stringtranslate.com

Полевой шпат

Фазовая диаграмма состава различных минералов, составляющих твердый раствор полевого шпата.

Полевой шпат (иногда называемый полевым шпатом ) представляет собой группу породообразующих минералов тектосиликатов алюминия , также содержащих другие катионы , такие как натрий, кальций, калий или барий. [3] Наиболее распространенными представителями группы полевых шпатов являются плагиоклазовые (натриево-кальциевые) полевые шпаты и щелочные (калиево-натриевые) полевые шпаты. [4] Полевые шпаты составляют около 60% земной коры , [3] и 41% континентальной коры Земли по весу. [5] [6]

Полевые шпаты кристаллизуются из магмы как в виде интрузивных , так и в виде экструзивных магматических пород [7] и также присутствуют во многих типах метаморфических пород . [8] Порода, почти полностью состоящая из кальциевого плагиоклазового полевого шпата, известна как анортозит . [9] Полевые шпаты также встречаются во многих типах осадочных пород . [10]

Композиции

Группа минералов полевого шпата состоит из тектосиликатов , силикатных минералов, в которых ионы кремния связаны общими ионами кислорода, образуя трехмерную сеть. Составы основных элементов в обычных полевых шпатах можно выразить через три конечных члена :

Твердые растворы калиевого полевого шпата и альбита называются щелочным полевым шпатом. [11] Твердые растворы между альбитом и анортитом называются плагиоклазом , [11] или, точнее, плагиоклазовым полевым шпатом. Между калишпатом и анортитом встречается только ограниченный твердый раствор, а в двух других твердых растворах несмешиваемость возникает при температурах, обычных для земной коры. Альбит считается одновременно плагиоклазом и щелочным полевым шпатом.

Соотношение щелочного полевого шпата и плагиоклазового полевого шпата вместе с долей кварца является основой классификации магматических пород QAPF . [12] [13] [14] Плагиоклаз, богатый кальцием, является первым полевым шпатом, кристаллизующимся из остывающей магмы, но по мере продолжения кристаллизации плагиоклаз становится все более обогащенным натрием. Это определяет непрерывный ряд реакций Боуэна . К-полевой шпат — последний полевой шпат, кристаллизующийся из магмы. [15] [16]

Щелочные полевые шпаты

Щелочные полевые шпаты делятся на два типа: содержащие калий в сочетании с натрием, алюминием или кремнием; и те, где калий заменен барием. К первым из них относятся:

Калиевые и натриевые полевые шпаты не полностью смешиваются в расплаве при низких температурах, поэтому промежуточные составы щелочных полевых шпатов встречаются только в средах с более высокими температурами. [20] Санидин стабилен при самых высоких температурах, а микроклин — при самых низких. [17] [18] Пертит представляет собой типичную текстуру щелочного полевого шпата, возникающую из-за растворения контрастных составов щелочного полевого шпата во время охлаждения промежуточного состава. Пертитовые текстуры щелочных полевых шпатов многих гранитов можно увидеть невооруженным глазом. [21] Микропертитовые текстуры в кристаллах видны с помощью светового микроскопа, тогда как криптопертитовые текстуры можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.

Аммонийный полевой шпат

Буддингтонит представляет собой аммониевый полевой шпат с химической формулой: NH 4 AlSi 3 O 8 . [22] Это минерал, связанный с гидротермальными изменениями первичных минералов полевого шпата.

Бариевые полевые шпаты

Бариевые полевые шпаты образуются в результате замены калия барием в минеральной структуре. Бариевые полевые шпаты иногда выделяют в отдельную группу полевых шпатов [4] , а иногда – в подгруппу щелочных полевых шпатов. [23]

Бариевые полевые шпаты моноклинны и включают в себя следующее:

Плагиоклазовые полевые шпаты

Плагиоклазовые полевые шпаты триклинны . Далее следует ряд плагиоклаза (в скобках указан процент анортита ):

Промежуточные составы распадаются на два полевых шпата контрастного состава во время охлаждения, но диффузия происходит намного медленнее, чем в щелочном полевом шпате, и образующиеся сростки двух полевых шпатов обычно слишком мелкозернистые, чтобы их можно было увидеть в оптические микроскопы. Разрывы несмешиваемости в твердых растворах плагиоклаза сложны по сравнению с разрывами в щелочных полевых шпатах. Игра цветов, видимая в некоторых полевых шпатах состава лабрадорита , обусловлена ​​очень мелкозернистыми пластинками распада , известными как срастание Беггильда. Удельный вес в ряду плагиоклаза увеличивается от альбита (2,62) к анортиту (2,72–2,75).

Состав

Структура кристалла полевого шпата основана на алюмосиликатных тетраэдрах. Каждый тетраэдр состоит из иона алюминия или кремния, окруженного четырьмя ионами кислорода. Каждый ион кислорода, в свою очередь, является общим для соседнего тетраэдра, образуя трехмерную сеть. Структуру можно представить как длинные цепочки алюмосиликатных тетраэдров, иногда называемые цепями коленчатого вала, поскольку их форма изогнута. Каждая цепь коленчатого вала связана с соседними цепями коленчатого вала, образуя трехмерную сеть сросшихся четырехчленных колец. Структура достаточно открыта для того, чтобы катионы (обычно натрий, калий или кальций) могли вписаться в структуру и обеспечить баланс зарядов. [26]

Этимология

Название полевого шпата происходит от немецкого Feldspat , соединения слов Feld («поле») и Spat («хлопья»). «Спат» долгое время использовался как слово, обозначающее « камень , легко раскалываемый на хлопья»; Фельдшпат был введен в XVIII веке как более конкретный термин, возможно, связанный с его частым появлением в горных породах, найденных на полях (Урбан Брюкманн, 1783 г.), или с его появлением в виде «полей» внутри гранита и других минералов (Рене-Жюст Гаюи, 1804 г.). ). [27] На переход от Spat к -spar повлияло английское слово spar , [28] означающее непрозрачный минерал с хорошей спайностью. [29] Полевой шпат относится к материалам, содержащим полевой шпат. Альтернативное написание, felspar , вышло из употребления. Термин «фельсит», означающий светлые минералы, такие как кварц и полевые шпаты, представляет собой аббревиатуру, полученную от слов «полевой шпат» и « кремнезем », не связанную с устаревшим написанием «полевой шпат».

Выветривание

Химическое выветривание полевых шпатов происходит путем гидролиза и приводит к образованию глинистых минералов , включая иллит , смектит и каолинит . Гидролиз полевых шпатов начинается с растворения полевого шпата в воде, которое лучше всего происходит в кислых или основных растворах и хуже в нейтральных. [30] Скорость выветривания полевых шпатов зависит от того, насколько быстро они растворяются. [30] Растворенный полевой шпат реагирует с ионами H + или OH - и осаждает глины. В результате реакции также образуются новые ионы в растворе, причем разнообразие ионов зависит от типа реагирующего полевого шпата.

Обилие полевых шпатов в земной коре означает, что глины являются очень распространенным продуктом выветривания. [31] Около 40% минералов в осадочных породах представляют собой глины, а глины являются доминирующими минералами в наиболее распространенных осадочных породах, глинистых породах . [32] Они также являются важным компонентом почв . [32] Полевой шпат, замененный глиной, выглядит меловым по сравнению с более кристаллическими и стекловидными невыветрившимися зернами полевого шпата. [33]

Полевые шпаты, особенно плагиоклазовые полевые шпаты, не очень стабильны на поверхности земли из-за высокой температуры их образования. [32] Отсутствие стабильности является причиной того, что полевые шпаты легко превращаются в глину. Из-за склонности к выветриванию полевые шпаты обычно не распространены в осадочных породах. Осадочные породы, содержащие большое количество полевого шпата, указывают на то, что осадки не подвергались сильному химическому выветриванию перед захоронением. Это означает, что он, вероятно, был перенесен на небольшое расстояние в холодных и/или сухих условиях, не способствующих выветриванию, и что он был быстро погребен под другими отложениями. [34] Песчаники с большим количеством полевого шпата называются аркозами . [34]

Приложения

Полевой шпат является распространенным сырьем, используемым в производстве стекла, керамики и, в некоторой степени, в качестве наполнителя и наполнителя в красках, пластмассах и резине. В США около 66% полевого шпата потребляется при производстве стекла, включая стеклянную тару и стекловолокно. Остальная часть приходится на керамику (включая электроизоляторы, сантехнику, посуду и плитку) и другие виды применения, такие как наполнители. [35]

Стекло : Полевой шпат содержит K 2 O и Na 2 O для флюса, а также Al 2 O 3 и CaO в качестве стабилизаторов. В качестве важного источника Al 2 O 3 для производства стекла полевой шпат ценится за низкое содержание железа и тугоплавких минералов, низкую стоимость единицы Al 2 O 3 , отсутствие летучих веществ и отсутствие отходов. [36]

Керамика : полевые шпаты используются в керамической промышленности в качестве флюса для образования стекловидной фазы в телах во время обжига и, таким образом, способствуют остекловыванию. Они также используются в качестве источника щелочей и глинозема в глазури. [36] Состав полевого шпата, используемого в различных керамических рецептурах, варьируется в зависимости от различных факторов, включая свойства отдельной марки, другого сырья и требований к готовой продукции. Однако типичные добавки включают: столовую посуду с содержанием полевого шпата от 15% до 30%; электротехнический фарфор высокого напряжения - от 25% до 35%; сантехника – 25%; настенная плитка – от 0% до 10%; и стоматологический фарфор с содержанием полевого шпата до 80%. [37]

Науки о Земле : В науках о Земле и археологии полевые шпаты используются для датирования калием-аргоном , датирования аргоном-аргоном и датирования по люминесценции .

Незначительное использование : в некоторых бытовых чистящих средствах (например, Bar Keepers Friend ) используется полевой шпат, обеспечивающий мягкое абразивное действие. [38]

Производство

По оценкам Геологической службы США, мировое производство полевого шпата в 2020 году составит 26 миллионов тонн, при этом в четыре крупнейших страны-производителя входят: Китай — 2 миллиона тонн; Индия 5 миллионов тонн; Италия 4 миллиона; Турция 7,6 млн тонн. [39]

Коммерческие сорта

Типичные минералогические и химические анализы трех коммерческих марок, используемых в керамике: [40]

Инопланетянин

В октябре 2012 года марсоход Curiosity обнаружил высокое содержание полевого шпата в марсианской породе. [41]

Изображений

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уорр, LN (2021). «Утвержденные IMA – CNMNC минеральные символы». Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021МинМ...85..291Вт. дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ "Полевой шпат". Геммология онлайн . Проверено 8 ноября 2012 г.
  3. ^ аб Нойендорф, КПГ; Мель, Дж. П. младший; Джексон, Дж.А., ред. (2005). Глоссарий геологии (5-е изд.). Александрия, Вирджиния: Американский геологический институт. п. 232. ИСБН 978-0922152896.
  4. ^ аб Дир, Вашингтон; Хауи, РА; Зуссман, Дж. (2001). Породообразующие минералы (2-е издание) Том 4А . Лондон: Лондонское геологическое общество. п. 2. ISBN 1-86239-081-9.
  5. ^ Андерсон, Роберт С.; Андерсон, Сюзанна П. (2010). Геоморфология: механика и химия ландшафтов. Издательство Кембриджского университета. п. 187. ИСБН 9781139788700.
  6. ^ Рудник, РЛ; Гао, С. (2003). «Состав континентальной коры». В Голландии, HD; Турекян, К.К. (ред.). Трактат по геохимии . Том. 3. Нью-Йорк: Elsevier Science. стр. 1–64. Бибкод : 2003TrGeo...3....1R. дои : 10.1016/B0-08-043751-6/03016-4. ISBN 978-0-08-043751-4.
  7. ^ ТРОЛЛЬ, VR (1 февраля 2002 г.). «Смешивание магмы и переработка коры, зарегистрированные в тройном полевом шпате из зонального по составу перщелочного игнимбрита А', Гран-Канария, Канарские острова». Журнал петрологии . 43 (2): 243–270. Бибкод : 2002JPet...43..243T. дои : 10.1093/петрология/43.2.243 . ISSN  1460-2415.
  8. ^ «Метаморфические породы». Информация о метаморфических породах, заархивированная 1 июля 2007 г. в Wayback Machine . Проверено 18 июля 2007 г.
  9. ^ Блатт, Харви и Трейси, Роберт Дж. (1996) Петрология, Фриман, 2-е изд., стр. 206–210 ISBN 0-7167-2438-3 
  10. ^ «Выветривание и осадочные породы». Геология. Архивировано 3 июля 2007 г. в Wayback Machine . Проверено 18 июля 2007 г.
  11. ^ abcde Фельдшпат. Что такое полевой шпат? Ассоциация промышленных минералов. Проверено 18 июля 2007 г.
  12. ^ Ле Бас, MJ; Стрекайзен, Ал. (1991). «Систематика магматических пород МСГС». Журнал Геологического общества . 148 (5): 825–833. Бибкод : 1991JGSoc.148..825L. CiteSeerX 10.1.1.692.4446 . дои : 10.1144/gsjgs.148.5.0825. S2CID  28548230. 
  13. ^ «Схема классификации горных пород - Том 1 - Магматические породы» (PDF) . Британская геологическая служба: Схема классификации горных пород . 1 :1–52. 1999. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  14. ^ Филпоттс, Энтони Р.; Аг, Джей Дж. (2009). Основы магматической и метаморфической петрологии (2-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 139–143. ISBN 9780521880060.
  15. ^ Боуэн, Нидерланды (1956). Эволюция магматических пород . Канада: Дувр. стр. 60–62.
  16. ^ Кляйн, Корнелис; Херлбат, Корнелиус С. младший (1993). Руководство по минералогии: (по Джеймсу Д. Дане) (21-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. п. 559. ИСБН 047157452X.
  17. ^ ab "Минерал ортоклаз". Feldspar Amethyst Galleries, Inc. Получено 8 февраля 2008 г.
  18. ^ ab "Санидиновый полевой шпат". Feldspar Amethyst Galleries, Inc. Получено 8 февраля 2008 г.
  19. ^ "Микроклин Полевой шпат". Feldspar Amethyst Galleries, Inc. Получено 8 февраля 2008 г.
  20. ^ Кляйн и Херлбат 1993, стр. 532–536.
  21. ^ Ральф, Джолион и Чоу, Ида. «Пертит». Профиль пертита на сайте Mindat.org. Проверено 8 февраля 2008 г.
  22. ^ "Буддингтонит".
  23. ^ "Группа полевого шпата". Mindat.org . Проверено 4 июля 2021 г.
  24. ^ Серия Цельсиан-ортоклаз на Mindat.org.
  25. ^ Серия Цельсиан-гиалофан на Mindat.org.
  26. ^ Кляйн и Херлбат 1993, стр. 533–534.
  27. ^ Ганс Люшен (1979), Die Namen der Steine. Das Mineralreich im Spiegel der Sprache (2-е изд.), Thun: Ott Verlag, стр. 215, ISBN 3-7225-6265-1
  28. ^ Харпер, Дуглас. «полевой шпат». Интернет-словарь этимологии . Проверено 8 февраля 2008 г.
  29. ^ "лонжерон". Оксфордский словарь английского языка . Оксфордские словари. Архивировано из оригинала 26 сентября 2016 года . Проверено 13 января 2018 г.
  30. ^ аб Блюм, Алекс Э. (1994), Парсонс, Ян (редактор), «Полевые шпаты при выветривании», Полевые шпаты и их реакции , Серия NATO ASI, Дордрехт: Springer Нидерланды, стр. 595–630, doi : 10.1007/978 -94-011-1106-5_15, ISBN 978-94-011-1106-5, получено 18 ноября 2020 г.
  31. ^ Хефферан, Кевин; О'Брайен, Джон (2010). Материалы Земли . Уайли-Блэквелл. стр. 336–337. ISBN 978-1-4443-3460-9.
  32. ^ abc Нельсон, Стивен А. (осень 2008 г.). «Выветривание и глинистые минералы». Конспект лекций профессора (ЭЕНС 211, Минералогия) . Тулейнский университет . Проверено 13 ноября 2008 г.
  33. ^ Эрл, Стивен (сентябрь 2015 г.). «5.2 Химическое выветривание». Физическая геология. Кампус BC.
  34. ^ аб "Аркосе". www.mindat.org . Проверено 18 ноября 2020 г.
  35. ^ Аподака, Лори Э. Фельдшпат и нефелиновый сиенит, Ежегодник минералов Геологической службы США за 2008 г.
  36. ^ ab «Промышленные минералы и горные породы - товары, рынки и использование» Дж. Э. Когель. Общество горной промышленности, металлургии и геологоразведки, 2006. Стр. 458
  37. ^ «Промышленная керамика» Ф.Зингер, SSSinger. Чепмен и Холл, 1971 г.
  38. ↑ Нойфельд, Роб (4 августа 2019 г.). «В гостях у нашего прошлого: добыча полевого шпата и расовая напряженность». Эшвилл Ситизен Таймс . Проверено 4 августа 2019 г.
  39. ^ Полевой шпат и нефелиновый сиенит. Геологическая служба США, Обзоры минерального сырья, январь 2020 г.
  40. ^ «Факты о полевом шпате» А. Сагден. Обзор керамики, выпуск 207, май/июнь 2004 г.
  41. ↑ Марсоход НАСА Curiosity обнаружил «необычный камень». (12 октября 2012 г.) BBC News .
  42. ↑ Браун, Дуэйн (30 октября 2012 г.). «Первые исследования почвы марсоходом НАСА помогли отследить марсианские минералы». НАСА . Проверено 31 октября 2012 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки