8. Группа перовскита

Перовскит (CaTiO₃) по химической формуле вполне тождествен ранее рассмотренному ильмениту, кристаллизующемуся в решетке, типичной для корунда, но существенно отличается по кристаллической структуре. Это обусловлено тем, что ион Са²⁺ обладает значительно большим радиусом, чем ионы Mg²⁺, Fe²⁺ и Мn²⁺.

Последнее обстоятельство отражается и на ассоциации элементов, входящих в минералы группы перовскита.

Прежде всего, в виде изоморфных примесей к Са в некоторых минералах встречаются редкие земли: Се, La, а также Y, что вполне естественно (при условии замены Ti⁴⁺ на трехвалентные равновеликие ионы).

Затем, точно так же как и в группе рутила, Ti⁴⁺ частично или в значительной мере может заменяться Nb⁵⁺ или Та⁵⁺, но при условии, если общий заряд всех катионов не будет нарушен, т. е. вместо Са²⁺ мы тогда должны иметь одновалентные катионы. Действительно, в этих случаях в виде изоморфной примеси к Са²⁺ появляется равновеликий ион Na¹⁺. При этом Кристаллическая структура соединения сохраняется. Любопытно, что искусственно полученное соединение NaNbO₃ обладает той же кристаллической структурой, что и перовскит; места Са²⁺ занимаются Na¹⁺, а на местах Ti⁴⁺ располагаются ионы Nb⁵⁺.

Перовскит - CaTiO₃. Назван так в честь Л. А. Перовского.

Химический состав. СаО 41,1%, ТiO2 58,9%. В незначительных количествах в виде примеси присутствуют Fe (до 2%), иногда Cr, А1 и TR (кнопит).

Рис. 171. Кристаллическая решетка перовскита

Сингония по внешним формам кубическая. Однако оптически обычно анизотропен и характеризуется двойниковыми решетками, что свидетельствует о полиморфном его превращении в более низкотемпературную ромбическую модификацию. Кристаллическая структура изображена на рис. 171. В центре куба располагается Са, по вершинам Ti и в серединах ребер О. Облик кристаллов. Нередко встречающиеся кристаллы, иногда довольно крупные, имеют кубический облик. На гранях куба на-блюдаются штриховки параллельно ребрам куба (рис. 172), являющиеся, повидимому, результатом двойникования при превращении в ромбическую модификацию. Встречается также в почковидных образованиях, в которых различимы мелкие кубики.

Рис. 172. Кристалл перовскита

Цвет перовскита серовато-черный, красновато-бурый, оранжево-желтый и светложелтый. Черта белая или серовато-желтая. Блеск алмазный. N=2,34.

Твердость 5,5-6. Спайность по кубу ясная. Уд. вес 3,97-4,04.

Диагностические признаки. Очень характерен кубический облик кристаллов, грани которых покрыты перпендикулярно ориентированными короткими штрихами (параллельно ребрам). От других похожих на него по цвету и твердости минералов отличается по очень слабо окрашенной или белой черте.

П. п. тр. не плавится. Разлагается только кипящей H₂SO₄ или после сплавления с KHSO₄.

Происхождение и месторождения. Крупных скоплений перовскит обычно не образует. В виде вкраплений он встречается в некоторых щелочных базальтах (мелилитовых, лейцитовых и других), иногда в титаномагнетитовых и хромитовых месторождениях. Хромсодержащий перовскит встречен в Сарановском хромитовом месторождении (Урал). Лучшие находки кристаллов перовскита были сделаны в оригинальных по происхождению (в связи с основными изверженными породами) контактово-метасоматических месторождениях Назямских и Шишимсних гор в Златоустовском районе (Урал) - в известных Ахматовской, Николае-Максимилиановской, Мельниковской и других копях, весьма интересных по парагенетическим группировкам минералов. Особенно крупные кристаллы перовскита встречались в Мельниковской копи в виде метакристаллов в хлоритовых сланцах и известняках. Они образовались также в полых трещинах в ассоциации с кристаллами хлорита, магнетита, сфена, гранатов и других минералов.

Перовскит распространен и в ряде иностранных месторождений, из которых упомянем месторождения долины Церматт (Швейцария). Практического значения не имеет.

Лопарит - (Na,Ce,Ca)(Nb,Ti)O₃.

Химический состав непостоянный. Согласно имеющимся анализам, содержит (в %): ТiO₂ 39,2-40, TR₂O₃ 32-34, (Nb,Ta)₂O₅ 8 - 10, CaO 4,2-5,2, Na₂O 7,8-9,0, SrO 2,0-3,4, K₂O 0,2-0,7, SiO₂ 0,2-0,7, а в измененных разностях, кроме того, Н₂O до 3,5%.

Рис. 173. Кристаллы лопарита

Сингония кубическая; гексаоктаэдрический в. с. 3L⁴4L₆³6L²9PC. Кристаллическая структура подобна структуре перовскита (рис. 173). Облик кристаллов. Лопарит встречается преимущественно в виде кубических кристаллов, иногда притуплённых гранями {111} (рис. 173), обычно очень мелких (1-2 мм, изредка достигающих 1,5 см в поперечнике). Эти кристаллы почти всегда сдвойникованы по флюоритовому закону (рис. 174).

Рис. 174. Двойники лопарита

Цвет лопарита черный или серовато-черный. Черта коричнево-бурая. Блеск полуметаллический. В тонких шлифах просвечивает буровато-красным цветом. N=2,3-2,4. Наблюдаются оптические аномалии.

Твердость 5,5-6. Спайность отсутствует. Излом неровный. Уд. вес 4,75-4,89.

Диагностические признаки. Кроме цвета, черты и твердости, весьма характерны двойники прорастания по флюоритовому закону.

П. п. тр. не плавится. Порошок лопарита с содой на угле с трудом сплавляется. Раствор сплава в HС1 при кипячении с оловом окрашивается в фиолетовый цвет (реакция Восстановления титана); затем появляется голубая окраска (реакция на ниобий). В присутствии олова перл фосфорной соли в восстановительном пламени имеет желтый цвет; по охлаждении окрашивается в фиолетовый цвет (реакция на титан). В кислотах не растворяется. Разлагается вполне HF. Легко сплавляется с KHSO₄.

Практическое значение. Лопарит представляет интерес как источник ниобия, редких земель, титана и других элементов. Ниобий в виде феррониобия в последнее время приобрел большое значение в металлургии качественных сталей. Добавка феррониобия к сталям придает им ряд замечательных свойств:

1. предохраняет их от воздушной закалки;
2. повышает упругость и гибкость;
3. значительно улучшает сварочные свойства, придает свойства жароупорности, кислотоупорности и пр.

Из ниобиовых (так же как и из танталовых) сплавов важное значение получили сверхтвердые сплавы высокою качества для изготовления буров, сверл, пилок, применяемых при резке твердых сталей, а также в производстве часовых пружин. Кроме тою, ниобий и тантал употребляются для изготовления нитей в специальных электрических лампах.

Происхождение. Лопарит известен как породообразующий магматический минерал. В виде более или менее равномерно рассеянных кристалликов он распространен в темных обогащенных Эпирином (NaFeSi₂O₆) нефелиновых сиенитах.

Лопарит встречается также во многиx пегматитовых жилах в виде сконцентрированных вкраплений или включении мелких кристалликов в полевых шпатах и эвдиалите (цирконосиликат сложного состава). В парагенезисе с ним обычно встречаются полевые шпаты (микроклин, альбит), нефелин, эгирин, эвдиалит, сфен и некоторые другие минералы. Кристаллы лопарита, особенно крупные, часто содержат включения окружающих минералов; они развились метасоматическим путем, т. е. являются метакристаллами.