Рутил

Синонимы: Красный шерл — schorl rouge (Де-Лиль, 1783), титанкальк — Titankalk (Клапрот, 1795), титанит — titanite (Кирван, 1796), титановая руда — Titanerz (Эмерлинг, 1797), криспит — crispite (Деламетри, 1797), эдисонит — edisonite (Хиден, 1888), титановый шерл — titanschorl (Эглестон, 1889), диксбергит — dicksbergite (Игельстрём, 1896), галлитцинит— gallitzinite (Ленд, год?; по Хею), кахуэлит (каюэлит) — cajuelite (по Честеру, 1896).Группа

Происхождение названия

Название минерала произошло от латинского rutilus—красный, красноватый (Вернер, 1803).

Английское название минерала Рутил - Rutile

Рутил
Рутил

Содержание

Формула

TiO2

Химический состав

Химический теоретический состав: TiO2 — 100 (Ti — 59,95). Часто содержит примесь Fe (частью за счет включений); в небольшом количестве содержит Sn (до 1,5% SnO2 в рутиле из пегматитов), V (в рутиле из основных пород), Nb до 5% и Та (главным образом в рутиле из щелочных комплексов и из высокотемпературных рудных жил), Cr (в месторождениях хромитов). Максимально возможное содержание Cr2O3 в рутиле — 4 мол.%;. («хромрутил» с 16,61% Cr2O3 оказался самостоятельным минералом — редледжеитом). Спектроскопически в рутиле обнаружен Sc.

Разновидности

Нигрин — nigrine (Карстен, 1800) — Fe-содержащий рутил. Содержание Fe2Oдостигает 11 %. Иногда содержит Sn02 (до 1,4%). Облик кристаллов такой же, как у рутила. Цвет черный. Плотность 4,4—5,2. Встречен в Бернау (Бавария,Германия), в Олахпьяне в Трансильвании (Румыния) и в других местах. Fe в нигринах, по-видимому, замещает титан; частью нигрины содержат микроскопические включения ильменита. Роль Nb в нигринах и их соотношение с ильменорутилом не выяснены.
Включения ильменита содержит и еще более богатый железом рутил — изерин — iserine (изерит — iserite), впервые обнаруженный Яновским (1886) в песках Изервизе в Чехии; частично это смеси ряда минералов, частично ильменит. По Хенрикуесу, нигрин содержит железо в виде Fe 3+, а изерин — в виде Fe2+ .

Кристаллографическая характеристика

Сингония Тетрагональная. L44L25PC

Класс симметрии. Дитетрагонально-бипирамидальный — 4/mmm. Отношение осей. с/а=0,645.

Кристаллическая структура

Структура рутила представляет собой один из характерных типов простых структур. Эта структура свойственна ряду минералов, состав которых отвечает формулам AO2 или AB2O6 .  Атомы Ti (А) расположены по вершинам и в центре элементарной ячейки, атомы O - по диагоналям базисных плоскостей и перпендикулярным к ним диагоналям, проходящим через центр ячейки, образуя октаэдры вокруг Ti. Атомы O слагают несколько искаженную плотнейшую гексагональную упаковку, половина октаэдрических пустот которой заполнена атомами Ti. Заполненные октаэдры имеют по два общих ребра с соседними октаэдрами и образуют цепи в направлении оси с.

В соответствии с наличием цепей октаэдров в направлении оси с кристаллы часто бывают значительно вытянуты по этой оси. Расположением оси 4-го порядка в плоскости плотнейшей упаковки по одному из трех возможных направлений гексагональной сетки объясняется образование характерных для рутила коленчатых двойников с углом срастания 120°, тройников и «сагенитовых» шестиугольников
Возможно, что наряду с ионной связью в структуре рутила Существует сильная гомеополярная связь, что обусловливает высокое значение диэлектрической постоянной (Баур)  и подтверждается расчетами значений теплоемкости искусственного рутила.

Рутил
Рутил

Главные формы: Наиболее распространенные формы: a, m, s, e, h, l, t, z.

Форма нахождения рутила в природе

Облик кристаллов. Кристаллы обычно удлинены по оси с — призматического (столбчатого) до игольчатого облика. Грани зоны призм покрыты вертикальной штриховкой или бороздками и бугорками. Встречаются изогнутые кристаллы. Нередки волосовидные кристаллики («волосатик», или «венерины волосы» — venus’ hair stone, «стрелы амура» — fleches d’amour), образующие включения в кварце.

Обычны двойники по (101): коленчатые, полисинтетические, также тройники, реже шестерники или восьмерники. Более редки двойники по (301) — сердцевидные. Наблюдаются двойники скольжения по (101).

Ориентированные срастания рутила

Встречаются ориентированные нарастания кристаллов рутила на гематит: оси с кристаллов рутила располагаются под углом 60° друг к другу, (100) и (101) рутила параллельно (0001) и (1011) гематита; ориентированные срастания с ильменитом: (100) [001] рутила параллельно  (0001) [1010] или (1010) [0001] ильменита; описаны нарастания рутила на магнетит и вростки рутила в магнетите с (100) рутила параллельно (111) магнетита и расположением осей с кристаллов рутила параллельно ребрам октаэдра магнетита. Аналогичные взаиморасположения минералов наблюдаются в шлифах в виде продуктов распада твердых растворов: в ильмените, гематите, магнетите (Рамдор), хромите и др.
Известны различные законы срастания с кварцем (сходство кислородных цепочек): (100) рутила ориентируется параллельно (1010), (1011) или (1121) кварца; (010) рутила параллельно (1010) кварца, оси с обоих минералов параллельны; (010) рутила параллельны (0001) кварца и др. Ориентированные микроскопические иголочки рутила обнаруживаются в корунде, в бруките, в анатазе и псевдобруките (законы срастаний окончательно не выяснены); в гранате наблюдались иголочки рутила, ориентированные параллельно [110] граната, в плагиоклазе — параллельно[001] плагиоклаза. Плоские сетчатые двойниковые сростки игольчатого рутила — сагенит (Сосюр, 1796)—развиваются на гематите, ильмените, известны в хлоритах, слюдах: (100) рутила параллельно слюды (001) слюды; [001] рутила параллельно [010] или [100] слюды.

Агрегаты. Кристаллы, реже грубозернистые агрегаты.

Физические свойства

Оптические

Цвет красновато-бурый, переходящий в красный, буровато-желтый, бурый, желтоватый, синеватый, фиолетовый; разновидности рутила, содержащие Fe (нигрин) и небольшое количество Nb (Та), черного цвета; хромсодержащий — зеленый до черного. Фиолетовый цвет природного рутила из Шубинского месторождения и синий искусственного рутила зависят от Ti 3+ .

Черта желтая до светло-коричневой.

Кварц волосатик
Кварц волосатик

Блеск  металловидный, алмазный.

Прозрачность В тонких сколах прозрачен.=

Механические

Твердость 6-6,5. Хрупок.

Плотность 4,2—4,4 (вычисл. 4,25); плотность возрастает с увеличением содержания Fe, а также Nb и Та.

Спайность  по (110) отчетливая, по (100) менее ясная; обусловлена наличием цепей из TiO2-октаэдров, параллельных оси с; спайность по (110) связана с расположением атомов О по диагоналям базисной плоскости; спайность по (111) несовершенная. Отмечалась отдельность по (101) (обусловлена двойникованием) и по (902) (Мюгге) .

Излом от раковистого до полураковистого и неровного.

Химические свойства

Нерастворим в кислотах. Обычные реактивы травления не действуют.

Прочие свойства

Искусственный рутил светочувствителен. Флотируется олеиновой кислотой, олеатом натрия и мылонафтом при pH = 6,5-7,5 (оптимально в нейтральной среде), окисленным петролатумом в более кислой среде, до pH = 3; извлекается в сильно кислой среде алкилсульфатом натрия. Флотация рутила анионными собирателями подавляется при pH 9,5. Диэлектрическая проницаемость высокая, существенно зависящая от температуры (в среднем 114).

Поведение при нагревании. Пластическая деформация имеет место около 600°. Температура плавления 1850° (по Кубашевскому и Эвансу). В результате нагревания показатели преломления и двупреломление понижаются.
По Якшину, при прокаливании при 500° в восстановительной среде (в смеси с тонкорастертым углем) красный рутил становится черным, и при этом магнитная восприимчивость возрастает почти в 50 раз; это свойство рутила может быть использовано при обогащении. Фиолетовый рутил в результате нагревания на воздухе приобретал оранжево-красную окраску.
Теплопроводность в направлении оси с больше, чем в поперечном направлении; по мере возрастания температуры теплопроводность и ее анизотропия уменьшаются.

Искусственное получение минерала.

Получается в виде кристаллов при разложении TiCl4 или TiF4 при температуре красного каления; при плавлении TiO2 в буре, в фосфорной соли или вольфрамовокислом натрии (теми же способами, но при более низких температурах может быть получен анатаз). Образуется при старении коллоидного раствора TiO2, полученного путем гидролиза из солей титана. Рутил может быть получен также в результате нагревания анатаза.

Диагностические признаки

Сходные минералы. Магнетит, ильменит, цинкит, касситерит, циркон, турмалин, гранаты (пироп и альмандин).

Характерны тетрагональная форма кристаллов и коленчатые двойники. От циркона отличается меньшей твердостью, от касситерита — меньшей плотностью. Игольчатый и волосовидный рутил отличается от турмалина и гётита по форме поперечных сечений кристаллов. В прозрачных шлифах от сходных минералов отличается по исключительно высоким показателям преломления и двупреломлению (даже в тонких иголочках дает высокие цвета интерференции); в отраженном свете характерны внутренние рефлексы, высокая отражательная способность, наличие двойников; не поддается травлению.

Сопутствующие минералы. Кварц, амфибол, гранат и др.

 

Происхождение и нахождение

Очень распространен. Образуется в различных условиях. Как акцессорный минерал встречается в магматических, метаморфических и осадочных породах, в небольших количествах в рудах различного происхождения и состава, в безрудных жилах, в массивах вторичных кварцитов. В повышенных количествах наблюдается в некоторых пегматитах, генетически связанных с основными породами. Он широко распространен в метаморфических породах: изолированные зерна в ам­фиболитах (особенно в западных Рудных горах), гней­сах, слюдистых сланцах. Часто образует игольчатые включения в кварце, слюде и других минералах («стре­лы амура», «волосы Венеры»),

Изменение минерала.

Изредка замещается ильменитом.

Сегенит. Урал
Рутил. Сегенит. Урал

Месторождения рутила


Обогащенными рутилом являются апатитовые жилы Норвегии, залегающие в массивах габбровых пород и вмещающих их гнейсах. В Крагерё (Норвегия) встречается весьма интересная в практическом отношении плагиаплитовая порода — крагерёит, содержащая более 20% рутила. Апатито-ильменитовая порода, содержащая около 10% рутила, известная под названием нельсонита, добывается как титановая руда в районах Амхерст и Нельсон в шт. Виргиния (США); дайки нельсонита залегают в сиените; образование минералов титана и апатита связывается с послемагматическими процессами.
Рутил характерен для жил альпийского типа, в которых встречается совместно с горным хрусталем (нередко образует в нем игольчатые и волосовидные включения), с гематитом и др.: Приполярный Урал, Средний Урал, Алдан в России, Бинненталь, Тессин в Швейцарии, Тироль в Австрии, также во Франции, Италии и др.
В промышленных концентрациях рутил содержится в кварцитах некоторых древних метаморфических толщ, например, в районе р. Кутим на Урале. Рутилоносные хлоритовые, талько-хлоритовые, хлорито-серицитовые и серицитовые сланцы распространены на Урале и в других районах России. Известны богатые рутилом графитовые сланцы (Сангиленское нагорье, Тува), отмечается обогащение рутилом некоторых эклогитов (Шубинское месторождение в Оренбургской области, около Кокчетава в Казахстан), кварцевых жил и плагиоклазовых линз среди амфиболитов Крумовградского округа (Болгария).
В глинах и бокситах рутил частично представляет аутигенный минерал. Образуется в результате изменения ильменита, титаномагнетита и других титановых минералов, является обычно конечным продуктом их лейкоксенизации. Рутил накапливается в россыпях, что приводит к образованию особенно ценных (легко обогащаемых) титановых руд. Таковы, например, меловые и третичные рутило-цирконо-ильменитовые прибрежно-морские россыпи Украины; богаты рутилом прибрежно-морские россыпи Австралии, Бразилии и других стран.
Часто рутил совместно с гематитом или с магнетитом наблюдается в виде мелких включений (продуктов распада твердых растворов) в ильмените, отчасти в титаномагнетите и др. Известен в параморфозах по брукиту и анатазу (Магнет-Ков, шт. Арканзас, США), в псевдоморфозах по сфену (Кузнечихинское месторождение на Урале), развивается также по ильмениту, гематиту, роговой обманке и др.

Практическое применение

Важнейшая составная часть многих титановых руд. Рутил употребляется для изго­товления ферротитана, титановых сталей, титановых карбидов.

Физические методы исследования

Дифференциальный термический анализ

Главные линии на рентгенограммах: 

Старинные методы. Под паяльной трубкой не плавится.

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

В проходящем свете обычно коричневато-красный или красный. Густота окраски повышается с увеличением содержания Fe. В шлифах плеохроизм часто вообще неразличим, но иногда достаточно ясный: по Ne буровато-желтый до желтовато-зеленого, темный кроваво-красный до черного в толстых срезах; по No желтый до буроватого, в толстых срезах буровато-красный;

Ne> No. Фиолетовый рутил из эклогитов Шубинского месторождения по Ne густо-фиолетовый, по No серовато-фиолетовый. Одноосный (+); иногда аномально двуосный с небольшим 2V (механически деформированные кристаллы).
 
По Винчелу, оптически аномальный рутил содержит двуосные двойниковые пластиночки с плоскостью оптических осей (110), пересекающие базальный разрез одноосного рутила.
Удлинение всегда (+). Показатели преломления и двупреломление исключительно высокие.
 
В полированных шлифах в отраженном свете светло-серый. Отражательная споспособность (в %): для зеленых лучей 20,5; для оранжевых 18; для красных 17,5; по данным измерения с фотоэлементом Re = 25, Ro = 21% (Рамдор). Двуотражение слабое, заметное лишь по границам зерен и двойников, в иммерсии более отчетливое. Явно анизотропен. Внутренние рефлексы отчетливые: желтоватые, бурые и зеленоватые; цвет их зависит от содержания Nb, Та, Cr, Fe и др. (Рамдор).
Галлерея