logo search
petrophizika!193

Плотность минералов

Плотность минералов определяется массой составляющих их химических элементов и строением электронных оболочек атомов этих элементов, которые обуславливают, в свою очередь, формы кристаллической связи, конституцию и габитус кристаллов. Плотность минералов тем выше, чем больше они содержат атомов с повышенной относительной атомной массой и чем меньше их атомные (ионные) радиусы. С уменьшением атомных радиусов плотность упаковки атомов в единице объема возрастает.

Большинство породообразующих минералов имеют ионную или ковалентную форму кристаллической связи.

Породообразующие минералы характеризуются большим разнообразием структур и габитусов кристаллов. Повышение плотности обуславливается главным образом увеличением упаковки атомов в кристаллической решетке.

Плотность рудных минералов в основном зависит от их средневзвешенной относительной атомной массы. Увеличение плотности происходит главным образом за счет изменения массы при подчиненном влиянии структуры, что соответствует электронному строению атомов типа d для хрома, железа, свинца и других тяжелых элементов. Для них характерно ковалентно-металлическая и ионно-металлическая химическая связь. Значения плотности составляют 3,5-7,5 г/см3 . Самородные минералы (золото, серебро, платина, медь и др.) с металлической связью имеют самые высокие значения плотности (золото 19,32 г/см3 , серебро – 10,5 г/см3, медь 8,9 г/см3).

Примерами взаимосвязи между плотностью и структурой минералов могут служить любые полиморфные модификации: алмаз (плотность 3,51 г/см3) и графит (2,23 г/см3), пирит (2,013 г/см3) и марказит (4,875 г/см3), низкотемпературный α- кварц (2,65 г/см3) и высокотемпературный β- кварц (2,51 г/см3). При одинаковом химическом составе на плотность оказывают влияние межатомные расстояния и координационные числа*, зависящие также от характера химической связи, а при прочих равных условиях – и взаимное расположение групп атомов в разных полиморфных модификациях.

Для многих породообразующих и особенно рудных минералов типичны микропримеси. Эти включения незначительно сказываются на плотности минералов (менее 0,01 г/см3).

Пористость минералов при образовании, как правило, близка к нулю. Однако при последующих процессах преобразования и стрессовых нагрузках, характерных для зон разломов, зон смятия и в других случаях, наблюдается не только трещиноватость пород, но и проявление микротрещиноватости минералов, что снижает плотность. К снижению плотности приводят химическое и механическое выветривание пород и гидротермально-метасоматические процессы, затрагивающие также минералы. Наиболее типичные значения плотности минералов и пределы вариации плотности приведены в таблице 2.1 (использованы данные Н.Б.Дортман, 1984).

Плотность, определенная для большинства минералов, изменяется от 0,98 г/см3 (лед) до 22,5 г/см3 (группа осмистого иридия – невьянскит, сысертскит). Минералы классифицируются на плотные ( >4 г/см3), средние (от 2,5 до 4 г/см3) и малой плотности ( <2,5г/см3 ). К плотным минералам относятся: самородные металлы, сульфиды, за редким исключением (аурипигмент, реальгар), более половины из окислов и гидроокислов, редкие из силикатов (циркон), фосфатов (монацит, ксенотим), вольфраматы, некоторые из карбонатов (смитсонит), сульфатов (барит, англезит).

___________

* координационное число- в кристаллографии число ближайших к данной атому или иону соседних атомов или ионов в кристалле, находящихся от него на одинаковом расстоянии.

Плотность г/см3, породообразующих и рудных минералов Таблица 2.1

Минерал

Химическая формула

Плотность чистых или наиболее распространенных разновидностей минерала

Вариации плотности минерала

Самородные элементы

Медь

Cu

-

8,5-8,9

Серебро

Ag

-

10,3-11,0

Золото

Au

-

15,0-19,5

Платина

Pt

-

13,1-21,5

Сера

S

2,0

-

Алмаз

C

3,52

-

Графит

C

2,2

2,09-2,25

Сульфиды

Халькозин

Cu2S

-

5,5-5,8

Галенит

PbS

-

7,4-7,6

Сфалерит

ZnS

3,9-4

3,5-4,2

Киноварь

HgS

-

8,0-8.2

Никелин

NiAs

-

7,6-7,8

Халькопирит

CuFeS2

-

4,1-4,3

Станин

Cu2FeSnS4

-

-

Борнит

Cu5FeS4

-

4,9-5,2

Аурипигмент

As2S2

-

3,4-3,5

Реальгар

As4S4

-

3,5-3,6

Антимонит

Sb2S3

-

4,5-4,6

Висмутин

Bi2S3

-

6,4-6,7

Молибденит

MoS2

-

4,6-5,0

Пирит

FeS2

-

4,9-5

Марказит

FeS2

-

4,7-4,9

Арсенопирит

Fe[AsS]

-

5,9-6,0

Галогениды

Флюорит

CaF2

3,18

3,01-3,25

Галит

NaCl

2,168

-

Сильвин

KCl

1,99

-

Окислы, гидроокислы

Куприт

CuO2

6-6,15

5,85-6,15

Корунд

Al2O3

4,0

-

Ильминит

FeTiO3

4,79

4,7-5,2

Гематит

Fe2O3

-

5,0-5,3

Шпинель

MgAl2O4

3,6

3,5-3,7

Магнетит

FeO4

-

5,0-5,2

Хромит

FeCr2O4

-

4,8-5,2

Минерал

Химическая формула

Плотность чистых или наиболее распространенных разновидностей минерала

Вариации плотности минерала

Хризоберилл

BeAl2O4

-

3,5-3,9

Рутил

TiO2

4,23

4,18-4,18-4

Касситерит

SnO2

7,03

6,8-7,1

Пиролюзит

MnO2

-

4,7-5

Перовскит

CaTiO3

-

4,0-4,2

Самарскит

(YU)(TaNb)2O8

-

5,5-6,5

Уранинит

UO2

-

7,5-10,6

Опал

SiO2*nH2O

1,9-2,1

1,9-2,5

Бёмит

AlO(OH)

3,01

3,01-3,11

Диаспор

AlOOH

3,3-3,5

3-3,5

Гидроаргиллит

Al(OH)3

2,43

2,3-2,43

Карбонаты

Кальцит

Ca[CO3]

2,715

2,6-2,8

Арагонит

Ca[CO3]

2,9-3

2,85-3

Магнезит

Mg[CO3]

2,96

2,9-3,1

Доломит

CaMg[CO3]2

2,87

1,8-3,15

Сидерит

Fe[CO3]

3,89

3-3,9

Смитсонит

Zn[CO3]

-

4,1-4,5

Малахит

Сг[CO3](OH2)

-

3,9-4,03

Сульфаты

Барит

Ba[SO4]

4,5

4,3-4,7

Целистин

Sr[SO4]

-

3,9-4,0

Ангидрит

Ca[SO4]

2,9

2,8-3

Англезит

Pb[SO4]

-

6,1-6,4

Гипс

Ca[SO4]2H2O

2,3

2,3-2,4

Тенардит

Na[SO4]

-

2,6-2,7

Мирабилит

Na[SO4]10 H2O

1,5

-

Алунит

KAl[SO4]2(OH)6

2,58

2,5-2,8

Ярозит

KFe[SO4]2(OH)6

-

3,1-6,3

Хроматы

Крокоит

Pb[CrO4]

6,0

-

Вольфраматы, молибдаты,

Шеелит

Ca[WO4]

-

5,8-6,2

Вольфрамит

(Mn,Fe)WO4

7,1-7,5

6,7-7,5

Повеллит

Ca[MoO4]

-

4,2-4,5

Вульфенит

Pb[MoO4]

-

6,3-7,0

Минерал

Химическая формула

Плотность чистых или наиболее распространенных разновидностей минерала

Вариации плотности минерала

Фосфаты, арсенаты, ванадаты

Монацит

Ce[PO4]

5,3

4,9-5,5

Ксенотим

YPO4

4,45-4,51

4,4-4,56

Апатит

Ca5[PO4]3(F,Cl,OH)

3,18-3,21

3,16-3,27

Эритрин

Co[AsO4]28H2O

-

2,9-3,1

Карнотит

K2[UO2]2[VO4]3H2O

4,46

-

Бораты

Борацит

Mg3B7O13Cl

2,9

-

Силикаты

Циркон

Zn[SiO4]

4,68-4,7

3,8-4,86

Дистен

3,5-3,7

-

Андалузит

Al[SiO4]O

3,1-3,2

3,1-3,22

Силлиманит

Al [Si Al O5]

3,23-3,25

Гранаты:

альмандин

Fe3Al2[SiO4]3

4,25

3,69-4,33

андрадит

Ca3Fe2 [SiO4]3

3,75-3,78

3,64-3,9

гроссуляр

Ca3Al2[SiO4]3

3,53

3,53-3,71

пироп

Mg3Al2[SiO4]3

3,51

3,5-3,8

спессартин

Mn3Al2[SiO4]3

4,18-4,27

3,8-4,25

Сфен

CaTi[SiO4]O

3,4-3,56

3,29-3,56

Антофиллит

(MgFe)7 Ca [Si4 O11]2[OH]2

3-3,15

2,8-3,4

Эпидоты:

Ca2Al3[Si2O7] [SiO4]O[OH]

цоизит

3,25-3,36

-

Ортит

4,1

3,5-4,1

Кордиерит

(MgFe)2[Si5AlO18]

3,57-2,66

2,57-2,78

Турмалины:

(Na,Ca) (Mg,Al)6

[B3Al3Si6 (O,OH)

дравит

3,05

-

шерл

3,16

2,9-3,2

Пироксены:

волластонит

Ca [Si3 O9]

2,8-2,9

2,79-2,91

генденбергит

CaFe[Si2 O6]

3,55

3,5-3,6

эгирин

NaFe[Si2 O6]

3,5-3,56

3,43-3,6

Тальк

Mg3[Si4O10][OH]2

2,78

2,7-2,8

Пирофиллит

Al2[Si4O10][OH]2

-

2,66-2,9

Мусковит

KAl2[AlSi3O10][OH]2

2,76-3,1

2,5-3

В составе плотных минералов значительна концентрация частиц с большой атомной массой (свинец, ртуть, серебро, медь и др.) и малым атомным (ионным) радиусом. Большая часть всех минералов имеет среднюю плотность. Незначительное число минералов (10-15%) малой плотности. К ним относятся: самородные неметаллы – графит и сера; некоторые из окислов и гидроокислов (лед, опал); многие минерала класса силикатов (монтмориллонит, галлуазит); некоторые из галогенидов (галит, сильвин), карбонатов, боратов. Хорошая дифференциация минералов по плотности позволяет использовать эту величину для их распознавания.