Волластонит

Происхождение названия

Волластонит назван по имени британского химика и минералога В. Волластона (Леман, 1818), впервые описан Штютце(1793) под названием «досчатый шпат». Название«параволластонит» — parawollastonite для моноклинной модификации волластонита решением Комиссии по новым минералам и названиям Международной Минералогической Ассоциации в 1962 г. исключено.

Английское название минерала Волластонит - Wollastonite

Синонимы: Досчатый шпат, таблитчатый шпат — Tafelspath (Штютц, 1793), граммит — Gram- mit (Карстен, 1880), скорлуповатый камень — Schalstein (Вернер, 1803); гиллебакит — Gjellebakit, Gillebackite (Норденшильд, 1848); вильнит — Wilnit, vilnite (Деклуазо, 1862); эдельфорсит—Edelforsit (Кобель, 1838; Форххамер, 1864).

Группа

 

Содержание

• Химический состав
• Разновидности
• 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)
• Купить волластонит

 

Формула волластонита

Ca₃[Si₃O₉], или CaSiO₃

Химический состав

Химический теоретический состав: СаО— 48,27; SiO₂ — 51,73. Большинство природных волластонитов представляет почти чистый CaSiO₃, отклонения от теоретического состава обычно очень невелики и вызваны содержанием изоморфных примесей Fe²⁺, Mn, Mg (замещают Са); суммарное содержание FeO, MnO, MgO в большинстве случаев около 1 %. Известны очень редкие находки природных железистых и марганцовистых волластонитов, содержащих до 17% FeO и до 8% MnO. Искусственные волластонита могут содержать до 76% FeSiO₃ , до 45% MgSiO₃ и около 5% SrSiO₃. Sr обнаружен и в волластоните с Кольского п-ова (до 1,18% SrO).
Как продукт раскристаллизации стекол или при спекании смесей соответствующего состава получен Mg-волластонит —фаза диопсидового состава, но с волластонитовой структурой. При отжиге эта фаза переходит в диопсид. Размеры элементарной ячейки волластонита уменьшаются с увеличением содержания Mg. Между CaSiO₃ и MnSiO₃ существует непрерывный ряд твердых растворов со структурой волластонита. Высокожелезистые искусственные соединения имеют структуру волластонита (β-формы) только при высокой температуре; ниже 940—980° образуется геденбергит. По-видимому, малая железистость природных волластонитов связана именно с этим обстоятельством — при относительно низких температурах процессов скарнообразования железистые соединения с геденбергитовой структурой устойчивее, чем с волластонитовой, α- и β-Ca₃[Si₃O₉] могут содержать до 3% TiO₂ .

Разновидности

Ферроволластонит — ferrowollastonite. Название предложено Агрелом для гипотетического соединения FeSiO₃ со структурой волластонита, которое не известно в природе и не получено искусственно. Природный ферроволластонит, описанный Тилли под названием железистый волластонит (iron-wollastonite, Eisenwollastonit), имеет формулу (Са, Fe)₃Si₃O₉ и содержит до 25% FeSiO₃ (минерал из Скаут-Хила). Искусственно получен ферроволластонит с 76% FeSiO₃ . Хим. анализ ферроволластонита с о-ва Скай (Шотландия): MgO — не обн., СаО — 38,86, МпО — 1,22, FeO — 9,29, Fe₂O₃ — не обн., SiO₂ — 50,00, TiO₂ — сл., нераств. ост.— 0,45, сумма 99,82. Пересчет на миналы дает: CaSiO₃ — 80,6, FeSiO₃ —17,1, MnSiO₃ — 2,3%. Несмотря на то, что при высоких температу¬рах между CaSiO₃ и MnSiO₃ наблюдалась полная смесимость, в природном ферроволластоните содержание MnO не превышает 5,5%. Плотность 3,09. Цвет белый с кремовым оттенком.  Отмечены простые двойники по (100). Замещение части Fe ^{2 +} в ферроволластоните на Mn^{2 +} не влияет на оптические константы.

Очень редок. Впервые обнаружен в Скаут-Хиле (Англия) в зоне эндоконтакта долеритов; сопровождается геденбергитом. В Японии ферроволластонит встречен в ксенолите в андезитовой лаве вулкана Канпу на северо- востоке о-ва Хонсю; другие минералы ксенолита — анортит и клинопироксен. Марганцево-железистый волластонит (FeO — 5,66%, MnO — 5,51%) найден в скарнах России в ассоциации с датолитом, пироксенами и андрадитом.
Название «манганволластонит» (manganwollastonite) относится к несуществующему в природе минералу MnSiO₃ (Хинце К.— Худоба К., И, 1954— 1959, 244).

Кристаллографическая характеристика

Кристаллическая структура

Основные элементы структуры — кремнекислородные цепочки — совершенно одинаковы у двух модификаций и состоят из трехчленных групп SiO₄-тетраэдров. Триклинная ячейка получается, если цепочку IV сдвинуть вверх на 1/2, b₀. В структуре триклинной модификации, таким образом, повторяется каждая вторая цепочка и а₀Т = 1/2 а₀М.
Близость структур моноклинной и триклинной формы объясняет возможность их тесного (в атомном масштабе) прорастания, описанного Джефри. Моноклинная модификация может рассматриваться как сдвойникованная триклинная (двойниковый полиморфизм, по Джефри).

Главные формы: На всех кристаллах развиты грани зоны [010].

Форма нахождения в природе

Облик кристаллов. Кристаллы, пригодные для измерений, очень редки; обычно они уплощены по [0011 или по [100] и удлинены по [010], чем создается характерный удлиненнотаблитчатый (досчатый) облик.

 Известно лишь одно описание кристаллов-двойников; обычно они принимаются за параллельные сростки, но хорошо заметны и часто наблюдаются в шлифах под микроскопом. Плоскость срастания (100), двойниковая ось, по-видимому, b. При той же плоскости срастания в двойниках железистого волластонита из шлаков отмечены и другие двойниковые оси нормаль к (100) и (001). В некоторых кристаллах волластонита различаются зоны с разным содержанием Fe.

Агрегаты. Игольчатые, спутанно-волокнистые, грубоволокнистые агрегаты. Поперечное сечение отдельных кристалликов — от десятых долей до 1—2 мм, длина волокон значительно больше. Хорошо образованные кристаллы очень редки.

 

Физические свойства волластонита

Оптические

• Цвет. Бесцветный, в агрегатах и в порошке белый, иногда со слабым зеленоватым и кремовым оттенком.
• Черта белая
• Блеск стеклянный..
• Отлив на плоскостях спайности перламутровый
• Прозрачность. Прозрачен, в агрегатах просвечивает.

Механические

• Твердость 4,5—5. Хрупок.
• Плотность 2,8—2,9, у железистых разновидностей 3,12.
• Спайность  весьма совершенная по (100), совершенная по (102), (001) и (101); несовершенная по (101).
• Излом неровный.

Химические свойства

В НСl разлагается, образуя белый студенистый гель кремнезема; с содой сплавляется в белую эмаль, с бурой дает стеклянный шарик, который легко растворяется в НСl.

Прочие свойства

В ИК-спектре волластонита наблюдаются: интенсивная полоса (с семью максимумами) в области 1100—850 см^-1, соответствующая асимметричным валентным колебаниям связи Si—О в тетраэдрах SiO₄; полоса в области 750—550 см^-1 (имеет три максимума) соответствует валентным колебаниям Si— О—Si в тетраэдрах; в области 550—400 см^-1 наблюдаются четыре максимума, которые относятся к деформационным колебаниям связей Si—О и валентным колебаниям Са—О в октаэдрах. Полосы 3400 и 1610 см^-1 соответствуют валентным и деформационным колебаниям (ОН) адсорбированной воды. Некоторые волластониты люминесцируют в ближнем или дальнем ультрафиолетовом свете обычно желто-оранжевым или красно-оранжевым и редко—голубовато-зеленым цветом, иногда проявляется фосфоресценция. При 345° наблюдается слабая термолюминесценция; при давлении 2530 бар пик термолюминесценции смещается до 380°. Пьезоэлектрического эффекта волластониты не обнаруживают. Температура полиморфного превращения волластонита в псевдоволластонит—1125± 10°. 

Поведение при нагревании. На термограммах волластонита имеется один эндоэффект около 1250°, соответствующий а превращению. При изучении фазовых равновесий в системах с участием СаО и SiO₂ получены более низкие значения температуры полиморфного превращения: 1150°  и 1120°. Скорость инверсии очень мала и сильно зависит от температуры: при 1155° инверсия установлена после 40 часов нагревания; при 1145° после 48 часов нагрева инверсия не обнаружена; при 1125° она имела место после 4-х недельного нагревания. Инверсия сопровождается увеличением коэффициента термического расширения. Псевдоволластонит, образующийся по чистому белому волластониту, часто становится коричневым и красным вследствие обособления некоторого количества Fe, которое в меньших количествах входит в структуру псевдоволластонита, чем в структуру волластонита. Искусственные волластониты с высоким содержанием Mg переходят в α-модификацию при более высокой температуре — 1368°. Волластонит, содержащий около 20% (мольных) MnSiO₃, стабилен в виде β-формы при 1374°. Замещение Si на Ti также повышает температуру инверсии. Температура плавления по данным разных авторов колеблется от 1530 до 1544°.

Искусственное получение минерала

Простейший путь искусственного получения волластонита — β-CaSiO₃ — кристаллизация расплава из смеси СаО—SiO₂. Первые сведения о синтезированном таким образом волластоните относятся к XIX в. (Дютри, 1857; Гурльт, 1857; Бурхус, 1882; Дельтер, 1886 и др.— по Хинце); однако продукт синтеза в большинстве случаев, по-видимому, являлся псевдоволластонитом. Достоверные данные о синтезе волластонита получены позднее при изучении систем, включающих СаО и SiO₂ . При медленном охлаждении расплава первоначально образуется псевдоволластонит, переходя¬щий при дальнейшем охлаждении в волластонит. При закалке расплава псевдоволластонит сохраняется. В гидротермальных системах при более низких температурах (350—700°) и давлениях от 1 до 1000 атм получается непосредственно β-волластонит. Самая низкая температура образования волластонита (350°) отмечена в опытах с использованием давления 200 атм. Волластонит, пригодный для керамической промышленности, получен путем дегидратации гидросиликатов Са (ксонотлита и тоберморита) при 800—900°. Устойчивость волластонита при постоянных давлении и температуре возрастает с увеличением отношения Н₂O : СO₂ в газовой фазе. При постоянных парциальных давлениях Н₂О и СO₂ граница устойчивости волластонита с повышением давления смещается в сторону более высоких температур.  Волластонит образуется также при реакции в твердом состоянии спеканием смеси окислов при температуре несколько ниже температуры плавления. Является обычным соединением во многих технических камнях, главным образом в различных металлургических шлаках (в отличие от природных образований преобладает α-модификация).

Диагностические признаки

Сходные минералы. Тремолит.

В штуфах обычно легко распознается по цвету, характеру выделений, спайности и характерному для скарнов парагенезису (гранат, диопсид). Можно спутать с тремолитом, от которого отличается (в шлифах) низким двупреломлением, углом между трещинами спайности (значительно больше 60°) и меньшим углом 2V. От псевдоволластонита отличается характером выделений, значительно меньшим двупреломлением и большим углом 2V, от пектолита — более низким двупреломлением и знаком удлинения. В шлифах иногда сходен с диопсидом, но последний имеет более высокий рельеф, больший угол 2V и оптически положителен. От цоизита и клиноцоизита под микроскопом отличается более низким рельефом и обычно меньшим углом 2V. Волластонит и «параволластонит» различить в шлифах можно по углу bNm — у первого он равен 3—5°, у последнего 0°; однако уверенная диагностика политипов возможна лишь по рентгенограммам порошка или монокристалла.

Спутники.  Гранаты, диопсид, везувиан, пироксен, гроссуляр, кальцит, скаполит.

Происхождение и нахождение

Образуется главным образом в мрамо­рах на контакте с гранитами.

Волластонит — типичный, широко распространенный минерал известковых скарнов, образующий местами мощные мономинеральные тела. Встречается почти исключительно в зоне экзоскарнов. Во всех месторождениях волластонитовая зона — ближайшая к карбонатным породам. Подвергающиеся скарнированию породы весьма разнообразны: чистые известняки, известково-глинистые и известково-кремнистые сланцы, известковистые туфы и песчаники. По породам двух последних групп часто образуются волластонитсодержащие роговики и скарноиды. Скарнирующие интрузивные породы разнообразны, но обычно это гранитоиды. Отмечается, что волластонит — один из наиболее ранних и высокотемпературных послемагматических минералов; температура образования минералов пироксен-гранат-волластонитовой субфации 550—800°, волластонит-плагиоклазовой (без гроссуляра) — выше 750 — 800°. Однако на основании детальных экспериментальных и полевых исследований Какитани пришел к заключению, что волластонит гораздо чаще образуется в низкотемпературных жилах, чем в так называемых реакционных скарнах. При действии более поздних низкотемпературных растворов он разлагается на кальцит и кварц. Обычно в экзоскарновой зоне при нормальной щелочности волластонита ассоциируется с пироксеном, гроссуляром, кальцитом, скаполитом. При очень высокой щелочности растворов волластонит образуется в зоне эндоскарнов в парагенезисе с ортоклазом или скаполитом. Вне зависимости от щелочности образование волластонита возможно лишь при низких значениях химических потенциалов Mg и особенно Fe; при их повышении вместо волластонита образуется соответственно диопсид, салит или геденбергит. Почти мономинеральные волластонитовые скарны характерны для фланговых частей месторождений, которые обычно отличаются неполным развитием скарновых колонок и парагенезисами малой железистости.
Наиболее высокотемпературные ассоциации волластонита (безгроссуляровая фация) обычно характеризуются малой глубинностью, хотя известны и в очень глубинных образованиях. Менее высокотемпературная пироксен-гранат-волластонитовая ассоциация более глубинна (3—4 км). Волластонитовые скарны обычно безрудны, но могут быть и рудоносными. Помимо обычных известковых скарнов, волластонит отмечается и вавтореакционных известковых скарнах, образующихся в результате кальциевого метасоматоза по ультрабазитам, щелочным ультрабазитам и габброидам.

Изменение минерала

Под действием низкотемпературных растворов волластонит легко замещается ксонотлитом и агрегатом кальцита и кварца.

Месторождения

В Евразии в обычной ассоциации (пироксен, гранат, кальцит, реже скаполит, диопсид, тремолит и др.) волластонит встречен во многих месторождениях Средней Азии (основной район волластонитовых месторождений), Казахстана, Урала, Кавказа и Закавказья, Дальнего Востока и других районов. В Средней Азии волластонитовые проявления известны во многих золоторудных месторождениях Узбекистана; в районе Чаткальского и Пскемского хребтов в свинцово-цинковых месторождениях Алмалыкского рудного поля (Накпай, Катранги, Кургашинкан), вольфрамо-молибденовых месторождениях — Лянгар и Койташ и в свинцово-цинковом месторождении Западный Джангалык. Контактово-метасоматические породы высокотемпературной послемагматической стадии с волластонитом, клинопироксеном,. амфиболами известны в Кокшальском хр. и горах Туркестано-Алая. Значительное развитие волластонитовой и пироксен-волластонитовой минерализации характерно также для месторождений Кумбель, Мингбулак, Чимган, Чал-Ата, Алтын-Топкан, Ган-Джилга, Агуюрма, Кара-Тюбе, Курусай, Майхура, Аксай и др. Месторождение Курусай II — редкий пример свинцово-цинкового оруденения в самих волластонитовых скарнах. В Центральном Казахстане мономинеральные волластонитовые породы известны в свинцово-цинковых месторождениях Аксоран I и Новый Аксоран. Тремолит-волластонитовые скарны имеются в свинцово-цинковом месторождении Гульшад, гранат-волластонит-везувиановые скарны и волластонитсодержащие роговики в свинцово-цинковом месторождении Акджал. В Сорском месторождении (Южный Тургай) волластонит слагает скарновые тела мощностью до 30 м. На Урале проявления волластонита сосредоточены в Турьинской группе месторождений; следует отметить волластонит-содержащие известняки Вадимо-Александровского месторождения, а также волластонитовые и гранат-волластонитовые скарны Фроловского рудника. На Кавказе пироксен-гранат-волластонит-кальцитовые роговики и пироксен-волластонитовые скарны развиты в Тырны-Аузе, гранат- пироксен-волластонитовые и гранат-везувиан-волластонитовые скарны — в контактах Каялинского и Конгур-Алангезского интрузивов, в Кельбаджарском и Кедабекском районах. В Якутии волластонитсодержащие скарны известны в Эмельджакском месторождении, в экзоконтактах мезозойских щелочных интрузий Алдана и других районах. На Дальнем Востоке — в Дальнегорске, на Чукотке, на Колыме. Волластонитовые и кварц-волластонитовые породы, волластонитовые мраморы имеются в районе Слюдянских флогопитовых месторождений, в Карелии — в Калкнитехдасском месторождении. В карбонатитах волластонит редок; он наблюдается лишь в краевых частях некоторых тел в ассоциации с пироксеном, кальцитом и апатитом; часто обнаруживает признаки замещения кальцитом. В ийолитах, фенитах и измененных мелилитовых породах более распространен. Известен в массивах Озерная Барака, Вуори-Ярви и Ковдор на Кольском п-ове, в массивах Одихинча и Тулинском в Восточной Сибири.

В США крупнейшим промышленным месторождением волластонита является Уилсборо в шт. Нью-Йорк; залежи волластонита (в среднем 75% волластонита, 15% граната и 10% диопсида) образовались при скарнировании кремнистых гренвильских известняков у контакта с интрузией анортозита. Большие запасы волластонита (ориентировочно 12 млн. т) имеются в месторождении Коуд-Сидинг (шт. Калифорния, США), где добыча велась с 1933 г. до начала эксплуатации месторождения Уилсборо (1943 г.); крупные скарноидные тела состоят из чередующихся полос волластонита, диопсида и граната. Крупные запасы волластонита имеются и в других скарновых месторождениях Калифорнии; из них Блайт, Бом-Спринго-Каньон, Шедоу, Риверсайд-Каунти и Иньо-Каунти являются чисто волластонитовыми месторождениями. Помимо Калифорнии, в США скопления волластонита известны в штатах Аризона, Нью-Мексико, Невада, Юта, Аляска; из них промышленный интерес представляют почти мономинеральные волластонитовые скарны аризонского месторождения Силвербел.

В Мексике промышленные тела существенно волластонитовых скарнов вскрыты в золото-медном месторождении Санта-Фе в свинцово-цинковом месторождении Долорес, в некоторых других месторождениях гор Сьерра-де-Найка. Мелкие скопления волластонита известны в Бразилии, Канаде, Пуэрто-Рико.

В Швеции волластонит в непромышленных количествах имеется в скарнах Мансё, в скарнированных лептитах района Цинкгруван, в карбонатитах Альнё, в Норвегии —- в окрестностях Осло, в юго-западной Финляндии на о-ве Паргас и в других местах; в Дании — на о-ве Борнхольм, в Великобритании— в скарновых образованиях Скаут-Хила и о-ва Скай. Как породообразующий минерал содержится в высокометаморфизованных мраморах Лепонтинской зоны Альп (Швейцария). Описаны находки волластонита во Франции, в Баварии (Германия), в Италии и в других районах Европы.

В юго-западном Иране волластонит отмечен в термально-метаморфизованных породах неясного генезиса.

В Японии значительные месторождения волластонита имеются: на о-ве Кюсю — в Сайдосо, Яосивари (преф. Фукуока), в районе Риухо (преф. Кумамото); в префектурах Гифу, Йбараки. Наиболее крупные промышленные залежи волластонита известны в скарнах и скарноидах медно-вольфрамового месторождения Ямато (преф. Ямагути, о-в Хонсю) и волластонитовом месторождении на о-ве Кёге.
В Уганде и Кении известны волластонитсодержащие породы, связанные с карбонатитами. В аналогичных условиях в Танганьике найден «параволластонит». В Намакваленде в контактовой зоне гранитного массива обнаружены крупные залежи волластонита, ассоциирующегося с диопсидом, гранатом, везувианом, кальцитом и кварцем.

В Австралии в небольших количествах волластонит известен в скарновом меднорудном поле Чилаго, в роговиках и скарнах района Толонга.

Известна находка волластонита в метеорите Альенде (углистый хондрит) в виде спутанно-волокнистых выделений в пустотах.

Добыча волластонита производится в Уилсборо (шт. Нью-Йорк, США), в Риверсайд и Иньо (шт. Калифорния, США), в Лаппиранта (Финляндия) и в Санта-Фе (Мексика). В США, главным образом за счет Уилсборо, добывается 30—50 тыс. т волластонита в год, в Мексике 5 тыс. т, в Финляндии 3,5 тыс. т.

Практическое применение

Использование волластонита в промышленности началось с середины 40-х годов текущего столетия, после ввода в эксплуатацию крупнейшего месторождения Уилсборо в шт. Нью-Йорк. Основная область его применения — изготовление стенных и потолочных панелей, светлой минеральной шерсти (теплоизолятор). Употребляется в производстве санитарных фарфора и фаянса, майолики, электроизоляционного фарфора. Входит в состав некоторых глазурей и различных связок — в абразивных изделиях, в обмазке сварочных электродов. В качестве наполнителя применяется в производстве бумаги, красок, резины. В металлургии добавляется в шихту для регулирования вязкости и других качеств шлака. Может быть использован в качестве добавки к фосфорным удобрениям и для понижения кислотности почв.

Физические методы исследования

Дифференциальный термический анализ

Главные линии на рентгенограммах: 

Старинные методы. Под паяльной трубкой  легко оплавляется по краям, полностью плавится с большим трудом, превращаясь в просвечивающее стекло (по Хинце). Окрашивает пламя в розово-красный цвет (присутствие Са).

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

В шлифах в проходящем свете бесцветен. Двуосный (—). По Пикоку, плоскость оптических осей в моно клинной модификации β-CaSiO₃ («параволластоните») совпадает с (010), cNp = 34° и Nm = b; в триклинной (волластоните) нормаль к плоскости оптических осей образует с осью b угол 4°, cNp = 31° и bNm = 4°.
Показатели преломления двух модификаций одинаковы и варьируют крайне незначительно: n_g = 1,631— 1,636 (наиболее часто 1,632 — 1,634); n_m = = 1,629 — 1,633 (преимущественно. 1,630—1,632); n_p = 1,614— 1,621 (обычно 1,618 — 1,621); 2V = 38—40°, иногда 44°; у природных железистых волластонитов (12—19% FeSiO₃ + MnSiO₃): n_g = 1,649 — 1,653; n_p = = 1,639 — 1,640; 2V = 60°. У искусственных сильножелезистых разностей светопреломление значительно выше: n_g= 1,734— 1,725, n_m = 1,725  — 1,718, n_p = 1,716 — 1,705 (67%— 64% FeSiO₃); 2V = 85 — 72°. С увеличением содержания Fe светопреломление линейно возрастает.