Минерал антимонит и его структура

РЕФЕРАТ Курсовая работа содержит 19 страниц печатного текста, 9 рисунков, 3 таблицы, одну штрих-диаграмму и 11 литературных источников.

АНТИМОНИТ, СТИБНИТ, СУРЬМА, СУЛЬФИД СУРЬМЫ, ХАЛЬКОГЕНИД, РЕНТГЕНОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ, КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА В данной работе исследовались химико-минералогические свойства, структура и условия образования антимонита.

Целью работы являлось изучение и описание структуры антимонита, моделирование его структуры и расчет рентгенограммы.

1. Минералогические сведения об антимоните

1.1 Исторические свойства и химический состав

1.2 Структура и диагностические признаки минерала

1.3 Генезис и месторождения

1.4 Габитус и изменения кристаллов антимонита

1.5 Практическая значимость антимонита

2. Моделирование структуры кристаллов антимонита

2.1 Определение рентгенометрических характеристик

2.2 Построение штрих диаграммы

2.3 Модель структуры антимонита Заключение Библиографический список ВВЕДЕНИЕ Антимонит является источником сурьмы, имеющей широкий спектр практического применения: это и производство антифрикционных сплавов для тяжелой промышленности, и использование в процессах вулканизации резины, а так же в текстильном и стекольном производствах. Из вышесказанного следует, что практическая значимость данного минерала предъявляет высокие требования к изучению свойств и исследованию структурных особенностей антимонита.

В данной курсовой работе выполнен анализ литературных источников содержащих структурно-минералогические сведения об антимоните, в результате сопоставления полученных данных сделаны выводы и рассчитаны рентгенометрические характеристики. На основе полученных данных смоделирована структура антимонита.

1. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АНТИМОНИТЕ

1.1 Исторические сведения и химический состав По одной из версий, название минерала антимонит связывают с греческим «антемон» — цветок, за сходство радиально-лучистых сростков кристаллов с цветами сложноцветных растений. По другой версии, название происходит от латинского слова «антимониум» — сурьма. Так же используются и названия синонимы: стибнит, сурьмяный блеск [2,7,9].

Антимонит имеет химическую формулу Sb2S3, состоит на 71,4% из сурьмы, на 28,6% из серы, отмечаются примеси As, Pb, Ag, Cu, Fe, связанные в основном с механическими загрязнениями [2,7,9].

Антимонит относится к типу халькогенидов, подтипу сульфидов, семейству сульфидов халькофильных элементов и подсекции сульфидов неполновалентных p-катионов. Структура антимонита имеет ромбическую сингонию, ромбо-дипирамидальный вид симметрии 3L23PC, параметры ячейки: a0 = 11.20 Е.; b0 = 11.28 Е; c0 = 3.83 Е и относится к пространственной группе — Pbпm (D2h16) [2,7,10].

Цвет антимонита свинцово-, стально-серый, слегка голубоватый, часто с голубовато-синей или радужной побежалостью. Кристаллы стибнита имеют серовато-черную черту, металлический блеск, совершенную спайность по длине кристаллов {010}, определенную гибкость, ступенчатый, до неровного, излом и хорошо видимую штриховку полисинтетического двойникования по {011}, игольчатые и призматические удлиненные кристаллы имеют грубую продольную и тонкую поперечную штриховку. Так же минерал обладает твердостью 2.0 — 2.5, хрупкостью: при раздавливании образует игольчатые или пластинчатые обломки. Плотность составляет 4,52 — 4,62 г/см3, антимонит проявляет диамагнетические и диэлектрические свойства [2,7,8,17].

1.2 Структура и диагностические признаки минерала Структура антимонита может рассматриваться как ленточная. Она состоит из параллельных лент (Sb3S6)n (рисунок 1). Половина атомов металла (Sb) имеет тройную координацию, а другая половина — пятерную. Первые атомы локализованы в вершине тригональной пирамиды, а вторые — в тетрагональной пирамиде из атомов серы. Идентичную структуру имеют висмутин Bi2S3, хоробетсуит (Bi, Sb)2S3 и гуанахуатит Bi2(S, Se)3. Ленты тесно связанных ионов Sb и S вытянуты параллельно оси С и состоят из зигзагообразных цепочекSb-S-Sb-S- (рисунок 2).

Рисунок 1 — Модель структуры антимонита Рисунок 2 — Структура антимонита (объемная) [6]

антимонит минерал месторождение кристалл В антимоните каждая лента бесконечна и имеет состав (Sb2S3), они ориентированы в минерале параллельно друг другу и соединены вандерваальсовыми связями (рисунок 3). В окружении сурьмы участвуют пять анионов серы, так что координационный многогранник оказывается полуоктаэдром, место шестого атома октаэдра занимает неподеленная электронная пара неполновалентной сурьмы. Полуоктаэдры связаны через общие ребра квадратных оснований в слои и обращены вершинами к середине ленты, где два слоя сходятся и, соединяясь через наклонные ребра, образуют один слой, представленный в лентах. Из внешней поверхности лент в межленточное пространство выступают неподеленные электронные пары, поэтому связи между отдельными лентами более слабые, чем между ионами внутри лент. Все это, естественно, сказывается не только на формах кристаллов, но и на таких свойствах, как спайность, твердость, хрупкость и легкоплавкость [2,5,7−9,17].

Рисунок 3 — Структура антимонита [8]

а — строение гофрированного слоя, с проекцией одной из лент на плоскость; б — пара гофрированных слоев, связанных межмолекулярными связями за счет Е-пар; в — строение группы SbS3 со схематичным изображением Е-пары Диагностируется минерал по форме зерен, проявлению спайности, низкой твердости, окраске и цвету черты. От сходных сульфидов антимонит наиболее легко отличим по характеру растворения его в 20% растворе KOH, а также по микрохимической реакции на серу. В тонких осколках зерна антимонита просвечивают в краях красно-белым цветом и могут исследоваться в иммерсионных препаратах; минерал обнаруживает очень высокие показатели преломления и двупреломление, отрицательное удлинение. В полированных шлифах в отраженном свете антимонит имеет серовато-белый цвет отражательную способность, близкую к таковой галенита. В силу сильной анизотропии у антимонита резко выражены двуотражение и изменчивость окраски по разным кристаллографическим направлениям. Плавится в пламени свечи и паяльной трубки. В открытой трубке при прокаливании образуется SO2, густой белый дым и налет Sb2O3. Последний улетает в восстановительном пламени паяльной трубки, окрашивая его в голубовато-зеленый цвет. Характерным признаком так же является то, что спичка легко зажигается, если ею чиркнуть по антимониту, антимонитовый порошок входит в состав головок спичек. Из стандартного набора реактивов для диагностического травления пригодны лишь KOH и HNO3, эти реактивы вызывают почернение и вскипание. Структура выявляется травлением KOH. Микрохимически, непосредственно на аншлифе, методом отпечатка хорошо определяются сурьма и сера. Минерал легко плавится, выделяя белый дым. Голубоватым оттенком цвета, побежалостью, меньшей плотностью и парагенезисом отличается от висмутина. Трудно отличается иногда от буланжерита, джемсонита и подобных тиосолей. Для них больше, чем для антимонита, характерны тонкоигольчатые и спутанноволокнистые агрегаты и менее отчетлива спайность. В отличие от этих минералов антимонит сначала желтеет, а затем становится красным под действием KOH; после стирания раствора остается красное пятно. Антимонит растворяется в HNO3 и полностью растворяется в HCL с выделением H2S [2,5,9,17].

1.3 Генезис и месторождения Антимонит — минерал среднеи низкотемпературных гидротермальных (телетермальных) месторождений. Из-за невысокой механической устойчивости антимонит встречается в пробах только в непосредственной близости от коренных источников жильных образований с сурьмяным, ртутно-сурьмяным, а иногда и золотым оруденением. Его спутниками являются: галенит PbS, сфалерит ZnS, пирит FeS2, марказит FeS2, киноварь HgS, реальгар AsS, аурипигмент As2S3, сульфостибниты Pb и Ag и др. К нерудным минералам-спутникам относятся: кварц, барит, кальцит, флюорит. В результате окисления образуются следующие продукты: сурьмяные охры — стибиконит Sb3O6 (OH), сервантит Sb2O4, валентинит Sb2O3, сенармонтит Sb2O3, кроме того, иногда кермезит Sb2S2O. Редкие находки в россыпях антимонита представлены угловатыми или слабоокатанными удлиненными зернами, реже — спутанно-волокнистыми агрегатами. Нередко поверхность зерен антимонита бывает покрыта пленками вторичных образований синевато-черного или беловато-желтого цвета — сенармонита, сервантита, валентинита и других сурьмяных охр. Встречается в кварцевых жилах и метасоматических окремнелых образованиях (джаспероидах), где может быть единственным рудным минералом (кварц-антимонитовые жилы в докембрийских породах Раздольнинского месторождения, Красноярский край — характерно присутствие очень похожего на антимонит бертьерита FeSb2S4; пластообразные залежи кремнистой брекчии с антимонитом Кадамджайского месторождения, Киргизия. Кварц-антимонитовые жилы, связанные с зонами дробления и брекчирования, в большом количестве известны в юго-восточной части КНР, самое крупное рудное поле Хси-Куанг-Шан, Хуань. Изредка в этих жилах встречаются киноварь, пирит; содержание антимонита доходит до 6−25% [2,5,8,17].

В подчиненном количестве антимонит встречается в жилах с более сложной минерализацией, вместе с киноварью, реальгаром, аурипигментом, блеклыми рудами в жилах Хайдаркана, Киргизии, киноварью, сфалеритом, джемсонитом, буланжеритом в Никитовке, Украина, с разнообразными сурьмяными тиосолями, пиритом, марказитом, самородным золотом, теллуридами Au и Ag: антимонит в превосходных кристаллах до 5−6 см., друзах, сферолитах установлен в вулканогенных месторождениях золота [4−6].

Определение условий образования антимонит-киноварной ассоциации по газово-жидким включениям дало температуру ниже 520 К (в основном 470 — 350 К) и давление n — 130 МПа [2,5,7,8].

Большие количества антимонита, а именно до 20−57% от массы породы, установлены в метасоматических карбонатных залежах в пределах юго-восточной части КНР (Хуань) совместно с галенитом, арсенопиритом, пиритом. Подобные залежи вместе с кварц-антимонитовыми жилами юго-восточной части КНР представляют крупнейшую в мире сурьмяную провинцию [7,8,17].

В парагенезисе с арсенопиритом, ферберитом, пиритом антимонит установлен на месторождении Креймер (Калифорния). Известно образование антимонита при разложении гетчелига (Хайдаркан, Киргизия) [2,5,17].

Из месторождений так же стоит выделить: Нароцкое и Грузинское, интересное парагенезисом антимонита с ферберитом FeWO4; Тургайское в Казахстане — в осадочно-туфогенной толще; провинция Юнань в Китае [2,5,7,8,17].

1.4 Габитус и изменения кристаллов антимонита Габитус кристаллов имеет призматический вид, с грубой штриховкой, часто игольчатый (рисунок 4а, б). Известны и чугуноподобные сплошные мелкозернистые агрегаты. Распространены полисинтетические двойники роста по призме {110} или по пинакоиду{010} и поперечные двойники, возникающие при механической деформации. Часто радиально-лучистые, шестоватые и тонкоигольчатые до волокнистых агрегаты (рисунок 6); иногда сферолиты. Реже плотные зернистые массы. Из многочисленных установленных граней наиболее характерны следующие комбинации: призмы {110}, пинакоида {010}, пирамид {111}, {113}, {121} и др. [2,5,7−9].

а б в Рисунок 4 — Кристаллы антимонита, а — ристаллы антимонита б — кристаллы антимонита с кварцем в — Шестовато-игольчатые кристаллы антимонита на друзе кварца [7]

В поверхностных условиях антимонит легко замещается различными оксидами и гидроксидами сурьмы, часто образующими превосходные псевдоморфозы по антимониту. Например, псевдоморфозы киновари по антимониту. Так же кристаллы антимонита могут деформироваться, расщепляться и замещаться растущими кристаллами кварца (рисунок 7, 8) [7,14].

Рисунок 7 — Изменения кристаллов антимонита кварцем [14]

а — Деформация и расщепление головки кристалла антимонита (1) растущей друзовой коркой кварца (2); 3 — области полисинтетического двойникования антимонита б — винтовая деформация уплощенного кристалла антимонита растущей друзовой коркой кварца Рисунок 9. Регенерация разобщенных реликтов расщепленного, замещенного, и всесторонне обросшего кварцем кристалла антимонита. Поле 3 см. М-ние Кадамджай, Киргизия [14]

1.5 Практическая значимость антимонита Антимонитовые руды являются главнейшим источником сурьмы (до 71% Sb), имеющей разнообразное применение. Преимущественно она идет на изготовление сплавов, обладающих антифрикционными свойствами, например баббитов для подшипников. Сплавы со свинцом и цинком идут на изготовление так называемого «типографского металла», твердой дроби, частей насосов, кранов и др. Соединения сурьмы применяются также в резиновой промышленности, в процессе вулканизации резины, текстильном производстве, стекольном деле, медицине и в ряде других производств [2,7,17].

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ АНТИМОНИТА

2.1 Определение рентгенометрических характеристик Ниже представлены рентгенометрические данные антимонита (таблица 1) и характеристика минерала из Кристаллографической и кристаллохимической Базы данных для минералов и их структурных аналогов — «МИНКРИСТ» (таблица 2) [10,11].

Таблица 1 — Рентгенометрические данные антимонита [11]

Таблица 2 — Характеристика антимонита из БД «МИНКРИСТ» (карточка № 4547) [10]

2.2 Построение штрих диаграммы Расчеты производились на основе данных из электронной базы данных «Минкрист» по формуле Вульфа-Брэгга: 2dsin?=nл, где d — межплоскостное расстояние,? — Брэгговский угол отражения, n — порядок отражения, л — длина волны.

Таблица 1 — Рентгенометрические характеристики антимонита [10,19]

Рисунок 10 — Штрих диаграмма антимонита

2.3 Модель структуры антимонита Структура антимонита имеет ромбическую сингонию, ромбо-дипирамидальный вид симметрии 3L23PC и относится к пространственной группе — Pbпm (D2h).

Структура антимонита может рассматриваться как ленточная. Она состоит из параллельных лент (Sb3S6)n. Половина атомов металла имеет тройную координацию (рисунок 11а), а другая половина — пятерную (рисунок 11б). Первые атомы локализованы в вершине тригональной пирамиды, а вторые — в тетрагональной пирамиде из атомов серы. Ленты тесно связанных ионов Sb и S вытянуты параллельно оси С и состоят из зигзагообразных цепочекS-Sb-S-Sb-S- (рисунок 11в). В антимоните каждая лента бесконечна и имеет состав (Sb2S3), они ориентированы в минерале параллельно друг другу и соединены вандерваальсовыми связями (рисунок 11г).

а б в г Рисунок 11. Модель антимонита:

а — 3-х валентный атом сурьмы в тригональной пирамиде из атомов серы б — 5 валентный атом сурьмы в тетрагональной пирамиде из атомов серы в — зигзагообразная цепочкаS-Sb-S-Sb-Sг — структура антимонита ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данной работе выполнен анализ литературных источников по структурным особенностям минерала антимонита, в результате чего получено подробное описание структуры, включая тип элементарной ячейки, точечную и пространственную группы симметрии антимонита, массивы данных по межплоскостным расстояниям и относительным интенсивностям бреговских линий. В оригинальной части работы произведен теоретический расчет дифракционного спектра, построена штрих-диаграмма и поэтапно изготовлена структура антимонита. В работе так же обоснована необходимость исследования структуры антимонита.

Библиографический список

1 Батурин, Г. Н. Мышьяк, сурьма и висмут в океанских фосфоритах / Г. Н. Батурин // Доклады Академии наук. — 2008. — Т. 418, № 5, февраль. — С. 660−664.

2 Бетехтин, А. Г. Курс минералогии: учебное пособие / А. Г. Бетехтин. — М.: КДУ, 2007. — 720 с.: ил., табл.

3 Боровиков, Н. С. Золото-сурьмяные месторождения Сарылах и Сентачан (Саха-Якутия): пример совмещения мезотермальных золото-кварцевых и эпитермальных антимонитовых руд. / Н. С. Боровиков [и др.] // Геология рудных месторождений. — 2010. -Т. 52, № 5. — С. 381−417

4 Брызгалов, И. А. Первая находка нисбита и ауростибита в Восточном Забайкалье / И. А. Брызгалов, Н. Н. Кривицкая, Э. М. Спиридонов // Доклады Академии наук. — 2007. Т. 217, № 2, ноябрь. — С. 229−231.

5 Булах, А. Г. Общая минералогия: учебник / А. Г. Булах; Санкт-Петербургский Государственный Университет. — 3-е изд. — СПБ.; Изд-во С.-Петерб. ун-та. 2002. — 356 с.

6 Воган, Д. Д. Химия сульфидных минералов / Д. Д. Воган, Д. Р. Крейг. — Москва: Изд-во Мир. 1981. — 575 с.

7 Годовиков, А. А. Минералогия. 2-е изд., перераб. и доп. М., «Недра». 1983.

8 Золотарев, А. А. Определитель минералов (для студентов): учебное пособие / А. А. Золотарев, Л. Я. Крылова; Санкт-Петербургский Государственный университет. — Спб.: Изд-во С.-Петербургского университета, 1996. 132 с.

9 Захарова, М. Е. Минералогия россыпей. — М.: «Недра», 1994. -271 с., ил.

10 Кристаллографическая и кристаллохимическая База данных для минералов и их структурных аналогов — «МИНКРИСТ». Карточка № 4547. 27.11.2014. http://database.iem.ac.ru/mincryst/rus/s_carta.php?%E1%CE%D4%C9%CD%CF%CE%C9%D4+4547 — 20.11.13

11 Михеев, В. И. Рентгенометрический определитель минералов. — Государственной научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр. М.: 1957. 852 с.

12 Оболенский, Н. В. Рудообразование и генетические модели эндогенных рудных формаций / отв. ред. Н. В. Оболенский, В. И. Сотников, В. Н. Шарапов. — М.: Наука, 1988. — 344 с.

13 Павлова, Г. Г. Физико-химические факторы формирования Au-As-, Au-Sbи Ag-Sb-месторождений. / Г. Г. Павлова, А. А. Боровиков // Геология рудных месторождений. — 2008. Т. 50, № 6. — С. 494−506

14 Слетов, В. А. О деформации, расщеплении и замещении кристаллов антимонита растущими кристаллами кварца. / В. А. Слетов // Новые данные о минералах. — вып. 29. М., изд-во Наука, 1981.

Взято из публикации на сайте проекта «Рисуя минералы.». http://mindraw.web.ru/bibl18.htm — 15.11.2013

15 Смирнов, В. И. Рудные месторождения СССР / ред. В. И. Смирнов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1978;. Т. 2. — 1978. — 400 с.

16 Смолянинов, И. В. Влияние комплексов Ph[3] Sb (V)1 с редокс-активными лигандами на процесс пероксидного окисления in vivo / И. В. Смолянинов [и др.] // Доклады Академии наук. — 2012. — Т. 443, № 1. — С. 64−68.

17 Смолянинов, Н. А. Практическое руководство по минералогии. Изд. 2-е, испр. и доп. Науч. ред. Б. Е. Карский М., «Недра», 1972. 360 с. Алф. список и указ. минералов: с. 331 — 353.

18 Спиридонов, Э. М. Ферроскуттерудит (Fe, Co) As[3] - новый минеральный вид из доломит — кальцитовых жил Норильского рудного поля / Э. М. Спиридонов, Ю. Д. Гриценко, И. М. Куликова // Доклады Академии наук. — 2007. -Т. 417, № 2, ноябрь. — С. 242−244.

19 Херблат, К. Минералогия по системе Дэна / К. Херблат, К. Клейн; пер. с англ. О. А. Красильщикова, под ред. А. С. Поваренных. — М.: Недра, 1982. — 728 с.: рис., табл. — Указ. минералов: с. 723.