Подгруппа каолинита

Сюда отнесены три полиморфные моноклинные модификации одного и того же вещества, которое с химической точки зрения можно рассматривать как основный силикат алюминия.

Каолинит-Al₄[Si₄O₁₀][OH]₈, или Аl₂O₃•2SiO₂•2H₂O. Старинное название этого минерала перешло от китайцев. "Каулинг"-высокая гора (так называлось месторождение каолина). Среди минералов данной подгруппы пользуется преобладающим распространением. Является главной составной частью большинства глин.

Химический состав. Al₂O₃ 39,5%, SiO₂ 46,5%, H₂O 14%. Содержания отдельных компонентов несколько колеблются. Из примесей в незначительных количествах устанавливаются: Fe₂O₃, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, BaO, SiO₂ и др.

Рис. 340. Схема кристаллической решетки каолинита (Б) в сравнении с решетками мусковита (А) и антигорита (В)

Сингония моноклинная; моноклинно-доматический в. с. Кристаллическая структура. Как и в других слюдообразных минералах, тетраэдрические кремнекислородные группы (алюминий в них не участвует) тремя углами связаны в слой обычной шестиугольной сетки. Каждая четвертая вершинка, занятая кислородом, принимает участие в строении нижнего "гидраргиллитового" слоя (рис. 340). В таких двуслоистых пакетах общий отрицательный заряд комплексного аниона и гидроксильных анионов компенсируется почти полностью положительным зарядом катионов Al. Как показано на рис. 341, на контакте каждого слоистого пакета со следующим с одной стороны располагаются гидроксильные группы, а с другой-ионы кислорода следующего тетраэдрического слоя. Подобным строением кристаллов каолинита просто объясняются весьма совершенная базальная спайность и легкая расщепляемость на тонкие пластинки минералов этой группы.

Рис. 341. Расположение и число ионов в отдельных листах решетки каолинита

Облик кристаллов. Более или менее хорошо образованные пластинчатые кристаллы исключительно редки и малы по размерам (до 1 мм). Весьма вероятно, что они относились не к каолину, а к диккиту. Чаще наблюдаются обломки изогнутых столбчатых кристаллических образований, по виду напоминающих дождевых червей (рис. 342). Отдельные чешуйки и пластинки обладают гексагональным, реже ромбическим или тригональным обликом. Агрегаты рыхлые, чешуйчатые или плотные тонкозернистые: иногда встречается в виде натечных форм.

Рис. 342. Обломки червеобразных кристаллов каолинита. Увеличено в 20 раз

Цвет. Отдельные чешуйки и пластинки бесцветны. Сплошные массы- белого цвета, нередко с желтым, буроватым, красноватым, иногда зеленоватым или голубоватым оттенком. Блеск отдельных чешуек и пластинок перламутровый, сплошных масс - матовый Ng = 1,566, Nm = 1,561 и Np = 1,560.

Твердость около 1. Отдельные чешуйки гибки, но не обладают упругостью. В сухом состоянии землистые массы кажутся тощими на ощупь. Спайность весьма совершенная по (001}. Устанавливаются также направления спайности, параллельные шестилучевым фигурам удара. Уд. вес 2,58-2,60.

Диагностические признаки. Каолинит в сплошных землистых массах легко растирается между пальцами, в сухом виде жадно поглощает воду, в мокром состоянии дает необычайно пластичное тесто. Тонкокристаллические разности в соответствующих препаратах под микроскопом узнаются по форме чешуек и оптическим константам. Скрытокристаллические массы приблизительно могут быть определены по показателям преломления, а более точно-по рентгенометрическим данным, кривым нагревания и другими методами.

П. п. тр. не плавится. НСl и HNO₃ почти не действуют. В H₂SO₄, особенно при нагревании, разлагается сравнительно легко. Прокаленный до температуры 500°, полностью разлагается в НСl. Белые разности, свободные от гидроокислов железа, после прокаливания с азотнокислым кобальтом принимают красивый синий цвет (присутствие Аl).

Происхождение. В главной массе образуется в условиях выветривания изверженных и метаморфических горных пород, богатых алюмосиликатами (полевыми шпатами, слюдами, цеолитами): гранитов, гнейсов, кварцевых порфиров и т. п. Этот процесс образования каолинита происходит под влиянием Н₂O и СO₂. Щелочи при этом вместе с частью SiO₂ и щелочных земель в виде карбонатов выносятся, а кварц и другие химически стойкие минералы остаются в качестве включений в глинистой массе, носящей название каолина или каолиновой глины. Нередко накапливающиеся таким путем массы каолина подвергаются размыву и переотлагаются вдали от места своего образования в застойных бассейнах в виде пластов тонкодисперсных илистых осадков, освобожденных от грубых включений посторонних минералов.

Явления каолинизации также происходят в условиях низкотемпературных гидротермальных процессов при воздействии, очевидно, кислых вод, содержащих главным образом СO₂, на те же алюмосиликаты и силикаты алюминия, не содержащие щелочей. Этот процесс, по существу, приводит к образованию псевдоморфоз каолинита по тем или иным минералам с сохранением их внешних форм или очертаний. Таковы, например, псевдоморфозы каолинита по полевым шпатам, мусковиту, топазу, скаполитам, лейциту, андалузиту, пирофиллиту и т. д.

При процессах регионального метаморфизма в условиях высоких температур глины переходят в плотные глинистые сланцы (аргиллиты и филлиты). Выше 300° каолинит полностью разрушается, превращаясь при наличии щелочей в серицит, слюды, полевые шпаты и пр., а при отсутствии их-в силикаты алюминия: андалузит, силлиманит, дистен, гранаты и другие минералы, слагающие кристаллические сланцы.

Практическое значение. Каолин находит применение во многих отраслях промышленности. В зависимости от количества посторонних примесей он используется либо в сыром виде, т. е. без предварительного обогащения, либо после отмучивания на специальных установках.

Главнейшим и старейшим потребителем является керамическая промышленность. Каолин, свободный от примесей окислов железа, применяется главным образом в тонкой керамике при производстве фарфора и фаянса. Для этой цели используются пластические свойства, способность дакать с водой устойчивые суспензии, а главное - свойство превращаться в результате обжига в твердый прочный камнеподобный материал, не размокающий в воде и устойчивый при низких и повышенных температурах. Огнеупорные глины, обладающие высокой температурой плавления (не ниже 1580°), часто содержащие гидраты свободного глинозема, находят основное применение в металлургии в виде шамотового кирпича, пробок, трубок, воронок и т. д. На изготовление глиняных горшков, черепиц, труб и т. п. употребляются низкосортные спекающиеся каолиновые глины, носящие название терракотовых, черепичных, кирпичных и прочих.

В строительном деле глины как водозадерживающий материал применяются в качестве защитного слоя под полами подвальных помещений, для набивки вокруг фундаментов, при возведении водохранилищных плотин, в производстве саманных кирпичей, для изготовления глинитцемента и т. д.

В бумажной промышленности каолин применяется в качестве наполнителя и аппретуры с целью придания бумаге более гладкой поверхности, повышенной плотности и т. д. В некоторых сортах бумаги содержание каолина достигает 40%.

В прочих производствах каолинитовые массы используются при изготовлении клеенок, линолеума, смесей с олифой и другими веществами, карандашей, красок, в частности ультрамарина (в смеси с кремнеземом, содой, серой и органическими веществами), для получения окиси алюминия и т. д. Следует также упомянуть о том, что в виде так называемых глинистых растворов (устойчивых суспензий) тонкодисперсные глины используются при проходке разведочных буровых скважин на нефть, соли и целый ряд рыхлых полезных ископаемых в целях заиливания (заполнения мелких пустот в трещиноватых боковых породах) и тем самым предотвращения обрушения стенок скважин, а также для более легкого извлечения вместе с буровой жидкостью измельченных обломков руд (благодаря глинистому наполнителю удельный вес жидкости повышается).

Месторождения. Из весьма многочисленных месторождений отметим только некоторые. Большое количество месторождений каолина распространено на территории Украины, в зонах выветривания выходов массивно-кристаллических пород Южно-Русского щита (гранитов, гнейсов, сиенитов и др.). Главнейшими из них являются Глуховецкое, Турбовское и Райковское (Винницкая область), Белая Балка и Часов-Ярское (Сталинская область) и др. На Урале большое количество первичных и вторичных месторождений, преимущественно огнеупорных каолинов, распространено главным образом по восточному склону в Свердловской и Челя-бинской областях: Курьинское, Троицко-Байновское, Еленовское и др. Огнеупорные глины, связанные с озерными и болотными углистыми осадками распространены также в Подмосковном угольном бассейне.

В числе иностранных месторождений укажем на крупнейшие месторождения первичного каолина в Корнуолле и Девоншире (Англия); около Карловых Вар (Чехословакия); в ряде мест Баварии и Саксонии (саксонский и баварский фарфор); около Лиможа во Франции (севрский и лиможский фарфор); особо высокого качества каолин известен в Китае на горе Кау-Линг, около Яучау-Фу и в других местах.

Диккит - Al₄[Si₄O₁₀][OH]₈. Сингония моноклинная. До рентгенометрических исследований относился к каолиниту. Назван по фамилии Дикка, описавшего первую находку этого минерала под названием каолинита в 1888 г.

Рис. 343. Кристаллики диккита. Увелич в 200 раз

По кристаллической структуре сходен с каолинитом. Имеются те же гексагональнокольцевого строения непрерывные слои, но, в отличие от каолинита, в каждом вышележащем слое гексагоны имеют несколько другую ориентировку. Диккит нередко встречается в более или менее хорошо образованных прозрачных пластинчатых кристалликах гексагонального облика до десятых долей миллиметра в диаметре (рис. 343). Способность к лучшей кристаллизации диккита объясняют более симметричным расположением в его решетке ионов ОН по отношению к ионам О, чем в структуре каолинита.

Бесцветный, белый в порошкообразных массах, иногда с буроватым, желтоватым или зеленоватым оттенком. Блеск перламутровый. Ng = 1,566, Nm = I,562 и Np= 1,560. Твердость около 1. Спайность совершенная по {001}. Уд. вес 2,589 (теоретический). Обезвоживается при температуре 540°. Встречается чаще всего как низкотемпературный гидротермальный минерал, нередко в ассоциации с сульфидами, доломитом, флюоритом и др., в виде кристаллических корок в друзовых пустотах. Наблюдался также в халцедоновых жеодах.

У нас диккит в значительных массах был найден в Центральном Казахстане, а именно в Кара-Чеку (в 150 км к югу от Каркаралинска) в районе гидротермально измененных лаво- и туфо-брекчий порфиров. Здесь встречена чисто диккитовая (слюдистая) вязкая порода. Любопытно, что образование диккита происходит вслед за серицитизацией полевых шпатов. Размер чешуек диккита достигает 0,1 мм, а в сплошной породе 0,5 мм.

Накрит - Al₄[Si₄O₁₀][OH]₈. Сингония моноклинная. Кристаллическая структура отличается от структуры каолинита меньшим смещением слоистых пакетов относительно друг друга. Встречается в более крупных пластинчатых кристаллах (до 5 мм в диаметре) гексагонального облика. Наблюдается также в радиальнопластинчатых агрегатах и в плотных или тонкочешуйчатых массах.

Бесцветный или белый с желтоватым оттенком. Блеск перламутровый. Ng=1.563, Nm= 1,562 и Np= 1,557. Твердость около 2. Спайность весьма совершенная по {001}. Уд. вес 2,627.

Образуется накрит как в экзогенных, так и в эндогенных условиях, повидимому в кислых средах. Встречается в ряде месторождений Рудных гор (Саксония), в частности в Бранд в виде радиально расположенных групп пластинчатых кристаллов вокруг галенита; в Сан-Питерс Дом в Колорадо (США) со слюдой и криолитом.