Виллемит 

Синонимы: Вильгельмит — wilhelmite, гебетин — hebetine (Брайтхаупт, 1832), бельгит — belgite (Панбианко, 1916). Вильямсит (вильямсонит)—williamsite (williamsonite) — частью виллемит, частично антигорит.

Группа

Происхождение названия

Назван по имени короля Нидерландов Вилля (Леви, 1830).

Английское название минерала Виллемит - Willemite

Содержание

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

 

Формула

Zn₂[SiO₄]

Химический состав

Химический теоретический состав: ZnO—72,96, SiO₂—27,04. Содержание ZnO 57,83— 72,11%, SiO₂ 26,55—27,97%; Zn замещается Mn, Fe²⁺, Ca, Mg. Содержание MnO в собственно виллемите от следов до долей процента, в троостите больше 3% (до 12,59%); содержание FeO 0,07—5,35%, СаО до 2, 2%, MgO до 2,91%. Кроме того, в некоторых виллемитах обнаружен Be (0,5— 1,87% ВеО). Согласно экспериментальным исследованиям, виллемит и фенакит, благодаря их изоструктурности, образуют твердые растворы с наибольшим содержанием Be₂SiO₄ —30 мол. %.

По данным спектральных анализов, виллемит иногда содержит германий; экспериментально установлено, что Zn₂SiO₄ и Zn₂GeO₄ образуют серию смешанных кристаллов.

 

Разновидности

Троостит (трустит) — troostite — (Zn,Mn)₂ (SiO₄) — отличается повышенным содержанием марганца. Назван по имени профессора Трооста (Шепард, 1832). Синононим Тефровиллемит — tephrowillemite (Кени, 1889). Цвет красный, коричневый, зеленый, желтый, серый, белый. Блеск стеклянный. Спаиность по (1120) совершенная, по (0001) и (1011) несовершенная. Известен только в месторождениях Франклин и Стерлинг Хил в шт. Нью-Джерси (США); наблюдается в сплошных зернистых массах, иногда в виде крупных призматических кристаллов (до 15 см) в мраморизованном известняке наряду с собственно виллемитом.

 

Кристаллографическая характеристика

Сингония. Тригональная.

Класс симметрии. Ромбоэдрический

 

Кристаллическая структура

 

Главные формы:

Структура аналогична структуре фенакита (места атомов Be заняты атомами Zn)

 

Форма нахождения в природе

 

Облик кристаллов. Кристаллы мелкие удлиненнопризматические, короткостолбчатые, пластинчатые по с (0001), ромбоэдрические. На гранях их, особенно на с (0001), сильный блеск. Характерна вертикальная штриховка; грани е (0112) иногда слегка выпуклые. На некоторых гранях наблюдаются асимметричные фигуры растворения; в результате частичного растворения часто образуются зерна округлой формы.

Двойники. Наблюдаются параллельно сросшиеся кристаллы, а также двойники прорастания по (3.3.6.10). Отмечались ориентированные срастания виллемита с тефроитом (оси с обоих минералов параллельны). В месторождении Франклин в шт. Нью-Джерси (США) округлые зерна виллемита наблюдаются в тесном срастании с франклинитом, кальцитом и цинкитом, а кристаллы «черного» виллемита переполнены мелкими включениями франклинита. В месторождении Вранчиц (Чехия) кристаллы виллемита содержат включения гематита, гётита, кальцита и галенита.

Агрегаты. Щетки игольчатых кристаллов или радиально-лучистые агрегаты, также зерна, сплошные массы, иногда натечные агрегаты.

Физические свойства

Оптические

Цвет бесцветный, белый, серовато-белый, желтый, желтовато-бурый, коричневый, мясо-красный, темно-бурый, иногда синеватый.

Черта белая.

Блеск жирный до стеклянного.

Отлив

Прозрачность. Прозрачный до непрозрачного.

Показатели преломления

 Ng = , Nm = и Np =

Механические

Твердость 5,5.

Плотность 3,89—4,18.

Спайность по (1120) совершенная, по (0001) несовершенная.

Излом раковистый до неровного.

Хрупок.

Химические свойства

Разлагается в НСl с выделением студенистого кремнезема; растворим в растворе едкого кали.

Прочие свойства

Диэлектрическая постоянная 5,55.

Различно окрашенные виллемиты люминесцируют в катодных и ультрафиолетовых лучах даже при небольшом количестве марганца. Сила свечения зависит от длительности и интенсивности облучения. Цвет свечения ярко-зеленый, иногда желтый (максимум свечения чистого Zn₂SiO₄ при 5250А). Свечение искусственно полученных β Zn₂SiO₄ — желтое, γ-Zn₂SiO₄ — красноватое. При нагревании способность минерала люминесцировать в катодных лучах утрачивается, при остывании — восстанавливается; около 160° наблюдается ясное ослабление люминесценции, при 480° она едва заметна. После вспышки ленты Mg близ образца наблюдается его фосфоресценция.

Инфракрасные спектры поглощения виллемита характеризуются максимумами при 975 и 931 см^-1, а также дополнительными максимумами при 901 и 869 см^-1 .

Поведение при нагревание. Плавится при 1465°. Искусственные модификации — ( β- и γ-Zn₂SiO₄ при нагревании переходят в α-Zn₂SiO₄ (виллемит): (β — около 900°, γ — в интервале 300—400°. Коэффициент термического расширения виллемита 32 • 10^-7.

Искусственное получение

Виллемит без примесей марганца и бериллия впервые синтезирован Добрэ в 1854 г. при пропускании паров SiCl₄ над ZnO. Позднее был получен многими исследователями: в результате взаимодействия SiF₄—ZnO и SiO₂—ZnF₂; сплавлением SiO₂, Na₂SO₄ и Zn₂SO₄; нагреванием SiO₂, NaCl и ZnCl₂ в атмосфере водяного пара при 500—1250°; из раствора ацетата цинка, нагретого до кипения при медленном добавлении к нему слабого раствора силиката Na и соды при pH 7—8,5; при кристаллизации в системе Na₂CO₃ — ZnO— SiO₂—Н₂O, а также другими способами. Отмечается инкогруэнтное плавление ларсенита с образованием виллемита и Pb-содержащей силикатной жидкости около 900°.

Виллемит, содержащий марганец, количество которого не определено, получен Ингерсоном и Татлом; виллемит с 1% марганца синтезирован при прокаливании (1350°, 12—15 час.) ZnO и SiO₂ (в стехиометрических отношениях) с добавкой нитрата марганца. Соболев и Княгина получили виллемит из безводной газовой фазы при изучении системы ZnO— ВеО—SiO₂ с минерализатором; наиболее низкая температура образования виллемита (620°) установлена при добавке к окислам NaF и BeF₂. При 1200° и соотношении ZnO : ВеО=3:1 с добавкой минерализатора Na₂BeF₄ получен твердый раствор (Zn,Be)₂SiO₄. Новоселова, Бабин и Соболев синтезировали силикат состава (Zn,Be)₂SiO₄, активированный марганцем. Получены также кристаллы состава (Zn,Mg)₂SiO₄, Zn₂GeO₄  и (Zn,Mn)₂GeO₄.

Виллемит известен как составная часть силикатного шлака черновой меди. Модификации α-Zn₂SiO₄, β-Zn₂SiO₄, γ-Zn₂SiO₄ получены при остывании расплава Zn₂SiO₄. При наиболее медленном остывании образуется α-Zn₂SiO. β-форма превращается Ba-Zn2Si04 при нагревании до 900°; менее стабильная γ-форма превращается в α-форму при 300—400°. На эти превращения влияет не только температура опыта, но и время. При небольших изменениях условий опыта γ-Zn₂SiO₄ может превращаться в α-Zn₂SiO₄ непосредственно или через промежуточную β-форму. При искусственном получении виллемита в качестве промежуточного продукта часто образуется β-форма, которая полностью превращается в α-Zn₂SiO₄ при 900°. В системе ZnO—SiO₂—Н₂O виллемит (α-Zn₂SiO₄) образуется при разложении гемиморфита в интервале от 240° и 10 000 psi до 260° и 40 000 psi, а также кристаллизуется из гелей; в условиях опыта устойчив выше 750°.

Диагностические признаки

Сходные минералы

Сопутствующие минералы.  Кварц, сидерофиллит, гентгельвин, ганит, циртолит, циркон, фенакитомкальцит, гетит, гематит, халькозин.

Происхождение и нахождение

Редок, но иногда дает промышленные скопления. Встречен в контактово-метасоматических породах и в гидротермальных рудах, известен как минерал зоны гипергенеза.

Изменение минерала

Отмечено замещение виллемита гемиморфитом.

 

Месторождения

Примером контактово-метасоматических месторождений виллемита являются известные цинковые месторождения Франклин и Стерлинг Хил в шт. Нью-Джерси (США), где виллемит, иногда содержащий бериллий, находится в ассоциации с франклинитом, цинкитом, манганозитом, гематитом, насонитом, глаукохроитом, лейкофеницитом, датолитом, годжкинсонитом, баритом и др.
Бериллийсодержащий виллемит найден в метасоматитах и грейзенах кристаллического докембрийского фундамента Европейской части России в ассоциации с кварцем, сидерофиллитом, гентгельвином, ганитом, циртолитом, цирконом, фенакитом. Предположительно гидротермальным является виллемит Нагольного Кряжа (Украина), выделившийся на агрегатах сфалерита. За рубежом виллемит известен в следующих гидротермальных месторождениях: Вранчиц (Чехия) — в сульфидных жилах различаются три генерации виллемита, который ассоциируется с кальцитом, гетитом, гематитом, халькозином, иногда с самородным серебром; Бухбахерберг и Брокенберг (Германия) — виллемит образует срастания с галенитом; Седалиа и Ангурта в шт. Колорадо (США) — виллемит в кварцево-флюоритовой жиле, секущей породы докембрия.

Наиболее многочисленны находки виллемита в зоне гипергенеза свинцово-цинковых месторождений. В Кадаинском месторождении (Восточное Забайкалье) виллемит обнаруживается в пустотах марганцовых лимонитов, иногда со смитсонитом и церусситом. Очень богата виллемитом и смитсонитом зона окисления свинцово-цинкового месторождения Акташ в Средней Азии. В месторождении «Верхнее» в Тетюхе (Приморский край) виллемит наблюдается иногда совместно с церусситом, малахитом, аурихальцитом, гипсом.

За рубежом виллемит известен в железной шляпе свинцово-цинкового месторождения Брокен-Хил в Замбии (Африка) совместно с церусситом, гемиморфитом, пироморфитом, деклуазитом и др. В зоне окисления месторождения Берг Аукас в Намибии (Африка) виллемит и смитсонит замещают сфалерит, с ними ассоциируются церуссит, галенит и деклуазит; найден в Моренси (шт. Аризона), в ТресГерманас (шт. Новая Мексика). В месторождении Балмат (шт. Нью-Йорк, США) виллемит был отложен из рудничных вод. В качестве новообразования он известен также в зоне подземных пожаров в месторождении Текели, Казахстан.

 

Практическое применение

При значительных концентрациях может быть рудой на цинк. Искусственный виллемит, активированный марганцем, и твердые растворы состава (Zn,Be)₂SiO₄ — Mn широко используются как люминофоры. Прозрачные желтые кристаллы относятся к драгоценным камням.

 

Физические методы исследования

Дифференциальный термический анализ

 

Главные линии на рентгенограммах: 

 

Старинные методы. Под паяльной трубкой светится, сплавляется с трудом в белую эмаль. В восстановительном пламени на угле дает налет ZnO, который после смачивания раствором Со (NO₃)₂ при прокаливании в окислительном пламени приобретает зеленый цвет.

Кристаллооптические свойства в тонких препаратах (шлифах)

В шлифах обычно бесцветный. Окрашенный виллемит плеохроирует: по N_e — синевато-фиолетовый, по N_o — красновато-фиолетовый. Одноосный (+).

По Отто, показатели преломления увеличиваются с увеличением со держания FeO+MnO: n_e=1,714, n_o = 1,691 при FeO+MnO=0,41; n_e = 1,732, n_o=1,714 при FeO+MnO=7,01. По Малахову и Коуржимскому, на величину показателей преломления влияет только содержание MnO. Кристаллы виллемита в поперечных разрезах иногда зональны.