Минерал антимонит и его структура

Минерал антимонит и его структура

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит 19 страниц печатного текста, 9 рисунков, 3 таблицы, одну штрих-диаграмму и 11 литературных источников.

АНТИМОНИТ, СТИБНИТ, СУРЬМА, СУЛЬФИД СУРЬМЫ, ХАЛЬКОГЕНИД, РЕНТГЕНОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА

В данной работе исследовались химико-минералогические свойства, структура и условия образования антимонита.

Целью работы являлось изучение и описание структуры антимонита, моделирование его структуры и расчет рентгенограммы.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Минералогические сведения об антимоните

.1 Исторические свойства и химический состав

.2 Структура и диагностические признаки минерала

.3 Генезис и месторождения

.4 Габитус и изменения кристаллов антимонита

.5 Практическая значимость антимонита

. Моделирование структуры кристаллов антимонита

.1 Определение рентгенометрических характеристик

.2 Построение штрих диаграммы

.3 Модель структуры антимонита

Заключение

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Антимонит является источником сурьмы, имеющей широкий спектр практического применения: это и производство антифрикционных сплавов для тяжелой промышленности, и использование в процессах вулканизации резины, а так же в текстильном и стекольном производствах. Из вышесказанного следует, что практическая значимость данного минерала предъявляет высокие требования к изучению свойств и исследованию структурных особенностей антимонита.

В данной курсовой работе выполнен анализ литературных источников содержащих структурно-минералогические сведения об антимоните, в результате сопоставления полученных данных сделаны выводы и рассчитаны рентгенометрические характеристики. На основе полученных данных смоделирована структура антимонита.

. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АНТИМОНИТЕ

1.1 Исторические сведения и химический состав

По одной из версий, название минерала антимонит связывают с греческим «антемон» - цветок, за сходство радиально-лучистых сростков кристаллов с цветами сложноцветных растений. По другой версии, название происходит от латинского слова «антимониум» - сурьма. Так же используются и названия синонимы: стибнит, сурьмяный блеск [2,7,9].

Антимонит имеет химическую формулу Sb2S3, состоит на 71,4% из сурьмы, на 28,6% из серы, отмечаются примеси As, Pb, Ag, Cu, Fe, связанные в основном с механическими загрязнениями [2,7,9].

Антимонит относится к типу халькогенидов, подтипу сульфидов, семейству сульфидов халькофильных элементов и подсекции сульфидов неполновалентных p-катионов. Структура антимонита имеет ромбическую сингонию, ромбо-дипирамидальный вид симметрии 3L23PC, параметры ячейки: a0 = 11.20 Å.; b0 = 11.28 Å; c0 = 3.83 Å и относится к пространственной группе - Pbпm (D2h16) [2,7,10].

Цвет антимонита свинцово-, стально-серый, слегка голубоватый, часто с голубовато-синей или радужной побежалостью. Кристаллы стибнита имеют серовато-черную черту, металлический блеск, совершенную спайность по длине кристаллов {010}, определенную гибкость, ступенчатый, до неровного, излом и хорошо видимую штриховку полисинтетического двойникования по {011}, игольчатые и призматические удлиненные кристаллы имеют грубую продольную и тонкую поперечную штриховку. Так же минерал обладает твердостью 2.0 - 2.5, хрупкостью: при раздавливании образует игольчатые или пластинчатые обломки. Плотность составляет 4,52 - 4,62 г/см3, антимонит проявляет диамагнетические и диэлектрические свойства [2,7,8,17].

1.2 Структура и диагностические признаки минерала

Структура антимонита может рассматриваться как ленточная. Она состоит из параллельных лент (Sb3S6)n (рисунок 1). Половина атомов металла (Sb) имеет тройную координацию, а другая половина - пятерную. Первые атомы локализованы в вершине тригональной пирамиды, а вторые - в тетрагональной пирамиде из атомов серы. Идентичную структуру имеют висмутин Bi2S3, хоробетсуит (Bi, Sb)2S3 и гуанахуатит Bi2(S, Se)3. Ленты тесно связанных ионов Sb и S вытянуты параллельно оси С и состоят из зигзагообразных цепочек -Sb-S-Sb-S- (рисунок 2).

Рисунок 1 - Модель структуры антимонита [9] Рисунок 2 - Структура антимонита (объемная) [6]

антимонит минерал месторождение кристалл

В антимоните каждая лента бесконечна и имеет состав (Sb2S3), они ориентированы в минерале параллельно друг другу и соединены вандерваальсовыми связями (рисунок 3). В окружении сурьмы участвуют пять анионов серы, так что координационный многогранник оказывается полуоктаэдром, место шестого атома октаэдра занимает неподеленная электронная пара неполновалентной сурьмы. Полуоктаэдры связаны через общие ребра квадратных оснований в слои и обращены вершинами к середине ленты, где два слоя сходятся и, соединяясь через наклонные ребра, образуют один слой, представленный в лентах. Из внешней поверхности лент в межленточное пространство выступают неподеленные электронные пары, поэтому связи между отдельными лентами более слабые, чем между ионами внутри лент. Все это, естественно, сказывается не только на формах кристаллов, но и на таких свойствах, как спайность, твердость, хрупкость и легкоплавкость [2,5,7-9,17].

Рисунок 3 - Структура антимонита [8]

а - строение гофрированного слоя, с проекцией одной из лент на плоскость; б - пара гофрированных слоев, связанных межмолекулярными связями за счет Е-пар; в - строение группы SbS3 со схематичным изображением Е-пары

Диагностируется минерал по форме зерен, проявлению спайности, низкой твердости, окраске и цвету черты. От сходных сульфидов антимонит наиболее легко отличим по характеру растворения его в 20% растворе KOH, а также по микрохимической реакции на серу. В тонких осколках зерна антимонита просвечивают в краях красно-белым цветом и могут исследоваться в иммерсионных препаратах; минерал обнаруживает очень высокие показатели преломления и двупреломление, отрицательное удлинение. В полированных шлифах в отраженном свете антимонит имеет серовато-белый цвет отражательную способность, близкую к таковой галенита. В силу сильной анизотропии у антимонита резко выражены двуотражение и изменчивость окраски по разным кристаллографическим направлениям. Плавится в пламени свечи и паяльной трубки. В открытой трубке при прокаливании образуется SO2, густой белый дым и налет Sb2O3. Последний улетает в восстановительном пламени паяльной трубки, окрашивая его в голубовато-зеленый цвет. Характерным признаком так же является то, что спичка легко зажигается, если ею чиркнуть по антимониту, антимонитовый порошок входит в состав головок спичек. Из стандартного набора реактивов для диагностического травления пригодны лишь KOH и HNO3, эти реактивы вызывают почернение и вскипание. Структура выявляется травлением KOH. Микрохимически, непосредственно на аншлифе, методом отпечатка хорошо определяются сурьма и сера. Минерал легко плавится, выделяя белый дым. Голубоватым оттенком цвета, побежалостью, меньшей плотностью и парагенезисом отличается от висмутина. Трудно отличается иногда от буланжерита, джемсонита и подобных тиосолей. Для них больше, чем для антимонита, характерны тонкоигольчатые и спутанноволокнистые агрегаты и менее отчетлива спайность. В отличие от этих минералов антимонит сначала желтеет, а затем становится красным под действием KOH; после стирания раствора остается красное пятно. Антимонит растворяется в HNO3 и полностью растворяется в HCL с выделением H2S [2,5,9,17].

1.3 Генезис и месторождения

Антимонит - минерал средне- и низкотемпературных гидротермальных (телетермальных) месторождений. Из-за невысокой механической устойчивости антимонит встречается в пробах только в непосредственной близости от коренных источников жильных образований с сурьмяным, ртутно-сурьмяным, а иногда и золотым оруденением. Его спутниками являются: галенит PbS, сфалерит ZnS, пирит FeS2, марказит FeS2, киноварь HgS, реальгар AsS, аурипигмент As2S3, сульфостибниты Pb и Ag и др. К нерудным минералам-спутникам относятся: кварц, барит, кальцит, флюорит. В результате окисления образуются следующие продукты: сурьмяные охры - стибиконит Sb3O6 (OH), сервантит Sb2O4, валентинит Sb2O3, сенармонтит Sb2O3, кроме того, иногда кермезит Sb2S2O. Редкие находки в россыпях антимонита представлены угловатыми или слабоокатанными удлиненными зернами, реже - спутанно-волокнистыми агрегатами. Нередко поверхность зерен антимонита бывает покрыта пленками вторичных образований синевато-черного или беловато-желтого цвета - сенармонита, сервантита, валентинита и других сурьмяных охр. Встречается в кварцевых жилах и метасоматических окремнелых образованиях (джаспероидах), где может быть единственным рудным минералом (кварц-антимонитовые жилы в докембрийских породах Раздольнинского месторождения, Красноярский край - характерно присутствие очень похожего на антимонит бертьерита FeSb2S4; пластообразные залежи кремнистой брекчии с антимонитом Кадамджайского месторождения, Киргизия. Кварц-антимонитовые жилы, связанные с зонами дробления и брекчирования, в большом количестве известны в юго-восточной части КНР, самое крупное рудное поле Хси-Куанг-Шан, Хуань. Изредка в этих жилах встречаются киноварь, пирит; содержание антимонита доходит до 6-25% [2,5,8,17].

В подчиненном количестве антимонит встречается в жилах с более сложной минерализацией, вместе с киноварью, реальгаром, аурипигментом, блеклыми рудами в жилах Хайдаркана, Киргизии, киноварью, сфалеритом, джемсонитом, буланжеритом в Никитовке, Украина, с разнообразными сурьмяными тиосолями, пиритом, марказитом, самородным золотом, теллуридами Au и Ag: антимонит в превосходных кристаллах до 5-6 см., друзах, сферолитах установлен в вулканогенных месторождениях золота [4-6].

Определение условий образования антимонит-киноварной ассоциации по газово-жидким включениям дало температуру ниже 520 К (в основном 470 - 350 К) и давление n - 130 МПа [2,5,7,8].

Большие количества антимонита, а именно до 20-57% от массы породы, установлены в метасоматических карбонатных залежах в пределах юго-восточной части КНР (Хуань) совместно с галенитом, арсенопиритом, пиритом. Подобные залежи вместе с кварц-антимонитовыми жилами юго-восточной части КНР представляют крупнейшую в мире сурьмяную провинцию [7,8,17].

В парагенезисе с арсенопиритом, ферберитом, пиритом антимонит установлен на месторождении Креймер (Калифорния). Известно образование антимонита при разложении гетчелига (Хайдаркан, Киргизия) [2,5,17].

Из месторождений так же стоит выделить: Нароцкое и Грузинское, интересное парагенезисом антимонита с ферберитом FeWO4; Тургайское в Казахстане - в осадочно-туфогенной толще; провинция Юнань в Китае [2,5,7,8,17].

1.4 Габитус и изменения кристаллов антимонита

Габитус кристаллов имеет призматический вид, с грубой штриховкой, часто игольчатый (рисунок 4а,б). Известны и чугуноподобные сплошные мелкозернистые агрегаты. Распространены полисинтетические двойники роста по призме {110} или по пинакоиду{010} и поперечные двойники, возникающие при механической деформации. Часто радиально-лучистые, шестоватые и тонкоигольчатые до волокнистых агрегаты (рисунок 6); иногда сферолиты. Реже плотные зернистые массы. Из многочисленных установленных граней наиболее характерны следующие комбинации: призмы {110}, пинакоида {010}, пирамид {111}, {113}, {121} и др. [2,5,7-9].

а б в

Рисунок 4 - Кристаллы антимонита

а - ристаллы антимонита [2] б - кристаллы антимонита с кварцем [1] в - Шестовато-игольчатые кристаллы антимонита на друзе кварца [7]

В поверхностных условиях антимонит легко замещается различными оксидами и гидроксидами сурьмы, часто образующими превосходные псевдоморфозы по антимониту. Например, псевдоморфозы киновари по антимониту. Так же кристаллы антимонита могут деформироваться, расщепляться и замещаться растущими кристаллами кварца (рисунок 7, 8) [7,14].

Рисунок 7 - Изменения кристаллов антимонита кварцем [14]

а - Деформация и расщепление головки кристалла антимонита (1) растущей друзовой коркой кварца (2); 3 - области полисинтетического двойникования антимонита б - винтовая деформация уплощенного кристалла антимонита растущей друзовой коркой кварца

Рисунок 9. Регенерация разобщенных реликтов расщепленного, замещенного, и всесторонне обросшего кварцем кристалла антимонита. Поле 3см. М-ние Кадамджай, Киргизия [14]

1.5 Практическая значимость антимонита

Антимонитовые руды являются главнейшим источником сурьмы (до 71% Sb), имеющей разнообразное применение. Преимущественно она идет на изготовление сплавов, обладающих антифрикционными свойствами, например баббитов для подшипников. Сплавы со свинцом и цинком идут на изготовление так называемого «типографского металла», твердой дроби, частей насосов, кранов и др. Соединения сурьмы применяются также в резиновой промышленности, в процессе вулканизации резины, текстильном производстве, стекольном деле, медицине и в ряде других производств [2,7,17].

. МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ АНТИМОНИТА

2.1 Определение рентгенометрических характеристик

Ниже представлены рентгенометрические данные антимонита (таблица 1) и характеристика минерала из Кристаллографической и кристаллохимической Базы данных для минералов и их структурных аналогов - «МИНКРИСТ» (таблица 2) [10,11].

Таблица 1 - Рентгенометрические данные антимонита [11]

Таблица 2 - Характеристика антимонита из БД «МИНКРИСТ» (карточка № 4547) [10]

2.2 Построение штрих диаграммы

Расчеты производились на основе данных из электронной базы данных «Минкрист» по формуле Вульфа-Брэгга: 2dsinӨ=nλ, где d - межплоскостное расстояние, Ө - Брэгговский угол отражения, n - порядок отражения, λ - длина волны [19].

Таблица 1 - Рентгенометрические характеристики антимонита [10,19]

Рисунок 10 - Штрих диаграмма антимонита

2.3 Модель структуры антимонита

Структура антимонита имеет ромбическую сингонию, ромбо-дипирамидальный вид симметрии 3L23PC и относится к пространственной группе - Pbпm (D2h).

Структура антимонита может рассматриваться как ленточная. Она состоит из параллельных лент (Sb3S6)n. Половина атомов металла имеет тройную координацию (рисунок 11а), а другая половина - пятерную (рисунок 11б). Первые атомы локализованы в вершине тригональной пирамиды, а вторые - в тетрагональной пирамиде из атомов серы. Ленты тесно связанных ионов Sb и S вытянуты параллельно оси С и состоят из зигзагообразных цепочек -S-Sb-S-Sb-S- (рисунок 11в). В антимоните каждая лента бесконечна и имеет состав (Sb2S3), они ориентированы в минерале параллельно друг другу и соединены вандерваальсовыми связями (рисунок 11г).

а                                                             б

в                                                           г

Рисунок 11. Модель антимонита:

а - 3-х валентный атом сурьмы в тригональной пирамиде из атомов серы б - 5 валентный атом сурьмы в тетрагональной пирамиде из атомов серы в - зигзагообразная цепочка -S-Sb-S-Sb-S- г - структура антимонита

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе выполнен анализ литературных источников по структурным особенностям минерала антимонита, в результате чего получено подробное описание структуры, включая тип элементарной ячейки, точечную и пространственную группы симметрии антимонита, массивы данных по межплоскостным расстояниям и относительным интенсивностям бреговских линий. В оригинальной части работы произведен теоретический расчет дифракционного спектра, построена штрих-диаграмма и поэтапно изготовлена структура антимонита. В работе так же обоснована необходимость исследования структуры антимонита.

Библиографический список

1 Батурин, Г. Н. Мышьяк, сурьма и висмут в океанских фосфоритах / Г. Н. Батурин // Доклады Академии наук. - 2008. - Т. 418, №5, февраль. - С. 660-664.

Бетехтин, А. Г. Курс минералогии: учебное пособие / А. Г. Бетехтин. - М.: КДУ, 2007. - 720 с. : ил., табл.

Боровиков, Н. С. Золото-сурьмяные месторождения Сарылах и Сентачан (Саха-Якутия): пример совмещения мезотермальных золото-кварцевых и эпитермальных антимонитовых руд. / Н. С. Боровиков [и др.] // Геология рудных месторождений. - 2010. -Т. 52, №5. - С. 381-417

Брызгалов, И. А. Первая находка нисбита и ауростибита в Восточном Забайкалье / И. А. Брызгалов, Н. Н. Кривицкая, Э. М. Спиридонов // Доклады Академии наук. - 2007. Т. 217, №2, ноябрь. - С. 229-231.

Булах, А. Г. Общая минералогия: учебник / А. Г. Булах; Санкт-Петербургский Государственный Университет. - 3-е изд. - СПБ.; Изд-во С.-Петерб. ун-та. 2002. - 356 с.

Воган, Д. Д. Химия сульфидных минералов / Д. Д. Воган, Д. Р. Крейг. - Москва: Изд-во Мир. 1981. - 575 с.

Годовиков, А. А. Минералогия. 2-е изд., перераб. и доп. М., «Недра». 1983.

Золотарев, А. А. Определитель минералов (для студентов): учебное пособие / А. А. Золотарев, Л. Я. Крылова; Санкт-Петербургский Государственный университет. - Спб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 1996. 132 с.

Захарова, М. Е. Минералогия россыпей. - М.: «Недра», 1994. -271 с., ил.

10 Кристаллографическая и кристаллохимическая База данных для минералов и их структурных аналогов - «МИНКРИСТ». Карточка № 4547. 27.11.2014. <http://database.iem.ac.ru/mincryst/rus/s_carta.php?%E1%CE%D4%C9%CD%CF%CE%C9%D4+4547> - 20.11.13

Михеев, В. И. Рентгенометрический определитель минералов. - Государственной научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр. М.: 1957. 852 с.

Оболенский, Н. В. Рудообразование и генетические модели эндогенных рудных формаций / отв. ред. Н. В. Оболенский, В. И. Сотников, В. Н. Шарапов. - М.: Наука, 1988. - 344 с.

Павлова, Г. Г. Физико-химические факторы формирования Au-As-, Au-Sb- и Ag-Sb-месторождений. / Г. Г. Павлова, А. А. Боровиков // Геология рудных месторождений. - 2008. Т. 50, №6. - С. 494-506

Слетов, В. А. О деформации, расщеплении и замещении кристаллов антимонита растущими кристаллами кварца. / В. А. Слетов // Новые данные о минералах. - вып. 29. М., изд-во Наука, 1981.

Взято из публикации на сайте проекта «Рисуя минералы..». <http://mindraw.web.ru/bibl18.htm> - 15.11.2013

Смирнов, В. И. Рудные месторождения СССР / ред. В. И. Смирнов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1978- . Т. 2. - 1978. - 400 с.

Смолянинов, И. В. Влияние комплексов Ph[3] Sb(V)1 с редокс-активными лигандами на процесс пероксидного окисления in vivo / И. В. Смолянинов [и др.] // Доклады Академии наук. - 2012. - Т. 443, №1. - С. 64-68.

Смолянинов, Н. А. Практическое руководство по минералогии. Изд. 2-е, испр. и доп. Науч. ред. Б. Е. Карский М., «Недра», 1972. 360 с. Алф. список и указ. минералов: с. 331 - 353.

Спиридонов, Э. М. Ферроскуттерудит (Fe, Co) As[3] - новый минеральный вид из доломит - кальцитовых жил Норильского рудного поля / Э. М. Спиридонов, Ю. Д. Гриценко, И. М. Куликова // Доклады Академии наук. - 2007. -Т. 417, №2, ноябрь. - С. 242-244.

Херблат, К. Минералогия по системе Дэна / К. Херблат, К. Клейн; пер. с англ. О. А. Красильщикова, под ред. А. С. Поваренных. - М. : Недра, 1982. - 728 с. : рис., табл. - Указ. минералов: с. 723.