Вермикулит

Группа гидрослюд (монтмориллонита — вермикулита)

Латинское название вермикулита «вермикулус» — червячок; название дано в связи с тем, что при нагревании минерал вермикулит благодаря потере большого количества кристаллизационной воды вспучивается, сильно разбухает и образует червеобразные агрегаты ( столбики и нити).

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 вермикулита

(Mg, Fe²⁺, Fe^s⁺)₃[(Si, Al)₄O₁₀][OH]₂• 4H_zO

Химический состав

Химический состав непостоянный в зависимости от содержания молекулярной воды.

Окись магния (MgO) 14—23%, закись железа (FeO) 1—3%, окись железа (Fe₂O_s) 5— 17%, окись алюминия (А1₂O₃) 10—13%, двуокись кремния (SiO₂) 37—42%, вода (Н₂O) 8—18%. Кроме того, присутствует К2О — до 5 %, в некоторых разновидностях NiO — до 11 %.

Кристаллографическая характеристика

Сингония Моноклинная.

Класс симметрии. Вермикулит имеет вероятно, призматический тип — 2/т. в. с. Сс, а0 = 5,33 А, Ь0 = 9,18 А, с0 = 28,90 А, р = 97°. Отношение осей. — 0,6 : 1 : ~3,2; {3 = 97°.

Кристаллическая структура слоистая.

Форма нахождения в природе

Облик кристаллов. Плохо проявлены, иногда это маленькие «пакеты слюды». Вермикулит, как правило, образуется в виде псевдоморфоз по биотиту или железистому флогопиту.

Агрегаты. Вермикулит часто встречаются листоватые агрегаты; характерны также псевдоморфозы по биотиту и флогопиту.

Физические свойства

Оптические

Цвет вермикулита. Бурый, желтовато-бурый, золотисто-желтый, бронзово-желтый, зеленовато-коричневый, оливково-зеленый, до черноватого.
Черта вермикулита. Белая, желтоватая, блестящая.
Блеск стеклянный, по сравнению с биотитом слабее.
Прозрачность. Прозрачный, просвечивающий, непрозрачный.
Отлив Жирный, на плоскостях спайности перламутровый.

Показатели преломления

. Ng = Nm = 1,54–1,58 и Np = 1,52–1,56.

Механические

Твердость вермикулита. 1—1,5. Упругость тонких листочков слабая или отсутствует
Плотность. 2,4—2,7.
Спайность вермикулита. Хорошая по базису (001).
Излом. Минерал расщепляется на тонкие листочки.

Химические свойства

Поведение в кислотах. Разлагается в HCl.

Прочие свойства

Самым замечательным свойством вермикулита является его способность при прокаливании (в интервале температур 900–1000 °С) необычайно резко увеличивать свой объем (в 15–25 раз). Сущность явления заключается в том, что под напором превращающейся в пар молекулярной воды происходит расслаивание и быстрое разбухание отдельных индивидов вдоль оси с, и притом настолько значительное, что образуются червеобразные столбики или нити (в зависимости от размеров зерен в плоскости спайности) золотистого или серебристого цвета с поперечным делением на тончайшие чешуйки. Образование огромного количества мельчайших воздушных прослойков в отдельных индивидах обусловливает очень низкий объемный вес (0,6–0,9). Обожженные массы вермикулита свободно плавают на воде. С этим связаны высокие теплоизоляционные свойства обожженного вермикулита. Коэффициент теплопроводности л = 0,04–0,05 ккал/м/час °С (у — асбеста 0,15–0,40).

Диагностические признаки

Сходные минералы. Биотит, флогопит, конечный продукт выветривания биотита (бауэрит), хлорит.

По внешним признакам вермикулит похож на выветрелый биотит или хлорит. Самым показательным признаком является поведение его поведение под пояльной трубкой с сильно выраженным вздуванием и образованием длинных червеобразно искривленных нитей или столбиков.

Сопутствующие минералы. Биотит, флогопит, минералы группы серпентина: хризотил, антигорит, хлорит, магнезит.

Происхождение и нахождение

Обычно в незначительных количествах образуется при выветривании биотитов

Более существенные скопления устанавливаются в гидротермально измененных очевидно, при низких температурах) биотитовых или флогопитовых жилах, линзах или телах, образовавшихся метасоматическим путем за счет ультраосновных (серпентинитовых) горных пород.

Месторождения

В России вермикулит встречается в Ковдорском месторождении, где находится в карбонатитах с форстеритом, диопсидом, монтичеллитом CaMg[SiO4] и магнетитом.

Из иностранных месторождений отметим крупные промышленные месторождения Либби в Монтане (США) и в Западной Австралии.

Урал и другие регионы (России); Либби в шт. Монтана (США); серпентиниты саксонских Рудных гор и Гранулитовых гор (Зёблиц, Аншпрунг, ушнаппель, Хоэнштейн-Эрнстталь, Бёриген, Вальдгейм и др.) (Германия).

Ковдорское месторождение флогопита и вермикулита

Расположенный в юго-западной части Кольского полуострова Ковдорский массив щелочных-ультраосновных пород является чрезвычайно сложным по своему геологическому строению.

Морфологически это вертикальное трубообразное концентрически-зональное тело, прорывающее интенсивно дислоциро¬ванные архейские кристаллические гнейсы и сланцы Беломорской серии, с площадью выхода на поверхность около 40 км2. По данным абсолютной геохронологии возраст массива определяется в 338— 426 млн лет (поздний силур — ранний карбон).
Формирование массива было многофазовым, причем внедрение и кристаллизация последующих порций магмы сопровождались образованием контактово-реакционных метасоматитов. В первую фазу произошло внедрение оливинитов, сохранившихся в виде центрального ядра площадью 10—12 км2 и реликтов в восточной и южной частях массива. Вторая фаза — кольцевая интрузия ийолит-мельтейгитов и ийолит-уртитов — сопровождалась образованием зоны магматических метасоматитов по оливинитам мощностью 1,5—2 км и ореола фенитизации во вмещающих массив гнейсах и мигматитах. Зона магматических метасоматитов представлена последовательно сменяющими друг друга образованиями (в направлении оливинитов): щелочными пироксенитами — слюдяно-пироксеновыми породами и бурыми флогопитовыми слюдитами — пироксенизированными оливинитами; в случае, если щелочная интрузия имела ийолит-уртитовый состав, то указанный ряд метасоматитов приобретает другой вид: мелилитовые породы — монтичеллиты — оливиниты, частично замещенные мелилитом и монтичеллитом. В составе всех этих метасоматических пород отмечается большое количество мелкочешуйчатого флогопита.
Перечисленные магматические интрузивные и метасоматические породы подверглись воздействию постмагматических флюидов с образованием постмагматических метасоматитов, представленных гранат-амфибол-везувиан-диопсид-кальцитовыми скарнами, развивающимися по оливинитам и магматическим метасоматитам, а также еще более поздними флогопит-диопсид-оливиновыми породами (флогопитовый комплекс) и апатит-магнетитовыми рудами. Флогопитовый комплекс содержит крупные кристаллы слюды и является рудой. Он образует полукольцевую зону в северной части массива, развиваясь по оливинитам, магматическим и всем предшествующим постмагм этическим метасоматитам.

Породы флогопитового комплекса секутся дайками полево-шпатовых ийолитов третьей фазы внедрения. Еще более молодыми образованиями являются карбонатиты, слагающие жилы и непра¬вильные тела, встречающиеся во всех породах массива и в прилегающих к нему архейских метаморфических толщах.
В верхней части массива в основном по оливинитам и флогопитовым породам развита доледниковая кора выветривания мощностью до 100—150 м.
Промышленная зона флогопит-диопсид-оливиновых пород с крупнокристаллической слюдой огибает с севера оливинитовое ядро в виде подковы длиной 8—10 км и мощностью до 1 км. В составе пород этой зоны флогопит, оливин и диопсид, составляющие до 95%, находятся в разных соотношениях. Второстепенные минералы: магнетит, апатит, кальцит, кроме того, тремолит, монтичеллит, амфибол; акцессорные: бадделеит и др. Флогопитовые рудные тела в этой зоне имеют линзовидную и жилообразную формы; самое крупное из них — Главная залежь — пологопадающая на северо- запад слепая линза мощностью 10—100 м, прослеживающаяся на несколько сотен метров. Центральная часть Главной залежи мощностью до 20 м сложена пегматоидными и гигантозернистыми флогопит-оливиновыми породами, а ее краевые (периферические) части мощностью 5—20 м — пегматоидными флогопит-диопсидовыми либо мономинеральными флогопитовыми и диопсидовыми образо-ваниями.
Флогопит в рудах распределен неравномерно: он образует практически мономинеральные гнезда, крупные кристаллы, карманы размером до 10—20 м. Промышленный флогопит — темно-зеленый, железистый в виде толстотаблитчатых кристаллов нередко мозаич¬ного строения, с обилием пятен, закрытых участков расслоения, волокнистостью и трещиноватостью, мелкими включениями апатита, кальцита, диопсида и магнетита. Наиболее крупные кристаллы могут достигать размеров в несколько метров. Средний выход промышленного сырца по месторождению составляет 46,6%.
По В. И. Терновому и другим, образование крупнокристаллического флогопита на месторождении происходило метасоматическим путем главным образом за счет слюдяно-пироксеновых пород и мелилитизированных оливинитов

Промышленная вермикулитовая залежь месторождения связана с линейно-площадной корой выветривания флогопит-диопсид-оливиновых пород (флогопитовый комплекс) и в меньшей степени флогопитсодержащих оливинитов. Максимальная мощность коры (свыше 100 м) устанавливается в центральной части массива, вдоль пересекающего его разлома. В разрезе коры выделяются три зоны (сверху вниз): сунгулит-гидрохлоритовая (мощность 50—100 м), вермикулитовая (1—60 м) и гидрофлогопитовая (5—35 м); ниже следует зона дезинтеграции (1 —150 м) флогопит - диопсид - оливиновых пород. Все три верхние зоны коры содержат промышленные руды сунгулит-вермикулитового, вермикулитового и гидрофлогопитового состава. Содержание вермикулита варьирует от 5 до 30%. Руды с содержанием вермикулита более 20% считаются богатыми при условии, что свыше 70% вермикулитовых чешуек имеют размер более 0,5 мм. Вермикулитовые и гидро- флогопитовые руды обогащаются хорошо с получением вермикулитового концентрата 90—98%. Сунгулит-вермикулитовые руды трудно поддаются обогащению из-за обилия глинистых минералов; полученный из них концентрат содержит до 50% вермикулита.

По М. Н. Чуевой и В. И. Терновому, превращение флогопита в вермикулит состояло в непрерывной его гидратации, выносе калия и окислении двухвалентного железа. Переход вермикулита в сунгулит заключался в разрушении трехслойной решетки вермикулита, выносе железа и алюминия и образовании минерала типа лизардита. Дальнейшее развитие процесса выветривания вело к замещению лизардита сепиолитом. Таким образом, сунгулитовая порода представляет смесь лизардита, сепиолита и вермикулита и образуется за счет вермикулита, который в свою очередь представляет продукт изменения флогопита.

Практическое применение вермикулита

Мировая добыча вермикулита находится на уровне 500 тыс. т, из них более 90% приходится на долю США (почти 300 тыс. т) и ЮАР. Остальная часть приходится на долю Бразилии, Аргентины, Индии, Кении, Египта и других стран.

Обожженные, прошедшие стадию вспучивания, массы вермикулита применяются в качестве легкого строительного материала, теплоизоляционного материала для обмазки паропроводных труб, котлов, печей, штукатурок и легких бетонов и т. д.

Имея в виду его термальную обработку близ места потребления, вермикулит чрезвычайно выгодно транспортировать в сыром виде.

Как звукопоглощающий материал он используется при устройстве кабин в самолетах, в некоторых специальных лабораториях и т. д.

Благодаря красивой золотистой или серебристой окраске, приобретаемой после обжига, он применяется в производстве обоев.

Пригоден также в качестве смазочного материала.

Наконец, вермикулит обладает тем замечательным свойством, что способен к очень высокому катионному обмену, значительно сильнее выраженному по сравнению с группой монтмориллонита.

Его фильтрующие и сорбционные свойства находят применение для очистки промышленных вод и улавливания газов.

В измельченном виде вспученный вермикулит является хорошим наполнителем кислотостойких масс, огнеупорного картона и бумаги, пластмасс, резины, красок и лаков, удобрений и ядохимикатов.

Он добавляется в почву для улучшения ее структуры и аэрационных свойств.