4.1. Цеолиты и специфическая роль в них кальция

Цеолиты - это алюмосиликаты, кристаллическая структура которых образована тетраэдрическими фрагментами SiO₄ и AlO₄, объединенными общими вершинами в трехмерный каркас, пронизанный полостями и каналами. В них находятся молекулы воды и катионы металлов, аммония и др. В структуре цеолитов много полостей и каналов диаметром 0,32-0,9 нм, в которых присутствует молекулярная вода, способная замещаться на анионы. Из-за большого количества пустот цеолиты представляют как бы молекулярные сита; они - эффективные сорбенты, способные поглощать воду, органические соединения, катионы и анионы раствора. Цеолиты обладают высокой ЕКО (170-230 мг-экв./100 г минерала). Поэтому они могут быть использованы для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами и радионуклидами, а также для повышения ЕКО, особенно в почвах легкого гранулометрического состава. Цеолиты поглощают находящиеся в почвенном растворе загрязняющие компоненты, препяствуют поступлению их в растения и в грунтовые воды.

В се цеолиты по своему химическому составу являются водными алюмосиликатами кальция, натрия, бария, калия. Вопрос о том, в каком виде заключается в силикатах вода, еще далеко нельзя считать решенным. Дело в том, что вода, заключающаяся в них, выделяется из них при различной температуре: у одних при нагревании до средней и низкой температуры, у других же только прокаливанием можно выделить всю воду (напр., у натролита вся вода может быть удалена только нагреванием до 300°). Интересно то, что лишенные воды цеолиты способны во влажном воздухе снова возмещать потерянную воду, причем все прежние физические свойства тоже восстанавливаются. Что касается химической природы заключенных в цеолитах силикатов, то только некоторые из них являются солями ортокремневой кислоты (именно те, которые образовались через разрушение группы нефелина и близких ему минералов). Большинство же цеолитов являются солями метакремневой и разичных поликремневых кислот, причем в формулах их находят много общего с минералами группы полевых шпатов, разрушение которых и дает в большинстве случаев материал для образования цеолитов.

Цеолиты - всегда минералы вторичного образования. Они выполняют большей частью пустоты и трещины в горных породах вулканического происхождения и являются, без сомнения, результатом выщелачивания заключающихся в этих породах силикатов. Особенно часто встречаются они в пустотах новейших изверженных пород, например, цеолиты Исландии, Феройских островов, Италии. Значительно реже встречаются они в пустотах гранитов или гнейсов, еще реже - в глинистых сланцах. Иногда находят их в рудных жилах. В России месторожения цеолитов имеются на Камчатке.

Как новейшие образования цеолиты встречаются в отложениях вод теплых источников, в пустотах и трещинах древних каменных и кирпичных зданий (римских). В свою очередь, цеолиты тоже очень легко подвергаются различным изменениям и разрушению. В слабых растворах солей они легко вступают в обменные реакции, причем меняют заключающийся в них натрий и кальций на калий и аммоний. Благодаря этим качествам цеолитов удавалось заменять их кальций и натрий самыми разнообразными металлами.

Особенно много занимался изучением химической природы цеолитов профессор Юрьевского университета Лемберг. До последнего времени цеолитам, находящимся всегда в почвах, придавали большое значение, думали, что они играют огромную роль в обменных реакциях различных солей неорганических кислот. Однако, новейшие работы начинают придавать им меньшее значение, считая роль их в жизни почв менее значительной.

Что касается кристаллографического характера цеолитов, то минералы этой группы кристаллизуются в формах всех шести кристаллографических систем. Они образуют очень хорошие кристаллы, порой значительной величины (напр., анальцимы). Большинство цеолитов или молочно-белого цвета, или же водяно-прозрачны. Реже они являются окрашенными, иногда их окраска несомненно органического происхождения. Некоторые цеолиты, окрашенные органическими веществами в темно-бурые цвета (напр., шабазит), дают возгон нескольких капель жидкой смолы. Яркие цвета встречаются очень редко. Твердость большинства цеолитов не выше 5, пл. 2-2,5. Что касается их оптических свойств, то, они различны, так как кристаллы цеолитов, принадлежат к различным кристаллографическим системам. При этом все они отличаются сложными оптическими аномалиями, так что изучение их оптической природы затруднено.

Приведем только наиболее важные цеолиты, расположив по их химическому составу (по Гроту). 1. Группа томсонита (комптонита). Относящиеся сюда цеолиты могут быть рассматриваемы как водные соли ортокремневой кислотыты. Помимо ромбического минерала томсонита, сюда входит еще минералл гексагональной системы гидронефелит и целый ряд редких, мало изученных цеолитов. 2. Группа натролита. Цеолиты этой группы могут быть рассматрены, как основные соли метакремневой кислоты. Помимо описанного уже натролита, сюда принадлежат еще мезолит, сколецит, эдингтонит. Их взаимные химические отношения ясны из сопоставления их формул: Натролит [SiO₃]₃Al[AlO] Na₂^.2H₂O; Мезолит [SiO₃]₃Al[AlO][SiO₃]₃Al[Al^.2OH] Na₂^.2H₂O Ca^.2H₂O; Сколецит [SiO₃]₃Al[Al^.2OH] Ca^.2H₂O; Эдингтонит [SiO₃]₃Al[Al^.2OH] Ba^.2H₂O. Из этого сопоставления видно, что по химическому составу мезолит представляет не что иное, как изоморфную смесь натролита и сколецита. Редко встречающиеся призматические кристаллы этого минерала имеют стеклянный блеск. Обыкновенно - лучистые или тонковолокнистые аггрегаты. Цвет белый, водянопрозрачный, сероватый или желтоватый. Твердость 5. Плотность 2,2-2,4. Встречается в Тюрингии (Eisenach), Ирландии (Antrim) и др. Сколецит образует призматические кристаллы, в большинстве случаев двойники по (100), также лучистые агтрегаты. Сильный стеклянный блеск, водянопрозрачен или белый. Особенно хорошие кристаллы в Швейцарии (Maderanerthal) и Исландии (Berufjord). Эдингтонит, вообще, встречается очень редко. К этой же группе относят ганофиллит и целый ряд других редких минералов. 3. Группа анальцима. Сюда относятся средние соли метакремневой кислоты. Обычная форма его кристаллов {211}. Значительно реже кристаллы имеют кубический габитус. Иногда встречается и в виде зернистых агрегатов. Часто образует псевдоморфозы по лейциту. Спайность по (100) весьма несовершенная. Излом неровный. Твердость 5,5. Плотность 2,1-2,3. Иногда беловато-водянопрозрачный, чаще же белый, сероватый, красноватый или мясо-красный цвет. Прозрачен или только просвечивает. Блеск стеклянный, иногда перламутровый. Оптически аномален, аномальные явления очень сложны. По химическому составу - [Si₃O₈][SiO₄]Al₂Na₂^.2H₂O, следовательно, может быть рассмотрен как гидрат натрового лейцита, состав которого может быть выражен формулой [Si₃O₈][SiO₄]Al₂[K,Na]₂, и с которым анальцим имеет много общего по своему наружному виду. Встречаются кристаллы анальцима в пустотах сильно измененных базальтов и фонолитов, как продукт выщелачивания силикатов этих пород. Реже в трещинах диабазов и диоритов. Иногда в рудных месторождениях (магнитного железняка). Псевдоморфозы по нефелину в тефритах, фонолитах, эдеолитовых сиенитах. Псевдоморфозы по лейциту в лейцитофирах, лейцитовых базальтах. Месторождения анальцима так многочисленны, что можно указать только главные из них: Тироль (Fassathal), Циклоповы острова, Богемия, Феройские острова. В России на Урале (гора Благодать), в Забайкалье (река Кулында и Чикой). 4. Группа апофиллита, цеолиты - по химическому составу - кислые соли метакремневой кислоты. Кроме апофиллита, сюда принадлежат еще редкие минералы: фоязит, эпистильбит, брюстерит, гейландит. Последний минерал встречается очень часто. Он моноклинической системы, призматического класса. Отношение осей: а:b:с = 0,4035:1:0,4293; b=91°25'. Кристаллы, обыкновенно, таблицеобразны по (010), вследствие чего гейландиту и дают иногда имя листоватый цеолит. Кроме отдельно сидящих кристаллов также листоватые массы. Окрашен в белый, серый, желтый, бурый, мясо-красный цвета. Излом неровный или несовершенно раковистый. Хрупок. Твердость 3-4. Плотность 2,2. Оптические оси лежат в плоскости, перпендикулярной к плоскости симметрии. Первая положительная биссектриса всегда ось симметрии. Химический состав - [SiO₃]₆Al₂(Ca,Sr)H₄^.3H₂O. Встречается в пустотах базальтов и мелафиров, редко в гранитах и гнейсах; также в рудных жилах. Прекрасные кристаллы в Тироле (Fassathal), Швейцарии (Giebelbach), Италии (Montecchio Maggiore), Шотландии, Исландии, Туркестане. 5. Группа инезита, редкого минерала триклинической системы. 6. Группа десмина - цеолиты, являющиеся нейтральными солями поликремневых кислот. Кроме описанных уже десмина, гармотома, сюда принадлежат еще изоморфный с гармотомом филиппсит (известковый гармотом, хрисианит), а также триклинические минералы (по внешности псевдотригональные) гмелинит и шабазит, и целый ряд более редких и мало изученных минераловлов. Представитель последней группы цеолита - ломонтит является легко разрушающимся цеолитом и может быть рассматрен как основная соль дикремневой кислоты H₂Si₂O₅, т.к. он теряет остаток воды только при прокаливании.