образуются. Для подобных выделений хромита характерно присутствие кеммерерита. В виде обломочных зерен хромшпинели встречаются в морских осадочных породах различного возраста — песчинках, гравелитах, конгломератах (Урал, Кавказ, Балканы). Аллювиальные россыпи отмечены среди отложений реки Опавы в Чехословакии. Известны прибрежно-морские россыпи. Делювиальные и элювиальные скопления имеются, например в Ключевском массиве (Свердловская область) и Кемпирсайском массиве (Актюбинская область).
Искусственное получение
Образуются при сплавлении соответствующих окислов в присутствии минерализаторов, при кристаллизации силикатных расплавов состава периодита при некотором избытке <chem>MgO</chem> и небольшом содержании <chem>Al2O3</chem> и <chem>Cr2O3</chem>; при сильном нагревании <chem>Cr2O3 + FeCl3</chem> в тигле с криолитом.
Применение
Основные минералы для получения хрома, его соединений и сплавов; используются руды, содержащие более 40 % <chem>Cr2O3</chem>.
Низкосортные руды применяются для изготовления огнеупорных кирпичей.
Примечания
Литература
- Павлов Н. В. Химический состав хромшпинелидов в связи с петрографическим составом пород ультраосновных интрузивов: Диссертация на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук. Шаблон:М., 1947.
- Шаблон:Книга
- ↑ Макеев А. Б., Лютоев В. П., Второв И. П., Брянчанинова Н. И., Макавецкас А. Р. Состав и спектроскопия ксенокристов оливина из гавайских толеитовых базальтов // Уч. зап. Казанского ун-та. Сер. Естеств. науки. 2020. Т. 162. № 2. С. 253—273.
