Металлоиды

Графит С

Химические свойства. Природный графит никогда не бывает очень чистым. Наиболее обычными примесями в нем бывают H₂, N, CO₂, CO, CH₄, H₂O, H₂S, NH₃, органическое вещество, составляющие до 2,6 %. В золе обнаружены Si, Al, Fe, Mg, Ca, Cu, Ni, Mo, Mn, Be, Ti, V.

Физические свойства. Сингония гексагональная. Кристаллы встречаются редко, преимущественно плотные, сплошные землистые массы, чешуйчатые вкрапления и кристаллы в виде шестиугольных пластинок. Цвет железно-черный, стально-серый. Черта черная. Блеск металловидный, жирный или матовый. Спайность весьма совершенная. Твердость – 1. Плотность – 2,2.

Диагностические признаки. Пишет на бумаге, пачкает руки. Жирен на ощупь, весьма совершенная спайность, непрозрачность, металловидный блеск, высокая электропроводность. С кислотами не взаимодействует.

Графит можно спутать с молибденитом. В отличие от молибденита графит растирается пальцами в черную пыль (молибденовый блеск при растирании зеленеет).

Разновидность. Шунгит – аморфная разность графита.

Спутники. В контактах магматических пород с известняками: апатит, флогопит. В пневматолитовых образованиях: кварц, полевой шпат, каолинит, апатит, биотит, титаномагнетит. Встречается в контактовой зоне каменного угля с магматическими породами, в гнейсах, кристаллических сланцах, мраморах, в виде вкраплений в кислых, средних и основных магматических породах.

Происхождение. Известные крупные месторождения графита образовались в результате изменения осадочных отложений органогенного происхождения (каменных углей, битумов и т. п.) под действием контактного или глубинного (регионального) метаморфизма. В отдельных случаях графит образовался в результате непосредственной кристаллизации из магм, богатых углеродом, или восстановления известняков, захваченных магматическими породами.

Месторождения. На территории России имеется несколько графитоносных провинций: Уральская, Тунгусская, Верхне-Саянская, Уссурийская и др.

Лучшее по качеству месторождение графита не только в России, но и за границей – Ботогольское (Алиберовское), расположенное к западу от Иркутска. Месторождения графита находятся по рекам Курейке, Нижней Тунгуске и другим правым притокам Енисея. Месторождения контактового происхождения приурочены к зоне контакта каменных углей Тунгусского каменноугольного бассейна с траппами (древние излившиеся магматические породы).

Из зарубежных стран особенно богаты графитом Южная Корея, Мексика, Малагасийская Республика, Шри-Ланка, Индия, ФРГ и Швеция.

Применение. Графит используется очень широко. Можно сказать, что нет ни одной отрасли, где бы он в той или иной степени ни применялся. Необходим графит главным образом в металлургической промышленности для изготовления огнеупорных тиглей и для покрытия поверхности литейных форм с целью предохранения отливки от пригара формовочной земли, кроме того, в электропромышленности – в производстве электродов и дуговых углей, в производстве карандашей, черных красок, черной копировальной бумаги, типографской краски и китайской туши. Используется также как смазочное вещество (в тех случаях, когда вследствие высокого нагрева нельзя применять масла) и в паровых котлах в качестве антинакипного средства. В последнее время применяется для изготовления графитовых блоков «атомных котлов» и изготовления космической техники. Из графита получают искусственный алмаз. Графитовая жидкость применяется при объемном прессовании деталей автомобилей. Штампы, обволакиваемые этим веществом, обеспечивают высокую чистоту поверхности стальных заготовок, что исключает их последующую обработку на шлифовальных станках.

Алмаз С

Химический состав. Алмаз имеет такой же химический состав, что и графит, но по внешним признакам от него резко отличается. Это отличие объясняется различным расположением атомов углерода в кристаллической решетке: в алмазе они размещены в тетраэдрической структуре и имеют прочную связь по всем направлениям.

Прозрачный алмаз после сжигания дает 0,02–0,05 % золы, в которой анализ определил наличие Si, Al, Ca, Mg, Fe, Ti, Sr, Ba, Na, Sc, Cr, Mg, Cu, Zr, Au, Ag, Pb.

Физические свойства. Кристаллизуется в кубической сингонии. Встречается алмаз большей частью в виде отдельных кристаллов – октаэдров с искривленными гранями, по внешней форме приближающихся к шару. Размеры кристаллов обычно небольшие.

Ни один драгоценный камень не имеет столько оттенков, как алмаз: начиная от бесцветного до почти черного через белые, голубые, зеленые, желтоватые, розовые, красноватые, коричневатые, дымчато-серые тона, нередко прозрачный.

Алмаз – камень с необычным блеском, игрой цветов, внутренним огнем. Блеск у алмаза сильный – алмазный. Алмаз очень твердый – «царь всех минералов». По твердости он не уступает ни одному из известных минералов. Алмаз является «чемпионом твердости»: он в 1000 раз тверже кварца, в 150 раз тверже корунда. Может быть поэтому древние греки считали алмаз талисманом власти.

Алмаз устойчив к кислотам, нагреванию. Это единственный минерал, оставляющий царапину на корунде. По этому признаку он отличается от сходных с ним минералов – горного хрусталя, топаза и др.

Алмаз очень твердый, но в то же время хрупкий. Он легко раскалывается по плоскостям спайности. Спайность совершенная по граням октаэдра. Это свойство алмаза используют ювелиры при его обработке. Кислоты и щелочи не действуют.

Диагностические признаки. Характерными особенностями для алмаза являются сильный алмазный блеск и высокая твердость – оставляет царапину на корунде.

Разновидности. Бриллиант – искусственно ограненный алмаз. Бриллиант рассеивает солнечный свет подобно капелькам дождя, образующим радугу. Бриллиант – самый сияющий драгоценный камень. Борт – неправильные мелкозернистые сростки. Баллас – шаровидный алмаз радиально-лучистого строения. Карбонадо – черного, серого цвета, плотный или тонкозернистый.

Спутники. В коренных месторождениях: серпентин, оливин, авгит, графит, магнетит, хромит, ильменит, тальк. В россыпях: кварц, платина, золото, магнетит, ильменит, гематит, топаз, касситерит, корунд. Постоянным спутником алмаза является пироп – гранат красно-вишневого цвета. Пироп встречается чаще, чем алмаз и служит хорошим «ориентиром» при поисках месторождений алмазов.

Происхождение. Месторождения алмаза генетически связаны с ультраосновными (дуниты, перидотиты) и основными (диабазы) магматическими породами и с серпентинитами, возникшими в результате химического изменения ультраосновных и основных пород. Алмаз образуется в условиях высокого давления и высокой температуры, поэтому месторождения его приурочены к вулканическим воронкам взрыва, через которые поднималась ультраосновная или основная магма. Алмаз образуется при давлении более 5·10⁹ Па и температуре около 2000 °С. Большей частью алмаз находят в россыпях, представляющих результат разрушения его первичных месторождений.

Образование алмазов тесно связано с тектоническими процессами. При этом по возникшим в земной коре трещинам из больших глубин поднималась огненно-жидкая масса, так называемая ультраосновная магма. Ее иногда называют кимберлитовой.

По мере поднятия кимберлитовая магма охлаждалась и это приводило к отделению растворенных летучих соединений (газы, водяной пар). Освобождающиеся водяной пар и газы вызывали сильные взрывы, в результате чего в земной коре возникали вертикальные колодцеобразные цилиндрические отверстия – кимберлитовые трубки. Эти трубки заполнялись раздробленными породами, образовавшимися при взрыве. Затем по воронке, наполненной обломочным материалом, поднималась кимберлитовая магма, которая занимала пустоты между обломками и цементировала их.

Алмазы, как предполагают, выделялись в основном в твердом виде, когда кимберлитовая магма залегала еще на глубине, а затем они были принесены течением магмы в кимберлитовые трубки. Алмазы содержат лишь те трубки, корни которых достигают алмазоносного слоя. Алмазы образуются на глубинах около 200 км.

Находки алмазов известны не только на платформах (на равнинах), но и в горных областях: на Урале, в Аппалачах, Каскадных горах, Сьерра-Неваде, на острове Калимантан и в других районах.

Алмазы обнаружены в метеоритах. Алмаз также образуется при взрывах, сопровождающих падение огромных метеоритов (метеоритный кратер «Каньон Дьявола», Аризона, США).

Месторождения. «Алмазным континентом» является Африка. Основные алмазодобывающие страны на африканской земле: Намибия, занимающая первое место в мире по добыче ювелирных алмазов, Республика Заир, занимающая первое место в мире по добыче технических алмазов, Танзания, Гана, ЮАР, Ангола, Гвинея и другие. Затем идут страны Южной Америки: Бразилия, Beнесуэла, Гайана и страны Азии; Индия, Индонезия.

В Южной Африке в 1905 г. были найдены два гигантских алмаза. Самый крупный из них «Куллинан» (по имени владельца рудника) весом 3106 карат (величиной с кулак), второй – «Эксцельсиор» весом 971,5 карата. Оба алмаза были распилены и обработаны в менее крупные бриллианты. «Куллинан» дал 105 бриллиантов после распиловки. Два из них – самые крупные – вставлены в королевский скипетр и императорскую корону Англии. В Сьерра-Леоне в районе Энгема (Западная Африка) найден крупный алмаз величиною с небольшое куриное яйцо. Весит он 968,9 карата (почти 200 г). Длина его – 40 мм. Назвали его «Звезда Сьерра-Леоне». В международном списке редких по величине алмазов он занимает третье место. Алмаз «Звезда Сьерра-Леоне» распилен на 11 отдельных камней. По качеству алмазы Сьерра-Леоне считаются одними из лучших.

Самый крупный индийский алмаз «Великий Могол» – 794 карата. Крупные алмазы «Орлов» (194,8 карата) и «Кох-и-нур» (109 карат) были найдены в Индии.

Самый крупный плоский алмаз имеет площадь 7,5 см². Он вмонтирован в золотой браслет и хранится в алмазном фонде России. Также в алмазном фонде хранятся исторические алмазы «Орлов» и «Шах».

На территории России месторождения алмазов имеются в Якутии и на Кольском полуострове. Один из крупных российских алмазов «Мария» весит 105,98 карата.

Применение. Алмазы подразделяются на ювелирные и технические. К первым относятся прозрачные, бесцветные или слабо окрашенные разности более или менее крупных размеров; к техническим – темноокрашенные разности и алмазы мелких размеров. В месторождениях, как правило, преобладают технические алмазы, реже встречаются ювелирные сорта.

Алмаз называют богатырем техники. До 80 % добываемых во всем мире алмазов используется в промышленности. Алмазы применяются в электротехнической, радиоэлектронной и приборостроительной промышленности. Алмазы используются в качестве детекторов ядерного излучения, в счетчиках быстрых частиц, медицинских счетчиках. Они находят применение при космических исследованиях, изучении глубинного строения Земли. Общеизвестно применение алмаза для резания стекла. Алмазом в 1 карат (карат равен 0,2 г) можно разрезать оконное стекло длиной в 2500 км.

Сера S

Химический состав. Природная самородная сера иногда отличается очень высокой степенью чистоты, но обычно содержит различные примеси. Вулканогенная сера содержит Se, As, Te; для биогенно-осадочной серы характерны примесь битумов, механические примеси глинистых минералов, сульфатов, карбонатов и растворов, содержащих H₂S, NaCl, CaCl₂, Na₂SO₄.

Физические свойства. Сингония ромбическая. Встречается сера в виде сплошных плотных, натечных, землистых, порошковатых масс, также бывают наросшие кристаллы, друзы, желваки, налеты, корочки, включения и псевдоморфозы по органическим остаткам. Цвет у самородной серы светло-желтый, соломенно-желтый, медово-желтый, зеленоватый, присутствуют разности, содержащие органические вещества, приобретают бурую, серую, черную окраску. Вулканическая сера ярко-желтая, оранжевая, зеленоватая. Черта белая, обычно с желтоватым оттенком.

Отсутствие спайности, хрупкость, неровный излом и обусловленный им жирный блеск; лишь на поверхности кристаллов наблюдается алмазный блеск. Твердость – 1–2, плотность – 2,1. Сера обладает плохой электропроводностью, слабой теплопроводностью, невысокой температурой плавления (112,8 °С) и воспламенения (248 °С), Самородная сера загорается от спички и горит голубым пламенем; при этом образуется сернистый газ, имеющий резкий удушливый запах.

Диагностические признаки. Для самородной серы характерны неметаллический блеск и то, что сера загорается от спички и горит, выделяя сернистый газ, имеющий резкий удушливый запах. Наиболее характерным цветом для самородной серы является светло-желтый. Растворяется в сероуглероде и керосине.

Разновидности. Волканит (селенистая сера) – оранжево-красного, красно-бурого цвета. Происхождение вулканическое.

Спутники. Среди осадочных пород: гипс, ангидрит, кальцит, доломит, сидерит, каменная соль, сильвин, карналлит, опал, халцедон, битумы (асфальт, нефть, озокерит). В месторождениях, образовавшихся в результате окисления сульфидов, главным образом пирит. Среди продуктов вулканического возгона: гипс, реальгар, аурипигмент.

Происхождение. Встречается самородная сера поверхностного и вулканического происхождений. Сера поверхностного происхождения образуется при восстановлении сульфатов (главным образом гипса) органическими веществами и при окислении сульфидов (преимущественно пирита).

Этот процесс разложения гипса и выделения серы идет при участии живых организмов – серобактерий. Серобактерии также окисляют сероводород и отлагают серу в своем теле. Серобактерии живут в водных бассейнах, обогащенных сероводородом за счет разложения органических остатков, на дне болот, лиманов, мелких морских заливов. Лиманы Черного моря и залив Сиваш являются примерами таких водоемов.

Концентрация серы вулканического происхождения свойственна жер-лам вулканов и пустотам вулканических пород.

При вулканических извержениях выделяются различные соединения серы (H₂S, SО₂), которые окисляются в поверхностных условиях, что приводит к ее восстановлению; кроме того, сера возгоняется непосредственно из паров.

Иногда при вулканических процессах сера изливается в жидком виде. Это бывает тогда, когда сера, ранее осевшая на стенках кратеров, при повышении температуры расплавляется. Отлагается сера также из горячих водных растворов в результате распада сероводорода и сернистых соединений, выделяющихся в одну из поздних фаз вулканической деятельности. Эти явления сейчас наблюдаются около жерл гейзеров Йеллоустонского парка (США) и Исландии.

Месторождения. Встречается совместно с гипсом, ангидритом, известняком, доломитом, каменной и калийной солями, глинами, битуминоз-ными отложениями (нефть, озокерит, асфальт) и пиритом. Также встречается на стенках кратеров вулканов, в трещинах лав и туфов, окружающих жерла вулканов как действующих, так и потухших, вблизи серных минеральных источников.

На территории России расположены все промышленные месторождения самородной серы поверхностного происхождения. Некоторые из них находятся в Поволжье. Породы, содержащие серу, тянутся вдоль левого берега Волги от Самары полосой, имеющей ширину в несколько километров, до Казани. Вероятно, сера образовалась в лагунах в пермский период в результате биохимических процессов. На Урале (Челябинская область) встречается сера, образовавшаяся в результате окисления пирита. Сера вулканического происхождения имеется на Камчатке и Курильских островах.

Основные запасы серы за рубежом находятся в Ираке, США (штаты Луизиана и Юта), Мексике, Чили, Японии и Италии (остров Сицилия).

Применение. Сера широко используется в химической промышленности. Три четверти добычи серы идет на изготовление серной кислоты. Применяется она также для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, кроме того, в бумажной, резиновой промышленности (вулканизация каучука), в производстве пороха, спичек и красок, при получении искусственного волокна, азотистых соединений.