НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ЭНЦИКЛОПЕДИЯ    ССЫЛКИ    КАРТА САЙТА    О САЙТЕ  







Народы мира    Растения    Лесоводство    Животные    Птицы    Рыбы    Беспозвоночные   

предыдущая главасодержаниеследующая глава

2. Ангидрит и гипс

Оба эти минерала по физическим и химическим свойствам стоят особняком среди безводных и водных сульфатов, но тесно связаны друг с другом по условиям нахождения и образования. Поэтому мы опишем их вместе.

Легко получающийся искусственным путем так называемый полугидрат кальция в природных условиях с полной определенностью пока не установлен.

Ангидрит - CaSO4. Название минерала ("безводный") указывает на отсутствие в нем воды, в отличие от гипса.

Рис. 236. Кристаллическая решетка ангидрита
Рис. 236. Кристаллическая решетка ангидрита

Химический состав. СаО 41,2%, SO3 58,8%. В виде примеси довольно часто содержит стронций.

Рис. 237. Положение в кристаллической решетке ангидрита ионов серы и кальция. Залитые кружочки ионов кальция отвечают тем ионам кальция, которые видны на рис. 238
Рис. 237. Положение в кристаллической решетке ангидрита ионов серы и кальция. Залитые кружочки ионов кальция отвечают тем ионам кальция, которые видны на рис. 238

Сингония ромбическая; ромбо-дипирамидальный в. с. 3L23PC. Кристаллическая решетка ангидрита изображена на рис. 236 и 237, а модель структуры - на рис. 238. Ионы S6+ располагаются в центрах тетраэдрических групп О2-, а каждый ион Са2+ находится в восьмерном окружении ионов кислорода. Характерно, что размеры b и с в элементарной ячейке почти совершенно одинаковы. Однако структура не может считаться псевдотетрагональной по оси а, так как расположение ионов на плоскости (001) - слева на рис. 237 - и на плоскости (010)-ближе к наблюдателю - не одинаково. Грань (001) центрирована, в то время как на грани (010) ионы Са2+ и [SO4]2- не образуют горизонтальных рядов. Облик кристаллов толстотаблитчатый или призматический (рис. 239). Грани часто исштрихованы параллельно осям а и b. Хорошо образованные кристаллы редки. Агрегаты. Обычно наблюдается в сплошных зернистых массах, иногда в шестоватых агрегатах.

Рис. 238. Модель кристаллической структуры ангидрита в ориентировке, показанной на рис. 237
Рис. 238. Модель кристаллической структуры ангидрита в ориентировке, показанной на рис. 237

Цвет ангидрита белый, часто с голубым, сероватым, иногда красноватым оттенком. Встречаются бесцветные прозрачные кристаллы. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности {001} - перламутровый отлив. Особенно он проявляется при нагревании образцов. Ng=1,614, Nm= 1,576 и Np=l,571.

Рис. 239. Кристалл ангидрита
Рис. 239. Кристалл ангидрита

Твердость 3-3,5. Спайность по {001} совершенная, по {010} и {100} средняя. По этим трем взаимно перпендикулярным направлениям из кристаллов довольно легко получаются кубические выколки. Уд. вес 2,8-3,0 (для прозрачных разностей 2,96). Прочие свойства. В присутствии воды при атмосферном давлении постепенно переходит в гипс, сильно увеличиваясь в объеме (до 30%). С увеличением внешнего давления этот переход затрудняется.

Диагностические признаки. От других сульфатов рассматриваемой группы ангидрит отличается наименьшим удельным весом и направлениями плоскостей спайности, а также оптическими свойствами (особенно по двупреломлению). От мраморизованных масс карбонатов (кальцита, доломита, магнезита) отличается тем, что не выделяет СO2 при действии кислот. От гипса отличается по твердости (не царапается ногтем).

П. п. тр. плавится в белую эмаль, окрашивая пламя в красновато-желтый цвет. С содой не плавится и не впитывается углем (отличие от барита), однако разлагается и дает серную печень, чернящую серебряную пластинку. В порошкообразном состоянии растворим в H2SO4. При этом, в отличие от безводных сульфатов Ba, Sr и Pb, раствор от умеренного прибавления воды не мутится. В HCl растворим слабо.

Происхождение. Огромные массы ангидрита встречаются в осадочных толщах горных пород. Как продукт химических осадков в лагунных и отмирающих морских бассейнах ангидрит почти постоянно сопровождается гипсом, в который он сравнительно легко переходит при выходе ангидритовых пластов на поверхность. Установлено, что этот переход, по данным многочисленных буровых скважин и горных выработок, имеет место до глубины 100-150 м от поверхности (ниже следуют ангидритовые массы). Очевидно, на значительных глубинах давление вышележащих горных пород настолько велико, что не может происходить увеличение объема горной массы, сопровождающее превращение ангидрита в водный сульфат - гипс.

Очень часто ангидрит встречается в соляных месторождениях как в виде отдельных кристаллов, так и в виде пластов и пропластков, иногда необычайно тонких (толщиной в бумажный лист), переслаивающихся с галитом, сильвином, карналлитом и др.

Сравнительно редко он наблюдается в некоторых жильных гидротермальных и изредка в контактово-метасоматических месторождениях. Следует также указать на находки ангидрита в пустотах среди лав в районах вулканической деятельности.

Весьма вероятно, что мощные ангидритовые толщи, устанавливаемые в гипсоносных районах, произошли путем обезвоживания под большим давлением вышележащих пород первоначально отложившихся в соленосных бассейнах толщ гипса. Однако в более глубинных метаморфических породах ангидрит, как и другие сульфаты, отсутствует вообще.

Практическое значение. Ангидрит, так же как и гипс, используется главным образом в производстве вяжущих веществ (цементов). Плотные тонкокристаллические разности, кроме того, употребляются для всевозможных поделок.

Месторождения. Крупные залежи ангидрита на глубине распространены в гипсоносных толщах пермского возраста вдоль всего Западного Приуралья, в Архангельской, Вологодской, Куйбышевской, Горьковской областях, в Донбассе и других местах.

Гипс - CaSO4•2H2O. "Гипс" - старое греческое название минерала.

Химический состав. CaO 32,5%, SO3 46,6%, H2O 20,9%. Обычно чист. В виде механических примесей устанавливаются: глинистое вещество, органические вещества (пахучий гипс), включения песчинок, иногда сульфидов и др.

Рис. 240. Проекция кристаллической решетки гипса на плоскость, перпендикулярную оси с. Пунк-тирные линии-направления спайности
Рис. 240. Проекция кристаллической решетки гипса на плоскость, перпендикулярную оси с. Пунктирные линии - направления спайности

Сингония моноклинная; призматический в. с. L2PC Кристаллическая структура. Согласно данным рентгенометрии, отчетливо выступает слоистая структура этого минерала. Два листа анионных групп [SO4]2-, тесно связанные с ионами Ca2 (рис. 240), слагают двойные слои, ориентированные вдоль плоскости (010). На рисунке эти слои располагаются перпендикулярно к плоскости чертежа и следуют в вертикальном направлении (пограничные линии показаны пунктиром). Молекулы H2O занимают места между указанными двойными слоями. Этим легко объясняется весьма совершенная спайность, столь характерная для гипса. Каждый ион кальция окружен шестью кислородными ионами, принадлежащими к группам SO4, и двумя молекулами воды. Каждая молекула воды связывает ион Ca с одним ионом кислорода в том же двойном слое и с другим ионом кислорода в соседнем слое (см. рис. 240).

Рис. 241. Пластинчатый кристалл гипса b{010}, l{111}, m{110)
Рис. 241. Пластинчатый кристалл гипса b{010}, l{111}, m{110)

Облик кристаллов.Кристаллы благодаря преимущественному развитию граней {010} имеют таблитчатый (рис. 241), редко столбчатый или призматический облик. Из призм наиболее часто встречаются {110} и {111}, иногда {120} и др. Грани {110} и {010} часто обладают вертикальной штриховкой. Двойники срастания часты и бывают двух типов: 1) галльские по (100) и 2) парижские по (101). Отличить их друг от друга не всегда легко. Те и другие напоминают собой ласточкин хвост (рис.242). Галльские двойники (рис. 243) характеризуются тем, что ребра призмы m {110} располагаются параллельно двойниковой плоскости, а ребра призмы l {111} образуют входящий угол, в то время как в парижских двойниках ребра призмы l {111} параллельны двойниковому шву (рис. 244). Агрегаты. В пустотах встречается в виде друз кристаллов. Обычны плотные тонкокристаллические агрегаты. В трещинах иногда наблюдаются асбестовидные параллельноволокнистые массы гипса с шелковистым блеском и расположением волокон перпендикулярно к стенкам трещин. На Урале такой гипс называют селенитом.

Рис. 242.  'Ласточкин хвост' -прозрачный двойник гипса
Рис. 242. 'Ласточкин хвост' - прозрачный двойник гипса

В тех случаях, когда гипс кристаллизуется в рыхлых песчаных массах, он в своей среде содержит множество захваченных песчинок, отчетливо заметных на плоскостях спайности крупных кристаллических индивидов (так называемый репетекский гипс).

Рис. 243. Галльский двойник срастания по (100). m {110}, l{111}, b {010}
Рис. 243. Галльский двойник срастания по (100). m {110}, l{111}, b {010}

Цвет гипса белый. Отдельные кристаллы часто водяно-прозрачны и бесцветны. Бывает окрашен также в серый, медово-желтый, красный, бурый и черный цвета (в зависимости от цвета захваченных при кристаллизации примесей). Блеск стеклянный, на плоскостях спайности-перламутровый отлив. Ng = 1,530, Nm = 1,528 и Np = 1,520.

Рис. 244. Парижский двойник срастания по (101) l {111}, b {010}, е {103}
Рис. 244. Парижский двойник срастания по (101) l {111}, b {010}, е {103}

Твердость 1,5 (чертится ногтем). Весьма хрупок. Спайность по {010} весьма совершенная. Уд. вес 2,3. Прочие свойства. Обладает заметной растворимостью в воде. Замечательной особенностью гипса является то обстоятельство, что растворимость его при повышении температуры достигает максимума при 37-38°, а затем довольно быстро падает (рис. 245). Наибольшее снижение растворимости устанавливается при температурах свыше 107° вследствие образования "полугидрата"-CaSO4 • 1/2H2O.

Рис. 245. Зависимость растворимости гипса от температуры
Рис. 245. Зависимость растворимости гипса от температуры

При нагревании в условиях атмосферного внешнего давления, как показывают термограммы, гипс начинает терять воду при 80-90°, и при температурах 120- 140° полностью переходит в полугидрат, так называемый модельный или штукатурный гипс (алебастр). Этот полугидрат, замешанный с водой в полужидкое тесто, вскоре твердеет, расширяясь и выделяя тепло.

Диагностические признаки. Для кристаллического гипса весьма характерны совершенная спайность в одном направлении и низкая твердость (царапается ногтем). Плотные мраморовидные агрегаты и волокнистые массы узнаются также по низкой твердости и отсутствию выделения пузырьков CO2 при смачивании HCl.

П. п. тр. теряет воду, расщепляется и сплавляется в белую эмаль. На угле в восстановительном пламени дает CaS. В воде, подкисленной H2SO4, растворяется гораздо лучше, чем в чистой. Однако при концентрации H2SO4 свыше 75 г/л растворимость резко падает. В HCl растворим очень мало.

Происхождение. Гипс в природных условиях образуется различными путями.

В значительных массах он отлагается осадочным путем в озерных и морских соленосных отмирающих бассейнах. При этом гипс наряду с NaCl может выделяться лишь в начальных стадиях испарения, когда концентрация других растворенных солей еще не высока. При достижении некоторого определенного значения концентрации солей, в частности NaCl и особенно MgCl2, вместо гипса будут кристаллизоваться ангидрит и затем уже другие, более растворимые соли. Следовательно, гипс в этих бассейнах должен принадлежать к числу более ранних химических осадков. И действительно, во многих соляных месторождениях пласты гипса (а также ангидрита), переслаиваясь с пластами каменной соли, располагаются в нижних частях залежей и в ряде случаев подстилаются лишь химически осажденными известняками.

Весьма значительные массы гипса возникают в результате гидратации ангидрита в осадочных отложениях под влиянием действия поверхностных вод в условиях пониженного внешнего давления (в среднем до глубины 100-150м) по реакции: CaSO4 + 2H2O=CaSO4•2H2О. При этом происходят сильное увеличение объема (до 30%) и, в связи с этим, многочисленные и сложные местные нарушения в условиях залегания гипсоносных толщ. Таким путем возникло большинство крупных месторождений гипса на земном шаре. В пустотах среди сплошных гипсовых масс иногда встречаются гнезда крупнокристаллических, нередко прозрачных кристаллов ("шпатоватый гипс").

В полупустынных и пустынных местностях гипс очень часто встречается в виде прожилков и желваков в коре выветривания самых различных по составу горных пород. Нередко образуется также на известняках под действием на них вод, обогащенных серной кислотой или растворенными сульфатами. Встречается, наконец, в зонах окисления сульфидных месторождений, но не в столь больших количествах, как этого можно было бы ожидать. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев в сульфидных рудах в том или ином количестве присутствуют пирит или пирротин, окисление которых (особенно первого) существенно увеличивает содержание серной кислоты в поверхностных водах. Подкисленные же серной кислотой воды значительно увеличивают растворимость гипса. Поэтому в ряде месторождений гипс более обычен в верхних частях зон первичных руд, где он в трещинах встречается вместе с другими сульфатами.

Сравнительно редко гипс встречается как типичный гидротермальный минерал в сульфидных месторождениях, образовавшихся в условиях низких давлений и температур. В этих месторождениях он иногда наблюдается в виде крупных кристаллов в пустотах и содержит включения халькопирита, пирита, сфалерита и других минералов.

Псевдоморфозы по гипсу кальцита, арагонита, малахита, кварца и других минералов многократно устанавливались, так же как и псевдоморфозы гипса по другим минералам.

Практическое значение гипса велико, особенно в строительном деле.

  1. Модельный или лепной (полуобожженный) гипс применяется для получения отливок, гипсовых слепков, лепных украшений карнизов, штукатурки потолков и стен, в хирургии, бумажном производстве при выделке плотных белых сортов бумаги и пр. В строительном деле он употребляется как цемент при кирпичной и каменной кладке, для набивных полов, изготовления кирпичей, плит для подоконников, лестниц и т. п.
  2. Сырой (природный) гипс находит применение главным образом в цементной промышленности в качестве добавки к портланд-цементу, как материал для ваяния статуй, различных поделок (особенно уральский селенит), в производстве красок, эмали, глазури, при металлургической переработке окисленных никелевых руд и др.

Месторождения. Осадочные месторождения гипса распространены по всему земному шару и приурочены к отложениям различного возраста. На перечислении их останавливаться не будем. Укажем лишь, что на территории СССР мощные гипсоносные толщи пермского возраста распространены по Западному Приуралью, в Башкирской и Татарской АССР, Архангельской, Вологодской, Горьковской и других областях. Многочисленные месторождения верхнеюрского возраста устанавливаются на Северном Кавказе, в Дагестане, Туркмении, Таджикистане, Узбекистане и др.

предыдущая главасодержаниеследующая глава







© GEOMAN.RU, 2001-2021
При использовании материалов проекта обязательна установка активной ссылки:
http://geoman.ru/ 'Физическая география'

Рейтинг@Mail.ru

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь