Данбурит минерал, свойства

Назван по месторождению Данбери в шт. Коннектикут, США.

Английское название минерала Данбурит - Danburite.

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 данбургита

Ca[B₂Si₂O₈]

Химический состав

Химический теоретический состав: SiO₂ - 48,93; В₂O₃ - 28,32; СаО - 22,75. Состав характеризуется большим постоянством.

Незначительная часть Са может замещаться Na, К, Mg и Fe; Si замещается Аl.

Нейтронно-активационным анализом в данбурите из скарновых месторождений определены Eu - (0,02-0,61) • 10-4 % и Yb - (0,04-0,57) • 1o^-4 %.

Состав газовой фазы, закапсюлированной в вакуолях во включениях в данбурите из Дальнегорского месторождения, - N₂, СО, СН₄, СO₂.

Кристаллографическая характеристика

Сингония. Ромбическая. D_2h¹⁶- Рnаm. а₀ = 8,04, b₀ = 8,75, с₀ = 7,73 А; а₀ : b₀ : с₀ = 0,919 : 1 : 0,883; V = 543,8 A3; Z = 4 (в установке, соответствующей установке парацельзиана и других ромбических полевошпатовых аналогов) (Штрунц, Никель, 1997).

Класс. Ромбо-дипирамидальный D_2h-mmm (3L₂3РС).

 

Кристаллическая структура

 

Кристаллическая структура впервые расшифрована Данбаром и Махачки и уточнялась. Наибольшую сложность представляет точность локализации атомов бора. Прецизионное уточнение структуры данбурита из Сан-Луис-Потоси (Мексика) выполнено Филипсом.

В каркасе структуры данбурита выделяются две тетраэдрические позиции: Т(1) = В и Т(2) = Si, одна позиция кальция и пять позиций кислорода. В отличие от парацельзиана в структуре данбурита наблюдается строгая упорядоченность в Т-позициях, выражающаяся в образовании сдвоенных тетраэдров В₂O₇ и Si₂O₇. Атомы кислорода O(1), O(2) и O(3) являются общими для ВO₄- и SiO₄-тетраэдров, тогда как O(4) и O(5) - мостиковые атомы кислорода в Si₂O₇- и В₂O₇ -группах соответственно. Атомы O(4) и O(5) лежат на плоскостях зеркального отражения, параллельных (001) на высоте z = 1/4 и z = 3/4. Этим структура данбурита принципиально отличается от структуры парацельзиана, в которой существование аналогичных групп Аl₂O₇ и Si₂O₇ представляется невозможным, так же как и в других каркасных алюмосиликатах с соотношением Al : Si = 1 : 1.

Кальциевый полиэдр может быть представлен как 7-вершинник (комбинация тригональной призмы с полуоктаэдром) со средним расстояние! Са-О = 2,461 А или как 9-вершинник (Са-О =2,585 А). Координация 7, боле подходящая для сравнения данбурита с полевыми шпатами, показывая линейную зависимость между изотропными факторами Са и Na и расстоянием Na/Ca-O в структурах анортита, ридмерджнерита и альбита.

 

Форма нахождения в природе

 

Облик кристаллов. Кристаллы призматические по оси с, часто хорошо (иногда прекрасно) образованы, очень похожи на кристаллы топаза. Кристаллы из Скопи различаются по степени развитости граней призматического пояса: b(100), а(010), l(110), n(210), J (120), с грубой штриховкой вдоль ребер между гранями призмы и многочисленными разнообразными фигурами растворения.

В данбурите из месторождения боросиликатов в Средней Азии установлены многочисленные двух- и трехфазовые первичные и вторичные газово-жидкие включения (размер 0,007-0,008, редко 0,2-0,3 мм) разнообразной формы - трубчатой, линзовидной, эллипсовидной, отрицательного кристалла, скелетной, неправильной. Минералы-узники во включениях - кристаллы кальцита, датолита, радиально-лучистые выделения ботриолита (волокнистая разновидность датолита).

В кристаллах данбурита из пустот в рудах Дальнегорского борного месторождения наблюдались преимущественно двухфазовые первичные (изредка многофазовые с твердыми фазами) и вторичные газово-жидкие и однофазовые жидкие включения разнообразной формы. Размеры их по удлинению колеблются от нескольких до 250-300 мкм, преобладающие 10-20 мкм. Твердые фазы во включениях представлены кальцитом, кварцином, ботриолитом, датолитом, галитом.

Агрегаты. Кристаллы (от нескольких мм до 40 см в длину и 10 см в поперечном сечении), друзы кристаллов, параллельные и радиально-лучистые сростки, сплошные зернистые массы.

Физические свойства данбурита

Оптические

• Цвет. Бесцветный, белый, светло-серый, желтовато-белый, желтый, розовый, винно-желтый, оранжевый, желтовато-коричневый, желтовато-бурый, зеленый.
• Черта белая.
• Блеск стеклянный до жирного.
• Прозрачность. Прозрачный до просвечивающего.

Механические

• Твердость 7-7,5.
• Плотность 2,93-3,03.
• Спайность отсутствует или по (001) неясная.
• Излом неровный до полураковистого.
• Хрупкий.

Химические свойства

В НСl не растворяется без предварительного прокаливания.

Прочие свойства

В длинноволновых ультрафиолетовых лучах люминесцирует фиолетовым цветом, в катодных - бледно-голубым. Иногда флюоресцирует голубым до голубовато-зеленого, с красной термолюминесценцией. Обнаружены примесные центры свечения, образованные TR³⁺ (Се, Gd, Sm, Tb, Dy) и Pb²⁺, замещающими Ca, и анионные дырочные центры; примесные - (AlO₄)^4- и собственные - (SiO₄)^3- или (ВО₄)^4-, в которых дырка локализована на мостиковом ионе кислорода О^-. В данбурите из скарновых месторождений Дальнегорское (Приморье) и Ак-Архар (Памир) люминесцентным анализом установлены центры свечения Yb²⁺ и более редкие Eu²⁺ и определены интенсивности обусловленных ими полос люминесценции.

ИК-спектр характеризуется полосами поглощения 1150, 1135, 1100, 1030, 970, 940, 878, 820, 795, 745, 695, 657, 617, 525, 48Q, 457, 436, 420 см^-1 и близок ИК-спектрам анортита, альбита и ридмерджнерита.

Данные ИК-спектроскопии показывают, что в номинально безводной каркасной структуре минерала данбурит присутствует 0,040 маc. % воды в виде ОН-групп, чему соответствует четкая полоса поглощения при 3540 см^-1 в неполяризованном ИК-спектре, снятом в пластинке, параллельной (100), в области 3900-2600 см^-1. В поляризованном ИК-свете наблюдался сильный плеохроизм этой полосы в пластинках по (100) и (001) соответственно, так что максимальной абсорбция была, когда диэлектрический вектор Е поляризованных колебаний в обоих случаях был параллелен оси [010]. Дейтерированием образца (5 сут, 350°) доказано, что полоса 3540 см^-1 обусловлена валентными колебаниями ОН-группы, так как она смещается до 2660 см^-1, а при нагревании образца данбурита наблюдается его дегидратация: при 700° интенсивность полосы уменьшается в 2 раза, а при 900° - полностью исчезает.

Предполагается, что необходимый баланс зарядов обеспечивается соответствующим замещением части Si⁴⁺ на Аl³⁺. ОН-группа замещает O(5), связанный с двумя атомами бора и одним Са и лежащий в вершине почти правильной тригональной пирамиды, так что диполь ОН перпендикулярен ее основанию В-Са-В. Данная схема подтверждается наибольшим дефицитом валентности на атоме O(5) (1,915). В дальней ИК-области (400-60 см^-1) спектр характеризуется полосами поглощения 299, 206, 137 и 99 см^-1. Получен также спектр в ближней ИК-области.

Рамановский спектр содержит 30 четких, хорошо разрешенных линий и сходен со спектром топаза.

Методами ЭПР и оптической спектроскопии изучены центры радиационной окраски данбурита из скарнов Приморского края. Бесцветные прозрачные кристаллы данбурита под действием γ -излучения приобретали зональную янтарную окраску, а в некоторых зонах дымчатую (обычно у основания кристаллов). В облученных окрашенных кристаллах установлены два парамагнитных центра, связанных с разными структурными дефектами: центры B³⁺-O-Si⁴⁺ и [ВО₄]^4-.

Для облученных образцов данбурита характерны линии термовысвечивания с максимумами 140, 145,188,235, 275 и 290 °С. Отжиг в течение 10 мин при 300° приводит к полному исчезновению янтарной окраски и разрушению центров [ВО₄]^4-.  Оба вида радиационной окраски стабильны при комнатной температуре: не наблюдается ее ослабления после 5-летней выдержки.
В спектре ЭПР Cu²⁺ (прозрачные кристаллы из Тетюхе, содержащие 0,00n% Cu, по данным спектрального анализа) наблюдалась одна линия тонкой структуры, расщепленная на четыре линии сверхтонкой структуры, возникающие при взаимодействии с ядром ⁶³Cu. Установлено наличие двух геометрически неэквивалентных положений Cu²⁺ и ориентировка осей локального электрического поля в местах расположения обоих этих ионов.

Методом ЯМР получены спектры ПВ, подтверждающие, что строго упорядоченное распределение атомов Si и В в Т-позициях сохраняется в структуре данбурита вплоть до его разложения при высокой температуре. Показано, что связи В-О-В и Si—О—Si сохраняются в структуре до 960°.

Искусственное получение

Синтезирован гидротермальным методом из смеси Н₃ВO₃, СаСO₃ и SiO₂ (кварца) при давлении P_Н2O = 1000 бар в интервале температур 449-810° и P_Н2O = 2000 бар при Т = 291-770°. Получен при взаимодействии в водном растворе буры, СаСl₂, НСl и метасиликата натрия (или кварца) с известняком, P_Н2O ~ 350 атм, Т = 360-400°. Серия опытов по синтезу данбурита (и датолита) при давлении 350 атм и7 = 300-400° пока¬зала, что данбурит образуется при взаимодействии борсодержащих растворов со смесью кальцита и кварца в интервале значений pH = 6,3-8,0 загружаемого в автоклав раствора; наблюдались радиально-лучистые агрегаты на поверхности кусочков кальцита (в интервале pH = 8,0-8,5 образуется датолит).

По данным термодинамического анализа системы CaO-SiO₂-B₂O₃-CO₂- Н₂O, оптимальными условиями образования эндогенного данбуритового (и датолитового) оруденения являются: достаточно высокое содержание бора в растворе, низкая концентрация углекислоты и относительно высокие температуры постскарнового гидротермального процесса. Исследование равновесий волластонит + кварц = данбурит и датолит + кварц = данбурит показало, что поле устойчивости данбурита характеризуется широким температурным диапазоном и высокой концентрацией бора.

 

Диагностические признаки

Сходные минералы. Топаз.

Сопутствующие минералы. Кварц, адуляр, амфибол, хлорит, топаз, турмалин, касситерит.

Макроскопически очень похож на топаз. Отличается от него отсутствием спайности, несколько меньшими твердостью и плотностью, большим углом оптических осей.

Происхождение и нахождение

Широко распространен. Известны гипогенные и экзогенные данбуриты. Связан пространственно и генетически с магматическими, контактово-метасоматическими и осадочными породами. Встречается в пегматитах, кварцевых жилах, редко в грейзенах, гранитах, в скарнах и скарноидах, в гипсово-ангидритовых и галогенных породах.

Изменение минерала

Замещается кварцем и кальцитом, часто с образованием псевдоморфоз. Иногда псевдоморфозы по кристаллам данбурита имеют более сложный минеральный состав.

 

Месторождения

В магматических породах встречается в виде единичных зерен, гнезд и прожилков. Наблюдался в пегматитах в ассоциации с клевеландитом; в калиевых сиенитах (выполнение трещин) - в ассоциации с кварцем, адуляром, амфиболом; в гранитах обнаружены кристаллы данбурита среди хлорита; в грейзенизированных дайках аплита - в ассоциации с топазом, турмалином, касситеритом, арсенопиритом.

Известен в некоторых турмалинсодержащих субредкометальных пегматитах Центрального Забайкалья, Памира, Непала, США, Чехии и в редкометальных пегматитах Мадагаскара. В друзовых парагенезисах субредкометальных пегматитов Малханского поля Центрального Забайкалья является одним из распространенных акцессорных минералов околомиароловых комплексов и материала заполнения миарол. В лепидолит-клевеландитовых комплексах (жила Орешная) сростки кристаллов (до 0,3 х 1 см) данбурита часто покрывают кристаллы полихромного турмалина. В околомиароловых зонах кислотного выщелачивания (жилы Октябрьская и Соседка) щетки многочисленных кристаллов (до (3-4) х 10 мм, редко 2 х 10 см) данбурита обрастают кристаллы кварца, турмалина и К-полевыми шпатами.

В контактово-метасоматических месторождениях наиболее крупные скопления приурочены к известковым боросиликатным скарнам, связанным с метасоматическим замещением известняков бороносными гидротермальными растворами. На Дальнегорском месторождении (Приморье) развит в Левобережном участке только в пределах скарновой залежи в ассоциации с гранатом и датолитом (ранний этап скарнирования). Мощность данбуритовых зон 0,5-3,0 м. По данбуриту метасоматически развивается датолит. В позднюю, сравнительно низкотемпературную стадию разлагается с выносом бора и замещается агрегатом кварца и кальцита. В крупных полостях встречаются хорошо развитые кристаллы (длиной до 40 см), которые при наложении поздних процессов скарнирования замещены зонально (от периферии к центру) гранатом, геденбергитом, аканитом, кварцем, датолитом и кальцитом. Термобарогеохимические исследования показали, что процесс образования псевдоморфоз по кристаллу данбурита начинался с периферии кристаллов при температурах более 350° и заканчивался замещением их центральных частей при 130-150°; прослежена и геохимическая эволюция среды минералообразования.

По результатам исследования газово-жидких включений в данбурите, датолите и ассоциирующих с ними минералах образование данбурита происходило в интервале 420-310°, по другим данным 380-260°.

Разностороннему изучению данбурита и других минералов бора Дальнегорского месторождения посвящены многочисленные работы, рассматривающие типоморфные свойства минералов бора, происхождение эндогенных борных месторождений, распределение боросиликатного оруденения в известковых скарнах.

В скарново-боросиликатном месторождении Ак-Архар (Памир) является самым обильным минералом боросиликатной стадии минералообразования. Образовался частично одновременно с аксинитом, но в основном позднее его. Ассоциирует с реликтовыми геденбергитом и андрадитом и более поздним датолитом. Встречаются мономинеральные залежи крупнозернистого данбурита. Замещается кварцем, датолитом.

В Каньонском скарново-оловорудном месторождении (Колыма) развит только в одном скарновом теле в ассоциации с геденбергитом, андрадитом, аканитом, датолитом, скаполитом, турмалином, волластонитом, кальцитом, флюоритом; образуется по геденбергиту.

В скарнированных известняках хребта Сихотэ-Алинь (Приморье) приурочен к массивным крупнозернистым скарновым породам (кристаллы до 4-6 см) в ассоциации с датолитом, кварцем, андрадитом, кальцитом и геденбергитом (незначительные количества). Реже содержится в тонкополосчатых разностях скарнов. Образует агрегаты крупных (до 6 см) сросшихся кристаллов, а также друзы и щетки в мелких пустотах породы.

Известен также в месторождениях Учкошкон (Киргзия), Саяк-IV (Казахстан); Данбури (шт. Коннектикут) (Dana, 1892) и Руссел (шт. Нью-Йорк) в США; Скопи (Швейцария) (Dana, 1892); Обира (преф. Ойта), Тороку и Обуки (преф. Миядзаки) в Японии; в известняках Дамарской системы Юго-Западной Африки. В Ла-Сирена (Мексика) развит в перекристаллизованных и несколько метаморфизованных известняках в контакте с основной дайкой. Данбуритовая минерализация, приуроченная к доломитовым телам в метапелитах (Италия), связывается предположительно с вулканической активностью.

Для магнезиальных скарновых комплексов не характерен; известны находки данбурита в отдельных магнезиально-скарновых месторождениях, где связан с известково-скарновыми наложениями или с более поздним магматизмом. Отмечался в Литовском месторождении (Якутия). В Таежном месторождении (Алданский щит) встречено гнездо крупнокристаллического данбурита в измененной околоскарновой пироксен-полевошпатовой породе. В одном из месторождений Восточной Сибири найден в кальцитовой жиле мощностью 1,7 м, наложенной на скарны. Образует в крупнокристалическом кальците гнезда и прожилки (мощностью до нескольких дециметров) радиально-лучистых агрегатов. Отдельные призматические кристаллы достигают 3 см в длину и 0,5 см в поперечнике. Выделяются два типа ассоциаций по железистости: 1 - с кальцитом, дравитом (бесцветным в шлифе), тремолитом, тальком; кальцитом, густоокрашенным турмалином, магнетитом, ильваитом, хлоритом, тальком.

Температура гомогенизации газово-жидких включений данбурита из месторождения боросиликатов в Средней Азии 60-600°. В интервале 60-400° включения гомогенизируются главным образом в жидкую фазу, а свыше 400° - преимущественно в газовую. Эти данные свидетельствуют о том, что образование боросиликатов начинается в конце скарнового этапа, но основная масса формируется в постскарновый этап. Сложный фазовый состав включений, содержащих такие минералы-узники, как кальцит, датолит, ботриолит, свидетельствует о широкой изменчивости физико-химических условий при образовании данбурита. Для дальнегорского данбурита температура гомогенизации включений 285—300°, более высокая для включений из корневых частей кристаллов и более низкая - для включений из головок кристаллов.

Экзогенный данбурит, связанный с осадочными породами, встречается в виде желваков и конкреций среди гипс-ангидритовых, доломит-ангидритовых пород галогенных формаций. В соленосных отложениях нижнего кембрия Восточной Сибири выделяются данбуритсодержащие доломит-ангидритовые горизонты, прослеженные во всех скважинах Илгинской впадины.

Микрокристаллический данбурит образует мелкие оолиты и желваки диаметром от 0,05 до 8 мм (преимущественно от 0,5 до 3 мм). Широко, но неравномерно распространены конкреции данбурита (от 0,5 до 35 мм) в надсолевой толще на севере Сибири (Хатангский залив моря Лаптевых), будучи приуроченными преимущественно к пачкам слоев ангидритов, обогащенных терригенными и вулканогенными компонентами. Характерна приуроченность данбурита к определенному литолого-стратиграфическому горизонту гипс-ангидритовых пород в Средней Азии. Входит в состав желваков-стяжений (от 2 до 35 мм в диаметре) неправильной и округлой формы, неравномерно распределенных в гипсе. Образует мельчайшие (0,01-0,05 мм) хорошо ограненные призматические кристаллики, сцементированные вторичным гипсом; единичные кристаллики (0,8-1,0 мм) содержатся в основной гипсовой массе. В хемогенной ангидритовой толще верхней юры Узбекистана развиты округлые скопления (до 3-4, редко 6 см) порошковатого мелоподобного данбурита. Известен также на Украине; в ангидритовых толщах Южного Гарца; в ангидритовой серии Верра Южного Бранденбурга (Германия); установлен в ангидрите на глубине 1075 м в керне скважины, пройденной в бассейне Парадокс, шт. Юта (США).

Путем термодинамического анализа дана количественная оценка модели формирования данбурита (и датолита) в процессе галогенеза при взаимодействии захороненной рапы солеродного бассейна с соленосными отложениями. Необходимыми условиями являются обогащение захороненных растворов Са в процессе их прямой метаморфизации; насыщение растворов кремнекислотой при выщелачивании аморфного кремнезема из вмещающих отложений; поддержание pH растворов не ниже 4,3-5,0; отсутствие наложенных процессов, понижающих pH.

 

Практическое применение

Возможно применение данбуритового сырья как микроудобрения

 

Физические методы исследования

Дифференциальный термический анализ. На кривой ДТА имеется эндотермический пик при 1022°, соответствующий плавлению. В результате длительного прокаливания при 930° наблюдалось образование волластонита и кристобалита, при 1050° - Ca-Si-стекла с тригонально координированными атомами В. По другим данным, при 1000° разлагается на кристобалит, пары В₂O₃ и CaSiO₃.

Старинные методы. Под паяльной трубкой порошок данбурита сплавляется в бесцветное стекло (зеленое пламя).

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

Погасание прямое. Удлинение (+). Двуосный (-). Плоскость оптических осей (001). N_p = b; n_g= 1,633-1,639, n_m= 1,630-1,636, n_p= 1,627-1,633; n_g - n_p= 0,006; 2V = 80-90°. Дисперсия сильная, r>v.