Циркон - свойства, применение

Название произошло от искаженных с течением времени персидских слов: цар — золото и гун — цвет. Возможно от греч. киртос — кривой, выпуклый (имеется в виду искривленность граней кристаллов).

Синонимы: гиацинт.

Является довольно частым акцессорным (второстепенным по количеству) минералом в ряде кислых и щелочных изверженных горных пород (гранитах, сиенитах, нефелиновых сиенитах).

Формула Zr[SiO4].

Химический состав. Согласно формуле: ZrO2 — 67,1 %; (Zr — 49,5 %), SiO2 — 32,9 %. Из примесей в небольшом количестве почти всегда присутствует Fe2O3 до 0,35 % и больше, часто CaO (0,05–4 %), иногда Al2О3. Всегда содержится окись гафния. Изредка обнаруживаются незначительные содержания Sn и Be.

Разновидности:

Альвит - високое содержание HfO2, В некоторых случаях  достигает 4 % (Крагерё, Норвегия) и даже 16 %.

Хагаталит - Y2O3 и редкие земли, главным образом Се2О3.

Амагутилит - Се2О3 иногда до 16 % при содержании Р2О5 — до 4–5 %

Наэгит -  Nb и Ta.

Хегтвейтит - ThO2 — до 7 %, иногда 12 % и U3O8 — до 1,5 %, иногда больше.

Альвит - ВеО + Al2О3 доходит до 15 %).

Оямалит -  содержит значительное количество Р2О5.

Малаконы и циртолиты - более богатые радиоактивными веществами и находящиеся в связи с этим в метамиктном состоянии, содержат также существенные количества Н2О (до 2–12 %).

Сингония тетрагональная; дитетрагональнодипирамидальный в. с. L44L25РС. Пр. гр. I41/amd(D19
4h). a0 = 6,58; с0 = 5,93.

Кристаллическая структура. Рентгенометрические исследования показывают, что циркон имеет типичную радикалионную структуру, состоящую из анионных групп SiO4 и катионов Zr4+, окруженных восемью кислород ными ионами. Тетраэдры SiO4 чередуются вдоль L4 с ионами Zr. Таким образом, структура циркона весьма существенно отличается от структуры рутила, кристаллы которого внешне очень похожи на кристаллы циркона, но является аналогичной структуре ангидрида Ca[SO4].

Облик кристаллов короткостолбчатый, изометрический, реже дипирамидальный. Обычные формы: тетрагональные призмы {100} и {110} и тетрагональная дипирамида {111} (рис. 276). Двойники коленчатые, как у рутила, но встречаются гораздо реже.

Главные формы. Кристаллы вообще характерны для циркона. В неправильных зернах встречается реже.

Агрегаты.

Физические свойства циркона


Оптические

Цвет. Бесцветный, но чаще окрашен в коричневый, желтый, оранжевый, красный, реже зеленый или голубой (гиацинт) цвет. Малаконы обычно обладают темнобурой окраской.

Блеск алмазный, иногда жирный. Ng= 1,968–2,015 и Nm = 1,923–1,960.

Механические

Твердость. 7–8. У разностей, испытавших метамиктный распад, снижается до 6, кроме того, они обладают удивительной вязкостью, тогда как обычные цирконы хрупки.

Спайность обнаруживается средняя по {110}. Излом неровный или раковистый (у измененных разностей).

Уд. вес 4,68–4,70; для измененных разностей — циртолитов — падает до 4,7 и даже до 3,8 (происходит увеличение объема с сохранением несколько искаженной внешней формы кристаллов).

Прочие свойства. Малаконы и циртолиты, как правило, радиоактивны.

Химические свойства. В кислотах не растворяется.

.Диагностические признаки. Для кристаллов циркона весьма характерен тетрагональный короткостолбчатый, реже дипирамидальный облик.

Можно смешать: 1) с рутилом (отличие по твердости, показателям преломления);

2) с касситеритом (отличие по удельному весу, парагенезису, химическим реакциям и меньшему двупреломлению под микроскопом);

3) с торитом (отличие по твердости, отношению к реактивам, значительно более сильному двупреломлению);

4) с монацитом, встречающимся в аналогичных условиях (отличие по твердости и облику кристаллов — мона
цит обычно в таблитчатых формах).

Сопутствующие минералы. Циркон распространен главным образом среди миаскитовых и сиенитовых пегматитов, где он встречается вместе с черной слюдой, нефелином, альбитом, апатитом и различными минералами, содержащими TR, Mb, Та, Th, U (пирохлором, эшинитом, самарскитом и др.). Кристаллы обычно небольшие — не свыше 1 см в поперечнике, но изредка встречаются и крупные экземпляры. В 1837 г. был найден самый крупный образец весом около 3,5 кг, состоящий из нескольких неделимых. Изучены ориентированные срастания циркона с пирохлором по плоскостям (111), причем грань октаэдра пирохлора совпадает с гранью тетрагональной дипирамиды (111) циркона. Закономерность этих срастаний, как выяснилось, обусловливается соизмеримостью параметров по ребрам [110] циркона и [112] пирохлора. Любопытно, что при разбивании сростков обнаружилось отсутствие идиоморфизма какого либо из срастающихся минералов по отношению к другому: поверхности раздела между ними являются неровными и неправильными. Это заставляет предполагать об одновременном росте обоих минералов.

Происхождение. Циркон встречается в виде редко вкрапленных кристалликов в магматических интрузивных породах: нефелиновых сиенитах, гранитах, диоритах, гнейсах, а чаще и в более крупных кристаллах — в пегматитах сиенитового и гранитного состава.

В метаморфизованных осадочных породах (кристаллических сланцах и парагнейсах) встречается в виде реликтовых окатанных зерен. На основании идиоморфизма кристаллов циркона по отношению ко всем сопровождающим его минералам считают, что из магмы он выделяется одним из первых. Однако ряд наблюдаемых в природе фактов неувязывается с таким представлением:

1) довольно часто он встречается в тесной ассоциации с более поздними минералами, содержащими летучие компоненты (апатит, флюорит, слюды и др.);

2) согласно данным Лакруа, в нефелиновых породах Мадагаскара, где количество циркона достигает 7 %, он нередко приурочивается к трещинам в уже частично застывшей материнской породе;

3) в эффузивных породах (трахитах, базальтах) он в виде мельчайших кристалликов наблюдался в друзовых пустотах;

4) известны псевдоморфозы циркона по минералам магматического происхождения, в частности по щелочной роговой обманке — рибекиту, и т. д.

По всей вероятности, идиоморфизм циркона во многих случаях обусловлен тем, что он подобно метакристаллам (пирит, магнетит, апатит и др.), несмотря на относительно поздний момент возникновения, способен образовывать совершенные кристаллы.

Как химически устойчивый минерал, циркон при выветривании горных пород легко освобождается от своих спутников и механически переходит в россыпи, а отсюда в виде окатанных зерен — в осадочные породы.

В ряде мест циркон довольно широко распространен также в россыпях, из которых легко добывается с помощью простой промывки на вашгердах. Для некоторых районов установлено, что акцессорный циркон
гранитов имеет большей частью бочонковидньй облик с заостренными вершинами, всегда прозрачен и обычно бесцветен. Циркон гранитоидов, залегающих в виде жил, обладает тетрагональнопризматическим обликом, также прозрачен, но почти всегда окрашен в розовый или фиолетовый цвет. Цирконы пегматитовых жил имеют, как правило, более или менее изометрический, дипирамидальнопризматический вид, не прозрачны и в подавляющем большинстве случаев интенсивно окрашены в бурые цвета различных оттенков.

Месторождения.  Из местонахождений в России заслуживают внимания пегматиты сиенитов и миаскитовых нефелиновых сиенитов из Ильменских и Вишневых гор. Встречается циркон и в пегматитах нефелиновых сиенитов Хибинских и Ловозерских тундр (Кольский полуостров).

Из иностранных районов отметим район крупных месторождений циркона в Южной Норвегии в нефелиновых сиенитах, местами в весьма значительных количествах: Гитерё, Крагерё, Телемаркен и др., а также россыпи на о. Цейлон, в Бразилии, Австралии и на о. Мадагаскаре.

Практическое применение. Прозрачные красиво окрашенные разности используются в ювелирном деле.

Обычно перерабатывается для получения ZrO2, обладающей слабой теплопроводностью и малым коэффициентом расширения, идущей на изготовление кислото и огнеупорных тиглей (температура плавления около 3000 °С). В виде при меси добавляется к кварцевому стеклу (до 2,5 %) с целью получения жаро и кислотоупорной лабораторной посуды. Используется в виде огнеупорных кирпичей и цемента, применяемых для футеровки электроплавильных печей, а также для изготовления белых эмалей и весьма устойчивых красок.

Металлический цирконий в сплавах с магнием (40 %) употребляется для бездымных вспышек (при световой сигнализации и фотографировании). Чистый цирконий, благодаря ковкости, заменяет платину при производстве приборов для научноисследовательских работ. Он может быть применен также для свечей в двигателях внутреннего сгорания и для термоэлементов в пирометрах.

Примесь его в определенных количествах в виде ферроциркония или других сплавов к стали, меди, латуни и др. улучшает качество отливок, увеличивает твердость и химическую стойкость сплавов. В металлургии стали цирконий играет роль лучшего раскислителя. Благодаря способности образовывать соединения с азотом, цирконий полностью освобождает сталь от вредных нитридов.

Гафний, извлекаемый из циркона при переработке, применяется в виде окисла, вводимого в сплавы при изготовлении нитей электронных ламп.

Благодаря высокой точке плавления и высокой термоэлектронной эмиссии, гафний может найти применение при изготовлении радиоламп, для покрытия поверхностей катодов рентгеновских трубок и других целей.

Физические методы исследования


Дифференциальный термический анализ
 
Главные линии на рентгенограммах:

Старинные методы

Под паяльной трубкой, не плавится.  Разлагается при сплавлении порошка с содой, причем раствор сплава в разбавленной HCl окрашивает куркумовую бумажку в оранжевый цвет реакция на Zr.

Циркон под микроскопом

Циркон под микроскопом
Циркон под микроскопом

 

Галлерея