Гадолинит

Найден гадолинит Аррениусом под Иттерби (Швеция), первоначально был описан Гейером (1788) как черный цеолит — Schwarzer Zeolith. Назван в честь член-корр. Российской академии И. Гадолина (1760—1852), который впервые в 1794 г. описал этот минерал под названием «железистого минерала» и нашел в нем новый редкоземельный элемент, названный в 1797 г. Экебергом иттрием (Клапрот, 1800).

Английское название минерала Гадолинит - Gadolinite. Так называемый гидрогадолинит — hydrogadolinite по свойствам и составу существенно не отличается от других гадолинитов.

Содержание

• Химический состав
• Разновидности
• Кристаллографическая характеристика
• Форма нахождения в природе
• Физические свойства
• Химические свойства
• Диагностические признаки
• Происхождение минерала
• Месторождения
• Практическое применение
• Физические методы исследования

Синонимы: Гадолинит (Y) — gadolinite (Y) (Левинсон, 1966), иттербит — ytterbite (Гадолин, 1794), иттерстен — yttersten (Экеберг, 1797), иттерит (частично) — ytterite и иттрит—yttrite .

Формула гадолинита

Y₂Fe²⁺Be₂[SiO₄]₂O₂

Химический состав

Химический теоретический состав: ВеО — 6,53, FeO—18,77, Y₂O₃ — 58,99. SiO₂ — 15,71. Содержание основных компонентов, особенно FeO, сильно колеблется; наиболее постоянно содержание SiO₂.

В ряде ранних работ приводятся химические анализы гадолинита без Be, по-видимому, они относятся к измененному гадолиниту. Критический разбор старых анализов дал Петерссон.

Весьма характерны изоморфные замещения. В качестве примеси отмечаются: Са, Na, К, Fe, Mg, Mn, Аl, иногда В, Ti и Zr. Содержание СаО обычно от 0 до 3,80% (7,15 и 11,9% — в кальциогадолинитах с пониженным содержанием редких земель); количество Fe₂O₃ колеблется от 0 до 9,76%, а Аl₂O₃ — от 0 до 6,93%; почти все гадолиниты содержат около 1 % или меньше MnO (в одном анализе 6,34%); MgO — не более долей процента, а содержание щелочей лишь в единичных случаях превышает 1 %. Максимальное содержание бора, установленное Офтедалем, 2,5%. Иногда обнаруживаются следы Sc. Содержание воды варьирует; предполагается, что она входит в минерал при его изменении. Из радиоактивных элементов главную роль играет Th (до 4,5%), который изоморфно замещает Y. Уран отмечается изредка и в незначительных количествах (обычно меньше 1 %, часто — следы).

В кальциогадолините из Японии установлен R. Не в гадолинитах не обнаружен. В ряде кристаллических гадолинитов из полевошпатовых жил Восточной Сибири и альбитизированных сиенитов Тувы радиоактивные элементы полностью отсутствуют, но в кристаллическом гадолините из хрусталеносных пегматитов Сибири с высоким содержанием Н₂O (6%) и пониженным содержанием редкоземельных элементов обнаружено 1,48% ThO₂ .

Обычно 36—46 % Y замещается Er, Yb и другими элементами иттриевой группы, а также Се и элементами цериевой группы (La, Dy и др.). Содержание элементов Y-группы составляет 22—50%, цериевой (цергадолинит)— 5—32%. Из элементов иттриевой группы преобладают Y, Yb, Er и Dy. Остальные (Но, Lu, Tu) иногда отсутствуют. Из элементов цериевой группы в небольших количествах содержатся Sm и Nd.

Выявлена зависимость состава примесей от генезиса гадолинита. Его образцы из месторождений, связанных с щелочными гранитоидами, по сравнению с образцами из нормальных гранитоидов содержат больше кальция, марганец и несколько больше магния.

На основе пересчетов химических анализов предполагается, что алюминий может замещать бериллий, железо и кремний, марганец — железо и редкие земли; бериллий при повышенных содержаниях может занимать позиции Si и, наоборот, при пониженных содержаниях замещаться кремнием. Не исключено, что подобный широкий изоморфизм и является одной из предпосылок метамиктности минерала.

Спектроскопически иногда устанавливаются Pb, Zn, Cu, Со, Ni, Ga, которые связываются с механическими включениями.

   
Гадолинит ряда пегматитов щелочных гранитов сильно обогащен натрием (60—65%), общее содержание элементов иттриевой группы резко превышает сумму элементов цериевой группы (Семенов для такого гадолинита указывает обогащение церием). В акцессорном гадолините из аляскитовых гранитов, наоборот, содержание элементов цериевой группы приблизительно в 10 раз выше содержания элементов иттриевой группы; гадолинит из пегматитов, связанных с нормальными гранитоидами, содержит значительные количества как цериевых, так и иттриевых редких земель.

Для отдельных генетических типов месторождений гадолинита характерны дополнительные закономерности: в аляскитовых гранитах (помимо резкого преобладания цериевых земель) относительное содержание редкоземельных элементов закономерно убывает по мере возрастания их атомного номера, среднее отношение Ce/Nd= 1,8. В гранитных пегматитах (уран-редкоземельного типа) содержание иттриевых земель несколько больше, чем цериевых, но содержание Y весьма значительно (55—64%); среди остальных элементов преобладает диспрозий, следующее место занимает неодим; относительное содержание легких элементов цериевой группы очень мало.

В биотит-плагиоклазовых пегматитах с редкоземельными и урановыми минералами в среднем в два раза больше цериевых земель, чем иттриевых (содержание Y колеблется и составляет 35—45%); Nd преобладает над Dy.

В амазонитовых пегматитах щелочных и субщелочных гранитоидов из редкоземельных элементов преобладает Y, за которым следуют Се и Yb; отношение Ce/Nd=2—3.

В альбититах, которые генетически связаны с интрузиями гранитоидов, близких к субщелочным, среди редкоземельных элементов преобладает диспрозий.

Кроме того, отмечено, что в гранитных пегматитах уран-редкоземельного типа из редко-земельных элементов в гадолините могут преобладать диспрозий и иттербий, в мусковитовых пегматитах — неодимий, в пегматитах бериллий-редкоземельного типа—церий и неодимий; в гадолините из альбититов все четные лантаноиды содержатся примерно в равных количествах.

Разновидности

Кальциогадолинит — calciogadolinite (Накаи, 1938). Содержит 11,91 %СаО плотность — 4,5; n_g — 1,787; n_m — 1,774; n_p = 1,765; плеохроизм: по Ng — темно-бурый, по Nm— светло-желтый; Np—светло-бурый. Встречен в Японии в месторождении Тадати (преф. Нагано).

Цергадолинит — cergadolinite; гадолинит (Се) — gadolinite (Се), по Левинсону (1966) — содержит до 23,4 % Се₂O₃.

Метагадолинит — metagadolinite (Симпсон, 1951). Продукт выветривания гадолинита в условиях тропического климата. Коричневый землистый минерал, содержащий Н₂O, SiO₂ Fe₂O₃, редкие земли и небольшое количество Be. Предполагаемая формула (Y, Ce)₂Fe₂³⁺ Si₂O₁₀ •  3Н₂O. Изучен совершенно недостаточно.

 

Кристаллографическая характеристика

Сингония Моноклинная С⁵_2h — Р2₁/а; а₀ = 9,89, b₀ = 7,52, с₀ = 4,71 А; Z = 2.

 

Кристаллическая структура

Структура гадолинита является производной от структуры датолита с заменой Са более мелким Y, а В — более крупным Be; дополнительно входят атомы Fe²⁺, что сопровождается замещением 4 ОН на 4 O. В отличие от датолита в гадолините чередуются бериллий-силикатные и железо-иттриевые слои. В элементарной ячейке два этажа: один этаж — плоские шестичленные кольца из Y-восьмивершинников с Fe-октаэдрами в центрах колец; другой — псевдотетрагональная сетка.

Форма нахождения в природе

 

Агрегаты. Плотные массы, зерна, реже — призматические кристаллы (обычно от долей мм до нескольких см; вес некоторых несовершенных кристаллов достигает 80 кг) (Барингер-Хил, США); отмечались футлярообразные и скелетные метакристаллы.

Физические свойства

Оптические

Цвет обычно смоляно-черный, буровато-черный и зеленовато-черный, в краях зерен оливково-зеленое просвечивание (наиболее густая окраска у метамиктных разностей); у кристаллического гадолинита из альпийских жил Швейцарии и альбититов Сибири — яркий оливково-зеленый, из полевошпатовых тел Восточной Сибири — светло- и грязно-зеленый.

• Черта зеленовато-серая.
• Блеск стеклянный, на свежем изломе жирноватый.
• Прозрачность. Гадолинит из пегматитов в массе непрозрачен, просвечивает в тонких осколках; гадолинит из альпийских жил (Швейцария), альбититов и полевошпатовых жил (Сибирь) прозрачен.

 

Механические

• Твердость 6,5—7, у метамиктного несколько меньше.
• Плотность у изотропных гадолинитов из Норвегии плотность 4,02—4,28, у анизотропных 4,30— 4,47. Плотность нередко изменяется в пределах одного штуфа; после нагревания плотность увеличивается до 4,75.
• Спайность по (100) несовершенная; в метамиктных разностях после прокаливания проявляется спайность по (100) и (001).
• Излом занозистый в кристаллических разностях, полураковистый и раковистый — в метамиктных.
• Хрупок.

В большинстве месторождений выделения гадолинита покрыты снаружи коричневой коркой вторичных продуктов.

Химические свойства

Желатинирует с кислотами (особенно легко метамиктный). После прокаливания растворяется в НСl с трудом. При нагревании наблюдается вспышка, которая ярче у метамиктного гадолинита. По Фромме, плавится на платине в пламени бунзеновской горелки в желто-коричневую эмаль. При нагревании в закрытой трубке кристаллический гадолинит сильно раскаляется, не растрескиваясь; частично изотропизированный, слабо раскаляется и растрескивается после продолжительного нагревания. При нагревании в колбочке выделяет значительное количество воды и газов (СО₂, Н₂). Жидкий дистиллят обнаруживает слабо кислую реакцию.

При кипячении с концентрированной Н₂SO₄ в порошке быстро разлагается (частичное разложение наступает на холоду) с образованием объемистого серого осадка и коричневатого мутного опалесцирующего раствора. Декантированная после 2-часового отстаивания жидкость при разбавлении водой не дает осадка. В полированных шлифах все обычно применяемые реактивы не действуют.

 

Диагностические признаки

Сходные минералы Ортит, чевкинит.

Сопутствующие минералы.  Кварц, ортоклаз, актинолит, иттриалит, чевкинит, бритолит, циркон, поликраз, торит, титанит.

В отличие от ортита и чевкинита метамиктный, желатинирует с НСl, но плавится с трудом (кристаллический ортит не желатинирует и легко плавится, чевкинит легко плавится и дает реакцию на Ti). . Под микроскопом от ортита отличается отсутствием плеохроизма. В отраженном свете от рутила, ильменита, колумбита, вольфрамита, эшинита, самарскита и перовскита отличается серой окраской и низкой отражательной способностью; практически не отличим от ортита.

Происхождение и нахождение

Мало распространен. Встречается преимущественно в гранитных пегматитах и, реже, в гранитах, отмечается в метасоматитах и жилах типа альпийских. В пегматитах обычно метамиктный, реже — кристаллический. Характерны идиоморфизм, футлярные и зонально-скелетные формы, разноориентированные включения микроклина, плагиоклаза, альбита, реже кварца. Гадолинит микроклин-амазонитовых пегматитов относится к метасоматическим минералам гидротермального этапа. Предполагается, что образованию гадолинита благоприятствовало изменение щелочности растворов в связи с общим понижением температуры, которое, по- видимому, и вызвало распад фтор комплексов бериллия и редких земель.

Ряд авторов рассматривают гадолинит пегматитов как минерал наиболее поздней гидротермальной стадии, образовавшийся совместно с сахаровидным альбитом. Высказано также предположение о связи образования гадолинита с разными стадиями альбитизации. По Ферсману, пегматиты с гадолинитом относятся ко 2-му типу (пегматиты с редкоземельными минералами); он образовался в результате кристаллизации из расплава в фазу С — D.

Того же мнения придерживается Гинзбург. По Белькову, гадолинит в пегматитах представлен двумя генерациями: ранний гадолинит характерен для краевых частей пегматитовых жил, ассоциируется с кварцем, микроклин-пертитом, плагиоклазом и биотитом; поздний гадолинит наблюдается в участках, где проявились процессы замещения, сопровождается альбитом, биотитом и флюоритом.

Предложено различать месторождения гадолинита, генетически связанные: а) с нормальными гранитоидами и б) с щелочными гранитами, граносиенитами и сиенитами.

Изменение минерала

Характерным процессом изменения гадолинита является его метамиктизация. При окислении железа иногда заметно возрастает содержание в гадолините адсорбированной воды, светло-зеленая окраска сменяется светло-коричневой, а затем красно-бурой, происходит увеличение объема минерала, но его кристаллическое строение сохраняется; в некоторых выделениях гадолинита различаются зоны, отличающиеся по степени изменения. В хрусталеносных пегматитах Восточной Сибири изменение гадолинита сопровождалось выносом Be и Y и поглощением воды.

Довольно обычно замещение гадолинита смесью аморфных или охристых продуктов желто-красно-бурого цвета, которые характеризуются повышенным содержанием Y и редкоземельных элементов цериевой группы.

В пегматитах Сибири аморфные продукты изменения гадолинита представляют смесь торита и минерала со структурой бадделеита. В альбитизированных амазонитовых пегматитах Восточной Сибири корочки гипергенных продуктов на выделениях гадолинита сложены смесью, в которой преобладают гидроокислы Fe и Y - бастнезит (?). Красновато-желтый охристый продукт изменения гадолинита из гранитных пегматитов определен как нечистый Y-бастнезит. В некоторых месторождениях продуктами изменения гадолинита являются гидрогетит, тенгерит и β-Be(OH)₂—бехоит. При выветривании в тропическом климате отмечено образование коричневого землистого гадолинита, описанного под названием метагадолинита.

В псевдоморфозах по гадолиниту встречено красное коллоидное вещество состава: mBe0•nFe₂O₃•pSiO₂•qH₂O. Данные анализа: ВеО — 9,16, СаО — 1,27, TR₂O₃ — 6,03, Аl₂O₃ — 4,98, Fe₂O₃ — 35,06, ThO₂—0,10, SiO₂— 20,04, Н₂O — 12,35, п. п. — 14,9%, анал. Казакова. Рентгеноаморфен (после прокаливания дает порошкограмму гетита).

Практическое применение

Может использоваться для получения элементов иттриевой группы.

 

Физические методы исследования

 

Старинные методы. Под паяльной трубкой кристаллический гадолинит не плавится, вспучивается и становится белым. Метамиктный также не плавится, но вспучивается очень сильно, растрескивается, становится слабопрозрачным, серовато-зеленым.