Сподумен

Название  минерала сподумен произошло от греческого "сподуменос" — напоминающий пепел, серовато-белый.

Английское название минерала Сподумен - Spodumene

Синонимы: Старые названия: трифан — triphane (Аюи, 1801), сподуменит — spodumenite (Честер, 1896); для искусственных: α -сподумен — α -spodumene, LiAlSi₂O₆-l. Сподуменом назывался также лазулит из Бразилии (Хинце, 1897). Цезийсподумен — cesium-spodumene и диасподумен — diaspodumene оказались срастаниями сподумена с кварцем; β-спо думен — неоднородное вещество, продукт изменения сподумена (Дана, 1892). Искусственно полученные β-сподумен и γ-сподумен не относятся к пироксенам.

 

Содержание

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

 

Формула

LiAl[Si₂O₆]

Химический состав

Химический теоретический состав: Li₂O — 8,03, Аl₂O₃ — 27,39, SiO₂ — 64,58. Состав природного сподумена довольно постоянен. Содержание в нем примесей обычно не превышает 2% и лишь в редких образцах, обогащенных железом (до 2,75% Fe₂O₃), достигает 5,0%. Li замещается Na, К, Н₃O⁺, возможно Н⁺, а также Mg, Са, Mn, Fe²⁺ ; Аl замещается Fe³⁺. Предполагается, что незначительная часть Si может замещаться Аl, а О—ОН", F^- и Сl^- . В некоторых сподуменах содержится (в %): Rb₂O — 0,008, Cs2O — 0,056, Ga₂O₃ — 0,08, SnO — 0,15. В водных вытяжках из газово-жидких включений сподумена установлены HCO₃, SO₄^2-, Cl^- , Са, Mg, Na, а в сухом остатке их фильтрата — Li, К (очень много), Mn, Ni, Pb (много), Si, Аl.

 

Разновидности

Кунцит — kunzite — прозрачный, бледно-розовый до густо-лилового, сильно дихроичный.
Назван по имени Г. Кунца, который впервые обнаружил его в месторождении Пала (шт. Калифорния, США).
Синонимы: Сподумен-аметист — spodumenamethyst (Кёхлин, 1928), кунцитит—kunzitite.
Образует кристаллы, реже — участки в кристаллах непрозрачного сподумена. Параметры элементарной ячейки, рентгеновское отношение осей и морфология кристаллов — как у сподумена.
Гидденит — hiddenite — ярко-зеленый, изумрудно-зеленый, желто-зеленый, светло-зеленый.
Назван по имени У. Гиддена (Смит, 1881, по Дана, 1911). Устаревший синоним— сподумен- зумруд — spodumensmaragd, spodumenemerald (Кёхлин, 1928).
 Бразильский гидденит используется как драгоценный камень.

Кристаллографическая характеристика

Сингония. Моноклинная.

Класс. Моноклинно-призматический C_2h — 2/m(L₂РС).

Кристаллическая структура

Структура сподумена имеет особенности, отличающие его от других моноклинных пироксенов стой же пространственной группой. Прежде всего, это — координация катионов для М(2), равная шести со средним расстоянием М(2) —О = 2,211 А (во всех других моноклинных пи роксенах этой пространственной группы вокруг М (2) — 8 кислородов). Si — О цепочки имеют самый большой угол О (3) — 0(3) — О (3) = 170,5°, а у искусственного Fe ³⁺ -аналога сподумена кремнекислородные цепочки полностью распрямлены (угол 180°).

Форма нахождения в природе

 

Облик кристаллов. Кристаллы призматические, часто уплощенные по а (100), с вертикальной штриховкой. Хорошо образованные кристаллы редки. Крупные кристаллы обычно с глубокими бороздами и выступами. Некоторые кристаллы деформированы; грани и плоскости отдельности (100) иногда изогнуты. Под микроскопом в плоскости (100) видно чередование деформированных и неде- формированных блоков, почти параллельных (001). Дощатый облик уплощенных по (100) кристаллов сподумена объясняют скольжением по плоскости отдельности (100).

Двойники по (100), различимы 2—4 индивида, редко больше. Известны срастания сподумена с образовавшимся по нему кварцем; сподумен в срастании с кварцем может быть также продуктом разложения петалита.

Агрегаты. Кристаллы (от долей миллиметра до 15 м), зерна, их сростки, редко радиально-лучистые, пластинчато-шестоватые, скорлуповатые и волокнистые агрегаты; псевдоморфозы и ориентированные сростки с кварцем по петалиту.

Физические свойства

Оптические

Цвет зеленый, серо-зеленый, светло-зеленый, ультрамариново-голубой, светло-серый, белый, бесцветный, желтовато-зеленый, желтый, розоватый, розовый (кунцит), фиолетово-голубой (кунцит). Окраска отчасти зависит от соотношения Fe²⁺ , Fe³⁺ и Mn²⁺ . Желтый прозрачный сподумен из Нуристана (Афганистан) обладает едва заметным трихроизмом. Здесь же известны прозрачные зональные кристаллы, у которых зеленый цвет в основании кристалла сменяется желтым в головке, а фиолетово-голубой — голубым или зеленым.

• Черта белая, чуть зеленоватая или едва розоватая.
• Блеск стеклянный.
• Отлив  перламутровый или матовый.

Прозрачность. Обычно непрозрачен, но в тонких сколах и в очень мелких зернах полупрозрачен или прозрачен. Степень прозрачности бывает различной в пределах одного кристалла, что обусловлено различным содержанием газово-жидких и других микровключений. Совершенно прозрачные кристаллы кунцита чрезвычайно редки.

Механические

• Твердость 6,5—7. Установлена анизотропия микротвердости граней по различным направлениям, особенно на грани (010) (анизотропия I рода); отмечено различие микротвердости граней (100), (010), (001) и (110) (анизотропия II рода).
• Плотность 3,01—3,25.
• Спайность по (110) совершенная. Отдельность по (010) и (100). У многих крупных кристаллов отдельность по (100) совершеннее спайности.
• Излом неровный.

Химические свойства

Медленно разлагается в 0,1 N НСl при 40°.

Прочие свойства

Парамагнитен. Обогащенные железом зеленые и светло-зеленые разновидности слабо намагничиваются в электрическом поле. В катодных лучах ярко люминесцирует (цвет люминесценции — красноватый, красно-оранжевый, желто-оранжевый), а также флуоресцирует и фосфоресцирует. В ультрафиолетовых лучах (~ 3500—3700 А) люминесцирует слабее; свечение темно-розовое, розовое, голубое, темно-голубое, синевато-фиолетовое. Отмечаются термолюминесценция при 220—240, 440—460 и 500°  и радиофотолюминесценция. По Самсоновой и Фекличеву, при 5-часовом воздействии рентгеновских лучей некоторые участки белого сподумена розовеют, еще через 7 часов появляется голубовато-зеленая окраска и возбуждается желтое свечение. Розовые сподумены под воздействием рентгеновских и γ-лучей приобретают зеленую окраску, бесцветные — розовую. Подвергнутые ультрафиолетовому облучению или медленному нагреванию (до 250°) на свету изменяют цвет: зеленый → розовый → бесцветный. Нагревание до 500° превращает облученные зеленые сподумены сразу в бесцветные. Существует предположение, что зеленая окраска природных прозрачных сподуменов, не содержащих Cr, вызвана воздействием радиоактивного облучения. Такое же предположение высказано по поводу розовой окраски кунцита. Кривые термолюминесценции сподуменов очень различны, все наблюдающиеся на них пики вызваны Mn. Интенсивность термолюминесценции возрастает с повышением содержания в сподумене Mn и Fe. ИК-спектр сподумена характеризуется широкой ин-тенсивной полосой в области 1200—850 см^-1 с максимумами 1135, 1095, 1035. 920, 870 см^-1, сильным дуплетом 642—595 см^-1 и полосой в области 550— 400 см^-1 . В толстых пластинах проявляется узкая полоса в области 1750—1670 см^-1, характерная для деформационного колебания иона Н₃O⁺. Интенсивность ее увеличивается с повышением содержания воды в сподуменах.

Поведение при нагревании. Кратковременное нагревание делает сподумен мутным и хрупким. Нагретый до 250° зеленый сподумен белеет, после охлаждения розовеет; вновь нагретый до 500° после охлаждения остается белым. Выше температуры красного каления (800—900°) растрескивается и приобретает устойчивую кремовую окраску (результат окисления железа). Нагревание до 920° не вызывает изменения среднего показателя преломления и плотности. При температуре 900—1200° переходит в тетрагональную  β -модификацию; этому отвечает эндотермический изгиб на кривой нагревания. Температура начала α - β   перехода и температурный интервал превращения возрастают с увеличением скорости нагревания и уменьшением содержания Li в сподумене. Измельчение сподумена снижает температуру превращения до 700°, давление в 0,7 кбар — до 500°. Добавки WO₃ и LiVO₃ (5—15%) понижают температуру α- β   перехода до 500—600°. Выше 500° и при давлении около 3 кбар сподумен в водных средах любого состава переходит в эвкриптит, петалит и β -сподумен. На термозвукограммах имеются два максимума: при 430—490°, отвечающий максимуму разрыва включений, и при 850—950°, вероятно, связанный с растрескиванием α -сподумена при переходе его в  β -сподумен.

Искусственное получение минерала

Как продукт реакции в твердых фазах α -сподумен, отвечающий природному, получен из стекол соответствующего состава, подвергнутых действию давления около 20 кбар, а затем нагретых до 750—800°; из  β -сподумена — при давлении 70—100 кбар. В сухой системе состава LiAlSi₂O₆ синтезируется при давлении 10—26,5 кбар и температуре 900—1510°. Кристаллы получены гидротермальным способом (на затравке природного сподумена) при 5—8 кбар и 500—900° . Примеси Cr³⁺ и Fe³⁺ (до — 0,1%)  снижают давление до 0,75—0,25 кбар и температуру до 700—500°. Чистый LiFe ³⁺Si₂O₆ синтезирован в гидротермальной системе при 2 кбар и 700°. Сподумены с небольшим количеством Fe ³⁺ получены гидротермальным путем при ~0,83 кбар и 375—500°, при 360° (давление не указано), при 1,0 кбар и 550—600°. Параметры элементарной ячейки у искусственных железистых сподуменов больше, чем у природных. Наибольшие они у LiFe ³⁺Si₂O₆ (определены межатомные расстояния); показатели преломления таких сподуменов 1,71—1,76. Искусственные аналоги сподумена с разными трехвалентными катионами в М (1) — Sc, Fe, V, Cr, Ga получены сухим способом при 1000° и высоком давлении. Те же соединения, а также аналоги сподумена с In были получены в гидротермальных растворах при температуре 400—700° и давлении 2,0 бар.

Диагностические признаки

Сходные минералы. Полевые шпаты, скаполит, амблигонит.

От сходного по внешнему виду микроклина отличается способностью раскалываться на тонкие пластинки, от других пироксенов — оптическими свойствами и парагенезисом. Надежно отличается высоким содержанием Li.

Сопутствующие минералы. Кварц, альбит, турмалин, берилл, касситерит, магнетит и др.

Происхождение и нахождение

Сподумен встречается в гранитных пег­матитах — так называемых сподуменовых пегматитах.

Изменение минерала.

При воздействии гидротермальных растворов замещается кварцем, калиевым полевым шпатом, альбитом, мусковитом, жильбертитом, онкозином, лепидолитом, кукеитом, петалитом, поллуцитом, эвкриптитом. Известны полные псевдоморфозы по сподумену циматолита (альбит + мусковит), лепидолита, онкозина. В зоне гипергенеза по нему образуются галлуазит, монтмориллонит, каолинит, гидромусковит и нонтронит.

Месторождения

Характерен для сподуменовых, сподумен-лепидолитовых и сподумен-петалитовых пегматитов Средней Азии, Восточной Сибири, Северо-Запада России, Украины, Армении. В качестве акцессорного минерала найден в камерных пегматитах и околопегматитовых гранитах Волыни (Украина). Сподуменовые пегматиты известны в США — Кингс-Маунтин в шт. Северная Каролина, Блек-Хил и другие в шт. Южная Дакота, в Канаде (Берник-Лейк в пров. Манитоба), в Бразилии, Австралии, Швеции (Варутреск), Финляндии, Австрии, Румынии, Чехии, на Мадагаскаре и в провинциях Нуристан и Бадахшан в Афганистане. В Бразилии, США и в Афганистане известны различно окрашенные прозрачные разности сподумена. В сподуменовых пегматитах ассоциируется с кварцем, микроклином, альбитом, бериллом, колумбитом, касситеритом, шерлом; в сподумен-лепидолитовых и петалит-сподуменовых пегматитах, кроме того — с лепидолитом, поллуцитом, танталитом, микролитом и другими танталовыми минералами, амблигонитом, полихромным турмалином. В этих месторождениях сподумен обычно образует одну, две, редко три и четыре генерации. В пегматитах, приуроченных к линейно вытянутым тектоническим трещинам, кристаллы сподумена располагаются приблизительно параллельно друг другу и под углом 60—90° к контакту.

В некоторых пегматитовых полях (долина р. Шамакат, Афганистан) известны афанитовые сподуменовые дайки в силлиманит-гранат-биотитовых сланцах, обнаруживающие постепенные переходы в сподумен-петалитовые пегматиты. Сподумен в дайках ассоциируется с кварцем, альбитом, микроклином, амблигонитом, петалитом и др. В поздние стадии становления пегматитовых тел сподумен образует мономинеральные псевдоморфозы по петалиту — Гиндукуш (Афганистан), а также развивается по нему совместно с кварцем в виде крупнозернистых и скрытокристаллических ориентированных игольчатых агрегатов — Казахстан, Средняя Азия, Гиндукуш (Афганистан). В качестве акцессорного минерала известен в биотит-роговообманковых гранодиоритах Зимовниковского массива (Восточный Саян) и междуречья рек Хос и Дзос (Восточная Тува), в биотитовых гранитах Урикского и Ольховско-Чибижекского массивов (Восточный Саян), в лейкократовых и двуслюдяных гранитах, залегающих в мраморизированных известняках верховья р. Тастыг (Восточная Тува), в лейкократовых гранитах Лейнстера (Юго-Восточная Ирландия), Встречен в аплитах и гнейсах (Дир и др., 1965), возможно, в контактах с литиевыми пегматитами. Известен в некоторых плагиоклазовых пегматитах в ассоциации с кварцем, черным и зеленым турмалином, литиевым мусковитом, микроклином — Плотная Ламбина (Северная Карелия).

Практическое применение сподумена

Сподумен — главный минерал для получения Li. Сподуменовый концентрат является также керамическим сырьем и служит для изготовления некоторых ситаллов и стекол с незначительным термическим расширением, благоприятными механическими и диэлектрическими свойствами, щелоче- и кислотостойкостью.

Представляющие большую редкость прозрачные окрашенные кристаллы кунцита используются как драгоценные камни.

Физические методы исследования

Дифференциальный термический анализ 

Старинные методы. Под паяльной трубкой сначала мутнеет, затем увеличивается в объеме и превращается в мутно-белый или прозрачный королек; пламя окрашивается Li в красновато-фиолетовый цвет. Сплав с CaF₂ + KHSO₄ окрашивает пламя в ярко-красный цвет.

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

Обычно бесцветен. Окрашенные прозрачные сподумены из Афганистана плеохроируют; Nр > Nm > Ng, возможно и Ng>Nm> Nр. Желтый сподумен по Ng — бесцветный, по Nm — светлый зеленовато-желтый, по Np — светлый зеленовато-желтый; фиолетово-голубой сподумен по Ng — светло-зеленый, по Nm — светло-фиолетовый, по Np — темно-фиолетовый. Двуосный (+). Плоскость оптических осей (010). Nm = b, aNр = 3—7°, cNg = 23—29°. Удлинение (+). n_g = 1,673—1,682; n_m= 1,662—1,671, n_p = 1,648—1,668, n_g — n_p = 0,012—0,028; (+) 2V= 55—66°. Указания на (—) 2V = 80° (Трёгер, 1968) и (—) 2V = 70°  сомнительны. Дисперсия слабая, r>v — наклонная или r < v — горизонтальная. У сподумена из отдельных месторождений отмечается повышение показателей преломления с увеличением содержания Fe (Мадагаскар) и с уменьшением количества Li. Имеются также сведения о снижении значений показателей преломления с уменьшением содержания Li. По Диру и др., 1965, замещение Li на Na уменьшает величину n_p и увеличивает n_g — n_p.
Известны простые и сложные двойники по (100). Для сподумена ранних генераций характерны многочисленные идиоморфные и червеобразные вростки кварца; иногда наблюдается симплектитовая структура. В крупных кристаллах сподумена изредка различаются участки, в которых срастания сподумена с кварцем образуют структуру, напоминающую графическую. Ориентированные сростки сподумена с кварцем образуются также при распаде петалита. Полосчатые срастания сподумена с другими минералами возникают при его замещении по трещинам спайности и отдельности петалитом, альбитом, калиевым полевым шпатом, мусковитом, кукеитом и др.
Характерны газово-жидкие включения, иногда с твердой фазой. Первичные трубчатые включения ориентированы параллельно удлинению кристаллов сподумена. Отмечаются включения в сподумене сингенетических микроклина и кварца.