Хромшпинели

Шаблон:Минерал Хромшпинели или Хромшпинелиды — группа минералов из семейства шпинелей с общей формулой $M A_{2} O_{4}$ где $M$ — двухвалентный или трехвалентный химический элемент; $A$ — $C r$ 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 $(M g, F e) C r_{2} O_{4}$ (синонимы: березовит, березовскит, магнезиальный и железистый хромиты)
Хромпикотит $(M g, F e) (C r, A l)_{2} O_{4}$ (синонимы: хромцейлонит, пикрохромит, алюмоберезовит, магнезиальный и железистый алюмохромиты, магнезиальный и железистый хромпикотиты)
Алюмохромит $F e (C r, A l)_{2} O_{4}$ (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 $A l_{2} O_{3}$ (с уменьшением отношения $C r_{2} O_{3} : A l_{2} O_{3}$ и содержания $M g O$ ). Структура типа шпинели. При низкой температуре для хромита была обнаружена тетрагональная симметрия. Точечная группа — m3m ( $3 L_{4} 4 L_{3} 6 L_{2} P C$ ). Обычно кристаллы октаэдрического облика. Отмечены ориентированные включения хромпикотита в алмазе.

Зависимость параметра ячейки от состава
Параметр ячейки $a_{0}$ , 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	$M g C r_{2} O_{4}$	Искусственное получение
8,360	$F e C r_{2} O_{4}$	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 $F e O$ и $F e_{2} O_{3}$ . 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 $m μ,$ до 11,3 — 11,7 % при 700 $m μ,$ . Она возрастает параллельно с параметром ячейки при увеличении содержания $C r_{2} O_{3}$ и уменьшении содержания $A l_{2} O_{3}$ .Параметр преломления для хромшпинелей, содержащих от 35,1 до 53,1 % $C r_{2} O_{3}$ , колеблется в пределах от 1,815 до 2,110 и линейно возрастает (как и параметр ячейки) с увеличением содержания $C r_{2} O_{3}$ и уменьшением содержания $A l_{2} O_{3}$ . 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 $F e : M g$ $= 1 : 1$ ): $M g O$ — 9,69 %; $F e O$ — 17,26 %; $C r_{2} O_{4}$ — 73,05 %; хромпикотита — (при $M g : F e$ и $C r : A l$ $= 1 : 1$ ) : $M g O$ — 11,01 %; $F e O$ — 19,62 %; $A l_{2} O_{3}$ — 27,85 %; $C r_{2} O_{3}$ — 41,52 %; алюмохромита (при $C r : A l$ = $1 : 1$ ): $F e O$ — 36,14 %; $A l_{2} O_{3}$ — 25,64 %; $C r_{2} O_{3}$ — 38,22 %; хромита: $F e O$ — 32,09 %; $C r_{2} O_{3}$ — 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 $γ$ - $A l_{2} O_{3}$ . Устанавливаются широкие пределы изоморфных замещений средих двухвалентных ( $M g, F e, Z n$ ) и трехвалентных ( $C r, A l, F e$ ) элементов. Содержание $M g, F e, A l$ и $C r$ может значательно варьировать. Содержание $F e_{2} O_{3}$ обычно равно 3 — 4,редко достигает 5 — 10 и ещё реже 10 — 22 мол. %. В трансваальских хромитах количество $V$ колеблется от 0,05 до 0,81 %. Содержание $Z n O$ достигает 5,8 %. В небольших количествах обнаруживается $N i, M n, Z r, C o, T i, V$ . В хромшпинелях по мере возрастания содержания $F e^{3 +}$ увеличивается $F e^{2 +}$ и уменьшется зависимость содержание $M g$ . Для хромитов из интрузивного комплекса Стилуотер (США) отмечена прямая зависимость содержания $M n O$ и $T i O_{2}$ от содержания $F e O$ , а также и $G a_{2} O_{3}$ от количества $F e_{2} O_{3}$ . Существует зависимость между составом хромшпинелей и геологическими условиями их образования: хромшпинели из дунитов обычно отличаются наиболее высоким содержанием $C r$ и минимальным $A l$ ; хромшпинели из лерцолитов характеризируются наименьшим содержанием $C r$ и $M g$ и меньше $A l$ и $F e^{2 +}$ , чем акцессорные хромшпинели непосредственно вмещающих пород.

Поведение при нагревании

Плавятся при 1450—2180°С. Точка плавления тем ниже, чем выше содержание $F e O$ и $F e_{2} O_{3}$ . С увеличением содержания $C r_{2} O_{3}$ и $M g O$ 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 $C r_{2} O_{3}$ , 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 $H C l$ . В отраженном свете также магнезиоферрит очень сходен с хромшпинелями, но не обнаруживает внутренних рефлексов.

Диагностические испытания

Разлагаются при сплавлении с $K H S O_{4}$ . В полированных шлифах $H N O_{3}, H C l, K C N, F e C l_{3}, H g C l_{2}$ и $K O H$ не травятся. Структура выявляется при кипячении минерала с $K C l O_{3} + H_{2} S O_{4}$ 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 $M g O$ и небольшом содержании $A l_{2} O_{3}$ и $C r_{2} O_{3}$ ; при сильном нагревании $C r_{2} O_{3} + F e C l_{3}$ в тигле с криолитом.

Применение

Основные минералы для получения хрома, его соединений и сплавов; используются руды, содержащие более 40 % $C r_{2} O_{3}$ .

Низкосортные руды применяются для изготовления огнеупорных кирпичей.

Примечания

Шаблон: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

Шаблон:ВС

↑ Макеев А. Б., Лютоев В. П., Второв И. П., Брянчанинова Н. И., Макавецкас А. Р. Состав и спектроскопия ксенокристов оливина из гавайских толеитовых базальтов Шаблон:Wayback // Уч. зап. Казанского ун-та. Сер. Естеств. науки. 2020. Т. 162. № 2. С. 253—273.

[1] Макеев А. Б., Лютоев В. П., Второв И. П., Брянчанинова Н. И., Макавецкас А. Р. Состав и спектроскопия ксенокристов оливина из гавайских толеитовых базальтов Шаблон:Wayback // Уч. зап. Казанского ун-та. Сер. Естеств. науки. 2020. Т. 162. № 2. С. 253—273.

[1]