Алмаз

Алмаз — С. Название происходит от греч. адамас — непреодолимый (очевидно, имелись в виду его наивысшая твердость и устойчивость по отношению к физическим и химическим агентам).

Разновидности: 1) борт — неправильной формы сростки и шаровидные лучистые агрегаты; 2) карбонадо — тонкозернистые пористые агрегаты, окрашенные аморфным графитом и посторонними примесями в буровато-черный цвет.

Химический состав. Бесцветные разновидности состоят из чистого углерода, достаточно распространены примеси азота и реже бора, приводящие к появлению желтого и розового оттенков соответственно. Густоокрашенные и непрозрачные разновидности в несгораемом остатке, достигающем иногда нескольких процентов, обнаруживают SiO2, MgO, CaO, FeO, Fe2O3, Al2O3, TiO2 и др. В виде включений в алмазах нередко наблюдается графит и некоторые другие минералы.

Сингония кубическая. Облик кристаллов октаэдрический, иногда с треугольными скульптурами на гранях, менее обычен додекаэдрический; редко кубический и изредка тетраэдрический.

Размеры отдельных кристаллов варьируют от мельчайших до очень крупных, весящих несколько сот и даже тысяч каратов (метрический карат равен 0,2 г). Крупнейшие кристаллы весили (в каратах): «Куллинан» — 3025, «Эксцельзиор» — 969,5, «Виктория» — 457, «Орлов» — 199,6 и др.

Цвет. Бесцветный водяно-прозрачный или окрашенный в голубой, синий, желтый, розовый, бурый и черный цвета. Блеск сильный алмазный. Твердость 10. Абсолютная твердость в 1000 раз превышает твердость кварца и в 150 раз — корунда. Хрупок. Спайность средняя. Удельный вес 3,47-3,56. Электропроводность слабая, полупроводникового типа, а у беспримесных разностей вовсе отсутствует.

Диагностические признаки. Алмаз является единственным минералом столь исключительной твердости. Характерны также сильный алмазный блеск и часто кривоплоскостные грани кристаллов.

Происхождение и месторождения. Коренные месторождения генетически связаны с ультраосновными глубинными изверженными породами повышенной щелочности: кимберлитами, лампроитами и отчасти с перидотитами, и др.

В этих породах кристаллизация алмаза происходит, очевидно, в верхней мантии, на больших глубинах в условиях высоких температур и давления, в восстановительной обстановке, при высоких давлениях углеводородного по составу флюида. Кимберлиты, по всей вероятности, служат лишь «средством доставки» алмазов из области их стабильной генерации к поверхности Земли. Необходимо отметить, что подъем материала из области стабильности алмаза к поверхности должен быть быстрым настолько, чтобы алмаз не успел графитизироваться, а остался бы в метастабильном состоянии.

В ассоциациях с алмазом наблюдались: графит, оливин (Mg,Fe)2[SiO4], хромшпинелиды (Fe,Mg)(Cr,Al,Fe)2O4, ильменит (FeTiO3), пироп (красный магнезиальный гранат), магнетит (FeFe2O4), гематит Fе2О3) и др.

Крупнейшие месторождения алмазов известны в ряде районов Южной Африки по р. Вааль, в Юго-Западном Трансваале и на юго-западном берегу Африки. Они представлены алмазоносными полуразложенными кимберлитами, заполняющими вместе с обломочными породами гигантские по размерам, вертикально уходящие вниз на несколько километров трубчатые полости (диатремы) с эллиптическим или неправильной формы сечением. Образование этих диатрем связывают с грандиозными взрывными процессами, происходившими на больших глубинах. В некоторых месторождениях добыча алмаза в настоящее время происходит с глубины свыше километра (Кимберли). Добытая руда («синяя земля») дробится и промывается на специальных обогатительных фабриках. Содержание алмаза в породе составляет 0,000052 % (по весу). Отсюда происходят самые крупные алмазы в мире («Куллинан», «Эксцельзиор» и др.). Кроме коренных месторождений, в Юго-Западной Африке широко распространены также богатые россыпи в системах рек. Вааль и Оранжевой. Большая добыча алмазов производится также в Конго. С открытием лампроитовых трубок в районах Аргайл и Эллендэйл в Северо-Западной Австралии эта страна вышла на одно из первых мест по добыче алмазов.

В 50-60-е гг. XX в. в северной части Якутии были открыты довольно многочисленные диатремы, выполненные подобными южно-африканским, но более свежими алмазоносными кимберлитами. Отдельные трубки получили специальные названия: «Мир», «Зарница» и др. Добыча алмазов в Якутии с тех пор существенно выросла и продолжается полным ходом. Обнаружены алмазоносные кимберлиты и в Архангельской области.

Россыпные месторождения алмаза, устойчивого в экзогенных условиях, образуются за счет разрушения и размыва алмазоносных пород. Они известны в Южной Африке, Бразилии (Диамантина, штат Минас-Жерайс), Индии (Голконда), где ведется добыча с древнейших времен и откуда происходят крупные алмазы «Орлов», «Коинур», и в других местах.

Практическое значение. Совершенно прозрачные алмазы после огранения применяются в ювелирном деле как драгоценные камни (бриллианты). Для технических целей употребляются мелкие алмазы, а также борт и карбонадо. Главным образом они используются в металлообрабатывающей, камнеобрабатывающей, абразивной и прочих отраслях промышленности.

Графит

Графит — С. Название происходит от греч. графо — пишу. Разновидности: графитит — скрытокристаллическая разность, шунгит — аморфная, богатая примесями разность, образовавшаяся, по-видимому, в результате природного коксования углей.

Химический состав графита редко отличается чистотой. В значительных количествах (до 10-20 %) в нем часто присутствует зола, состоящая из различных компонентов (SiO2, Al2O3, FeO, MgO, CaO, P2O5, CuO и др.), иногда вода, битумы и газы (до 2 %).

Сингония гексагональная. Облик кристаллов. Хорошо образованные кристаллы встречаются крайне редко. Они имеют вид шестиугольных пластинок или табличек, иногда с трегольными штрихами на гранях. Агрегаты часто тонкочешуйчатые. Реже распространены шестоватые или волокнистые массы.

Цвет графита железно-черный до стально-серого. Черта черная блестящая. Блеск сильный металловидный; скрытокристаллические агрегаты матовые. В тончайших листочках просвечивает серым цветом.

Твердость 1. В тонких листочках гибок. Жирен на ощупь. Мажет бумагу и пальцы. Спайность совершенная. Удельный вес 2,09-2,23 (изменяется в зависимости от степени дисперсности и наличия тончайших пор), у шунгита 1,84-1,98. Прочие свойства. Обладает высокой электропроводностью.

Диагностические признаки. Легко узнается по цвету, низкой твердости и жирности на ощупь. От сходного с ним молибденита (MoS2) отличается более темным железно-черным цветом, более слабым блеском, меньшим удельным весом (всплывает в бромоформе) и высокой электропроводностью (молибденит плохо проводит электричество). Черта графита на бумаге при растирании не меняет цвета. Если коснуться цинковой палочкой графита через каплю CuSO4, на нем быстро выделяется пленка металлической меди.

Не плавится. При накаливании в струе кислорода сгорает труднее, нежели алмаз. Улетучивается, не плавясь, лишь в пламени вольтовой дуги. В кислотах не растворяется. Порошок в смеси с KNO3 при нагревании дает вспышку.

Происхождение и месторождения. В природе графит образуется при восстановительных процессах в условиях высоких температур.

Встречается иногда среди магматических горных пород разнообразного состава, преимущественно щелочных. Источником углерода во многих случаях являются вмещающие углеродсодержащие горные породы.

Известны случаи находок графита в пегматитах. Встречаются метасоматические месторождения на контактах известняков с изверженными породами, а также жильные месторождения крупнолистоватого графита.

Широко распространены метаморфические месторождения графита, возникшие за счет каменных углей или битуминозных отложений в условиях регионального метаморфизма или под влиянием интрузий магмы.

К числу крупных месторождений графита в России относится Алиберовское в Тункинских горах (Прибайкалье). Образование графита связанное с воздействием основных пород на известняки или каменные угли вдоль базальтовых даек на месторождении Курейка (плато Путорана, Средняя Сибирь). На крупном месторождении Чебере (Алдан) метаморфогенный графит с кварцем образует высокие концентрации в мощных слоях гиперстен-биотитового плагиогнейса, что обеспечивает значительные запасы. Вдоль северо-западного побережья Азовского моря (к северу от Мариуполя) и в других местах

Одним из мировых центров добычи графита традиционно являлся остров Шри-Ланка, во многих местах которого между пластами гнейсов и известняков развиты прерывистые наклонные жилы сплошного графита. Значительные месторождения известны также в Канаде (пров. Квебек и Онтарио), Англии (Камберленд) и др.

Практическое значение. Графит применяется для самых различных видов производства: для изготовления графитовых тиглей, в литейном деле, производстве карандашей, электродов, для смазки трущихся частей, в красочной промышленности и др.

Сера

Сера — S. Наиболее устойчивую при комнатной температуре α-модификацию серы называют обычно ромбической серой, или просто серой.

Химический состав. В ряде случаев устанавливается химически чистая сера, но обычно она бывает загрязнена посторонними механическими примесями: глинистым или органическим веществом, капельками нефти, газами и пр. Известны также редкие разновидности с изоморфной примесью Se обычно до 1 %, изредка до 5,2 % — селенистая сера, а также Те, иногда As и в исключительных случаях Tl.

Сингония ромбическая. Кристаллическая структура. Согласно рентгенометрическим исследованиям, ромбическая сера обладает редкой для неорганических соединений молекулярной и притом очень сложной кристаллической структурой. В структуре каждый атом серы с двух сторон перекрывается со сферами соседних атомов, причем цепочки, состоящие из 8 атомов, замкнуты в виде зигзагообразно «сморщенного» кольца. Отсюда видно, что молекула серы — S8. Расстояние между атомами S—S равно 2,12 Å. Элементарная ячейка сложена 16 такими электрически нейтральными молекулами (кольцами), очень слабо связанными друг с другом вандерваальсовской связью. Облик кристалов. Кристаллы чаще имеют пирамидальный или усеченно-пирамидальный вид, реже ромботетраэдрический. Агрегаты. Часто встречается в сплошных, иногда землистых массах. Изредка наблюдаются натечные почковидные формы и налеты (в районах вулканических извержений).

Цвет. У α-серы наблюдаются различные оттенки желтого цвета: соломенно-желтый, медово-желтый, желтовато-серый, бурый и черный (от углеродистых примесей). Черты почти не дает, порошок слабо-желтоватый. Блеск на гранях алмазный, в изломе жирный. В кристаллах просвечивает.

Твердость 1-2. Хрупка. Спайность несовершенная. Удельный вес 2,05-2,08. Прочие свойства. Электропроводность и теплопроводность очень слабые (хороший изолятор). При трении заряжается отрицательным электричеством. Растрескивается от теплоты руки.

Диагностические признаки. Характерны цвет, низкая твердость, хрупкость, жирный блеск в изломе кристаллов и легкоплавкость.

Очень легко плавится (при 112,8 °С) и загорается голубым пламенем с выделением характерного запаха SO2 (отличие от похожего на серу аурипигмента — As2S3). Легко растворима в сероуглероде, скипидаре, керосине, но не разлагается в НСl и H2SO4. Крепкая HNO3 и царская водка окисляют серу, переводя ее в H2SO4.

Происхождение и месторождения. Самородная сера встречается исключительно в самой верхней части земной коры и на ее поверхности. Образуется различными путями.

1. При вулканических извержениях, осаждаясь в виде возгонов на стенках кратеров, в трещинах пород, иногда изливаясь в расплавленном виде с горючими водами сольфатарных источников и застывая в логах и долинах в виде потоков в районах современной вулканической деятельности (Курильские острова, Япония). Часто ассоциирует с другими продуктами возгона и сульфатами, образовавшимися при воздействии SO2 на окружающие породы. Возникает в результате неполного окисления сероводорода в сольфатарах или как продукт реакции его с сернистым газом:

2H2S + 2O = 2H2O + 2S; H2S + SO2 = H2O + O + 2S.

2. При разложении сернистых соединений металлов, главным образом пирита, в нижних частях зоны окисления рудных месторождений. Обычно бывает сильно загрязнена различными механическими примесями.

3. При разложении гипсоносных осадочных толщ. Часто наблюдается парагенезис самородной серы с гипсом, на разъеденных участках которого она образуется в виде кристаллических и порошковатых масс. Многое в этом процессе образования еще неясно.

4. Осадочным (биохимическим) путем в нормальных осадочных породах, представленных обычно пластами, содержащими гипс, твердые и жидкие битумы (асфальт, нефть) и др. Этот тип месторождений широко распространен на земном шаре и имеет большое промышленное значение. При этом основная масса самородной серы образовалась, очевидно, сингенетически, т. е. одновременно с другими осадками. Однако нередко наблюдаются и эпигенетические образования серы во вмещающих породах, происшедшие, по-видимому, при позднейшей миграции ее под влиянием тектонических процессов, переноса нефтями, растворами и т. п.

Происхождение серы биохимическим путем связывают с жизнедеятельностью анаэробных бактерий, перерабатывающих сульфаты, в результате чего образуется сероводород, неполное окисление которого приводит к выпадению серы.

В России и ближнем зарубежье залежи серы широко распространены. В районе Самары в Поволжье известны крупные осадочные месторождения, например Алексеевское и Водинское, где сера встречается в виде кристаллов до 15 см с кальцитом, гипсом и целестином. Заслуживают упоминания ячеистые массы гипергенной самородной серы, сохраняющие отпечатки кристаллов пирита, замещенных серой при выветривании в зоне окисления Березовского месторождения (Средний Урал). На территории Средней Азии следует отметить: 1) месторождение Гаурдак (Туркменистан); 2) Шор-Су (Узбекистан) — в трещинах и пустотах различных осадочных пород в парагенезисе с нефтью, озокеритом, гипсом, целестином, кальцитом, арагонитом и др. В числе зарубежных месторождений большой известностью пользуются крупные месторождения Сицилии, очень мощные месторождения в штатах Техас и Луизиана (США), связанные с соляными куполами. Представляет интерес огромная залежь серы, образовавшаяся в кратерном озере в районе Хоробетсу (Япония), аналогичные скопления имеются и на Курильских островах.

Практическое значение. Главное применение сера имеет в производстве серной кислоты, используемой во многих отраслях промышленности, затем в сельском хозяйстве (для борьбы с вредителями), в резиновом производстве (процесс вулканизации резины), при изготовлении спичек, фейерверков, красок и пр.