7. Группа цеолитов

Сюда относят обширную группу минералов, представляющих собой по существу водные алюмосиликаты, главным образом Са и Na, отчасти Ва, Sr, К и крайне редко Mg и Мn. Судя по списку элементов, эта группа в химическом отношении имеет прямое отношение к рассмотренным выше безводным алюмосиликатам.

Несмотря на то что общее число элементов, участвующих в этих соединениях, невелико, мы имеем весьма значительное количество минеральных видов, отличающихся друг от друга не столько по содержанию воды, сколько по соотношениям катионов между собой, часто не укладывающимся в простые химические формулы. Общая химическая формула может быть выражена таким образом: А_mХ_рO₂р - n Н₂O, где Х = Si, Аl. Каких-либо определенных соотношений между содержанием щелочей и кремнезема в различных минералах не наблюдается.

Многое еще не совсем ясно в наших представлениях о разных типах анионных радикалов, характеризующих минералы рассматриваемой группы. Тем не менее цеолиты обладают целым рядом общих совершенно своеобразных свойств, и не вызывает никакого сомнения то, что они составляют особую группу. Рентгенометрические исследования показывают, что кристаллические решетки их состоят из каркасов алюмо-кремнекислородных тетраэдров, отличающихся от других типов каркасных решеток тем, что полости в них представлены более широкими "каналами". Такая более открытая кристаллическая жесткая основа содержит в себе слабо связанные с ней молекулы воды. При осторожном нагревании вода может быть постепенно удалена без разрушения кристаллической структуры в целом. Замечательно, что удаленная этим путем вода вслед за тем снова может быть поглощена до прежних пределов или заменена молекулами других веществ (сероводорода, этилового спирта, аммиака и пр.), причем кристаллическая среда сохраняет свою однородность; соответственно меняются лишь оптические свойства. Отсюда естественно, что содержание воды в цеолитах является переменной величиной и зависит от внешних условий (температуры и упругости паров воды в окружающей среде). Так называемая цеолитная вода именно тем и отличается от кристаллизационной, что при нагревании она выделяется не скачками при каких-либо определенных температурах, а постепенно.

Другой характерной особенностью, ярко выраженной у большинства цеолитов, является та легкость, с какой происходит обмен между катионами, уравновешивающими отрицательный заряд каркаса кристаллической решетки, и катионами в окружающем водном растворе. Те или иные катионы раствора способны вытеснять катионы, располагающиеся в "пустотах" среди каркаса цеолитов, без нарушения их структуры. Это свойство используется в практике, главным образом при применении искусственно изготовляемых цеолитов в качестве пермутита для смягчения жестких вод.

В противоположность более "закрытым" каркасным структурам полевых шпатов, в которых каждая "пустая" ячейка занята катионами, в решетках цеолитов свободные пространства использованы не полностью. При сопоставлении данных химических анализов в соответствии со структурами выясняется, что, помимо обычно наблюдаемого в полевых шпатах типа замены катионов с сохранением общего заряда, числа ионов и объема (например, NaSi⇔TCaAl или KSi⇔BaAl), в цеолитах существует другой тип замены: Са⇔Nа₂, Ва⇔К₂, NaCa₂⇔Na₃Ca.

Как видим, в этих случаях общий заряд заменяемых катионов одинаков с зарядом заменяющих примерно равновеликих катионов, однако число ионов различно. Очевидно, кристаллические решетки цеолитов имеют какой-то "запаса пространства для такого рода подстановок.

Минералы группы цеолитов по сравнению с безводными алюмосиликатами характеризуются меньшей твердостью, меньшим удельным весом, меньшими показателями преломления и более легкой разлагаемостью кислотами. Большинство их вспучивается перед паяльной трубкой, чем и обусловлено их название: "цео" по-гречески - вскипать.

Много общего мы находим и в условиях их образования. При эндогенных процессах они возникают в условиях низких давлений в самые последние низкотемпературные стадии гидротермальных процессов, встречаясь в ассоциации большей частью с кальцитом, халцедоном, кварцем, гидраргиллитом и другими минералами. Они встречаются, как правило, в гидротермально измененных магматических породах, часто в пузыристых эффузивах (мандельштейнах), особенно в базальтах (при подводных извержениях), затем в пегматитах, где образуются в числе последних минералов либо в пустотах, либо метасоматическим путем за счет ранее выделившихся минералов (полевых шпатов, нефелина и др.); в ряде гидротермальных рудных месторождений и в некоторых современных отложениях горячих источников.

В экзогенных условиях цеолиты имеют также широкие области распространения. Имеются указания, например, на образование цеолитов в почвах. Как новообразования цеолиты встречаются в осадочных породах молодого возраста.

Шабазит - (Са,Na₂)[AlSi₂O₆]₂•6Н₂O. Название происходит от слова "хабазиос", которым назывался какой-то камень, воспетый греческим поэтом Орфеем. Синоним: хабазит.

Химический состав непостоянный даже для образцов из одного и того же месторождения. Чаще всего отвечает написанной химической формуле. В небольших количествах содержатся также Ва и Sr.

Рис. 363 Кристалл шабазита

Сингония тригональная. Облик кристаллов ромбоэдрический, близкий к кубическому (рис. 363). Двойники прорастания част, нередко с выступающими на гребнях трехгранными углами. Чаще встречается в виде кристаллических друз, корочек, секреций и плотных агрегатов.

Цвет шабазита белый с красноватым или буроватым оттенком. Блеск стеклянный. Ng = 1,480-1,490 и Nm = 1,478-1,485.

Твердость 4-5. Хрупкий. Спайность по ромбоэдру ясная. Уд. вес 2,08-2,16.

Диагностические признаки. Для шабазита характерны ромбоэдрические кристаллы и спайность по ромбоэдру, углы между гранями которого близки к прямым. По этим признакам он отличается почти от всех других цеолитов. Кальцит обладает меньшей твердостью и легко отличим по отношению к НСl.

П. п. тр. вспучивается и с трудом плавится в пузыристую просвечивающую эмаль. В НСl разлагается с выделением иловатого кремнезема.

Месторождения. Чаще всего встречается во многих странах в виде миндалин в округлых пустотах пузыристых базальтов, фонолитов и других эффузивных пород, нередко в ассоциации с филлипситом, кальцитом и другими минералами. В Исландии был встречен в ископаемых раковинах моллюсков. В обилии образуется при устье некоторых горячих источников.

Натролит - Na₂[Al₂Si₃O_l0]•2Н₂O. Название натролит дано Клапротом; в переводе оно означает: натровый камень.

Рис. 364. Кристаллическая решетка натролита Проекция части остова на плоскость (100). По вертикали приведены две элементарные ячейки. Срединная цепочка связанных тетраэдров, располагающаяся сзади плоскости чертежа, показана темнее. Крупные шары - молекулы H₂O, мелкие - ионы

Химический состав (в %): Nа₂O 16,3, Аl₂O₃ 26,8, SiO₂ 47,4, Н₂O 9,5. Изредка присутствуют Fe₂O₃, а также К₂O.

Рис. 365. Кристаллы натролита

Сингония ромбическая: дипирамидальный в. с. Кристаллическая структура. Основным структурным элементом является группа [Al₂Si₃O₁₀], состоящая из кольца четырех тетраэдров состава [Al₂Si₂O₈] с добавочным тетраэдром SiO₄ или чередующимся с ним АlO₄ (рис. 364). Эти группы располагаются в виде беспрерывных цепочек вдоль оси с и связываются друг с другом помощью свободных вершин тетраэдров (Si,Al)O₄. В целом четыре такие цепочки располагаются вокруг винтовой оси (на рис. 364 не показана лишь цепочка над плоскостью чертежа). Молекулы Н₂O образуют зигзагообразную цепочку, параллельную оси с, вокруг каждой двойной винтовой оси. Ионы Na^l+ окружены четырьмя ионами О^2- и двумя молекулами Н₂O. Подобно другим цеолитам, в натролите ионы Na могут заменяться из окружающих растворов другими катионами. Облик кристаллов обычно столбчатый. Кристаллы простые, образованы гранями призмы {110}, иногда пинакоидов {010}, {100} и дипирамиды {111} (рис. 365). Двойники по (110), также по (100). Агрегаты. Часто встречается в радиальнолучистых агрегатах или в виде кристаллических корок, а также плотный в форме сферолитов и волокнистых масс.

Цвет. Бесцветный или белый с желтоватым, зеленоватым и красноватым оттенком. Блеск стеклянный, у волокнистых масс-шелковистый. Ng = 1,485- 1,493, Nm = 1,476-1,482 и Np = 1,473-1,480.

Твердость 5-5,5. Хрупкий. Спайность по {110} средняя. Уд. вес 2,2-2,5.

Диагностические признаки. Макроскопически трудно отличить от других аналогичных по форме и условиям нахождения цеолитов. Для точных определений приходится прибегать к измерению оптических констант, рентгенометрии или химическому анализу.

П. п. тр. легко плавится, не вспучиваясь, в прозрачное стекло. Вода при нагревании до 300° почти полностью удаляется, а по охлаждении вновь поглощается. В НСl растворяется с выделением студенистого кремнезема.

Месторождения. Часто встречается в миндалинах и жеодах эффузивных изверженных пород (базальта). Как продукт гидротермального изменения нефелина, а также в радиальнолучистых агрегатах известен в пегматитах нефелиновых сиенитов в Вишневых и Ильменских горах.

Сколецит - Ca[Al₂Si₃O₁₀]•ЗН₂O. "Сколекс" по-гречески-червь. Назван по свойству червеобразно искривляться перед паяльной трубкой.

Химический состав (в %): СаО 14,3, Аl₂O₃ 26,0; SiO₂ 45,9, Н₂O 13,8.

Сингония моноклинная: моноклинно-призматический в. с. Псевдотетрагональный. Облик кристаллов столбчатый, с развитием граней [НО], {111}, а также {010}. По виду кристаллов не отличим от натролита. Двойники по (100) со штриховкой на гранях {010}. Агрегаты игольчатые, радиальнолучистые. Наблюдается также в волокнистых сферолитовых массах.

Цвет. Бесцветный или белый. Блеск стеклянный, у волокнистых масс- шелковистый. Ng = 1,519, Nm = l,518 и Np=l,512.

Твердость 5-5,5. Хрупкий. Спайность по {110] средняя. Уд. вес 2,2-2,4.

Диагностические признаки. Без данных химических анализов и поведения п. п. тр. не отличим от натролита.

П. п. тр. вспучивается, червеобразно искривляется (отличие от натролита). Плавится в пузыристое стекло. В НСl разлагается с образованием студенистого кремнезема.

Месторождения. В СССР был встречен в Вишневых горах (Урал), на Северном Кавказе и в других местах. Широко распространен в пузыристых лавах базальта в виде миндалин и жеод, особенно в Исландии и в Колорадо (США). Крупные кристаллы были встречены в Пуна, на юго-восток от Бомбея (Индия).

Гейландит - (Ca,Na₂)[AlSi₃O₈]₂•5H₂O. Химический состав (в %): СаО 9,2, Аl₂O₃ 16,8, SiO₂ 59,2, Н₂O 14,8. Обычно присутствует Na₂O, часто SrO (иногда до 3,6%), К₂O и ВаО.

Рис. 366. Кристаллы гейландита

Сингония моноклинная: моноклинно-призматический в. с. Кристаллическая структура обладает элементами слоистой структуры. Облик кристаллов изометрический или таблитчатый (рис. 366); обычно они встречаются поодиночке. Господствующие формы: {010}, {001}, {100} и {101}. Агрегаты. Нередко наблюдается в листоватых массах с параллельным срастанием пластинок, в лучисто-листоватых агрегатах в виде секреций в пустотах.

Цвет. Бесцветный или белый, желтый, кирпично-красный (благодаря микроскопическим включениям Fe₂O₃). Блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый. Ng = 1,505, Nm = 1,499 и Np = 1,498.

Твердость 3,5-4. Хрупкий. Спайность по (0101 совершенная. Уд. вес 2,18-2,22.

Диагностические признаки. От других цеолитов отличается по характерному пластинчатому облику кристаллов, совершенной спайности, обусловливающей перламутровый отлив, и пластинчато-зернистым агрегатам.

П. п. тр. расщепляется, вспучивается и сплавляется в белую эмаль. В НСl легко разлагается с выделением студенистого кремнезема.

Месторождения. Встречается в пустотах эффузивных пород (базальтов и др.) например в Исландии. Спорадически наблюдался в жильных серебряных месторождениях Андреасберг в Гарце (Германия), Конгсберг (Норвегия) и др.

Филлипсит - (K₂,Ca)[Al₂Si₄O₁₂]•4,5H₂O.

Химический состав (в %): SiO₂ 44-48, Аl₂O₃ 22-24, СаО 3-8, К₂O 4-11, Н20 15-17. Присутствует также Na₂O (до 6%).

Рис. 367. Четверник филлипсита

Сингония моноклинная: моноклинно-призматический в. с. Облик кристаллов столбчатый (вдоль оси а). Простые кристаллы редки. Обычно наблюдаются двойники, часто ромбического или квадратного сечения, а также четверники (рис. 367), иногда крестообразного сечения со штриховкой по {010} параллельно ребру между 6 (010) и m(110). Встречаются и более сложные двойниковые срастания.

Цвет. Бесцветный или белый с сероватым, желтоватым и красноватым оттенком. Блеск стеклянный. Ng = 1,503, Nm = 1,500 и Nр = 1,498.

Твердость 4-4,5. Хрупкий. Спайность по {001} и {010} довольно ясная. Уд. вес 2,2.

Диагностические признаки. Характерны формы двойников. Очень похож на более редко встречающиеся гармотом и десмин, но отличается от них по оптическим константам.

П. п. тр. сильно крошится, частично вспучивается и затем плавится в белую эмаль. В НСl растворяется с выделением хлопьевидного или студенистого кремнезема.

Месторождения. Как и многие другие цеолиты, встречается в пустотах эффузивных, в частности щелочных, пород (лейцитовых базальтов и др.) в виде миндалин, секреций на стенках пустот, например среди лав на МонтеСомма (Везувий), в Сицилии, Исландии и в других местах. Образуется также в современных глубоководных осадках Тихого океана, вероятно как продукт разложения вулканического пепла (до 20-30% всего осадка).

Гармотом - (К₂,Ва)[Al₂Si₅O₁₄]•5H₂O. Сингония ромбическая. Чрезвычайно характерны двойники крестообразного сечения, вытянутые вдоль оси а, аналогичные двойникам филлипсита (рис. 368).

Рис.368.Крестообразный четверник гармотома

Цвет белый с сероватым или желтоватым оттенками, а также бурый, красный. Ng = l,508, Nm = 1,505 и Np = l,503.

Твердость 4,5. Спайность по {010} заметная, по {001} несовершенная. Уд. вес 2,44-2,50.

П. п. тр. белеет, крошится и без вспучивания плавится довольно трудно в белое просвечивающее стекло. В НСl разлагается с выделением порошкообразного кремнезема.

Встречается в сходных с другими цеолитами условиях, главным образом в эффузивных изверженных породах, иногда в гнейсах и некоторых гидротермальных рудных месторождениях: Андреасберг в Гарце (Германия) с галенитом, сфалеритом, кварцем и др.; в окрестностях Стронциана (Шотландия) с кальцитом, галенитом и др.

Десмин - (Na₂,Ca) [Al₂Si₆O₁₆]•6H₂O.Синоним: стильбит.

Рис. 369. Десмин. Слева - двойник прорастания с двойниковой плоскостью (001). Справа - снопообразный агрегат двойниковых индивидов

Сингония моноклинная. Часто всречается в виде двойников (рис. 369), нередко аналогично филлипситу и гармотому-в четверниках с крестообразным сечением. Эти сложные двойниковые кристаллы обычно группируются в снопообразные формы агрегатов (рис. 369), за что этот минерал и получил свое название ("десме" - по-гречески связка).

Цвет белый с желтоватым или красноватым оттенком. Блеск стеклянный, по спайности перламутровый. Ng= 1,500, Nm = 1,498 и Np = 1,493.

Твердость 3,5-4. Спайность по {010} совершенная и по {100} ясная. Уд. вес 2,09-2,20. П. п. тр. расщепляется, вспучивается, принимает веерообразные и червеобразные формы и сплавляется в белую эмаль. В НСl разлагается с образованием порошковатого кремнезема.

Встречается в пустотах и трещинах в виде секреций, преимущественно в эффузивных изверженных породах. Иногда устанавливается в рудных гидротермальных жилах. В СССР наблюдался в Крыму (Карагач около г.Симферополя), около Боржоми (Грузинская ССР), на Ангаре близ д. Черной и в других местах.