Хромшпинели или Хромшпинелиды — группа минералов из семейства шпинелей с общей формулой где  — двухвалентный или трехвалентный химический элемент;  — с примесями.

Хромшпинели

Формула Cr Mg Fe Al O
Систематика по IMA (Mills et al., 2009)
Подкласс Cложные окислы
Семейство Шпинели
Группа Хромшпинели
Физические свойства
Цвет Чёрный

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 (синонимы: березовит, березовскит, магнезиальный и железистый хромиты)
  • Хромпикотит (синонимы: хромцейлонит, пикрохромит, алюмоберезовит, магнезиальный и железистый алюмохромиты, магнезиальный и железистый хромпикотиты)
  • Алюмохромит (синонимы: герцинитхромит, феррохромпикотит)

Все хромшпинели по внешним признакам похожи друг на друга и практически неотличимы без химического анализа; ниже они описаны вместе.

Свойства минералов

править

Структура и морфология кристаллов

править

Кубическая сингония. Пространственная группа — Fd3m; Число формульных единиц = 8. В хромшинелях параметр ячейки уменьшается с увеличением содержания   (с уменьшением отношения   и содержания  ). Структура типа шпинели. При низкой температуре для хромита была обнаружена тетрагональная симметрия. Точечная группа — m3m ( ). Обычно кристаллы октаэдрического облика. Отмечены ориентированные включения хромпикотита в алмазе.

Зависимость параметра ячейки от состава
Параметр ячейки  , 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   Искусственное получение
8,360   Искусственное получение

Физические свойства и физико-химические константы

править

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   и  . 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

править

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   до 11,3 — 11,7 % при 700  . Она возрастает параллельно с параметром ячейки при увеличении содержания   и уменьшении содержания  .Параметр преломления для хромшпинелей, содержащих от 35,1 до 53,1 %  , колеблется в пределах от 1,815 до 2,110 и линейно возрастает (как и параметр ячейки) с увеличением содержания   и уменьшением содержания   . 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

править

Теоретический состав магнохромита (при    ):   — 9,69 %;   — 17,26 %;   — 73,05 %; хромпикотита — (при   и    ) :   — 11,01 %;   — 19,62 %;   — 27,85 %;   — 41,52 %; алюмохромита (при   =  ):   — 36,14 %;   — 25,64 %;   — 38,22 %; хромита:   — 32,09 %;   — 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  - . Устанавливаются широкие пределы изоморфных замещений средих двухвалентных ( ) и трехвалентных ( ) элементов. Содержание   и   может значательно варьировать. Содержание   обычно равно 3 — 4,редко достигает 5 — 10 и ещё реже 10 — 22 мол. %. В трансваальских хромитах количество   колеблется от 0,05 до 0,81 %. Содержание   достигает 5,8 %. В небольших количествах обнаруживается  . В хромшпинелях по мере возрастания содержания   увеличивается   и уменьшется зависимость содержание  . Для хромитов из интрузивного комплекса Стилуотер (США) отмечена прямая зависимость содержания   и   от содержания  , а также и   от количества  . Существует зависимость между составом хромшпинелей и геологическими условиями их образования: хромшпинели из дунитов обычно отличаются наиболее высоким содержанием   и минимальным  ; хромшпинели из лерцолитов характеризируются наименьшим содержанием   и   и меньше   и  , чем акцессорные хромшпинели непосредственно вмещающих пород.

Поведение при нагревании

править

Плавятся при 1450—2180°С. Точка плавления тем ниже, чем выше содержание   и  . С увеличением содержания   и   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  , а при 1000°С — магнетита.

Отличительные черты

править

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  . В отраженном свете также магнезиоферрит очень сходен с хромшпинелями, но не обнаруживает внутренних рефлексов.

Диагностические испытания

править

Разлагаются при сплавлении с  . В полированных шлифах   и   не травятся. Структура выявляется при кипячении минерала с   в течение 30 — 60 минут. При термическ��м травлении при 600—650°С в течение 5 — 8 минут в окислительной среде образует гематит. Перед паяльной трубкой не плавятся.

Нахождение в природе

править

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   содержат ксенокристы оливина с включениями хромшпинелида[1].

Различаются два основных способа образования месторождений хромшпинелей.

  1. 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.
  2. 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

править

Образуются при сплавлении соответствующих окислов в присутствии минерализаторов, при кристаллизации силикатных расплавов состава периодита при некотором избытке   и небольшом содержании   и  ; при сильном нагревании   в тигле с криолитом.

Применение

править

Основные минералы для получения хрома, его соединений и сплавов; используются руды, содержащие более 40 %  .

Низкосортные руды применяются для изготовления огнеупорных кирпичей.

Примечания

править
  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 Архивная копия от 7 июня 2021 на Wayback Machine // Уч. зап. Казанского ун-та. Сер. Естеств. науки. 2020. Т. 162. № 2. С. 253—273.

Литература

править
  • Павлов Н. В. Химический состав хромшпинелидов в связи с петрографическим составом пород ультраосновных интрузивов: Диссертация на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук. М., 1947.
  • Чухров Ф. В.. Бонштедт-Куплетская. Э. М. Минералы. Справочник. Выпуск 3. Сложные окислы, титанаты, ниобаты, танталаты, антимонаты, гидроокислы. — Москва: Наука, 1967. — С. 81—88. — 676 с.