2.3.5. Класс карбонатов

К классу карбонатов относятся соли угольной кислоты H₂CO₃.

В качестве катионов известны следующие элементы: Ca, Mg, Fe, Zn, Pb, Ba, Sr, Na, Cu, Mn. Карбонаты составляют до 1,7 % веса земной коры. По содержанию воды выделяют безводные и менее распространенные водосодержащие минералы.

Кристаллизуются карбонаты в тригональной, ромбической и моноклинной сингониях. Наибольшим распространением пользуются тригональные карбонаты. Минералы часто образуют кристаллы, но обычно же встречаются в виде массивных, зернистых, радиально-лучистых, натечных агрегатов, в конкрециях, секрециях.

Цвет карбонатов светлый, исключение составляют минералы Fe, Cu, Mn, имеющие цветную окраску. Блеск у минералов стеклянный, твердость колеблется в пределах от 1 до 4 (лишь смитсонит имеет твердость 5). Удельный вес изменяется от 1,7 до 5. Для всех минералов этого класса характерна реакция с HCl.

Карбонаты преимущественно нерудные, реже рудные полезные ископаемые.

Карбонаты представляют собой экзогенные образования, однако известны карбонаты эндогенного происхождения, преимущественно гидротермального. Карбонаты – компоненты многих минеральных ассоциаций, образующихся в поверхностной части земной коры. Карбонаты осаждаются на дне морей, озер, лагун, образуются при выветривании сульфидов и силикатов, выделяются из горячих и холодных подземных вод, входят в состав раковин многих беспозвоночных животных.

Кальцит СаСОз

Химические свойства. Бурно вскипает при действии разбавленной соляной кислоты. Вскипает при действии уксусом. Порошок кальцита при нагревании в пробирке с раствором Co(NО₃)₂ не меняет цвета.

Физические свойства. Сингония тригональная. Сплошной зернистый, плотный, натечный, пористый, землистый, листоватый, полосчатый радиально-лучистый; также кристаллы, друзы. Кристаллы кальцита имеют различные формы. Иногда дает ложные формы по другим минералам. Кристаллы наросшие. Оригинальным является 15-килограммовый «белый гриб» из кальцита, найденный в ртутном месторождении. Некоторые кристаллы исландского шпата весят несколько центнеров.

Блеск стеклянный, перламутровый; землистый и плотный матовый кальцит. Бесцветный, белый, реже желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, темно-бурый, черный. Черта белая. У кристаллического кальцита наблюдается совершенная спайность в трех направлениях по граням ромбоэдра. Зернистые разности при ударе раскалываются по определенным направлениям и дают обломки в виде ромбоэдров. Твердость – 3. Плотность – 2,6–2,8.

Кальцит имеет неметаллический блеск, среднюю твердость, бурно вскипает при действии разбавленной соляной кислотой или уксусом. Кальцит можно спутать с доломитом и магнезитом. Отличие – доломит реагирует с разбавленной соляной кислотой только в порошкообразном виде, магнезит – с нагретой соляной кислотой. Похожий на него ангидрит не реагирует с разбавленной соляной кислотой.

Разновидности. Исландский шпат – прозрачный, двупреломляющий кальцит (удваивает рассматриваемое через него изображение). Литографский камень – очень тонкозернистый кальцит. Бумажный шпат – листоватый кальцит. Мраморный оникс – полосчатый кальцит. Жемчуг (перл) – «живой бриллиант» – бывает нежно-розовый, белый, желтоватый, золотистый, бронзовый, зеленоватый, голубоватый, темно-серый, иссиня-черный, черный с серебристым оттенком. Блеск у него перламутровый. Размеры жемчужины от макового семени до голубиного яйца, редко бывают более крупные.

Спутники. В рудных жилах присутствуют сульфиды. В вулканических породах: опал, халцедон.

Происхождение. Кальцит может образовываться различными путями. Горячие водные растворы, идущие из магматических очагов, часто несут растворенный углекислый кальций, который при охлаждении выпадает в твердом виде, и возникают кальцитовые жилы. Эти жилы содержат также сульфиды различных металлов. Так образуется кальцит гидротермального происхождения. Кроме того, кальцит такого происхождения встречается в пустотах излившихся магматических пород. Отложения кальцита (известковый туф) наблюдаются также на поверхности Земли у выходов некоторых минеральных источников.

Некоторые низшие морские организмы строят свой скелет из СаСО₃. После смерти животных скелетные остатки накапливаются на дне морей и образуют мощные толщи известняков, состоящих в основном из кальцита. Некоторые минералы глубинного происхождения, например, полевые шпаты, при химическом выветривании на поверхности Земли под действием углекислоты и воздуха дают кальцит.

Кроме того, происходит выделение кальцита из холодных подземных вод поверхностного происхождения в пещерах, пустотах пород, чаще всего среди известняков. Толщи известняков под действием высокой температуры перекристаллизовываются и превращаются в зернистые известняки – мраморы, состоящие из кальцита.

Месторождения. В России исландский шпат находится в Красноярском крае, Эвенкии. Месторождения литографского камня есть в Ленинградской области. Речной жемчуг добывался в реках европейского севера (Северная Двина).

За рубежом исландский шпат встречается в Исландии. В Баварии (ФРГ) есть месторождения литографского камня.

Жемчуг называют «слезами моря». Добывается природный жемчуг в Персидском заливе, Красном море, Мексиканском заливе, на островах, атоллах и рифах Тихого океана. Морской жемчуг добывают у берегов Японии, Филиппин, Шри Ланки, Индии, Ньямны, Соломоновых островов, Новой Гвинеи, Венесуэлы, Центральной Америки, Австралии, омываемых теплыми водами.

Применение. Кальций необходим для жизни растений и животных. Исландский шпат – оптический кальцит – используется для создания сложнейших приборов. Он двоит и поляризует лучи света, прозрачен почти для всех длин волн. Эти его свойства используются в различных оптических приборах, астрономических измерительных инструментах, квантовых генераторах, радиоэлектронике, вычислительных устройствах. Без исландского шпата невозможна работа современных оптических приборов, счетно-решающих устройств, медицинской аппаратуры. Используется он в голографии и лазерной технике.

Жемчуг – прекрасное украшение. Им украшают одежду, домашнюю утварь, переплеты книг. Литографский камень применяется в литографском деле.

Доломит СaMg[CО₃]₂

Химические свойства. Отмечено более высокое содержание ZnO, PbO, CoO, B₂O₃. Порошок доломита вскипает при действии разбавленной соляной кислоты.

Физические свойства. Сингония тригональная. Сплошные зернистые мраморовидные или плотные массы, иногда седловидноизогнутые агрегаты. Кристаллы имеют форму ромбоэдров. Цвет белый, желтый, серый, зеленоватый, черный. Черта белая. Блеск стеклянный, перламутровый. У кристаллического доломита совершенная спайность в трех направлениях по граням ромбоэдра. Твердость – 3,5–4,0. Плотность – 2,8–2,9.

Диагностические признаки. Для доломита характерны неметаллический блеск, средняя твердость и вскипание порошка доломита при действии разбавленной соляной кислоты. Доломит похож на кальцит. Отличается тем, что кальцит бурно реагирует с разбавленной соляной кислотой.

Спутники. Среди осадочных пород: кальцит, гипс, ангидрит, каменная соль, сидерит. Среди серпентинитов: серпентин, хризотил-асбест, тальк. В рудных жилах: сульфиды.

Происхождение. Доломит образуется в поверхностных условиях в результате частичного вытеснения и замещения известняков (СаСОз) магнием, содержащимся в растворах (MgSО₄, MgCl). Эти процессы, известные под названием метасоматоза или доломитизации, наблюдаются в морских бассейнах.

Кроме того, доломит возникает под действием СО₂, выделяющейся в результате разложения органических веществ, на MgSО₄ морской воды и СаСОз. Доломит также выделяется в виде химического осадка в сильно засоленных замкнутых водоемах (морские заливы, лагуны). Образуется он и при метаморфизме магнезиальными растворами ультраосновных и основных магматических пород. Характерные спутники при таком генезисе доломита: серпентин, асбест, тальк. Доломит выделяется и из гидротер-мальных растворов и заполняет жилы.

Кроме того, доломит может образоваться при действии гидротермальных вод, содержащих соли магния, на известняки, которые, соприкасаясь с последними, вытесняют часть кальция. При полном замещении кальция известняк может превратиться в магнезит MgCО₃.

Месторождения. В России залежи доломита находятся близ города Данкова (Липецкая область), на западном и восточном склонах Урала, в Среднем Поволжье.

В ближнем зарубежье месторождение доломита известно недалеко от Витебска (Белоруссия). В Донбассе (Украина) разрабатывается Артемовское месторождение.

Применение. Доломит используется как огнеупорный материал в металлургической промышленности, в качестве флюса при плавке руд. Магний и его соединения получают из доломита, магнезита, карналлита. Кроме того, доломит применяется в цементной промышленности, как строительный материал и как удобрение. Доломитовая мука в смеси с другими компонентами используется в качестве уплотнительной мастики для закупорки швов в крупнопанельном домостроении.

Магнезит MgCО₃

Химические свойства. Отмечены включения FeO, MnO, CaO, CoO, NiO, редко SiO₂. Порошок вскипает при действии нагретой соляной кислоты.

Физические свойства. Сингония тригональная. Мраморовидные массы, сложенные из зерен удлиненной формы (отличие от мрамора и доломита), и фарфоровидные плотные образования, редко кристаллы, в виде ромбоэдров. Кристаллы обычно вросшие. Цвет у зернистых разностей серовато-белый, желтоватый, у плотных – белый, кремовый, желтоватый, бурый, серый. Черта белая. Блеск у зернистых разностей стеклянный, плотные разности матовые. У кристаллического магнезита наблюдается совершенная спайность в трех направлениях по граням ромбоэдра. Излом у зернистых разностей зернистый, у плотных – неровный. Твердость – 4,0–4,5. Плотность – 2,9–3,1.

Диагностические признаки. Для магнезита характерны неметаллический блеск, средняя твердость и вскипание порошка магнезита при действии нагретой соляной кислоты. Этим магнезит отличается от сходных с ним минералов – кальцита, доломита. От сидерита отличается по цвету. У мрамора зерна изометричные, у магнезита – удлиненные.

Спутники. Среди доломитов и известняков: доломит, кальцит, кварц, тальк, хлорит, пирит, халькопирит, лимонит, малахит, галенит, сфалерит, углистое вещество. Среди серпентинитов: серпентин, опал, оливин, тальк, доломит.

Происхождение. Магнезит бывает гидротермального и поверхностного происхождения. Месторождения гидротермального типа образуются двумя путями:

• путем метасоматического замещения кальция, известняков и доломитов магнием горячих магнезиальных растворов, идущих из магматического очага. Месторождения этого типа всегда залегают среди доломитов, известняков; магнезит имеет зернистое строение;

• путем метаморфизирующего влияния на оливиносодержащие ультраосновные магматические породы (перидотиты, дуниты) углекислых гидротерм (процесс серпентинизации). Процесс серпентинизации ультраосновных магматических пород сопровождается образованием магнезита. Он в этом случае представлен аморфными разностями.

Магнезит поверхностного происхождения образуется следующим путем. Серпентинизированные ультраосновные магматические породы на поверхности Земли подвергаются процессам химического выветривания. В результате серпентиниты разлагаются и образуют бикарбонат магнезии, который поверхностными водами уносится в нижележащие горизонты, где отлагается магнезит, образуя жилы, гнезда, прожилки в серпентинитах.

Месторождения. Крупнейшим в мире является Савинское месторождение (Иркутская область). Ряд месторождений имеется на Урале (Саткинское и Халиловское), Среднем Поволжье. Многочисленны месторождения на Дальнем Востоке.

Крупные месторождения магнезита имеются в КНДР (месторождение Ренан и др.), в Казахстане, Канаде (Квебек), Австрии (Вейтч).

Применение. Магнезит используется в металлургической промышлености, при производстве портландцемента и серной кислоты, для изготовления огнеупорных кирпичей, выдерживающих нагревание до 3000 °C. Применяется он в обожженном виде также для получения цемента Сореля (используемого при изготовлении точильных кругов), искусственного мрамора, для приготовления магнезитовой штукатурки, характеризующейся большой стойкостью, огнеупорных смесей с асбестом, в сахарной, резиновой, бумажной, химической промышленности, в производстве электроизоляторов. Из магнезита получают магний и его соединения.

Сидерит FеСО₃

Химические свойства. Вскипает при действии нагретой соляной кислоты. Капля соляной кислоты, помещенная на поверхности сидерита, благодаря образованию FeCl₂ желтеет.

Физические свойства. Сингония тригональная. Сплошной зернистый, мраморовидный, плотный, натечный, землистый, шаровидный, радиально-лучистого строения внутри (сферосидериты) также кристаллы в виде ромбоэдров или друзы. Блеск стеклянный или матовый. Цвет желтовато-серый, желтовато-бурый, бурый. Черта белая, иногда буроватая. У кристаллических разностей наблюдается совершенная спайность в трех направлениях по граням ромбоэдра. Твердость – 3,5–4,0. Плотность – 3,9.

Диагностические признаки. Для сидерита характерны неметаллический блеск, средняя твердость, желтый, бурый цвет, белая черта и вскипание при действии нагретой соляной кислоты. Сидерит похож на крупнозернистый желтоватый или коричневатый мрамор.

Спутники. Среди осадочных пород: кальцит, доломит, гипс, ангидрит, глина, мергель, каменный уголь, пирит. В рудных жилах: кварц, пирит, галенит, сфалерит, халькопирит, гематит. Продукт химического изменения: лимонит.

Происхождение. Сидерит гидротермального происхождения встречается в виде самостоятельных сидеритовых жил средней глубины и в качестве спутника в рудных жилах или представляет неправильной формы залежи, замещая известняки и доломиты. Железистые растворы глубинного происхождения, встречая на своем пути известняки и доломиты, реагируют с последними, железо вытесняет кальций, что приводит к образованию сидерита.

Образуется сидерит также в результате действия органических веществ на раствор двууглекислой закиси железа в условиях отсутствия кислорода. Эти процессы наблюдаются в глубоководных участках прибрежной части морских заливов, лагун.

На поверхности Земли сидерит окисляется и переходит в лимонит. Верхние части месторождений сидерита обычно представлены «железной шляпой», состоящей из бурого железняка.

Месторождения. В России имеются месторождения сидерита на Урале (Бакальское). Сферосидериты, находящиеся в осадочных породах, встречаются в Тульской, Калужской, Тамбовской областях. Месторождение сидерита имеется в Восточной Сибири (Ангаро-Питское).

За границей сферосидериты распространены в Англии. Сидерит также залегает среди бурых железняков Керченского месторождения (Украина).

Применение. Сидерит – высококачественная железная руда, не содержащая примесей P и S.

Малахит Cu₂[CО₃](ОН)₂

Химические свойства. Вскипает при действии разбавленной соляной кислоты.

Физические свойства. Сингония моноклинная. Натечный, радиально-лучистый, концентрически-скорлуповатый, плотный землистый; редко кристаллы игольчатой формы. Блеск стеклянный, шелковистый или матовый. Цвет ярко-зеленый, травяно-зеленый. Малахиту придает красоту ярко-зеленый цвет, затейливый рисунок, нередко создающий загадочные картины, причудливые узоры, концентрическое, полосчатое и радиально-лучистое строение. Черта бледно-зеленая. Твердость – 4,5–4,0; землистые разности мягкие.

Диагностические признаки. Постоянными признаками для малахита являются зеленый цвет, форма выделения, радиально-лучистое строение и вскипание при действии разбавленной соляной кислоты. Спутник – азурит (синий, вскипает при действии соляной кислоты).

Спутники. Азурит, кальцит, лимонит, халькопирит, пирит.

Разновидность. Медная зелень – землистый, мягкий малахит.

Происхождение. Образуется малахит в результате химического выветривания медьсодержащих минералов (халькопирита, меди самородной и др.), под действием углекислоты, воды и кислорода. Медьсодержащие сульфиды превращаются в сульфаты, а затем под действием углекислых растворов в малахит. Встречаются в верхней части медных месторождений; землистый малахит – в песчаниках, глинах, мергелях.

Минералы, в результате химического изменения которых образуется малахит: медь самородная, халькопирит.

Месторождения. Крупнейшие в прошлом месторождения малахита на Урале сейчас почти выработаны (Гумешевское, Медноруднянское). Урал славился самыми красивыми и крупными малахитами на Земле. На Урале добывались глыбы малахита весом до 550 т. Малахит обнаружен под Нижним Тагилом. Медная зелень встречается в медистых песчаниках на западном склоне Урала и в прилегающих районах.

За рубежом крупные месторождения в настоящее время имеются в Африке (Намибия), Австралии (Брокен-Хилл), США (Бисби, Аризона).

Применение. Малахит используется как декоративный (малахитовый зал Зимнего дворца, внутренние колонны Исаакиевского собора в Ленинграде, мозаичные панно), поделочный камень (для изготовления ваз, шкатулок, табакерок, столешниц), применяется при получении зеленой краски и медного купороса; служит рудой для извлечения меди.

Уникальными по богатству малахитовых украшений являются Эрмитаж и Исаакиевский собор в Ленинграде. В Эрмитаже находится гигантская ваза из малахита высотой 184 см.

Азурит Сu₃[СО₃]₂(ОН)₂

Химические свойства. Вскипает при действии разбавленной соляной кислоты.

Физические свойства. Сингония моноклинная. Плотный, лучистый, землистый; налеты, желваки, реже друзы и кристаллы. Цвет ярко-синий. Черта голубая. Блеск стеклянный или матовый. Твердость – 3,5–4,0; землистые разности мягкие. Плотность – 3,7–4,9.

Диагностические признаки. Постоянными признаками для азурита являются синий цвет и вскипание при действии разбавленной соляной кислоты. Спутник – малахит (зеленый, реагирует с разбавленной соляной кислотой).

Разновидности. Медная синь – землистый, мягкий азурит.

Происхождение. Азурит, так же как и малахит, образуется в результате химического выветривания медьсодержащих минералов, причем медьсодержащие сульфиды превращаются в сульфаты, а затем под действием углекислых растворов в азурит. На поверхности Земли азурит постепенно переходит в малахит.

Спутники. Малахит, кальцит, лимонит, халькопирит.

Месторождения. Азурит встречается там же, где и малахит.

Применение. Азурит служит рудой для получения меди, а также используется при производстве синей краски.

Смитсонит Zn[CО₃]

Химические свойства. В основном близок к формуле; содержит в виде небольших примесей FeО, CaО, MgО, MnО, CuO, MnO, CdO, CoO.

Физические свойства. Сингония тригональная. Кристаллы смитсонита редки и имеют, как правило, искривленную, шероховатую поверхность. Обычны скорлуповатые, почковидные, стекловатые выделения, зонально-концентрические корки с радиально-лучистой структурой, грубозернистые, плотные, землистые массы. Чистый смитсонит белый, бесцветный, примеси окрашивают его в желтоватый, светло-коричневый (Fe), зеленый, голубой (Сu), розовый (Со), ярко-желтый (Cd) цвет. Прозрачный до полупрозрачного. Черта белая. Блеск стеклянный до жирного и перламутрового. Спайность несовершенная. Излом неровный до полураковистого. Твердость – 4,5–5. Плотность – 4,4.

Диагностические признаки. Для диагностики особенно важны натечные почковидные формы, ассоциация минералов, высокая плотность, реакция на СО₂.

Спутники. Карбонаты, гидроокислы железа, окислы Zn, Pb.

Происхождение. Смитсонит является типичным минералом зоны окис-ления рудных месторождений, богатых сфалеритом. Он образуется метасоматическим путем за счет жильного кальцита или вмещающих известняков.

Месторождения. Промышленные залежи смитсонита известны на Дальнегорском (Приморье), в меньших количествах – в ряде полиметаллических месторождений Забайкалья.

За рубежом значительные массы смитсонита обнаружены в США (Ледвилл, Колорадо), Казахстане (Ачисайское).

Применение. Важный компонент окисленных руд Zn, где встречается совместно с другими вторичными минералами: гемиморфитом, виллемитом.

Церуссит Рb[CО₃]

Химические свойства. Из примесей известны небольшие количества СаО, иногда SrO и ZnO.

Физические свойства. Сингония ромбическая. Церуссит встречается в виде сплошных массивных агрегатов разной зернистости, вкрапленников, корок, реже натечных и землистых образований, отдельные пластинчатые кристаллы, но более характерны звездчатые тройники срастания и прорастания, имеющие долотообразную форму с торца и продольные ложбинки. Тройники иногда срастаются в объемные полисинтетические решетчатые агрегаты. Чистый церуссит бесцветный, прозрачный или снежно-белый, полупрозрачный. Иногда серый, дымчатый, темно-серый, до чер-ного (включения сульфидов, окислов Mn, углистого вещества), желто-бурый до бурого (от гидроокислов Fe), синий до зеленого (включения минералов Сu). Черта бесцветная до белой. Блеск очень cильный алмазный до стеклянного и жирного или перламутрового, иногда полуметаллический (для темноокрашенного церуссита). Очень хрупкий. Спайность до ясной. Твердость – 3–3,5. Плотность – 6,6. Люминесцирует в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах желтым цветом.

Диагностические признаки. Из диагностических признаков, кроме фор-мы кристаллов и тройников, первостепенное значение имеют высокая плотность и алмазный блеск, характерный хрустящий звук при разламывании, положительная реакция на СО₂.

Спутники. Обычно он находится в тесной ассоциации с первичным галенитом, а из гипергенных минералов – с англезитом, малахитом, азуритом, смитсонитом, вульфенитом, карбонатами, гидроокислами железа.

Происхождение. Церуссит является типичным минералом зоны окисления рудных месторождений и в случае ее формирования в условиях жаркого климата выделяется в виде очень хороших кристаллов и их сростков.

Церуссит – один из наиболее устойчивых гипергенных минералов Рb, развивается не только по галениту, но и по англезиту.

Месторождения. Крупные скопления церуссита в России известны на Алтае, Нерчинском районе Читинской области.

За рубежом известны месторождения Брокен-Хилл, Австралия; Миндоули, Конго; Маммот, Томбстон и Бисби в Аризоне, США; Турлянское в Казахстане; свинцово-серебряное месторождение штата Айдахо, США. Кристаллы и тройники прорастания до 10×5×4 см известны из Цумеба (Намибия). В хороших кристаллах церуссит известен в зоне окисления ряда свинцовых месторождений Болгарии (Маданский район).

Применение. Ценная свинцовая руда, особенно в случаях развития мощных зон окисления.