Силлиманит минерал

Назван по фамилии американского минералога В. Силлимана

Английское название минерала Силлиманит - Sillimanite

Синонимы: Волокнистый кремень— Faserkiesel (Линдакер, 1792), фибролит— fibrolite (Бурнон, 1802), бурнонит—bournonite (Лукас, 1813), бухольцит—bucholzite (Брандес, 1819), монролит— monrolite (Силлиман, 1849), блестящий шпат— Glanzspath (Рат, 1872). По-видимому, измененным силлиманитом являются: вертит— worthite (Хес, 1830), гидробухоль- цит— hydrobucholzite (Томсон, 1836), бамлит— bamlite (Эрдман, 1842), ксенолит— xenolite (Норденшельд, 1842), вестанит— westanite (Бломстранд, 1868).

 

Содержание

• Химический состав
• Кристаллографическая характеристика
• Форма нахождения в природе
• Физические свойства
• Химические свойства
• Диагностические признаки
• Происхождение минерала
• Месторождения
• Практическое применение
• Физические методы исследования
• Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

 

Формула силлиманита

Al[AlSiO₅]

Химический состав

Окись алюминия (Аl2O3) 63,1%. двуокись кремнезема (SiO2) 36,9%, иногда присутствует в виде примеси (2—3%) окись железа.  Промежуточный состав между силлиманитом и муллитом имеют минералы из ксенолита лавы Асамо, Япония (Аl₂O₃ — 64,69 и 65,6; SiO₂ — 32,72 и 31,6) и из метаморфизованного литомаржа с оcтрова Ратлин, Ирландия (Аl₂O₃— 64,8 и 64,1; SiO₂ — 32,9 и 32,8). Одними авторами высказано мнение о существовании непрерывной изоморфной серии силлиманит — муллит, другими — о существовании разрыва в этой серии. Fe³⁺ замещает Аl. Спектроскопическое исследование образцов из зарубежных месторождений показало, что силлиманит в среднем содержит (в %): Mg — 0,068, Ti — 0,039, V — 0,012, Li — 0,011, В — 0,0073, Cr —0,0067, Ga — 0,0066, Zr — 0,0065, Ba — 0,0038, Mn — 0,0014, Be — 0,0009, Cu — 0,0005; по другим данным, содержание Ga в силлиманите не превышает 0,001%, а Be составляет 0,0021%; обнаружены также следы Ni, Sc, Y, Sr, Pb. Встречен зеленоватого цвета силлиманит, содержащий до 3% Cr. Методом ИК-спектроскопии в прозрачном силлиманите из Шри Ланки установлено незначительное количество гидроксильной воды. В сосуществующих андалузите и силлиманите первый содержит больше Ti и Mg и меньше Cr и V. Из механических трудно отделимых примесей в силлиманите присутствуют кварц, рутил, циркон, магнетит, графитоподобное вещество; наблюдаются газово-жидкие включения.

Кристаллографическая характеристика

 

Сингония. Ромбическая C¹⁶_2h — Pbnm. а₀ = 7,4856, b₀ = 7,6738, с₀ = 5,7698 А; а₀: b₀:с₀ = 0,9754 : 1 : 0,7518; Z = 4

Класс симметрии. Ромбо-бипирамидальный — mmm. Отношение осей. 0,979 : 1 : 0,757.

 

Кристаллическая структура

 

Главные формы: a, m, b.

В структуре силлиманита цепочки АlO₆-октаэдров, вытянутые параллельно оси с, соединены сдвоенными цепочками тетраэдров с чередующимися катионами Al и Si, также вытянутыми параллельно оси с. Октаэдры Аl в цепочках имеют общие ребра. Атомы кислорода в силлиманите образуют плотнейшую гексагональную упаковку.

 

Форма нахождения в природе

 

Облик кристаллов. Мелкие игольчатые кристаллы или спутанно-волокнистые образования, иногда микроскопические тонкие волоски.

Часты двойники по

Агрегаты.   Удлиненные призмы, игольчатые, шестоватые и волосовидные образования, лучистые, спутанно-волокнистые, параллельно-волокнистые, сноповидные, радиально-лучистые агрегаты; плотные спутанно-волокнистые агрегаты описаны под названием фибролита.

Физические свойства

Оптические

 

• Цвет. Серый, серовато-белый, светло-бурый, бледно-зеленый.
• Черта. Белая.
• Блеск. Стеклянный.
• Отлив жирный, шелковистый.
• Прозрачность. Прозрачный до просвечивающего.

 

Механические

 

• Твердость. 6—7.
• Плотность. 3,23—3,25.
• Спайность. Совершенная параллельно оси с, по (010).
• Излом неровный.

Химические свойства

Поведение в кислотах. Нерастворим.

Разлагается сплавлением с едкими щелочами и с карбонатами щелочей. С раствором азотно-кислого кобальта дает реакцию на Аl.
 

Прочие свойства

В ультрафиолетовых лучах не люминесцирует, в катодных лучах иногда обнаруживает розоватое свечение от очень слабого до яркого. В ИК-спектре силлиманита имеются полосы сильного поглощения при 1180, 1100, 970, 920, 820, 750, 700, 640, 590, 520, 450 см^-1.

Поведение при нагревании. Силлиманит при обжиге разлагается с образованием муллита и кремнеземистого стекла. Температура превращения в муллит зависит от условий нагревания и содержания в силлиманите различных примесей.
По Грейгу, нагревание силлиманита при 1345° в течение 150 часов не вызывает его изменения, тогда как нагревание при 1665° уже в течение 1 часа приводит к полному его разложению с образованием муллита; по Де Кейзеру, превращение в муллит наступает при нагревании силлиманита при 1450° в течение 5 часов, при 1600°— 3 часов, при 1750°— 20 мин. Примесь дюмортьерита способствует более быстрому переходу силлиманита в муллит. На основании измерения теплового эффекта растворения силлиманита высказано мнение о том, что при нагревании в минерале происходят внутриструктурные перегруппировки. Разложение силлиманита при нагревании сопровождается увеличением объема на 7,2% и понижением плотности до 3,02. Нагревание тонко измельченного силлиманита во вращающейся бомбе в присутствии воды при температуре 350—450° и давлении 138—690 атм приводит к его полному разложению (около 400° основной продукт разложения — каолинит). Линейное расширение материала, нагретого до 1000°, 0,37—0,42%.

Искусственное получение минерала

Силлиманит, синтезированный до 1941 г., не вполне достоверен, так как не определялся рентгенометрически. В 1941 г. Балкони синтезировал силлиманит из Аl₂O₃ и SiO₂ (в эквимолекулярных пропорциях) с добавками NaF, буры и MgO при нагревании до 950° и выдержке в реакционной смеси при 850° в течение 24 часов. Мишель Леви получила тонкие иглы силлиманита из смеси глинозема и кремнезема с добавкой буры при температуре 400—450° и давлении водяных паров 50 бар. Кос  синтезировал силлиманит из каолинита в присутствии фторидов при 700° и 10000 атм. В виде кристаллов до 4—5 мм силлиманит получен при осуществлении транспортной химической реакции при температуре горячей зоны от 1290 до 1140° и температурном градиенте 50°. За счет корунда и кварца в гидротермальных условиях силлиманит образуется при 750° и 2,5—5 кбар.  В 1955 г. Робертсон с соавторами впервые наметили границу полей устойчивости кианита — силлиманита. Дальнейшими исследованиями  граница фаз кианит — силлиманит установлена в интервале температур 400—1500° и давлений 5— 25 кбар. Показано, что на положение этой границы существенное влияние оказывают различные примеси (особенно Fe₂O₃) в. исходных соединениях. Продолжительное измельчение кианит-силлиманитовой смеси сильно уменьшает ее реакционную способность при температуре 750° и давлении 8—11,5 кбар; силлиманит при этом образуется за счет кианита при давлении на 2 бара выше, чем в опытах со слабо измельченной смесью. Силлиманит с малым содержанием хрома и обогащенный хромом кианит благодаря чрезвычайно малой скорости реакции перехода могут сосуществовать при 20 кбар до 80°, а при 25 кбар почти до 150°.

Превращение кианит — силлиманит при температуре 1130° и давлении 18,5 кбар сопровождается резким изменением электропроводности и энергии активации. Превращение силлиманит—андалузит исследовано в интервале температур 1400—1900° и давлений 25—-54 кбар в системе Al₂SiO₅  и с участием воды в интервалах: 590—620° и 2—7 кбар; 500—600° и 4,04— 9,09 кбар; 597—-972° и 0,5—4,02 кбар. Экспериментально установлено положение тройной точки кианит—андалузит—силлиманит для реакции в твердых фазах в условиях умеренных температур и давлений и для реакций при участии воды. На положение тройной точки кианит— андалузит—силлиманит так же, как на изменение границы фазового равновесия кианит—силлиманит влияет различная степень упорядоченности Аl и Si, при этом достаточно небольшого изменения свободной энергии, связанного с размещением Аl и Si в тетраэдрах.

Диагностические признаки

Сходные минералы. Дистен, андалузит, муллит.

Сопутствующие минералы. Кордиерит, андалузит, биотит, корунд.

От андалузита отличается положительным удлинением и значительно более высоким двупреломлением, иной спайностью, отсутствием двойников; в инфракрасном спектре силлиманита имеется сильная полоса при 1180 см^-1, которой нет в спектрах андалузита и кианита; от муллита отличается по параметрам элементарных ячеек, характеру инфракрасных спектров и по электронограммам.

Происхождение и нахождение

 Минерал контактового метаморфизма; образуется при высоких температурах в высокоглиноземистых породах (контактовых роговиках). Минерал встречается главным образом в метаморфических породах. Образуется в условиях следующих фаций: пироксен-роговообманковой — при контактовом метаморфизме, альмандин-амфиболитовой (силлиманит-альмандиновая субфация) и гранулитовой (роговообманково-гранулитовая и пироксен-гранулитовая субфации) — при региональном метаморфизме.

Мияширо, а также Добрецов, Соболев и Хлестов выделяют андалузит-силлиманитовую и кианит-силлиманитовую устойчивые фации регионального метаморфизма. По Семененко, кристаллизация силлиманита связана с метаморфизмом алюмосиликатных пород в условиях:

1. плутонометаморфизма с образованием высокотемпературных гранулитов и среднетемпературных роговообманковых гнейсов и амфиболитов
2. термального метаморфизма с образованием высокотемпературных роговиков и микрогнейсов
3. миграционно-контактового (гидротермально-пневматолитического) метаморфизма с широко развитыми метасоматическими процессами и образованием слюдяно-гранатовых сланцев. Пугин и Хитаров выделяют силлиманит-альмандин-мусковитовую и силлиманит-альмандин-ортоклазовую субфации регионального метаморфизма и отмечают присутствие силлиманита в породах роговообманково-роговиковой фации контактового метаморфизма. Чаттерджи и Олдермэн в образовании силлиманита при метаморфизме горных пород ведущую роль отводят растворам. Кориковский выделяет кварц- силлиманитовую фацию, для которой характерно проявление кислотного выщелачивания в глубинных гранито-гнейсовых комплексах. Маракушев, рассматривая среди минеральных фаций метаморфические породы с недостаточным содержанием кальция, выделяет гиперстен-силлиманитовую и гранит-биотит-силлиманитовую фации больших глубин. Тесная ассоциация силлиманита и муллита возникает при разрушении мусковита под влиянием термального метаморфизма; при этом первоначально образующаяся фаза метастабильна. Сосуществование силлиманита и муллита в разных ассоциациях принимается за доказательство разрыва смесимости между ними.

Изменение минерала

Известны параморфозы кианита и андалузита по силлиманиту; замещается шпинелью, корундом, кварцем, полевым шпатом, мусковитом, гидромусковитом, гранатом, диккитом, каолинитом, реже монтмориллонитом.

Практическое применение

Такое же, как у кианита. В крупных скоплениях важное сырье для производства огнеупоров. Незначительное изменение объема при обжиге благоприятно для использования силлиманита в керамической промышленности. Употребляется также как ювелирный камень (бесцветный до ярко- голубого силлиманит из Бирмы, Бразилии, Колумбии, Шри Ланки).

Физические методы исследования

Старинные методы. Под паяльной трубкой не плавится.

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

В шлифах большей частью бесцветный, редко пятнистый коричневатый со слабым плеохроизмом. В толстых пластинках плеохроизм: по Ng — темно-бурый, фиолетово-синий, сапфирово-синий; по Nm—бурый, серовато-зеленый, бесцветный или зеленоватый; по Np — серовато-бурый, буровато-желтый, очень светло-желтый; Ng>Nm> Np. Двуосный (+). Плоскость оптических осей (010). Ng,= с, Nm = b, Np = а. Удлинение (+). n_g= 1,668—1,684, n_m = 1,649—1,670, n_p= 1,647—1,661. Показатели преломления несколько варьируют с изменением цвета; например, у светло-бурого силлиманита (Чехия) n_g = 1,6837, n_p= 1,6612, у темно-бурого n_g = 1,6773, n_p = 1,6549.  2V = 30—21° до 41°. Дисперсия r>v, сильная. У очень тонковолокнистого фибролита в шлифах наблюдается псевдохроизм — буроватая окраска дисперсионной природы (Лодочников, 1955). Волосовидные выделения силлиманита, часто изогнутые, образуют включения в кварце, полевых шпатах, турмалине. Отмечены эпитаксические выделения силлиманита на слюдах.