stringtranslate.com

Циркон

Циркон ( / ˈ z ɜːr k ɒ n , - k ən / ) [7] [8] [9] является минералом, принадлежащим к группе несосиликатов и является источником металлического циркония . Его химическое название - силикат циркония(IV) , а его соответствующая химическая формула - Zr SiO 4 . Эмпирическая формула , показывающая часть диапазона замещения в цирконе, - (Zr 1–y , REE y )(SiO 4 ) 1–x (OH) 4x–y . Циркон осаждается из силикатных расплавов и имеет относительно высокие концентрации несовместимых элементов с высокой напряженностью поля . Например, гафний почти всегда присутствует в количествах от 1 до 4%. Кристаллическая структура циркона - тетрагональная кристаллическая система . Природный цвет циркона варьируется от бесцветного, желто-золотистого, красного, коричневого, синего и зеленого.

Название происходит от персидского zargun , что означает «золотистого оттенка». [10] Это слово изменено на « jargoon », термин, применяемый к светлым цирконам. Английское слово «zircon» происходит от Zirkon , которое является немецкой адаптацией этого слова. [11] Желтый, оранжевый и красный циркон также известен как « гиацинт », [12] от цветка гиацинт , чье название имеет древнегреческое происхождение.

Характеристики

Фотография, сделанная с помощью оптического микроскопа; длина кристалла составляет около 250 мкм.

Циркон распространен в земной коре . Он встречается как обычный акцессорный минерал в магматических породах (как первичные продукты кристаллизации), в метаморфических породах и в виде обломочных зерен в осадочных породах . [2] Крупные кристаллы циркона редки. Их средний размер в гранитных породах составляет около 0,1–0,3 мм (0,0039–0,0118 дюйма), но они также могут вырастать до размеров нескольких см, особенно в мафических пегматитах и ​​карбонатитах . [2] Циркон довольно твердый (твердость по Моосу 7,5) и химически стабильный, поэтому он очень устойчив к выветриванию. Он также устойчив к теплу, поэтому обломочные зерна циркона иногда сохраняются в магматических породах, образованных из расплавленных осадков. [13] Его устойчивость к выветриванию, вместе с его относительно высоким удельным весом (4,68), делают его важным компонентом тяжелой минеральной фракции песчаников. [5]

Из-за содержания урана [14] и тория некоторые цирконы подвергаются метамиктизации . Связанные с внутренним радиационным повреждением, эти процессы частично нарушают кристаллическую структуру и частично объясняют весьма изменчивые свойства циркона. По мере того, как циркон все больше и больше модифицируется внутренним радиационным повреждением, его плотность уменьшается, кристаллическая структура нарушается, а цвет меняется. [15]

Циркон встречается во многих цветах, включая красновато-коричневый, желтый, зеленый, синий, серый и бесцветный. [2] Цвет цирконов иногда можно изменить путем термической обработки. Обычные коричневые цирконы можно преобразовать в бесцветные и синие цирконы путем нагревания до 800–1000 °C (1470–1830 °F). [16] В геологических условиях развитие розового, красного и фиолетового циркона происходит через сотни миллионов лет, если кристалл имеет достаточно следовых элементов для образования цветовых центров . Цвет в этой красной или розовой серии отжигается в геологических условиях при температурах выше около 400 °C (752 °F). [17]

Структурно циркон состоит из параллельных цепочек чередующихся кремниевых тетраэдров (ионы кремния в четырехкратной координации с ионами кислорода) и ионов циркония, при этом крупные ионы циркония находятся в восьмикратной координации с ионами кислорода. [18]

Приложения

Зерна циркона размером с песчинку

Циркон в основном потребляется как глушитель и, как известно, используется в декоративной керамической промышленности. [19] Он также является основным предшественником не только металлического циркония , хотя это применение невелико, но и всех соединений циркония, включая диоксид циркония ( ZrO2 ), важный тугоплавкий оксид с температурой плавления 2717 °C (4923 °F). [ 20]

Другие области применения включают использование в огнеупорах и литейном производстве, а также растущий спектр специальных применений в качестве циркония и циркониевых химикатов, в том числе в ядерных топливных стержнях, каталитических топливных преобразователях и в системах очистки воды и воздуха. [21]

Циркон является одним из ключевых минералов, используемых геологами для геохронологии . [22]

Циркон является частью индекса ZTR для классификации сильно выветренных отложений . [23]

Драгоценный камень

Бледно-голубой циркон весом 3,36 карата.
Этот браслет имеет камни циркон. Металл - цинковый сплав с серебряным покрытием.

Прозрачный циркон — это хорошо известная форма полудрагоценного камня , предпочитаемая за его высокий удельный вес (от 4,2 до 4,86) и алмазный блеск . Из-за его высокого показателя преломления (1,92) его иногда использовали в качестве заменителя алмаза , хотя он не демонстрирует такую ​​же игру цвета, как алмаз. Циркон — один из самых тяжелых видов драгоценных камней. [24] Его твердость по Моосу находится между твердостью кварца и топаза, на уровне 7,5 по 10-балльной шкале, хотя ниже, чем у похожего искусственного камня кубического циркония (8-8,5). Цирконы иногда могут терять свой собственный цвет после длительного воздействия яркого солнечного света, что необычно для драгоценных камней. Он невосприимчив к воздействию кислот, за исключением серной кислоты , и то только при измельчении в мелкий порошок. [25]

Большинство цирконов ювелирного качества демонстрируют высокую степень двупреломления , которое на камнях, ограненных с помощью площадной и павильонной огранки (т. е. почти на всех ограненных камнях), можно увидеть как кажущееся удвоение последнего при просмотре через первый, и эта характеристика может быть использована для отличия их от алмазов и кубических цирконий (CZ), а также натриево-кальциевого стекла, ни один из которых не демонстрирует эту характеристику. Однако некоторые цирконы из Шри-Ланки демонстрируют только слабое или вообще не демонстрируют двупреломление, а некоторые другие камни Шри-Ланки могут показывать явное двупреломление в одном месте и небольшое или вообще не показывать его в другой части того же ограненного камня. [26] Другие драгоценные камни также демонстрируют двупреломление, поэтому, хотя наличие этой характеристики может помочь отличить данный циркон от алмаза или CZ, оно не поможет отличить его, например, от драгоценного камня топаза . Однако высокий удельный вес циркона обычно позволяет отделить его от любого другого драгоценного камня и его легко проверить.

Кроме того, двойное лучепреломление зависит от огранки камня по отношению к его оптической оси . Если циркон огранен с этой осью, перпендикулярной его площадке, двойное лучепреломление может быть уменьшено до необнаруживаемого уровня, если только не рассматривать его с помощью ювелирной лупы или другой увеличительной оптики. Цирконы высшего сорта огранены так, чтобы минимизировать двойное лучепреломление. [27]

Ценность драгоценного камня циркона во многом зависит от его цвета, чистоты и размера. До Второй мировой войны голубые цирконы (самый ценный цвет) были доступны у многих поставщиков драгоценных камней размером от 15 до 25 карат; с тех пор камни даже размером в 10 карат стали очень редкими, особенно в самых желанных цветовых вариантах. [27]

Синтетические цирконы были созданы в лабораториях. [28] Иногда их используют в ювелирных изделиях, таких как серьги. Цирконы иногда имитируют шпинелью и синтетическим сапфиром , но их нетрудно отличить от них с помощью простых инструментов.

Циркон из провинции Ратанакири в Камбодже подвергается термической обработке для получения голубых цирконовых драгоценных камней, иногда называемых торговым названием камболит . [29]

Происшествие

Тенденция мирового производства циркониевых минеральных концентратов

Циркон является обычным дополнением к следовому минеральному компоненту всех видов магматических пород, но особенно гранита и кислых магматических пород. Благодаря своей твердости, прочности и химической инертности циркон сохраняется в осадочных отложениях и является обычным компонентом большинства песков. [30] [31] Циркон иногда можно найти как следовой минерал в ультракалиевых магматических породах, таких как кимберлиты , карбонатиты и лампрофиры, из-за необычного магматического генезиса этих пород. [ требуется ссылка ]

Циркон образует промышленные концентрации в месторождениях тяжелых минеральных песков и руд , в некоторых пегматитах и ​​в некоторых редких щелочных вулканических породах, например, в трахите Тунги, Даббо, Новый Южный Уэльс, Австралия [32] в ассоциации с цирконий-гафниевыми минералами эвдиалитом и армстронгитом.

Австралия лидирует в мире по добыче циркона, добывая 37% от мирового объема и обладая 40% мировых EDR ( экономически доказанных ресурсов ) этого минерала. [33] Южная Африка является основным производителем в Африке, на ее долю приходится 30% мирового производства, она вторая после Австралии. [34]

Радиометрическое датирование

Изображение зерна циркона, полученное с помощью СЭМ-КЛ, демонстрирующее зональность и полицикличность (структура ядра и края)

Циркон сыграл важную роль в развитии радиометрического датирования . Цирконы содержат следовые количества урана и тория (от 10 ppm до 1 мас. %) [14] и могут быть датированы с использованием нескольких современных аналитических методов. Поскольку цирконы могут выдерживать геологические процессы, такие как эрозия , перенос и даже метаморфизм высокой степени , они содержат богатую и разнообразную запись геологических процессов. В настоящее время цирконы обычно датируются методами урана-свинца (U-Pb), трека деления и U+Th/He. Визуализация катодолюминесцентного излучения от быстрых электронов может использоваться в качестве инструмента предварительного скрининга для вторичной ионно-масс-спектрометрии высокого разрешения (SIMS) для визуализации зонального рисунка и определения областей, представляющих интерес для изотопного анализа. Это делается с использованием интегрированного катодолюминесцентного и сканирующего электронного микроскопа. [35] Цирконы в осадочных породах могут идентифицировать источник осадка. [36]

Цирконы из Джек-Хиллз в Нарриер-Гнейс-Террейне , кратон Йилгарн , Западная Австралия , дали U-Pb возраст до 4,404 миллиарда лет, [37] интерпретируемый как возраст кристаллизации, что делает их старейшими минералами, датированными на сегодняшний день на Земле. Кроме того, изотопный состав кислорода некоторых из этих цирконов был интерпретирован как указывающий на то, что более 4,3 миллиарда лет назад на поверхности Земли уже была жидкая вода. [37] [38] [39] [40] Эта интерпретация подтверждается дополнительными данными по микроэлементам, [41] [42] , но также является предметом споров. [43] [44] [45] В 2015 году «остатки биотической жизни » были обнаружены в породах возрастом 4,1 миллиарда лет в Джек-Хиллз в Западной Австралии. [46] [47] По словам одного из исследователей, «Если жизнь возникла на Земле относительно быстро ... то она могла быть распространена во Вселенной ». [46]

Похожие минералы

Гафнон ( HfSiO4 ), ксенотим ( YPO4 ), бехиерит , скиавинатоит ( (Ta,Nb)BO4 ) , торит ( ThSiO4 ) и коффинит ( USiO4 ) [ 14 ] имеют ту же кристаллическую структуру ( IVXIVYO4 , IIIXVYO4 в случае ксенотима ) , что и циркон .

Галерея

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Warr, LN (2021). «Утвержденные символы минералов IMA–CNMNC». Mineralogic Magazine . 85 (3): 291–320. Bibcode : 2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ abcd Энтони, Джон В.; Бидо, Ричард А.; Блад, Кеннет В.; Николс, Монте К., ред. (1995). "Циркон" (PDF) . Справочник по минералогии . Том II (Кремний, Силикаты). Шантильи, Вирджиния, США: Минералогическое общество Америки . ISBN 978-0962209710.
  3. ^ "Циркон: информация о минералах, данные и местонахождения". Mindat.org . Получено 19 октября 2021 г. .
  4. ^ "Данные о минералах циркона". Webmineral . Получено 19 октября 2021 г. .
  5. ^ ab Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis (1985). Руководство по минералогии (20-е изд.). ISBN 0-471-80580-7.
  6. ^ Erickson, Timmons M.; Cavosie, Aaron J.; Moser, Desmond E.; et al. (2013). «Корреляция планарных микроструктур в шокированном цирконе из купола Вредефорт в нескольких масштабах: кристаллографическое моделирование, внешнее и внутреннее изображение и структурный анализ EBSD» (PDF) . American Mineralogist . 98 (1). Аннотация: 53–65. Bibcode :2013AmMin..98...53E. doi :10.2138/am.2013.4165. S2CID  67779734.
  7. ^ "zircon". CollinsDictionary.com . HarperCollins . Получено 29 апреля 2018 г. .
  8. ^ "zircon". Американский словарь наследия английского языка (5-е изд.). HarperCollins.
  9. ^ "zircon". Словарь Merriam-Webster.com . Merriam-Webster . Получено 29 апреля 2018 г. .
  10. ^ Stwertka, Albert (1996). Руководство по элементам . Oxford University Press. С. 117–119. ISBN 978-0-19-508083-4.
  11. ^ Харпер, Дуглас. "циркон". Онлайн-словарь этимологии .
  12. ^ "Гиацинт (драгоценный камень)". Encyclopaedia Britannica . Encyclopaedia Britannica Inc . Получено 7 октября 2016 г. .
  13. ^ Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Oxford University Press. С. 313–314. ISBN 9780195106916.
  14. ^ abc Джексон, Роберт А.; Монтенари, Майкл (2019). «Компьютерное моделирование твердых растворов циркона (ZrSiO4)—коффинита (USiO4) и включения свинца: геологические последствия». Стратиграфия и временные шкалы . 4 : 217–227. doi :10.1016/bs.sats.2019.08.005. ISBN 9780128175521. S2CID  210256739 – через Elsevier Science Direct.
  15. ↑ Нессе 2000, стр. 93–94.
  16. ^ "Информация о драгоценных камнях циркон". www.gemdat.org . Получено 29 апреля 2018 г. .
  17. ^ Гарвер, Джон И.; Камп, Питер Дж. Дж. (2002). «Интеграция цвета циркона и паттернов зонирования треков деления циркона в орогенных поясах: применение к Южным Альпам, Новая Зеландия». Тектонофизика . 349 (1–4): 203–219. Bibcode : 2002Tectp.349..203G. CiteSeerX 10.1.1.570.3912 . doi : 10.1016/S0040-1951(02)00054-9. 
  18. ^ Нессе 2000, стр. 313.
  19. ^ Нильсен, Ральф (2000). "Цирконий и соединения циркония". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . doi :10.1002/14356007.a28_543. ISBN 978-3527306732.
  20. ^ Дэвис, Серджио; Белоношко, Анатолий; Розенгрен, Андерс; Дуин, Адри; Йоханссон, Бёрье (1 января 2010 г.). "Моделирование молекулярной динамики плавления циркония". Open Physics . 8 (5): 789. Bibcode :2010CEJPh...8..789D. doi : 10.2478/s11534-009-0152-3 . S2CID  120967147.
  21. ^ "Products". Mineral Commodities Ltd. Архивировано из оригинала 7 октября 2016 г. Получено 8 августа 2016 г.
  22. ^ Нессе 2000, стр. 314.
  23. ^ Блатт, Харви; Миддлтон, Джерард; Мюррей, Рэймонд (1980). Происхождение осадочных пород (2-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice-Hall. С. 321–322. ISBN 0136427103.
  24. ^ Браунс, Рейнхард (1912). Минеральное царство (том 1). Перевод Леонарда Джеймса Спенсера. Дж. Ф. Шрайбер. стр. 217.
  25. ^ Оливер Каммингс Фаррингтон (1903). Драгоценные камни и драгоценные минералы . AW Mumford. стр. 109.
  26. ^ Л. Дж. Спенсер (1905). Отчет семьдесят четвертого заседания Британской ассоциации содействия развитию науки . Джон Мюррей. С. 562–563.
  27. ^ ab "Физические и оптические свойства циркона". Руководство по цветным драгоценным камням . Получено 19 октября 2021 г.
  28. ^ Ван Вестренен, Вим; Фрэнк, Марк Р.; Ханчар, Джон М.; Фей, Инвэй; Финч, Роберт Дж.; Чжа, Чанг-Шэн (январь 2004 г.). «Определение in situ сжимаемости синтетического чистого циркона (ZrSiO4) и начало фазового перехода циркон-рейдит». American Mineralogist . 89 (1): 197–203. Bibcode :2004AmMin..89..197V. doi :10.2138/am-2004-0123. S2CID  102001496.
  29. ^ ""Голубой циркон Камболит"".
  30. ↑ Нессе 2000, стр. 313–314.
  31. ^ Херлбат и Кляйн 1985, стр. 454.
  32. ↑ Staff (июнь 2007 г.). "Dubbo Zirconia Project Fact Sheet June 2014" (PDF) . Alkane Resources Limited . Архивировано из оригинала (PDF) 28 февраля 2008 г. . Получено 10 сентября 2007 г. .
  33. ^ "The Mineral Sands Industry Factbook" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 18 августа 2016 г.
  34. ^ "Добыча тяжелых полезных ископаемых в Африке – титан и цирконий". Архивировано из оригинала 28 мая 2008 г. Получено 8 августа 2016 г.
  35. ^ "Цирконы – Примечание по применению". DELMIC . Получено 10 февраля 2017 г. .
  36. ^ Cawood, PA; Hawkesworth, CJ; Dhuime, B. (октябрь 2012 г.). «Детритные цирконы и тектоническая обстановка». Geology . 40 (10): 875–878. Bibcode :2012Geo....40..875C. doi : 10.1130/G32945.1 . hdl : 10023/3575 .
  37. ^ ab Wilde, Simon A.; Valley, John W.; Peck, William H.; Graham, Colin M. (2001). «Доказательства существования континентальной коры и океанов на Земле 4,4 млрд лет назад по данным детритовых цирконов». Nature . 409 (6817): 175–178. Bibcode :2001Natur.409..175W. doi :10.1038/35051550. PMID  11196637. S2CID  4319774.
  38. ^ Mojzsis, Stephen J.; Harrison, T. Mark; Pidgeon, Robert T. (2001). «Изотопно-кислородные свидетельства из древних цирконов для жидкой воды на поверхности Земли 4300 млн лет назад». Nature . 409 (6817): 178–181. doi :10.1038/35051557. PMID  11196638. S2CID  2819082.
  39. ^ Valley, JW; Peck, WH; King, EM; Wilde, SA (2002). «Прохладная ранняя Земля». Geology . 30 (4): 351–354. Bibcode : 2002Geo....30..351V. doi : 10.1130/0091-7613(2002)030<0351:ACEE>2.0.CO;2.
  40. ^ Valley, JW; Lackey, JS; Cavosie, AJ (2005). «4,4 миллиарда лет созревания земной коры: изотопы кислорода в магматическом цирконе». Вклад в минералогию и петрологию . 150 : 561–580. doi :10.1007/s00410-005-0025-8. S2CID  53118854.
  41. ^ Ushikubo, Takayuki; Kita, Noriko T.; Cavosie, Aaron J.; Wilde, Simon A.; Rudnick, Roberta L.; Valley, John W. (2008). «Литий в цирконах Джек-Хиллз: доказательства обширного выветривания самой ранней коры Земли». Earth and Planetary Science Letters . 272 ​​(3–4): 666–676. Bibcode : 2008E&PSL.272..666U. doi : 10.1016/j.epsl.2008.05.032.
  42. ^ «Древний минерал показывает, что на ранних континентах климат Земли был жестким». Physorg.com. 13 июня 2008 г.
  43. ^ Nemchin, A.; Pidgeon, R.; Whitehouse, M. (2006). «Повторная оценка происхождения и эволюции цирконов возрастом >4,2 Ga из метаосадочных пород Джек-Хиллз». Earth and Planetary Science Letters . 244 (1–2): 218–233. Bibcode : 2006E&PSL.244..218N. doi : 10.1016/j.epsl.2006.01.054.
  44. ^ Cavosie, AJ; Valley, JW; Wilde, SA (2005). «Магматический δ 18 O в детритных цирконах возрастом 4400–3900 млн лет: летопись изменения и переработки коры в раннем архее». Earth and Planetary Science Letters . 235 (3–4): 663–681. Bibcode : 2005E&PSL.235..663C. doi : 10.1016/j.epsl.2005.04.028.
  45. ^ Valley, JW; Cavosie, AJ; Ushikobo, T; Reinhardt; Lawrence, DF; Larson, DJ; Clifton, PH; Kelly, TF; Wilde, SA; Moser, DE; Spicuzza, MJ (2014). «Возраст гадея для циркона после магмы и океана подтвержден с помощью атомно-зондовой томографии». Nature Geoscience . 7 (3): 219–223. doi :10.1038/ngeo2075.
  46. ^ ab Borenstein, Seth (19 октября 2015 г.). «Намеки на жизнь на том, что считалось пустынным на ранней Земле». Excite . Йонкерс, Нью-Йорк: Mindspark Interactive Network . Associated Press . Архивировано из оригинала 23 октября 2015 г. Получено 8 октября 2018 г.
  47. ^ Белл, Элизабет А.; Бёнке, Патрик; Харрисон, Т. Марк; Мао, Венди Л. (2015). «Потенциально биогенный углерод, сохранившийся в цирконе возрастом 4,1 миллиарда лет». Труды Национальной академии наук . 112 (47): 14518–14521. Bibcode : 2015PNAS..11214518B. doi : 10.1073/pnas.1517557112 . PMC 4664351. PMID  26483481 . 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Циркон .