Вопросы:

1.   Опишите главнейшие месторождения

 кремнеземистых материалов………………………………………………2

2.   Опишите алюмосиликатные породы.

 Глины. Каолины……………………………………………………………6

3.   Опишите кристаллографические сингонии.

Формы кристаллов: простые, комбинации, двойники…………………...14

4.   Опишите факторы определяющие

зарождение и рост кристаллов……………………………………………..20

Приложение…………………………………………………………………….25

Литература……………………………………………………………………...26


1.Опишите главнейшие месторождения кремнеземистых материалов.

В основе применения в промышленности песка, гравия, кварцитов, песчаников лежат разнообразные физические и химические их свойства: рыхлость одних и механическая прочность других, абразивная способность зерен кварца, высокое содержание кремнезема и обусловленные этим огнеупорность и кислотоупорность. Песок и гравий применяются в качестве заполнителей, инертных и отощающих материалов в производстве строительного и силикатного кирпича, бетона, вяжущих растворов, стеновых блоков и т. п. Песок, гравий и щебень используются также для балластировки железнодорожных путей, устройства основания и подстилающего слоя автомобильных дорог. Фильтровальные пески применяются при создании мощных фильтровальных систем для очистки питьевой и технической воды, формовочные пески – для получения литейных форм и стержней, кварцевые пески – в стекольном производстве. Из кварцитов, обладающих большой механической прочностью, мелкозернистостью, малой пористостью и высокой кислотоупорностью получают материалы, используемые для сооружения кислотных башен, хранилищ для кислот и т. п.

 Качество и пригодность песков, гравия и кварцитов для различных видов производства определяются соответствующими ГОСТами и техническими условиями, в которых предусматриваются необходимые требования к гранулометрическому и минеральному составу обломков, степени их выветренности, механической прочности, содержанию вредных примесей и др. Так, применяемые при плавке медных и никелевых концентратов флюсы из песчаников и кварцитов должны содержать не менее 80 % SiO₂ и минимальное количество вредных примесей – оксидов железа, алюминия, магния и кальция.

Требования, предъявляемые к кварцевым пескам для стекольного производства, следующие:

                         1.      однородность гранулометрического состава – не менее 90 % зерен с размерами от 0,1 до 0,3–0,5 мм;

                         2.      содержание кварца не менее 96 %, а для оптического, зеркального и других стекол высших сортов – 99,3–99,8 %;

                         3.      минимальное содержание оксидов железа и хрома, окрашивающих стекло в желтый и зеленый цвет.

Песчаники и кварциты, применяемые для производства динаса (огнеупор, содержащий не менее 90–93 % кремнезема и изготовленный на известковой, известково-железистой или иной связке), должны содержать не менее 95–97 % SiO₂. Вредные примеси, которые лимитируются, – Fe, Al и Ca.

Основное промышленное значение имеют экзогенные месторождения песка и гравия, представляющие собой либо обломочные продукты выветривания, либо механические осадки, возникшие в результате переноса водными потоками или ветром продуктов выветривания различных коренных пород. Среди них выделяют аллювиальные, моренные, флювиогляциальные, морские и озерные песчаные и гравийно–песчаные  отложения.

Осадочные месторождения песчаников сформировались в результате уплотнения и цементации песков, накопившихся в озерных или морских бассейнах. Цемент может быть первичным или вторичным. Залежи имеют, как правило, пластообразную форму, значительное распространение по площади и относительно выдержанную мощность. В пределах Восточно-Европейской платформы известны многочисленные месторождения кремнистых песчаников. Наиболее крупные из них: Тарасовское и Долотинское в Ростовской области (Россия) и Баническое в Сумской области (Украина).

Метаморфогенные месторождения кварцитов сформировались на низших ступенях регионального метаморфизма докембрийских и палеозойских песчаников. Залежи кварцитов представлены пластообразными и линзообразными телами. Такие месторождения имеются в пределах Украинского (Овручское) и Балтийского (Шокшинское, Сегозерское и др.) кристаллических щитов, Уральской геосинклинали (Рудничное месторождение на Среднем Урале).

Овручское месторождение кварцитов находится в Житомирской области Украины в 1,5км к северу от ст. Толкачевская. Оно многие годы разрабатывалось строительными организациями Беларуси. Месторождение приурочено к северной части Украинского кристаллического щита и связано с овручской свитой, относимой к протерозою. Породы этой свиты прослежены на площади длиной 65км и шириной 5–20 км. Кроме кварцитов и кварцитовидных песчаников в составе овручской свиты распространены пирофиллитовые профиллит-хлоритовые сланцы, конгломераты, кварцевые порфиры, порфириты и диабазы. Мощность свиты до 150м. Породы вскрыши представлены четвертичными песками, глинистыми со щебенкой и валунами кварцитов. На Толкачевском участке Овручского месторождения мощность вскрыши составляет 0,6–5,0 м. Кварциты и кварцитовидные песчаники слагают на этом участке северное крыло крупной брахиантиклинали, углы падения которого составляют 10–15^о.

Полезное ископаемое имеет розовую, буровато-розовую, серую и розово-бурую окраску. Структура пород мелкозернистая. Сложены кварциты и кварцитовидные песчаники главным образом кварцем, в незначительном количестве присутствуют мусковит и пирофиллит, а в качестве акцессорных минералов – циркон, гематит, ильменит, апатит, рутил, лейкоксен и гидрогетит. Диаметр зерен кварца в кварцитах и песчаниках в основном 0,05–0,30мм. Мощность продуктивного горизонта колеблется от 20–25 до 75м. Химический состав кварцитов (%): SiO₂ 95–99; Al₂O₃ 0,46–5,50; Fe₂O₃ 0,09–3,68; CaO 0,19–1,44. Огнеупорность их 1750–1780^оС. Породы пригодны для получения динаса, а также для изготовления бутового камня, щебня и др.

Месторождения песков и песчано–гравийного  сырья Беларуси стратиграфически связаны с четвертичной толщей, реже – с отложениями палеоген–неогена. Они, как правило, водно–ледникового  и озерно–аллювиального  происхождения, на юге Беларуси имеются также пески эолового генезиса. Песчано–гравийные  и песчано–галечниковые  образования обычно связаны с моренными, реже с аллювиальными и древнеаллювиальными аккумуляциями.

Сырьевая база строительных и силикатных песков включает около 80 месторождений с общими запасами 348,0 млн.м³. Пески залегают на поверхности или близко от последней в виде линзовидных или пластообразных залежей различных размеров. Мощность отдельных залежей достигает 15м. Разрабатывается более 35 месторождений. Среди них – Кульбаки, Оршанское, Песчаная Гора, Ольшанка и др. Ежегодная добыча составляет 7–8 млн. м³.

Наиболее крупным из них является месторождение «Ленино» в Добрушском районе Гомельской области. Здесь высококачественные белые кварцевые пески залегают на глубине от 20см до 12м и имеют мощность от 3,6 до 17,3 м. Месторождение «Ленино» интенсивно эксплуатируется Гомельским горно-обогатительным комбинатом по производству формовых песков.

Аналогичное строение имеет и месторождение «Лоевское», пески которого используются стеклозаводами «Гута», «Октябрь», а также Гродненским и Минским формовочными заводами.

Залежи формовочных песков выявлены в Жлобинском (месторождение Четверня) и Добрушском (Ленино) районах Гомельской области. Месторождение Четверня эксплуатируется Жлобинским карьероуправлением. Ежегодно добывается 0,55–0,60 млн. м³ формовочных песков.

Песчано–гравийные  смеси связаны с моренными, реже аллювиальными отложениями. Залежи песчано–гравийного   материала широко распространены на севере и в центре Беларуси. По размерам они обычно небольшие (до 50га, иногда более). Мощность продуктивной толщи – от 1–3 до 10–20 м. Гранулометрический состав непостоянный, содержание основных компонентов варьирует (%): гравия – от 5–10 до 75, гальки – от 0 до 55, песка – от 5–10 до 75, глинистых частиц – до 5–7.

Разведано 136 месторождений с общими запасами более 700 млн.м³; эксплуатируется 82 месторождения. Ежегодно добывается около 3 млн.м³ песчано-гравийных материалов. Они применяются, в основном, для приготовления бетонов и строительных растворов.

Практический интерес представляют неглубоко залегающие трепелы, опоки и смешанные глинисто–карбонатно–кремнистые  породы коньякского яруса верхнего мела на востоке Могилевской области. Характерной особенностью силицитов является присутствие в них цеолитов (до 25—30 %). В Могилевской области выявлено шесть месторождений цеолитсодержащих силицитов с суммарными запасами по категориям Cj+C2170 млн.т. Наиболее крупным среди них является месторождение трепела Стальное, расположенное близ Хотимска. Здесь средняя мощность продуктивной толщи — 18, вскрышных пород —8 м. Химический состав трепелов (%): SiO₂  42–67;  А1₂О₃     5 –8; Fe₂O₃  2–3; СаО  11—24; MgO  0,6—1,2; прочие компоненты — 11—21.

В настоящее время на месторождении проводятся геологоразведочные работы с целью создания на его основе местной сырьевой базы активных минеральных добавок. Цеолитсодержащие силициты могут использоваться в различных отраслях промышленности в качестве адсорбента для очистки масел, технологической и природной воды, водно-спиртовой смеси. Из них может приготовляться универсальный мелиорант для сельского хозяйства (трепельная мука).

В первом полугодии этого года в Беларуси были открыты пять месторождений строительных материалов. Четыре из них – месторождения строительного песка, а одноцементных глин.

Общие запасы четырех открытых месторождений строительного песка составляют 19,6 млн.м³. Это месторождения «Бужунское», «Гривское», «Лядское» и «Явищинское» в Минской области. В Гродненской области найдено месторождение цементных глин запасами около 8,6 млн.т.

В первой половине этого года специалистами «Белгеологии» была проведена детальная разведка месторождений строительных материалов.

Так, в Полоцком, Волковысском, Минском, Смолевичском, Воложинском, Логойском районах была проведена разведка месторождений строительных песков и песчано–гравийной  смеси. Объем запасов оценивается в 1,4 млн.м³.

Разработано и подготовлено к промышленному освоению месторождение лессовидных супесей «Ходосовское» в Мстиславском районе Могилевской области. Запасы полезных ископаемых оцениваются здесь в 13,9 млн.т. Лессовидные супеси будут использоваться как кремнеземистая добавка в цементную смесь, что позволит значительно улучшить ее технологические свойства.

Завершена детальная разведка месторождения мела «Хотиславское – Западное», выполнены технологические исследования мела для производства извести. Сейчас специалисты составляют технико–экономическое  обоснование разработки месторождения.

Результаты исследований иранской компании «Азараб» по радиационно–гигиенической оценке вскрышных и мергельно–меловых  пород и исследованию качества полезных ископаемых месторождения «Широкое» в Ветковском районе Гомельской области показали, что мергельно–меловые  породы месторождения пригодны для производства клинкера.

Поиск новых залежей полезных ископаемых и их освоение предусмотрены Государственной программой геологоразведочных работ по развитию минерально-сырьевой базы Беларуси на 2006–2010  годы и на период до 2020 года.


2.Опишите алюмосиликатные породы. Глины. Каолины.

В качестве сырья для силикатной промышленности применяются различные горные породы и минералы: кремнеземсодержащие, глинистые, полевошпатовые (алюмосиликатные), карбонатные, сульфатсодержащие породы, изверженные горные породы и прочие минералы. Кроме того, в последние годы в качестве сырья для производства силикатных материалов все шире используются некоторые отходы промышленности, в частности, различные виды зол и шлаков, «хвосты» обогащения руд и углей.

Алюмосиликатные материалы в основном представлены горными породами, состоящими из полевых шпатов или содержащими их в значительном количестве. К полевошпатовым породам, используемым в силикатной промышленности, относятся пегматиты, граниты, гнейсы, сиениты и нефелиновые сиениты, некоторые кислые эффузивные породы (липариты, кварцевые порфиры), полевошпатовые пески, щелочные каолины.

Полевые шпаты относятся к группе алюмосиликатов. Они широко распространенны среди минералов земной коры и являются одной из главных составных частей многих изверженных пород (гранит, гнейс, трахит, сиенит и т.п.). Наиболее распространенными минералами этой группы являются ортоклаз и микроклин (калиевый полевой шпат), альбит (натриевый полевой шпат) и анортит (кальциевый полевой шпат). Они обладают способностью образовывать изоморфные смеси переменного состава от 100% альбита до 100% анортита. Изоморфные смеси альбита и анортита называют плагиоклазами.

Ортоклазы – калиевые полевые шпаты. Химическая формула K₂O∙Al₂O₃∙6SiO₂. Встречаются ортоклазы в виде кристаллов, порой весьма крупных, часто же в виде мелкозернистых масс. Непрозрачны, имеют характерный стеклянный или перламутровый блеск. Ортоклазы могут быть окрашены в серый, беловатый, желтый и красный цвета.

Альбиты – натриевые полевые шпаты. Химическая формула Na₂O∙Al₂O₃∙6SiO₂. Кристаллы альбита весьма сходны с кристаллами ортоклаза, но никогда не бывают такими крупными. Как и ортоклазы, альбит встречается часто в виде мелкозернистых масс. Альбит более прозрачен, чем ортоклаз, в тонких слоях просвечивает; имеет стеклянный блеск. Цвет альбитов бывает белый, серый, слегка голубоватый, зеленоватый и красноватый.

Анортиты – кальциевые полевые шпаты. Химическая формула CaO∙Al₂O₃∙2SiO₂. Анортиты образуют почти такие же кристаллы (всегда мелкие) и кристаллические массы, как ортоклазы и альбиты. Блеск анортитов стеклянный или перламутровый. Анортиты могут быть окрашены в белый, серый, желтоватый и голубоватый цвета.

Плагиоклазы – известково-натриевые полевые шпаты. К ним относятся полевые шпаты, представляющие собой смесь альбита и анортита. Основной признак, отличающий плагиоклазы от ортоклазов – характерное пластинчатое строение первых. По химическому составу плагиоклазы представляют собой целую серию минералов, крайними членами которой являются альбит и анортит. Все промежуточные изоморфные смеси того и другого встречаются в различных пропорциях.

В природе весьма редки полевые шпаты, точно соответствующие тому или иному классу. Все полевые шпаты – сравнительно твердые минералы. Твердость их по шкале Мооса колеблется от 5,5 до 6,5 и в среднем равна 6. Плотность полевых шпатов колеблется в пределах от 2500 до 2800 кг/м³.

Главнейшими потребителями полевого шпата являются керамическая и стекольная промышленность. Полевой шпат используется в качестве плавня при производстве фарфора и электрофарфора, фаянса, кислотоупорных и санитарно–строительных  изделий, метлахских и облицовочных плиток, глазурей. Применение полевого шпата в силикатной промышленности основано на его способности плавиться при температуре 1200^оС и действовать на другие материалы шихты или массы подобно плавню или флюсу.

Наиболее важным полевошпатовым сырьем для керамической промышленности является ортоклаз или микроклин – эти калиевые полевые шпаты дают очень вязкое стекло, плавление ортоклаза и микроклина идет весьма постепенно, причем интервал между началом видимого плавления и его концом составляет 30–40^оС. Альбит дает менее вязкое стекло, что может вызвать деформацию изделий при неосторожном обжиге. Анортит плавится только при температуре около 1550^оС, вследствие чего в керамике не используется, но находит применение в производстве эмалей по черному металлу.

Требования промышленности к качеству полевошпатового сырья для тонкой и строительной керамики определяются государственными стандартами (ГОСТ 7030–75, с изм. и ГОСТ 15045–78, с изм.). В соответствии с этими требованиями содержание в зависимости от назначения сырья и его марки не должно превышать 0,15–0,3 % по массе, сумма оксидов CaO+MgO должна быть не более 1,5–2,5%, сумма оксидов щелочных металлов К₂О+Na₂O должна быть не менее 7–9%, содержание кварца не должно превышать 30–40%.

Полевой шпат используется также в стекольном производстве для введения глинозема в состав различных специальных сортов стекла – термического, химического, водомерного и ряда других.

Пегматиты представляют собой жильные, обычнокрупно–кристаллические    породы, сложенные полевым шпатом и кварцем. Пегматиты, представляющие промышленный интерес как сырье для стекла, фарфора, фаянса и других видов керамики, связаны, как правило, с кислыми магматическими породами.

В отличие от аплитов, пегматиты характеризуются очень крупнозернистой (гигантозернистой) структурой и так называемыми графическими прорастаниями калиевых полевых шпатов (ортоклаза, микроклина) кварцем. При этом полевой шпат прорастается одинаково ориентированными зернами кварца, в результате чего и образуются характерные графические, или письменные, структуры.

По минеральному составу гранитные пегматиты близки к аплитам. Основную массу минералов в них также составляют полевые шпаты и кварц. Полевые шпаты представлены ортоклазом или микроклином и в меньшей мере кислым плагиоклазом – олигоклазом или альбитом. Кроме того, в них могут встречаться: слюды (мусковит, биотит, лепидолит), турмалин, берилл, топаз, апатит, циркон, гранаты, вольфрамит, молибденит, касситерит, сподумен, уранинит, монацит и др.

По минеральному составу выделяют редкометальные, слюдоносные и хрусталеносные (камерные) пегматиты.

Редкометальные пегматиты наиболее распространены и проявляют большей частью весьма четкую пространственную и генетическую связь с конкретными массивами гранитов. При этом главная их масса размещается вне пределов материнских интрузий. Минеральный состав редкометальных пегматитов очень разнообразен – в них обнаружено около трехсот наименований минералов.

Слюдоносные пегматиты менее распространены, чем редкометальные, и в целом характеризуются наиболее простым и постоянным минеральным составом, насчитывающим не более тридцати-тридцати пяти минералов, из которых главными являются кварц, полевые шпаты и слюды.

Хрусталеносные (камерные) пегматиты также имеют значительно менее сложный минеральный состав, чем редкометальные,  – в  них обнаружено около семидесяти пяти минералов, причем 90–95% общего объема породы приходится на долю микроклина, альбита (реже – олигоклаза) и, главным образом, кварца, который составляет от 50 до 90% общего объема. Для хрусталеносных пегматитов характерно наличие пустот–камер  (миаролитовые пустоты, занорыши) размерами до нескольких десятков кубических метров, выполненных кристаллами хрусталя, мориона, флюорита, берилла, иногда – микроклина. Здесь же концентрируется большая часть редкометальных, акцессорных, рудных, а также значительная часть слюдистых минералов.

Требования промышленности к качеству пегматитов и других полевошпатовых и кварц–полевошпатовых   материалов определены ГОСТ 7030–75 (с изм.). В соответствии с этим стандартом доля оксидов железа, % по массе, в этих материалах не должна превышать 0,15–0,3; сумма оксидов щелочных металлов К₂О+Na₂O должна быть не менее 11–12, соотношение К₂О:Na₂O не должно быть менее 2-3. Такие полевошпатовые и кварц-полевошпатовые материалы, являющиеся в основном продуктом обогащения гранитных пегматитов, пригодны для производства художественного и хозяйственного фарфора и фаянса.

Качество кварц-полевошпатовых материалов, являющихся продуктами обогащения горных пород и предназначенных для производства санитарно-строительной керамики и низкотемпературного фарфора, определяется ГОСТ 15045-78 (с изм.). Требования этого стандарта менее жесткие, так, например, сумма оксидов щелочных металлов К₂О+Na₂O должна быть не менее 7-9% по массе, а соотношение оксидов К₂О:Na₂O не должно быть менее 0,5-0,9.

Граниты представляют собой глубинные магматические породы, в состав которых входят кварц 20-40%, полевые шпаты 40-60% и цветные минералы – биотит, мусковит, роговая обманка, пироксен 1-20%. Макроскопически граниты представляют собой мелко-, средне- или крупнозернистые породы. Цвет – серый, розовый, желтоватый, красный, реже зеленый (амагонитовые граниты). В них сравнительно легко различаются все основные составные части: кварц, полевые шпаты и цветной компонент. Структура гранитов кристаллически-зернистая, гипидиоморфнозернистая. Реже в гранитах наблюдается  порфировидная (в краевых зонах массивов, жилах и небольших штоках) и пегматитовая структуры. Для гранитов наиболее обычна однородная (массивная) текстура. Плотность гранита 2700 кг/м³, средняя плотность 2600 кг/м³. Предел прочности при сжатии у невыветренного гранита составляет 90-300 МПа.

В зависимости от содержания в гранитах цветного минерала среди них выделяют:

-     биотитовые – граниты с биотитом;

-     двуслюдяные – граниты с биотитом и мусковитом;

-     роговообманковые – граниты с амфиболом;

-     пироксеновые – граниты с пироксеном (авгитом).

Граниты, представляющие интерес как источник получения полевошпатового сырья, содержат менее 5% цветных минералов (аляскитовые граниты, аплиты), 5-7% K₂O и 2-3% Na₂O. Из таких светлых (лейкократовых) гранитов получают кварц-полевошпатовый концентрат для производства бесцветного стекла, фаянса и фарфора. Гранит прекрасно полируется и поэтому широко используется для получения красивого облицовочного и орнаментного материала.

Гнейсы — полнокристаллические, яснозернистые, сланцеватые, непременно светлоокрашенные, нетемные породы, состоящие из полевых шпатов, кварца и слюд — светлой или темной, или обоих вместе, так что различаются подразделения — биотитовые, мусковитовые и двуслюдяные гнейсы. Дальнейшие подразделения производятся по появлению в заметном количестве других минералов — роговой обманки (при этом кварц иногда исчезает), граната, эпидота, силлиманита, графита и других минералов. Слюды (и другие минералы) образуют или отдельные индивиды, располагающиеся в параллельных плоскостях или поверхностях, или собираются в отдельные полосы — полосчатые гнейсы. В связи с последним обстоятельством на плоскостях сланцеватости в таких гнейсах ничего, кроме слюд, не видно, и остальные составные части распознаются на поперечных к сланцеватости или полосчатости изломах. От слюдяных сланцев гнейсы отличаются своей непременно светлой, в крайнем случае пестрой, окраской (с явным преобладанием светлых минералов), наличием заметного количества полевых шпатов и полосчатой текстурой в отличие от сланцеватой текстуры слюдяных сланцев. В качестве акцессорных минералов в гнейсах обычны апатит, циркон, титанит и рудные минералы.

По происхождению различают гнейсы, возникшие в результате метаморфизма осадочных (парагнейсы) и магматических (ортогнейсы) пород. Основанием для выделения разновидностей могут служить особенности минерального и химического состава, а также структуры и текстуры породы. Например — плагиогнейсы, породы в которых полевые шпаты представлены главным образом плагиоклазом, силлиманитовые гнейсы — то есть породы, кроме обязательного для гнейсов набора минералов (кварц и полевые шпаты) содержащие еще и силлиманит и т. д. Гнейсы возникающие при метаморфизме осадочных пород, обычно обогащены глинозёмом и нередко содержат такие минералы как андалузит, силлиманит, кианит, гранат. Такие гнейсы называют высокоглиноземистыми. Гнейсы порфиробластической структуры, содержащие крупные порфиробласты или порфирокласты полевых шпатов (обычно микроклина) нередко называют очковыми.

Гнейсы применяются для изготовления щебня, бута, плитняка, для фундаментов, тротуарных плит, иногда для облицовки (лучшие разновидности).

Благодаря сланцеватости гнейс более пригоден, чем гранит для мощения дорог, для изготовления облицовочного материала. Однако сланцеватость способствует более быстрому выветриванию гнейса.

Сиениты и нефелиновые сиениты, как и граниты, относятся к глубинным магматическим породам. Представляют собой полнокристаллические зернистые, от средне- до крупнозернистых, светлоокрашенные и темноокрашенные породы. Сиениты почти не содержат кварца и состоят в основном из щелочных полевых шпатов и цветных минералов. В нефелиновых сиенитах содержание щелочных полевых шпатов достигает 65-70%, нефелина около 20 и 10-15% биотита, амфибола и пироксена. В зависимости от содержания темноокрашенного минерала различают следующие разновидности нефелиновых сиенитов:

                     -       миаскит – биотитовый нефелиновый сиенит;

                     -       фойялит – роговообманковый или пироксеновый нефелиновый сиенит, иногда с биотитом;

                     -       хибинит – эгириновый нефелиновый сиенит.

К ультращелочным породам относится уртит, состоящий из 82-85% нефелина, 12-16% эгирина, апатита и сфена.

Добываемый из нефелиновых сиенитов и апатит-нефелиновых руд нефелин Na₃K[AlSiO₄]₄ является глиноземным сырьем для получения алюминия. Кроме того, его используют для получения соды, а нефелиновый или белитовый шлам, являющийся попутным продуктом при производстве глинозема из нефелиновых концентратов, находит применение в цементной промышленности. Нефелин широко используется в производстве стекла,  фарфора и фаянса. Применение нефелина в этих отраслях обусловлено наличием в нем глинозема и щелочей. Глинозем увеличивает прочность стекла, а щелочи играют роль флюса.

Кислые эффузионные породы – липариты и кварцевые порфиры также находят применение в производстве керамики.

Название  «липариты» происходит от Липарских островов (близ о. Сицилии). Иногда липариты называют риолитами. Они  представляют собой кайнотипные излившиеся аналоги гранитов. Окрашены обычно в очень светлые тона, часто – белые.

Кварцевые порфиры, в отличие от липаритов, значительно изменены; это – палеотипные излившиеся аналоги гранитов, окрашенные в красный, бурый, желтый, зеленый или фиолетовый цвета, часто пятнистые.

Структура в обоих случаях порфировая с фельзитовой или стекловатой основной массой, причем в липаритах вкрепленники представлены кристаллами кварца, цветных минералов и санидина, а в кварцевых порфирах – кварцем и ортоклазом. Цветные минералы в составе этих пород играют незначительную роль. Из них чаще всего встречаются биотит и роговая обманка. Стекловатые разновидности данных пород известны под общим названием вулканических стекол, среди которых выделяют обсидиан и смоляной камень.

Обсидиан – вулканическое стекло бархатно-черного или красновато-бурого цвета со стеклянным блеском и резко выраженным раковистым изломом

Смоляной камень (пехштейн) – вулканическое стекло, обычно богатое водой (до 10%), окрашенное в зеленоватый или буроватый цвет. Обладает жирным блеском. В отличие от обсидиана, в пехштейне часто присутствуют, кроме кристаллитов, вкрапленники кварца, полевого шпата, авгита, слюды.

Пески с высоким содержанием полевого шпата являются ценным сырьем для стекольной и керамической промышленности. Чаще всего такие пески получают попутно при добыче и обогащении руд цветных и редких металлов, каолина и других полезных ископаемых.

Каолинсодержащие породы могут служить источником получения полевошпатового сырья при их комплексной разработке, когда помимо каолина из них можно получить полевошпатовый и кварцевый концентраты.

Глины. Тонкообломочные породы, состоящие преимущественно из «глинистых минералов» (осадочные новообразования, возникшие за счет разложения магматических), иногда с небольшой примесью обломочных реликтовых минералов, называют глинами. Характеризуются наличием частиц меньше 0,01 мм.

В естественном состоянии или при насыщении водой глины обладают в той или иной степени выраженной пластичностью. При обжиге глины получаются каменистые массы.

Характерной особенностью глин является пористость. Сухие глины могут впитывать в себя воду, становясь при этом пластичными. Нормальная циркуляция воды в глинистых осадках невозможна. Впитав в себя определенное ее количество, они становятся водоупорными и водонепроницаемыми. Кроме того, многие глины способны поглощать (адсорбировать) и удерживать из жидкостей и газов отдельные их составные части; в частности, некоторые глины способны извлекать окрашивающие примеси из минеральных, растительных и животных масел и жиров. При этом адсорбция глин носит избирательный характер. С адсорбцией связаны также омыляющие свойства некоторых глин, которые поглощают из растворов и смесей жировые вещества и омыляют их.

Основными породообразующими минералами в глинах являются различные «водные» силикаты алюминия: каолинит, галлуазит, аллофан, пирофиллит, монтмориллонит, монотермит; кроме того, в глинах обычно присутствует кварц, халцедон или опал. В тех случаях, когда содержание кварца (опала, халцедона) значительно, глины называют тощими, в отличие от жирных, содержащих незначительное количество песчаного материала. Жирные глины  характеризуются высоким содержанием каолинита – от 40 до 70%. Они жирны на ощупь, окрашены в серый, светло-серый и зеленоватый цвета. Тощие глины сравнительно бедны каолинитом и окрашены, чаще всего окислами железа или органическими веществами, в желтые, желтовато-бурые, красно-бурые, синеватые цвета различных оттенков.

Кроме кварца, в глинах присутствуют чешуйки слюд, главным образом гидрослюд (в отдельных случаях гидрослюды слагают основную массу глин), полевые шпаты, кальцит, доломит, гипс, рутил, турмалин, роговые обманки, глауконит, пирит, марказит, гетит, гематит, магнезит, сидерит. Иногда  в глинах встречаются также диаспор или гидраргиллит.

По химическому составу глины очень разнообразны. Главными химическими компонентами их являются: SiO₂ (40–70%), Al₂O₃ (10–35%) и вода (5–15%). Кроме того, в состав глин обычно входят K₂O, Na₂O, CaO, MgO, окислы железа (0–7%) и титана, SO₃, P₅O₅.

В зависимости от содержания карбонатных соединений среди глин выделяют: некарбонатные (неизвестковые и недоломитовые); известковые, с содержанием в них от 5 до 25% углекислого кальция; доломитовые, содержащие от 5 до 25% доломита.

К собственно глинам относят породы, в которых содержание известкового материала не превышает 20–25%. Имеются все переходы от чистой глины к пескам и к известнякам.

В зависимости от преобладающего минерала могут быть выделены глины нескольких типов, отличающихся друг от друга и физическими свойствами:

-     каолинитовые (каолины), главной составной частью которых является каолинит;

-     монотермитовые, основным минералом которых наряду с каолинитом служит гидрослюда типа серицита–монотермита;

-     монтмориллонитовые (бентонитовые), состоящие главным образом из монтмориллонита и отличающиеся чрезвычайно высокой адсорбционной способностью и малой огнеупорностью;

-     гидраргиллит–каолинитовые, состоящие из каолинита и гидраргиллита;

-     полиминеральные, содержащие различные водные силикаты алюминия и другие минералы.

Каолинитовые и монотермитовые  глины являются основным сырьем для производства огнеупорных изделий (огнеупорные глины) и используются при изготовлении фарфоровых, фаянсовых изделий, санстройизделий, облицовочных и фасадных плиток.

Глины, более загрязненные примесями (тугоплавкие), в основном применяются для производства кислотоупорного кирпича, фасадных плиток, плиток для полов, керамических труб. Цвет черепка тугоплавких глин бывает самым разнообразным (от белого до бурого и коричневого).

В монтмориллонитовых  глинах или бентонитах в качестве примесей встречаются: кварц, опал, полевой шпат, биотит, хлорит, пироксен и другие. Отличительные свойства бентонита – очень высокая пластичность, адсорбционная способность и склонность к набуханию. Бентониты применяются при производстве  фарфора и фаянса. Введение в состав масс бентонита резко повышает их пластичность, увеличивает механическую прочность высушенных изделий, понижает температуру обжига и повышает просвечиваемость фарфора.

Гидрослюдистые  и другие полиминеральные глины, как правило, легкоплавки. Минералогический и химический их состав непостоянен. Характерно высокое содержание примесей кварца, полевого шпата, железистых и других минералов. Глины имеют разнообразную окраску: часто встречаются красные, бурые и желтые. Цвет обожженного черепка обычно темный: красный, бурый или коричневый. Легкоплавкие глины используют для производства изделий грубой керамики – кирпича, черепицы, стеновых камней, дренажных труб, керамических заполнителей.

Каолины. В каолинах содержатся также близкие к каолиниту минералы (галлуазит, аллофан, пирофиллит и монтмориллонит), образующиеся в результате разложения полевошпатовых магматических и метаморфических пород. Часто в них встречается и кремнезем в виде кварца, опала или халцедона.

Макроскопически каолин представляет собой белую глинистую тонкозернистую рыхлую жирную на ощупь малопластичную породу. По происхождению каолины делятся на:

-     первичные, образовавшиеся на месте выветривания полевошпатовых пород. Такие каолины содержат значительное количество кварца и частиц материнской породы. Примесями в них являются включения мусковита, гидроокислов железа, турмалина, циркона, рутила, ильменита, магнезита и другие. Наиболее чистые каолины образуются в результате выветривания пегматитов и гранитов. По химическому составу первичные каолины отличаются от каолинита главным образом повышенным содержанием SiO₂.

-     вторичные – переотложенные первичные каолины. По составу вторые чище первых; кварц и остатки иных минералов в них практически отсутствуют. Они отличаются от первичных некоторым разнообразием минералогического состава, обилием примесей и тонкой дисперсностью. В обожженном  виде каолины имеют белый цвет, иногда с кремовым, розоватым или сероватым оттенком, обусловленным примесями железистых, титановых и других включений. Они отличаются высокой огнеупорностью.

Каолин является основным сырьем для производства художественных и хозяйственных фарфоровых и фаянсовых изделий, санитарно-строительной керамики, облицовочных плиток и других изделий.

3.Опишите кристаллографические сингонии. Формы кристаллов: простые, комбинации, двойники.

В мире кристаллов, как и в живой природе, существует симметрия. Элементами кристаллической симметрии являются плоскость симметрии, обладающая свойством зеркальности, ось симметрии (в том числе инверсионные оси симметрии), центр симметрии. В кристаллах элементы симметрии находятся во взаимосвязи. Все кристаллы, обладающие одинаковым комплексом элементов симметрии, относятся к одному классу (виду). Всего в результате сочетания элементов симметрии получается 32 класса симметрии.

Русским кристаллографом А.В. Гадолиным (1828–1892) в 1869 г. было математически доказано, что никаких иных сочетаний видов симметрии в кристаллах существовать не может.

Кристаллографические классы объединяются в 7 более крупных групп, называемых кристаллографическими сингониями, среди которых выделяются разновидности низших, средних и высших сингоний:

1.кубическая  –          высшая; 

2.гексогональная 

3.тетрагональная       средняя;

4.тригональная

5.ромбическая

6.моноклинная           низшая.

7.триклинная

Высшая категория характеризуется отсутствием единичного направления и наличием нескольких осей симметрии выше второго порядка. К этой категории относятся кристаллы кубической сингонии. Они наиболее симметричны и имеют четыре оси симметрии третьего порядка 4L₃. Наибольшее число элементов симметрии выражается формулой 3L₄4L₃6L₂9PC.

Средняя категория характеризуется одним единичным направлением, совмещенным с единственной осью симметрии выше второго порядка. Сюда входят кристаллы тригональной, тетрагональной и гексагональной сингоний.

Кристаллы тригональной сингонии имеют ось симметрии третьего порядка L₃ в единичном числе либо в сочетании с другими элементами. Наиболее совершенны кристаллы с формулой L₃3L₂3PC. Перпендикулярно к оси симметрии третьего порядка L₃ в сечении у кристаллов образуется тригон (равносторонний треугольник).

Характерным признаком кристаллов тетрагональной сингонии является одна ось симметрии четвертого порядка L₄. Наиболее возможным считается такое сочетание элементов: L₄4L₂5PC. Перпендикулярно к оси симметрии в сочетании у многогранников образуется тетрагон (квадрат).

Кристаллы гексагональной сингонии имеют одну ось симметрии шестого порядка L₆, перпендикулярно которой у многогранника в сечении образуется гаксагон (правильный шестиугольник). Максимальное количество элементов симметрии, возможное для этой сингонии, выражается формулой L₆6L₂7PC.

Низшая категория характеризуется наличием нескольких единичных направлений и отсутствием осей выше второго порядка. К этой категории относятся кристаллы триклинной, моноклинной и ромбической сингоний.

Триклинная сингония объединяет наименее симметричные формы кристаллов. Элементы симметрии в ней имеют только один центр или вовсе отсутствуют.

В кристаллах моноклинной сингонии имеется одна плоскость симметрии P или одна ось второго порядка L₂; иногда эти элементы сочетаются с центром симметрии C.

Кристаллы ромбической сингонии могут иметь три плоскости симметрии 3P и три перпендикулярных к ним оси второго порядка 3L₂, а также центр симметрии C. Возможны сочетания в виде 3L₂; 3РС; L₂2РС или 3L₂С. У некоторых многогранников в сечении перпендикулярно L₂ образуется ромб. В отличие от кристаллов моноклинной сингонии у кристаллов ромбической сингонии один или несколько элементов удвоены или утроены.

Разделение кристаллов на группировки – сингонии (системы) – значительно облегчает изучение не только геометрии кристаллов, но и их физических свойств; в ряде случаев кристаллы, относимые к одной и той же сингонии, оказываются близкими между собой по физическим свойствам. Так, все кристаллы кубической сингонии оказываются обладающими изотропностью оптических свойств, все же другие кристаллы – оптически анизотропны и т. д.

Свободно развивающиеся кристаллы обычно образуют многогранники с различным количеством граней.

По внешнему огранению кристаллы разделяются на две группы. К первой относятся такие кристаллы, которые при своем идеальном развитии состоят из одинаковых и симметрично расположенных граней. Таковы куб, октаэдр и др. ко второй группе относятся идеальные кристаллы, обладающие различными по очертаниям и величине гранями. Например, пирамида ограничена гранями двух сортов: шестью равными треугольниками и одним шестиугольником в основании. Модель в форме кирпичика или спичечной коробки имеет уже грани трех сортов в виде парных прямоугольников большего, среднего и малого размеров.

Многогранники первой группы представляют собой простые формы, многогранники второй группы – сложные формы (комбинации).

Простой формой называется совокупность граней, связанных между собой элементами симметрии.

Грани одной простой формы должны быть одинаковыми по своим физическим и химическим свойствам, а в идеально развитых кристаллах – также по своим очертаниям и величине, так как все они связаны элементами симметрии, т.е. выводятся из одной заданной грани посредством этих элементов.

В качестве примера простой формы назовем октаэдр. В самом деле, все грани такого многогранника выводятся из одной заданной грани посредством его элементов симметрии (3L₄4L₃6L₂9PC). На рисунке грани 2, 3, 4 можно, в частности, вывести из грани 1 путем поворотов последней вокруг вертикальной L₄.

В свою очередь, нижние грани – 5,6,7,8 – получаются из верхних хотя бы с помощью отражения в горизонтальной плоскости симметрии.

Простые формы могут быть как замыкающими целиком пространство (закрытые формы), так и открытыми, не замыкающими пространство со всех сторон.

Число типов простых форм, входящих в различные кристаллографические комбинации, является строго ограниченным и, как показывает математический анализ, равняется 47.

К открытым простым формам относятся (см.приложение):

                     -       моноэдр (1) – простая форма, состоящая из одной грани;

                     -       диэдр (2) – простая форма, состоящая из двух пересекающихся граней;

                     -       пинакоид (3) – простая форма, состоящая из двух параллельных граней;

                     -       пирамиды – простые формы, состоящие из трех или большего числа граней, пересекающихся в одной точке (13–19). По форме поперечного сечения пирамиды называются: ромбической, тригональной и т.д.;

                     -       призмы (27–33) – простые формы, состоящие из трех или большего числа граней, пересекающихся по параллельным ребрам. Так же как и пирамиды, по форме поперечного сечения призмы называются: ромбическими (27), гексагональными (32), тетрагональными (30), дитетрагональными (31) и т.д.

К закрытым простым формам относятся:

                     -       дипирамиды (20–26), представляющие собой две одинаковые пирамиды, сложенные своими основаниями; они различаются по числу граней – дигексогональная (24 грани), дитетрагональная (16 граней) и т.д.

                     -       скаленоэдры (11 –12 ) и трапецоэдры (7–9 ) – простые формы, сходные с дипирамидами, но с боковыми ребрами, не параллельными между собой;

                     -       ромбоэдр (10) – простая форма, грани которой имеют форму ромбов, представляет собой куб, деформированный вдоль оси L₃ (телесной диагонали);

                     -       тетраэдры (4–6) – простые формы, состоящие из четырех треугольных непараллельных граней.

Кроме того, к кубической сингонии относятся следующие простые формы:

                     -       куб (гексаэдр) (34) – форма, состоящая из шести квадратных граней;

                     -       октаэдр (35) – форма, состоящая из восьми равносторонних треугольных граней;

                     -       тетраэдр (5) – форма, состоящая из четырех равносторонних треугольных граней;

                     -       тригонтритетраэдр (36) – форма, производная из тетраэдра (на каждой грани тетраэдра по три грани в виде равнобедренных треугольников);

                     -       тетрагонтритетраэдр (37) – форма, производная из тетраэдра (на каждой грани тетраэдра по три неправильных четырехугольника);

                     -       пентагонтритетраэдр (38) – форма, производная из тетраэдра (на каждой грани тетраэдра по три пятиугольника);

                     -       ромбододекаэдр (39) – форма, состоящая из двенадцати граней в виде ромба;

                     -       пентагондодекаэдр (40) – форма, состоящая из двенадцати пятиугольников;

                     -       тетрагексаэдр (41) – форма, производная из куба (на каждой грани куба по четыре равнобедренных треугольника);

                     -       гексатетраэдр (42) – форма, производная из тетраэдра (на каждой грани тетраэдра по шесть равнобедренных треугольников);

                     -       дидодекаэдр (43) – 24-гранник;

                     -       тетрагонтриоктаэдр (44) – форма, производная из октаэдра (на каждой грани октаэдра по три неправильных четырехугольника);

                     -       тригонтриоктаэдр (45) – форма, производная из октаэдра (на каждой грани октаэдра по три грани в виде равнобедренных треугольников);

                     -       пентагонтриоктаэдр (46) – форма, производная из октаэдра (на каждой грани октаэдра по три пятиугольника);

                     -       гексаоктаэдр (47) – 48–гранник (на каждой грани октаэдра по шесть треугольников).

Сложные формы (комбинации) представляют собой комбинацию в одном кристалле нескольких простых форм. Все ее грани целиком не связываются элементами симметрии и, следовательно, могут быть различными по очертаниям, величине и по другим свойствам.

При подсчете простых форм в комбинации (на моделях идеальных кристаллов) следует найти число сортов граней, составляющих данный многогранник. Различные по сорту грани всегда принадлежат различным простым формам. Грани одного сорта в большинстве случаев относятся к одной форме (помимо этого, они должны быть связаны элементами симметрии). Обычно число простых форм в комбинации равно числу сортов граней данной фигуры (во всяком случае не меньше его).

 Примером такой комбинации может служить шестигранная гексагональная пирамида. Шесть одинаковых треугольных граней ее, будучи связанными друг с другом элементами симметрии, представляют одну простую форму. Все они могут быть получены вращением одной грани вокруг L₆. Резко отличная по очертанию грань основания не выводится из предыдущих, т.е. принадлежит к другой простой форме. В результате получаем комбинацию, состоящую из двух простых форм.

Число типов простых форм, входящих в различные кристаллографические комбинации, является строго ограниченным и, как показывает математический анализ, равняется 47. Комбинаций же возможно бесконечное количество.

Иногда наряду с образованием отдельных одиночных кристаллов возникают различные их сростки – беспорядочные или закономерные. Интересный случай представляют двойниковые образования двух или нескольких кристаллов, закономерно срастающихся между собой в непараллельном положении. Образование таких сростков обусловливается обычно различными осложнениями процесса кристаллизации (изменение температуры, концентрации растворов и т.п.), препятствующими выделившимся из раствора элементарным кристалликам расположиться строго параллельно, что необходимо для правильного развития образующегося из них крупного одиночного кристалла.

Двойником называется непараллельный сросток двух кристаллов, в котором плоскость срастания обоих кристаллов имеет для каждого из них в отдельности одно и то же кристаллографическое значение, т.е. принадлежит сеткам одной и той же простой формы.

Во внешней форме кристалла двойникование часто обнаруживается по присутствию входящего угла между гранями, который обычно не встречается в простых кристаллах. Взаимоотношения между частями двойника можно описать либо как отражение через плоскость, которая, за редким исключением, является возможной гранью кристалла и имеет рациональные индексы, либо как поворот на 180° вокруг оси, которая обычно (но не всегда) находится в простом взаимоотношении с кристаллографическими осями. Плоскость и ось с указанными характеристиками называются двойниковой плоскостью и двойниковой осью соответственно (или плоскостью и осью двойникования). В центросимметричных кристаллах существуют как двойниковые плоскости, так и двойниковые оси, перпендикулярные к ним. Образовавшиеся при этом двойники называются зеркальными двойниками или двойниками вращения. При стереографических построениях удобнее рассматривать двойники с точки зрения вращения. Соотношения между составными частями двойников описываются законом двойникования. Плоскость, соединяющая две части двойника, называется плоскостью двойникового срастания (двойниковым швом). Обычно она совпадает с двойниковой плоскостью. Двойники, соединенные по четко выраженной плоскости, относятся к двойникам срастания. Однако в некоторых случаях  тщательное исследование (возможное при изучении шлифов под микроскопом) показывает, что в одних случаях участки структуры с противоположной ориентацией перемежаются между собой в двух частях кристалла, а в других случаях две части кристалла, по-видимому, прорастают друг друга, образуя двойники прорастания. Их относительную ориентацию по-прежнему можно описывать с помощью двойниковой оси или двойниковой плоскости, однако плоскость срастания «растворяется» в множестве парных плоскостей решетки, пронизывающих весь объем кристалла.

Связь между двойниковой осью и плоскостью срастания в двойниках срастания создает основу для дальнейшей классификации.

Нормальные двойники имеют двойниковую ось, перпендикулярную плоскости срастания, которая является двойниковой плоскостью.

Параллельные двойники содержат двойниковую ось, которая может иметь направление вдоль ребра кристалла (ось зоны) и лежать в плоскости срастания.

Сложные двойники имеют двойниковую ось, лежащую в плоскости срастания и перпендикулярную к возможному ребру кристалла.
Помимо первичных или возникающих непосредственно в процессе роста кристаллов, нередко образуются также и вторичные двойники, например, в результате механических воздействий (прокатка и наклеп металла), тепловых напряжений (при неравномерном расширении или сжатии отдельных частей кристалла от нагрева или охлаждения).

Часто возникают двойниковые структуры при полиморфных превращениях, особенно если при этом значительно изменяются удельные объемы различных модификаций, как у α- и   β-превращений кварца (SiO₂), лейцита – K[AlSi₂O₆] и т.п.

При распаде твердых кристаллических растворов в результате уменьшения взаимной растворимости компонентов при понижении температуры также нередко наблюдается образование сложных двойниковых структур. В некоторых случаях образование двойников вредно, как, например, при получении кварца (SiO₂), корунда (Al₂O₃) и  других кристаллов для технических целей.


4.Опишите факторы определяющие зарождение и рост кристаллов.

В природе кристаллы образуются при различных геологических процессах из растворов, расплавов, газовой или твердой фазы.

Значительная часть минеральных видов обязана своим происхождением кристаллизации из водных растворов. Это и выпадение кристаллов солей в замкнутых водоемах при нормальной температуре и атмосферном давлении, и рост кристаллов на стенках свободных полостей в породах, возникающих в результате их растворения, на стенках трещин и пустот, при гидротермальных процессах на больших глубинах в условиях высоких давлений и температур, и образование отдельных кристаллов вторичных минералов в зонах окисления рудных месторождений. Некоторые кристаллы возникают на поздних стадиях кристаллизации магмы в полостях, называемых миароловыми пустотами (миаролами).

Во всех этих процессах, где минералообразующей средой служит водный раствор, растворимость многих веществ в воде не остается постоянной: она изменяется в зависимости от температуры, давления и химического состава среды. Например, если при обычных условиях в 1 л воды растворяется около 0,004 г кварца (SiO₂ ), то при Т= 350°С — 2,5 г, а в щелочных растворах — до 70 г. Из таких насыщенных кремнеземом растворов могут вырасти крупные кристаллы кварца. В лабораторных условиях кристаллы достигают больших размеров всего за несколько месяцев, тогда как в природе этот процесс может существенно замедляться, что связано, в частности, с низким пересыщением кристаллообразующих растворов.

Кристаллы многих минералов образуются из многокомпонентного расплава — огненно-жидкой магмы. При этом если магматический очаг располагается на большой глубине и его остывание идет медленно, то магма успевает хорошо раскристаллизоваться и кристаллы вырастают достаточно крупными и хорошо ограненными. Если же остывание магмы происходит быстро (например, при вулканических извержениях, излияниях лавы на поверхность Земли), наблюдается практически мгновенная кристаллизация с образованием мельчайших кристалликов минералов и даже стекол.

Кристаллы одних и тех же минералов (например, оливина, пироксенов, кварца, слюды и др.) могут образовываться в природе как из водных растворов, так и из магматического расплава.

Незначительное количество кристаллов минералов образуется из газов и паров. Это минералы главным образом вулканического происхождения (например, сера, нашатырь NH₄Cl и др.). Всем известные снежинки — результат кристаллизации льда из водных паров.

Кристаллы могут образоваться при перекристаллизации твердых веществ, при этом вещество переносится с более мелких кристалликов на более крупные. Процесс перекристаллизации ведет к уменьшению суммарной поверхностной энергии системы, что и является его термодинамической движущей силой.

Например, путем длительного нагревания (отжига) можно получить из мелкокристаллических агрегатов крупнокристаллические и даже монокристаллы.

В 1967 г. сотрудники Института кристаллографии АН СССР провели следующий эксперимент по перекристаллизации сегнетовой соли (NaKC₄H₄O₆ ∙ 4Н₂0). Исходным материалом служил мелкий порошок растертого в ступе вещества, помещенный в герметически закрытый кристаллизатор, температура в котором искусственно повышалась и понижалась с амплитудой 0,6–0,7°С  и с интервалом  в 1,3 часа. Через шесть суток средний размер кристалликов достиг, приблизительно, 1 мм, через 50 суток — 3 мм.

Аналогичный процесс наблюдается и в природе, например при перекристаллизации под действием высоких температур и давлений мелко- или скрытокристаллических известняков в крупнокристаллический агрегат — мрамор.

Итак, причинами кристаллизации минералов являются:

1. критическое пересыщение среды веществом будущих кристаллов. В природе оно может достигаться, например, в результате испарения растворителя (воды или др.). Так, многие природные соли, например, галит, сильвин, гипс, сидерит, ангидрит и др. нередко кристаллизуются после испарения воды в соленых водоемах – озерах и морских лагунах.

2.  понижение температуры (например, лед, остывание и кристаллизация магматических расплавов). Пример этого типа кристаллизации – явление раскристаллизации вулканической лавы или перекристаллизация пород. Такой процесс начинается с появлением отдельных минералов (затравок), которые являются центрами кристаллизации – твердые частички укрупняются и на их месте появляются все более и более крупные зерна минералов. Зарождение кристаллов на затравках широко распространено в природе.

3. кристаллизация в результате химических реакций.

а)  перекристаллизация. Например, при просачивании горячих растворов через породы на месте одних минералов образуются другие – полевой шпат превращается в чешуйчатый агрегат мусковита и кварца.

б) образование гидрогелей. Также в результате химических реакций окисления, восстановления или других обменных реакций образуются твердые гидрогели – бывшие коллоиды. Однако данный процесс более сложен, поэтому привязывать его только к результату химических реакций будет неправильно. Образуются коллоиды в результате химических реакций в водных средах, приводящих к конденсированию молекул, это реакции окисления, восстановления. Эти реакции характерны для поверхностной части земной коры. Особое значение в образовании коллоидов имеют бактерии – биохимические процессы. Важно отметить, что дисперсионные частицы в коллоидах электрически заряжены, причем знак заряда одинаков для всех частиц данного коллоида, благодаря чему эти частицы отталкиваются друг от друга, они находятся во взвешенном состоянии в дисперсионной среде. Гидрогели образуются из коллоидов путем свертывания или, как говорят, их коагуляции, что выражается в появлении сгустков в водной среде. Процесс свертывания наступает только в том случае, когда в силу тех или иных причин дисперсные частицы теряют свой заряд, становясь электрически нейтральными. При этом они слипаются, становятся более тяжелыми и оседают под силой тяжести.

4. особый тип зарождения кристаллов в природе – микробиологический. Например, зарождение кристаллов серы внутри клеток тионово-кислых бактерий в ходе их жизнедеятельности. Эти кристаллы микроскопического размера переходят в раствор, постепенно соединяются друг с другом и перекристаллизуются. Уже зародившиеся кристаллы в дальнейшем растут при любом пересыщении раствора отличном от нуля. Реальная морфология кристаллов отражает условия их роста, т.е. физические условия среды минералообразования.

На зарождение кристаллов влияют также следующие факторы:

-     характер стенок сосуда (геометрическая форма, наличие неровностей – трещинок, каналов), в котором происходит кристаллизация;

-     электрические и магнитные поля, способствующие кристаллизации;

-     ионизирующее излучение (γ-излучение радия), приводящее к увеличению числа центров  кристаллизации;

-     ультразвук, значительно ускоряющий процесс кристаллизации;

-     число предшествующих опыту операций – «обработок». Выращенные из раствора кристаллы подвергаются растворению в новой порции того же растворителя, а затем из полученного раствора вновь выращиваются кристаллы, которые снова подвергаются растворению, и т.д.

Скорость зарождения кристаллов снижается при увеличении числа чередующихся операций.

Кристаллы растут в результате отложения новых слоев вещества; при этом каждая грань кристалла перемещается параллельно самой себе в направлении нормали – перпендикуляра, проведенного к грани из точки зарождения, т.е. нормаль указывает направление роста грани. Таким образом, скоростью роста некоторой грани называется величина нормального к ее плоскости отрезка, на который данная грань перемещается в единицу времени. Так как при росте кристалла грани его перемещаются параллельно самим себе, то углы между двумя любыми гранями растущего кристалла остаются постоянными (закон постоянства двугранных углов).

Вследствие того, что скорость роста различных граней неодинакова, некоторые грани кристалла увеличиваются в размерах, другие же постепенно уменьшаются и даже исчезают.

Наибольшее влияние на скорость нарастания граней оказывает их, так называемая наибольшая ретикулярная (сетчатая) плотность. Согласно О. Браве, на кристаллах преобладают грани, соответствующие плоским сеткам с наибольшей ретикулярной плотностью (под ретикулярной плотностью сетки подразумевается количество узлов, приходящихся на единицу ее площади).

Таким образом, грани с наибольшей ретикулярной плотностью чаще всего обладают наименьшими скоростями роста. Медленный рост граней обычно способствует увеличению их поверхности, их разрастанию. Такие грани становятся в кристалле доминирующими; это объясняется тем, что в плоских сетках с большей ретикулярной плотностью преобладают силы, действующие между атомами в плоскости самой сетки (тангенциальные силы). Силы же, которые вызывают притяжение атомов из окружающего раствора, нормальные к плоским сеткам, проявляются значительно слабее. В плоских сетках, имеющих малую ретикулярную плотность, превалируют нормальные силы.

Нередко (особенно в природных условиях) при росте кристалла состав окружающего его раствора существенно изменяется, в связи с чем кристалл приобретает зональное строение. Нарастающие новые слои образуют так называемые зоны роста, отличающиеся иногда по окраске, прозрачности, наличию включений и пр. Кроме того, каждая грань растущего кристалла, передвигаясь параллельно самой себе и изменяясь в размерах, образует внутри кристаллического тела как бы пирамиду. Основанием такой пирамиды служит сама грань, а вершиной – начальный центр кристаллизации. Такие пирамиды носят название пирамид роста.

Практически кристаллы никогда не бывают идеально однородными. Неодинаковые по строению сетки различных граней могут неодинаковым образом захватывать посторонние примеси. В связи с этим пирамиды растущих граней так же, как и зоны роста, нередко отличаются друг от друга по своим физическим и химическим свойствам.

Лишь в 1945 г. российский кристаллограф Г. Г. Леммлейн обратил внимание на присутствие на поверхности граней кристаллов спиралей, однако объяснить их возникновение не смог. А в 1949 г. появилась теория несовершенного роста кристаллов, предложенная английским ученым Ф. Франком (1884–1966), который пришел к пониманию механизма роста граней на основе представлений о винтовых дислокациях, генерирующих на своей поверхности не исчезающую в процессе роста ступеньку.


Впоследствии аналогичные  спирали были найдены на многочисленных кристаллах различных веществ (например, на таких минералах, как гематит, барит, апатит, сфалерит, кварц и др.).

Согласно наблюдениям, в центре спирального роста всегда находится некоторый дефект в виде незначительного смещения мельчайших участков кристалла друг относительно друга (винтовая дислокация). Оказывается, нарастание грани может происходить не только отдельными порциями – слоями; оно осуществляется также путем постепенного навивания одного слоя, аналогичного по своему виду пологой винтовой лестнице, у которой отсутствуют ступени. Направление, в котором происходит закручивание слоя, называется осью винтовой дислокации. На поверхности кристалла разрастание слоя вокруг винтовой дислокации приводит к возникновению пологого конуса, поверхность которого имеет спиральное строение.

Однако такие представления оказались неприменимы для сильно пересыщенных растворов и расплавов. В условиях больших пересыщений возможны и другие механизмы роста. Исследование морфологии поверхностей роста дает возможность сделать важные выводы о механизмах кристаллизации. Существует много методов исследования поверхностей граней, главными из которых являются оптическая и электронная микроскопия; кроме того, структура и состав поверхности изучаются методами дифракции медленных электронов, масс–спектроскопии, ультрафиолетовой и рентгеновской спектроскопии и т. д.


Приложение


Литература:

                    1.         Кристаллография и минералогия. Торопов Н.А., Булак Л.Н. Ленинград, 1972

                    2.         Кристаллография и минералогия. Устимова Л.И. Минск, 1983

                    3.         Кристаллография. Попов Г.М., Шафрановский И.И. Москва, 1972

                    4.         Кристаллография и кристаллохимия. Егоров-Тисменко Ю.К. Москва, 2005

                    5.         Курс лекций по минералогии. БГУ http://geology.by/stud/35.html?layout=bookread (вопрос  №4)

                    6.         Месторождения горючих и неметаллических полезных ископаемых. Курс лекций. Высоцкий Э.А. БГУ, 2003г. http://geology.by/stud/35.html?layout=bookread (вопрос №1)

                    7.         Общая технология силикатов. Дудеров И.Г., Матвеев Г.М., Суханова В.Б. Москва, 1987

                    8.         Физическая география Беларуси. Курс лекций. Каропа Г.Н. Гомель, 2004

                    9.         http://by.dvery.eu/news1720.html (вопрос №1)

                  10.      http://avspir.narod.ru/geo/rocks_met.htm, http://ru.wikipedia.org/wiki/Гнейс,                         (вопрос №2)

 http://www.sdelaemsami.ru/slovar067.html

                  11.      http://geology.by/biblos.html (вопрос №3)