Кальцит

Синоним: известковый шпат

Группа кальцита - арагонита

Это устойчивая форма карбоната кальция при всех температурах и давлениях. Кроме ромбической модификации {арагонит), известна также гексагональная, называемая фатеритом (минерал неустойчив)

Происхождение названия

Название происходит от греческого слова, означающего уменьшение порошка при нагревании и относившегося к обожженной извести. Латинское «кальк» — известь

Содержание

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

 

Формула кальцита

CaCO₃

Химический состав

Окись кальция (СаО) 56,03%, двуокись углерода (С02)  43,97%; часто образует двойные соли с магнием и железом, иногда марганцем, реже с цинком (до 2%) и стронцием (стронциокальцит).  Примеси Mg, Fe, Mn (до 8 %), гораздо реже Zn (до 2 %), Sr (стронциокальцит) и Со, Ва и РЬ могут замещать Са, но наиболее значительную роль в этом отношении обычно играют первые три элемента.
 

Разновидности

По изоморфным примесям представлены очень широко. Из разновидностей по физическим признакам следует упомянуть об исландском шпате —бесцветной прозрачной разности кальцита (оптический кальцит)м, Для него характерно двойное светопреломление.

Мраморный оникс - полосчатая разновидность кальцита.

 

Кристаллографическая характеристика

Сингония тригональная

Класс симметрии. Дитригонально-скаленоэдрический — 3 m. в. с. L36L23PC. Пр. гр. R3–c (D⁶_3d). а0 = 4,98; с0 = 17,02. , aтh = 6,42 А, а = 101°55', Z = 4 для ячейки спайного ромбоэдра или а0 = 4,98 А, с0 = 17,02 A, Z = 6, соответственно для гексагональной ячейки, элементарная ячейка имеет: агн = 6,37 А, а' = 46°07', Z = 2

Кристаллическая структура

Расположение ионов в элементарной ячейке -конформно спайному ромбоэдру. Ионы Са и СОз располагаются как в гранецентриро-ванных решетках.

Главные формы: Габитус кристаллов кальцита чрезвычайно разнообразен, главным образом призматический [0001], таблитчатый по {0001}, ромбоэдрический с формами {0142}, {0221}, {4041}, редко {1011}, скаленоэдрический {2131}. В противоположность другим изоструктурным с кальцитом карбонатам для каждого из которых известно десять или пятнадцать форм, для кальцита их насчитывается более 600. Это, несомненно, связано с устойчивостью структуры других карбонатных минералов, тогда как кальцит обладает искаженной структурой до предела, выше которого при внедрении крупных катионов устойчива схема ромбического арагонита. Этим можно объяснить, почему кальцит весьма часто встречается в кристаллах, тогда как другие тригональные карбонаты предпочитают агрегатную форму или только ромбоэдры {1011}, что является более редким для кальцита. Главные кристаллографические формы кальцита: т {1010}, е {0112}, и {2131}, с {0001}, г {ЮМ}, {0221}, {4041}, {16.0.16.1}, {1120}. Изменение габитуса кристаллов кальцита, по всей вероятности, контролируется сменой в перенасыщении раствора (обусловлено понижением или повышением температуры), что оказывает влияние на развитие кристаллографических граней, обладающих различной ретикулярной плотностью. (0001) Д (1011) — = 44°38', (1011) Д (1101) = 74°57', (0110) Д (0ll2)_=63°44', (2131) Д (3121) = = 35°35', (0001) Д (0221) = 63°08\ (4041) Д (4401) = 114° 10'. Двойники по {0001} и {0112} весьма обычны, последние часто пластинчатые; по {1011} и {0221} более редки.

 

Форма нахождения в природе

Облик кристаллов. Кристаллы кальцита весьма разнообразны, главным образом, ромбоэдры и скаленоэдры. Кальцит встречается в одиночных кристаллах и друзах.

Кристаллы, встречающихся исключительно в пустотах, может быть самым разнообразным. Наиболее часто встречаются скаленоэдрические кристаллы, реже таблитчатые или пластинчатые, призматические или столбчатые, ромбоэдрические — чаще в виде острых, чем тупых ромбоэдров.

Установлено 80 различных ромбоэдров, свыше 200 скаленоэдров и более 1000 их комбинаций.

Часты двойники. Обычно двойниковой плоскостью является плоскость пинакоида (0001) или грань тупого ромбоэдра (011–2), по которой нередко образуют ся полисинтетические двойники в мраморах и смятых известняках (такое двойникование может быть получено искусственно при давлении острия ножа на ребро выбитого по спайности осколка кальцита). Реже такой плоскостью является грань спайного ромбоэдра (101–1) и др.

Агрегаты. Кальцит встречается в виде параллельных и субпараллельных сростков волокнистых масс (атласный шпат), сталактитов, оолитовых, кораллообразных сростках

Обычен и в сплошных плотных кристаллически-зернистых агрегатах (известняк, мрамор), землистых массах (мел),  пластинчатые и конкреционные образования в виде зернистых прожилков, гнезд и отдельных вкраплений. Часто представляет собой натечные формы в виде сталактитов и сталагмитов.

Друзы кристаллов кальцита вместе с другими минералами наблюдаются, как уже указано, в пустотах. Довольно часто встречаются крупнозернистые агрегаты прозрачного или полупрозрачного кальцита с совершенной спайностью отдельных зерен, бросающейся в глаза. Редко наблюдается жилковатый с шелковистым блеском асбестовидный кальцит (атласный шпат), волокна которого располагаются перпендикулярно стенкам трещин в породах. Широко известны «натечные» образования кальцита в виде сталактитов и сталагмитов в пещерах среди известняков. Зернистые сплошные агрегаты в больших плотных массах называются мраморами. Плотные скрытокристаллические разности кальцитовых горных пород, нередко слоистых и богатых фауной, носят название известняков. Рыхлые известняки, содержащие мельчайшие раковинки фораминифер, известны под названием мела. Встречаются также оолитовые известняки — «икряной камень». «Известковым туфом», или травертином, называют ноздреватые образования углекислого кальция, возникающие в местах выхода как холодных, так и горячих насыщенных известью минеральных источников (кальцит в этих случаях образуется при перекристаллизации выпавших коллоидов СаСО₃ или арагонита).

Иногда в связи с отложением углекислой извести из горячих источников образуются замечательные по рисунку тонкополосчатые полупрозрачные плотные разности, известные под названием «мраморного оникса», впрочем, подобные образования бывают связаны и с холодноводными процессами (карст).

 

Физические свойства

Оптические

• Цвет. Большей частью бесцветный или молочнобелый, но иногда окрашен примесями в различные (обычно светлые) оттенки серого, желтого, зеленого, розового, красного, бурого и черного цветов.
• Бесцветная водяно-прозрачная разность кальцита с сильным двупреломлением называется исландским шпатом.
• Блеск стеклянный.
• Черта. Белая, светло-серая.
• Отлив матовый, иногда (на плоскостях спайности) перламутровый.
• Прозрачность. «Хрустально-чистый», прозрачный, просвечивающий.
• Показатели преломления^ Ng = 1,658 и Np = 1,486.

Механические

Твердость эталонная - 3. Хрупок.
Плотность. 2,6—2,8, для химически чистых кристаллов 2,72 при 23 °С

Спайность совершенная в трех направлениях (по ромбоэдру) (1010), как и у всех тригональных карбонатов, что соответствует слабым направлениям галитоподобной структуры.

Отдельность по {0112} обусловлена пластинчатыми двойниками, которые могут образоваться под действием давления и являются двойниками скольжения.

Излом зернистый, ступенчатый.

Химические свойства

Поведение в кислотах. В разбавленной соляной кислоте легко растворяется
даже на холоде с шипением (выделение СО2).

Прочие свойства

При сжатии, сопровождающемся двойникованием, электризуется.

Образцы некоторых месторождений обнаруживают явление люминесценции.

 

Диагностические признаки

Сходные минералы. Арагонит, доломит, амблигонит, шабазит, кварц, барит, гипс, ангидрит, флюорит (легко отличаются по твердости, спайности и поведению в разбавленной -соляной кислоте).

 В крупнокристаллических разностях легко узнается по ромбоэдру спайности, сравнительно низкой твердости (легко царапается острием ножа или иглы), стеклянноу или матовому блеску и бурному выделению CO₂ от капли HCl, положенной на минерал или на его порошок на предметном стекле.

Можно спутать с доломитом, магнезитом, гипсом. От доломита и магнезита отличается характером реакции с соляной кислотой. Гипс, в отличие от кальцита, царапается ногтем.
Сопутствующие минералы. Кварц, сидерит, сульфидные руды, охисные руды,, опал, халцедон, барит, доломит, флюорит.

Происхождение и нахождение

Образование кальцита тесно связано с геохимическими особенностями кальция и СO2. Кальций — один из восьми важнейших элементов в земной коре с типичной литофильной тенденцией, и он встречается исключительно как двухвалентный катион (Са2+ = 1,05 А).

Кальцит принадлежит к числу самых распространенных в земной коре минералов, слагая иногда целые массивы (известняковые горы). Этот минерал образуется при самых различных геологических процессах в виде известняков, мела и мрамора. Известняки являются химическими или биогенными морскими осадками.

Эндогенные условия

Кальций играет существенную роль в эндогенных образованиях. Он входит в состав основных породообразующих силикатных минералов (плагиоклазы, роговая обманка и др.) и в значительной степени также в состав различных карбонатов, особенно кальцита, выделяясь главным образом в течение гидротермальной стадии. Кальцит формируется также в магматогенных условиях в результате дифференциации щелочной магмы, образуя карбонатитовые тела. В течение ранних стадий магматической кристаллизации кальций в значительных количествах входит в состав апатита, а при гидротермальном процессе — в состав флюорита. В гидротермальных жилах кальцит часто образует богатые формами кристаллы различного габитуса и является одним из самых поздних минералов

1. Среди эндогенного кальцита заслуживает внимания кальцит карбонатитов — существенно кальцитовых пород, содержащих форстерит, флогопит, пироксены, иногда магнетит и почти всегда минералы редких металлов: бадделеит, пирохлор, перовскит и др. Карбонатиты пространственно и генетически сопряжены с щелочными и ультраосновными породами, образуя комплексы массивов центрального типа. Происхождение по крайней мере части карбонатитов — магматическое, но, вероятно, возможно и метасоматическое их образование.

2. Широко распространены кристаллические образования кальцита гидротермального происхождения. В значительных количествах он образуется в контактовометасоматических месторождениях путем переотложения или перекристаллизации известняков. В пегматитах он является одним из самых последних минералов, характеризующих гидротермальную стадию процесса. Характерно, что и в многочисленных рудоносных главным образом сульфидных жильных месторождениях кальцит, как правило, кристаллизуется одним из последних минералов. К этой же категории образований принадлежат выделения кристаллического кальцита в миндалинах и жеодах среди эффузивных изверженных пород и отложения арагонита и кальцита из некоторых минеральных источников в виде «известковистого туфа» (вследствие бурного выделения из них СО2 под влиянием резкого понижения внешнего давления).

 

Экзогенные условия

В экзогенных условиях миграция кальция следует миграции двуокиси углерода, образуя растворимый бикарбонат, и в таком виде выносится в морские бассейны. Отложение СаСO₃ в экзогенных условиях часто происходит последовательно через различные модификации: СаС0₃ (гель) — фатерит — арагонит — кальцит. Кальцит является наиболее устойчивой модификацией и часто образует параморфозы по арагониту. Кальций накапливается в форме кальцита, кроме того, биохимическим путем растениями и различными орга¬низмами. Растения извлекают СO₂ из бикарбонатных растворов и, таким образом, понижают растворимость карбонэта кальция (например, образование травертина), а организмы используют СаСO₃ для построения своих раковин, которые после смерти организма оседают на дне моря. Растворимость СаС0₃ в морской воде зависит главным образом от температуры, парциального давления СO₂, pH и содержания других солей. Холодная вода в отличие от теплой содержит огромные количества СO₂ и поэтому может растворить больше карбоната кальция, чем и объясняется осаждение последнего из холодных потоков, когда они входят в теплые моря.

3. При процессах выветривания кальцит хотя и не встречается в больших скоплениях, однако в виде новообразований наблюдается довольно часто в трещинах и пустотах зон окисления рудных месторождений и горных пород. Источником для него в этих случаях служат разлагающиеся в коре выветривания эндогенные известьсодержащие минералы и углекислота воздуха. Нужно заметить, что вообщето в процессе выветривания горных пород весьма значительные массы извести переходят в растворы в виде бикарбоната, который текучими водами может относиться очень далеко, вплоть до моря, если по пути следования не будут встречены условия, заставляющие его выпадать в виде кристаллического или коллоидного карбоната Са[СО₃].

Сталактитовые образования в известняковых гротах являются результатом выпадения углекислой извести из насыщенных медленно просачивающихся к полым пространствам растворов. Эти растворы при нависании в виде капель с потолка путем испарения теряют воду, сильно пересыщаются и выделяют коллоидные или тонкодисперсные осадки в виде натечных масс, постепенно твердеющих и раскристаллизовывающихся при дальнейшей дегидратации.

4. Осадочным путем, особенно в морских бассейнах, образуются огромные массы Са[СО₃], первоначально в виде известковистых илов, отмерших морских растений и беспозвоночных животных с известковым скелетом. Позднее все эти вещества превращаются в известняк. Оолитовые известняки, по всей вероятности, образуются путем коагуляции коллоидных растворов углекислой извести вокруг взвешенных в движущейся воде песчинок и газовых пузырьков. Современное образование оолитов в морских бассейнах приурочено к прибрежным мелководным зонам тропических и субтропических морей. Первоначально эти оолиты бывают сложены арагонитом, позднее превращающимся в кальцит. Каким бы путем ни образовался кальцит, в коре выветривания он является сравнительно слабоустойчивым минералом. Благодаря легкой растворимости в кислотах он в зоне элювия, особенно в зонах окисления рудных сульфидных месторождений, переходит в растворы. При реакциях обменного разложения часто наблюдается замещение кальцита другими минералами (гипсом, доломитом, смитсонитом, малахитом и др.):

H₂SO₄ + СаСО₃ + Н₂О = CaSO₄  2Н₂О + СО₂;
ZnSO₄ + СаСО₃ + 2Н₂О = ZnCO₃ + CaSO₄ . 2H₂O и т. д.

На поверхности известняков в зоне насыщенных известью грунтовых вод не только часто наблюдается отложение коагулятов гидроокислов железа, коллоидного кремнезема и др., но и сами известняки замещаются ими.

Известны шесть устойчивых изотопов кальция: Са40, Са42, Са43, Са44, Са46 и Са48, распространенность их соответственно 96, 97, 0,64, 0,145, 2,06, 0,0033 и 0,185%. Имеется еще четыре радиоизотопа с массовыми номерами: 39,41, 45 и 49. При изучении изотопного фракционирования в кальцийсодержащих минералах, особенно в кальците различного происхождения, используется соотношение Са44/Са42, так как Са40 частично радиогенный и может получаться в результате (i-распада К₄O).

Месторождения кальцита

Разрабатываемые залежи известняков распространены повсеместно. Двупреломляющий исландский шпат встречается в Исландии; в базальтах Нижней Тунгуски в Сибири, в Средней Азии и на Урале (России), а также в других районах мира.

Выдающиеся месторождения кальцита: около Хельгастадир у Эскифьорда в Исландии, где много лет назад кристаллы оптического качества добывал» из полостей в базальте (отсюда его название «исландский шпат») — один кристалл из этого района достигал размеров 7 х 2 м; Алстон-Мур и Эгремонт в Камберленде, Англия; участок Исеберг близ родника Гардинг, Нью-Мехико; Конгсберг, Норвегия; Пршибрам, Чехословакия, и в других местах. В Фонтенебло около Парижа встречается так называемый «песчанистый кальцит», в котором кристаллы кальцита мешаны с зернами песка более чем на 50%.

Крупные кристаллы прозрачного кальцита (исландского шпата) у нас в России известны в месторождениях по р. Нижней Тунгуске, приуроченных к эффузивным породам — траппам и мандельштейнам; здесь он совместно с пренитом и целлитами залегает в виде жил и гнезд с гигантскими размерами монокристальных индивидов. Так, месторождение Разлом известно кристаллами до полуметра, а Люку-Мункамбинское — до 2 м.

Многочисленные небольшие месторождения исландского шпата широко представлены в Средней Азии в Зеравшано-Гиссарском, Пскем-Угамском и других районах.

Мел в виде горных пород широко распространен в толщах карбонатных пород мелового возраста на территории Русской платформы и в других местах России. В больших масштабах он добывается главным образом для химической и цементной промышленности в районе Белгорода, близ Славянска, Краматорска (Донбасс, Украина) и в других местах.

Мраморы, отличающиеся красивыми расцветками, добываются в качестве облицовочных камней на Урале в Уфалейском, Златоустевском и других районах, в Карелии, Забайкалье и т. д.

Месторождения оникс-мрамора желтоватых и зеленоватых расцветок известны в Закавказье на территории Грузии и Армении. Высококачественными мраморами славятся месторождения Каррары на восточном берегу Генуэзского залива (Италия) и Греции, служившие в свое время материалом для замечательных античных скульптур.

 

Кальцит. Практическое применение

Практическое значение кальцита, особенно в виде горных пород, весьма разнообразно.

1. Исландский шпат благодаря своему высокому двупреломлению употребляется для изготовления различных оптических поляризационных приборов, главным образом николей для микроскопов, поляриметров, колориметров и др.; для этой цели пригодны бесцветные идеально
прозрачные недвойникованные кристаллы или их обломки, лишенные трещин, размерами не меньше 1,5–2 см.

2. Асбестовидный атласный шпат и ониксмрамор используются для ювелирных изделий и предметов искусства.

3. Известняки, в зависимости от их состава или физико-механических свойств, потребляются:

• химической промышленностью (чистые известняки) для получения необходимой в сельском хозяйстве извести, производства сахара, соды, едкого натра, хлорной извести и пр. с одновременным получением при обжиге жидкой или твердой углекислоты;
• металлургической промышленностью (бедные фосфором и серой известняки) как флюс при плавке руд в доменных печах;
• для приготовления различных сортов цемента — гашеной извести, портландцемента, романцемента, бутового камня и др.;
• в полиграфической промышленности, в которой применяются так называемые литографские камни, т. е. особые плотные скрытозернистые известняки с раковистым изломом, способные раскалываться на тонкие плиты.
• для известкования кислых почв.
•  для получения синтетической резины, пластиков.

4. Мраморы в полированном виде используются как строительный материал для облицовки стен внутренних помещений в зданиях, как материал для скульптурных работ, а также в электротехнике (распределительные щиты и др.).

5. Мел употребляется как пишущий красочный, полировальный материал, для производства цемента, в лакокрасочной, парфюмерной (зубной порошок), резиновый (наполнитель) и других отраслях промышленности.

Физические методы исследования

Дифференциальный термический анализ 

Главные линии на рентгенограмме: 3,03(10) — 2,28(7) — 2,09(7) - 1,910(9) - 1,873(8) - 1,600(6) (кальцит); 3,57(10) — 3,28(10) - 2,728(10) - 2,062(8) - 1,820(6) - 1,647(2) (фатерит).

Старинные методы. Под паяльной трубкой растрескивается с выделением СО₂, т. е. диссоциирует на CaO и CO₂. Образующаяся при этом CaO ярко светится и окрашивает пламя в оранжевый цвет.

Под паяльной трубкой. Растрескивается и выделяет CO₂ (жженая известь).

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

Одноосный отрицательный, как и другие тригональные карбонаты; п0 = 1,658, пе = 1,486 (Na-свет), сильное двупреломление обусловлено слоистоподобным расположением плоских групп СO₃ параллельно {0001}.