Понятие о фазовых диаграммах (стр. 7 )

 

Систематика класса самородных металлов

 

1. Семейство самородного железа

2. Семейство платиноидов

3. Группа самородной меди

 

Семейство самородного железа

 

1. Группа самородного железа

феррит ( до 3 ат. % Ni)

камасит (до 5,5 ат. % Ni)

 

2. Группа самородного никеля

тэнит (27-65 ат. % Ni),

(аваруит) Ni3Fe (62,5-92 ат. % Ni)

самородный никель - (Ni, Fe)

Структура. Все минералы семейства - кубические, но для группы самородного железа характерна структура ОЦК-II с симметрией Im3m, а для группы самородного никеля - ПКУ (Fm3M).

Генезис.

1. Космическое (метеоритное) происхождение.

2. Земное (теллурическое) происхождение.

а) Магматический генезис:

Образование минералов семейства самородного Fe чаще связано с субвулканическими базальтоидами - при восстановлении железа железосодержащих минералов углеродом магмы или попадающих в нее углеродистых вмещающих пород (углистых сланцев, битумов), либо - за счет разложения карбонильных комплексов:

Fe(CO3)n ® a-Fe + графит + когенит Fe3C.

б) Экзогенное образование - при восстановлении Fe из растворов в резко восстановительной среде (болотные руды, угли, песчаники).

 

Группа самородной меди

Самородные медь - Cu, серебро - Ag, золото - Au.

Все три минеральных вида имеют структуру ПКУ, и, т.к. впервые эта структура определялась для самородной меди, то затем все аналогичные структуры стали называть "ПКУ типа меди". Из трех минералов медь является наиболее чистым, наиболее богато примесями самородное золото, это в значительной мере определяется особенностями генезиса.

 

Самородная медь

Химизм. Наиболее чистой является так называемая "вторичная" медь, образующаяся при разложении других медьсодержащих минералов. Первичная медь может содержать примеси Zn, Ag, Au и Fe.

Для диагностики очень важно присутствие вторичных медных минералов: синего азурита Cu3(CO3)2(OH)2, зеленого малахита Cu2(CO3)(OH)2, красного куприта Cu2O.

Похожие по цвету - никелин (Н=5-5,5); борнит (Н=3, побежалость).

Генезис. Cu - элемент химически активный, поэтому, чтобы образовалась самородная медь, необходимым общим условием является восстановительный характер среды. Где же реализуются такие условия?

I. В эндогенных процессах - "первичная медь".

1.В некоторых магматических образованиях - шарики и включения самородной меди в диабазах и вулканических стеклах.

2. При низкотемпературной гидротермальной деятельности в связи с метаморфизмом базальтоидов - миндалины, цемент между минералами в этих миндалинах, встречается в секущих базальтоиды кальцитовых жилках. Ассоциация низкотемпературных гидротермальных минералов: эпидот, кальцит, цеолиты, пренит, причем медь часто тонко диспергирована в этих минералах и окрашивает их в розовый цвет (пренит, цеолиты). Из наиболее известных месторождений такого типа - США, оз. Верхнее.

II. В экзогенных (гипергенных) процессах - "вторичная медь".

1. Образование в зоне окисления за счет первичных медных минералов.

Cu2S+O2 ® CuSO4+Cuо; CuSO4 + 2FeSO4 ® Fe2(SO4)3+Cuо

В целом для зон окисления характерна ассоциация самородной меди с халькозином, купритом, малахитом, азуритом, хризоколлой, лимонитом.

2. В аридных областях самородная медь осаждается из медьсодержащих поверхностных растворов или из очень низкотемпературных гидротермальных растворов:

а) в медистых песчаниках (Джезказган, Казахстан);

б) в медистых торфяниках (в восстановительной обстановке) - Екатеринбургская обл.

Применение. В практическом отношении наиболее важными являются месторождения меди в зонах окисления, имеет значение и низкотемпературный гидротермальный тип - как у оз. Верхнего. Главный потребитель - электротехническая промышленность. Сплавы: бронза - сплав (Cu,Sn), латунь - (Сu,Zn), мельхиор - (Cu,Ni).

 

Cамородное серебро.

Название - от санскритского "аргента" - светлый.

Химизм. Всегда с примесями: Au (иногда значительное количество, вплоть до образования интерметаллида кюстелита Ag3Au); Hg, Bi, Sb. Поскольку существует непрерывный ряд смесимости Ag-Au, то выделяют еще и промежуточный член - минерал электрум с примерно равным количеством Ag и Au.

Морфология: дендриты, пластины. проволочки, самородки.

Свойства: Серебристо- (или серебряно-) белый цвет, металлический блеск. Но серебряно-белым бывает лишь в свежем изломе, обычно же - желтоватое, буроватое - за счет пленок AgCl, AgBr, AgJ, до черного - за счет пленок акантита Ag2S. Ковкое, а потому излом крючковатый. Н=2.5 (в отличие от платины), d=10 -11 (опять-таки - ниже чем у Pt)

Генезис. I. Эндогенное образование. Магматического генезиса нет - только гидротермальный. Это связано с тем, что серебро - химически активный элемент, и для его выделения в самородном виде непременно нужны восстановители, а они характерны именно для гидротермального процесса. Это могут быть арсениды Co, Ni, Fe и тогда идут реакции типа:

2NiAs+2Ag+ Þ 2Ag + NiAs2+Ni, либо это может быть органика или Fe+2. В зависимости от источника гидротермальных растворов выделяются:

1. Плутоногенные образования. Это среднетемпературная гидротермальная минерализация следующих типов:

а) Пятиметальная формация (Ag, Co, Ni, Bi, U) - главные нерудные минералы не кварц, а карбонаты - кальцит, сидерит, анкерит, доломит. Рудная ассоциация: минералы серебра - самородное серебро, аргентит, сульфосоли серебра; арсениды Co, Ni, (Fe) - шмальтин, саффлорит, никелин; самородный висмут и висмутин; урановая смолка (уранинит). Это очень важный в промышленном отношении тип, и классическим выражением его являются месторождения Рудных гор - на границе Чехии и Германии - Шнееберг, Аннаберг (ФРГ), Яхимов (Чехия). Для этого типа характерно восстановление серебра арсенидами и именно отсюда известны наиболее крупные выделения самородного серебра - в Шнееберге выделения серебра совместно с аргентитом достигали 40 т.

К этой же формации, но с неполным перечнем элементов, относятся район Кобальт провинции Онтарио в Канаде, где мало U, и район Большого Медвежьего озера (Канада), где урановая минерализация преобладает. Именно в районе Кобальт был обнаружен знаменитый "серебряный тротуар" - пластина длиной около 30 м, весившая почти 20 т, другая пластина самородного серебра весом в 612кг установлена в парламенте Канады.

б) Благородная серебряная (кальцитовая) формация: кальцитовые жилы с серебром, аргентитом и незначительным количеством других сульфидов и арсенидов Co, Ni, (Fe). Это знаменитое месторождение Консберг (Норвегия), давшее лучшие образцы проволочного серебра; Фрайберг и Андреасберг (ФРГ).

Есть еще несколько типов, но они в целом носят подчиненный характер.

2. Вулканогенные гидротермальные образования (связанные с близповерхностными, вулканическими и субвулканическими магматическими очагами, и потому локализованные в районах молодого вулканизма) - низкотемпературные образования. Это месторождения Кордильер, Японии, Новой Зеландии, Карпат. В Кордильерах они прослеживаются на территории разных стран - от западных штатов США через Мексику (м-е Пачука), Чили, Перу, Боливию (Потоси) до Аргентины. (Само название страны - Аргентина - и название района и реки - Ла Плата, что значит "серебряная", - говорят о богатстве региона).

II. Экзогенное образование. Восстановление серебра до самородного состояния в этом случае идет в результате электрохимических реакций в зоне окисления серебряных и серебросодержащих месторождений. Это либо так называемые "железные шляпы", где серебро ассоциирует с лимонитом, а в засушливых районах - и с галогенидами серебра; либо это зоны вторичного сульфидного обогащения (зоны цементации) - здесь серебро находится в ассоциации с халькозином, галенитом. Месторождений много - Урал, Рудный Алтай, Салаир, Забайкалье и др.

Изменение. В поверхностных условиях самородное серебро неустойчиво и замещается акантитом Ag2S, в условиях сухого климата - галогенидами серебра.

Применение. Ювелирный материал; приборы, в которых нужна максимальная электропроводность - серебро обладает наивысшей электропроводностью, принимаемой за 100%, широко применяется в сплавах. Издавна служило денежным эквивалентом - в частности, и на Руси в ХIII в. "рубль" означал рубленный брусок серебра весом в 200 г. В медицине используется обеззараживающее действие серебра.

 

Cамородное золото

Химизм. Из минералов группы самородное золото ‑ наименее чистый минерал; в качестве наиболее частых примесей - Pd, Cu, Bi. Pd; Cu - для золота г. Карабаш (Челябинская обл.). Но самая частая и наибольшая по количеству примесь - это, конечно, Ag: до 4-15%, что связано с близостью атомных радиусов Ag и Au: у обоих он близок к 1.44А, в то время как у Cu r =1.27А, а у Pd r =0,68А. Более того, именно по этой причине существует непрерывный ряд смесимости Au-Ag, и в промежуточном члене - электруме - содержание серебра составляет 25 ‑45%. Наиболее чистым является золото, переотложенное в поверхностных условиях, когда оно очищается от всяких примесей.

Морфология. Кристаллы золота редки, в огранке их - (111), (110) с гранками (100). Более обычны скелетообразные дендритные формы, зерна, чешуйки, листочки и пленочки; вторичное золото дает губчатые выделения или бывает порошковатым ("горчичное золото"). Наиболее крупные золотые самородки известны из россыпей Чили (153 кг), Австралии (93,5 кг). На Урале в 1842 г. был найден самородок весом до 36 кг, а в 30-х годах этого века ‑ самородки в 19 и 20 кг.

Свойства и диагностика. Золото имеет характерный золото-желтый цвет, не меняющийся на старом изломе. От примесей цвет может меняться: Cu - красноватый оттенок ("червоное золото"), с Ag - светло-желтый, электрум - до белого; "горчичное золото" ‑ буроватое, цвета сухой горчицы. Похожие пирит и халькопирит хрупки, твердость их выше, и цвет отличен на старом и свежем изломе. Золото отличается также высокой химической устойчивостью - в отличие от сульфидов не растворяется в HCl. Растворяется в царской водке и дает амальгамы с жидкой ртутью.