Grupo calcita-aragonita
La estructura cristalina de la calcita se considera una estructura deformada del tipo NaCl. La celda unitaria cúbica de NaCl se aplana a lo largo del eje de simetría cúbica formando un rombo romo con un ángulo de intersección de 101,55' (figura 11-2A). Las posiciones de Na+ y Cl- se reemplazan por Ca2+ y [CO3]2- respectivamente. Esta es la estructura de la calcita. En la dirección perpendicular al eje cúbico, los triángulos de coordinación de [CO3]2 están dispuestos en capas, y la orientación de cada capa de [CO3]2 es opuesta a la orientación de los triángulos de [CO3]2 en sus capas adyacentes. . El número de coordinación del Ca2++ es 6. Debido a que el NaCl tiene una escisión completa {100}, es equivalente a la escisión completa en la calcita. La celda unitaria romboédrica correspondiente a la escisión es una celda unitaria grande de la red centrada en las caras, que no cumple con el principio de selección de la red espacial de Blavy. La verdadera celda unitaria de la calcita debería ser un rombo puntiagudo. El romboedro cúbico se puede dividir en una red hexagonal, por lo que la celda unitaria romboédrica de calcita de ángulo agudo se puede dividir en una celda unitaria hexagonal con dos centros corporales (Figura 11-2B).
Figura 11-2a: La estructura de la calcita; la relación entre las células unitarias B y la escisión romboédrica.
La escisión del romboedro es una red centrada en la cara, que se divide en primitivas. por un romboedro de celosía hexagonal.
(Según Chen Wu et al., 1985)
La disposición de Ca2+ y [CO3]2- en la estructura de aragonita es diferente a la de la calcita, como se muestra en la Figura 11-3, donde Ca2+ es empaquetado compacto aproximadamente hexagonal (Ca2+ en calcita es empaquetado compacto aproximadamente cúbico, cada Ca2+ no tiene 6 sino 9 puntos de contacto de O2-, es decir, el número de coordinación de Ca2+ es 9, y cada O es); coordinado por 3 Ca y 1 C Bit. Por lo tanto, la estructura de la aragonita es más estrecha que la de la calcita.
Figura 11-3 Estructura cristalina de la aragonita
La línea discontinua larga muestra la coordinación del 9 O2- con el Ca2+ en el centro de la célula.
Según si la estructura es calcita o aragonito, este grupo de minerales se puede dividir en subfamilia de calcita y subfamilia de aragonito.
㈠Subfamilia Calcita
Este subtipo de minerales incluye calcita Ca [CO3]], magnesita Mg [CO3]], siderita Fe [CO3]], rodocrosita Mn [CO3]], smithsonita. Zn [CO3]], etc. Las sustituciones isomórficas entre componentes minerales son comunes.
Calcita-Calcio
Sistema cristalino trigonal con parámetros de simetría cristalina 3m. Grupo aeroespacial R3Ca0 = 0,499 nm, c0 = 1,706 nm Z=6;
La composición y estructura contienen un 56,0% de oxígeno y un 244,0% de dióxido de carbono. ca[CO3]] y Mn[CO3]] son series completamente isomorfas; Ca[CO3] y Zn[CO3]] y Ca[CO3] y Fe[CO3]] son series isomorfas imperfectas. Dado que la diferencia de radio entre Ca2++ y Mg2++ es demasiado grande, la capacidad de sustitución a bajas temperaturas es muy pequeña. Cuando el calcio y el magnesio están presentes al mismo tiempo, se forma la doble sal dolomita calcio magnesio [CO3]2. La estructura de la calcita es la descrita anteriormente.
La morfología suele mostrar una buena forma cristalina (Figura 11-4, 11-6). Por ejemplo, prisma hexagonal, base {0001}, prisma isósceles y prisma triangular complejo. Si es escamoso o fino, se llama ripstone. Son muy comunes las maclas policristalinas rómbicas negativas o las maclas de contacto con facetas gemelas. Los primeros son en su mayoría maclas deslizantes (ver dolomita). Las maclas de contacto de calcita con (0001) como cara de cristal gemela también son muy comunes (Figura 11-5A), mientras que las maclas de contacto con caras de cristal gemelas son raras (Figura 11-5B). Los agregados suelen aparecer en racimos, escamas, gránulos, bloques, estalactitas, nódulos, etc.
Figura 11-4 Forma cristalina de calcita
a-Placa gruesa; b-Poliedro triangular complejo; c columna
c{0001}, m{1010 }, e{0112}, v{2131}, r { 101 }
(Modificado según Berry et al., 1983)
Figura 11-5 Gemelos de calcita
p>ley gemela de α-calcita con (0001) como plano gemelo; B—gemelo de contacto v{2131} con (2021) como plano gemelo.
(Modificado según Berry et al., 1983)
Figura 11-6 Cristal de calcita
A: Calcita romboédrica y amatista, triángulo complejo Calcita poliédrica y fluorita;
(Según Klein et al., 2007)
Las propiedades físicas son generalmente blancas, incluyendo sustancias mezcladas de varios colores, como gris, amarillo, rojo claro, verde, azul. , etc.; brillo de vidrio. Dureza 3; las escisiones son paralelas y completas. La densidad es de 2,715 g/cm3. Agregue ácido clorhídrico diluido en frío y haga espuma vigorosamente. La calcita pura, incolora y transparente se llama Iceberg.
Identificación del característico escote perfecto en forma de rombo, dureza 3, con violentas burbujas de HCl diluido en frío.
El origen y estado de aparición de la calcita se forman en muchos procesos geológicos. ① Sedimentación: después de que el Ca [CO3] en el agua de mar se sobresatura, se forma piedra caliza sedimentaria. (2) Meteorización: la piedra caliza se disuelve para formar una solución de bicarbonato. Cuando la presión se reduce o se evapora, se libera una gran cantidad de CO2 y Ca[CO3] precipita para formar calcita. A menudo se encuentran en cuevas o grietas de piedra caliza. Guilin es la mejor cueva de piedra caliza de China. Las estalactitas y estalagmitas que contiene forman un paisaje magnífico y son famosas en todo el mundo. (3) Efectos biológicos: la corteza formada después de la absorción biológica de Ca [CO3] se acumula en el fondo marino para formar piedra caliza de arrecife. ④ Magmatismo: el magma carbonatado del manto superior o diferenciado del magma alcalino invade la corteza y se condensa y cristaliza. ⑤ Acción hidrotermal: la calcita se encuentra a menudo en vetas hidrotermales de temperatura media y baja. ⑥Cuando el carbonato de calcio pesado disuelto en el agua del manantial llega a la superficie, se libera CO2 debido a la reducción de presión y el travertino precipita en la salida del agua del manantial.
Principales usos La piedra caliza y el mármol están compuestos principalmente por calcita y son materias primas para la industria química, cementera y otras. Se utiliza como fundente en la industria metalúrgica, como cemento y cal en la industria de la construcción, y el mármol también se puede utilizar como material de decoración de edificios. La calcita se puede convertir en carbonato de calcio pesado mediante procesamiento mecánico (usando un molino Raymond u otro molino de alta presión para triturar directamente la calcita natural). Es un excelente relleno y mejorador del rendimiento, ampliamente utilizado en plásticos, caucho, fabricación de papel, revestimientos, cables, pinturas, piensos, medicina, vidrio, cerámica y otros campos. Por ejemplo, agregar carbonato de calcio pesado a la cubierta del cable puede aumentar la resistencia del aislamiento del cable de 5 a 10 veces; si el revestimiento del chasis del automóvil está hecho de polvo de carbonato de calcio ultrafino con un tamaño de partícula de más de 10.000 mallas, puede producirse. El chasis del automóvil tiene una mayor resistencia a la corrosión que la placa de acero. En la actualidad, el carbonato de calcio pesado se ha convertido en la materia prima para la mayor parte de la fabricación industrial, incluida la mayoría de los sectores manufactureros de la industria ligera y la industria pesada.
La islandita es un material óptico utilizado para fabricar prismas polarizadores debido a su birrefringencia.
Magnesita-Magnesio
Sistema cristalino trigonal con parámetros cristalinos de tipo simétrico; Grupo espacial; A. = 0,464 nanómetros, c0 = 1,502 nanómetros;
Composición y estructura: Óxido de magnesio 47,81%, cobalto 252,19%. mg[CO3]] y Fe[CO3]] son series completamente isomorfas. Suele contener pequeñas cantidades de calcio y manganeso. Su estructura cristalina es de tipo calcita.
La forma suele ser de agregados granulares. Es un bloque de porcelana con una corteza erosionada.
Las propiedades físicas son de color blanco, las que contienen hierro son de color amarillo o marrón con brillo de vidrio; La dureza es de 3,5 a 4,5; la escisión es paralela y completa; el bloque de porcelana tiene una fractura en forma de concha y la densidad es de 2,98 a 3,48 g/cm3. Aumenta con el aumento del contenido de Fe2+.
Las características de identificación son sus agregados granulares de color blanco y su escote en forma de rombo. La diferencia con la calcita es que la dureza es ligeramente mayor que la de la calcita; el HCl diluido en frío no forma espuma, pero lo hace violentamente cuando se calienta.
El origen y estado de aparición de la magnesita. Origen hidrotermal La magnesita se forma por el metasomatismo de rocas sedimentarias carbonatadas por fluidos hidrotermales que contienen magnesio. Las rocas ultrabásicas ricas en magnesita también pueden formar magnesita bajo la acción de fluidos hidrotermales de ácido carbónico.
Bajo la meteorización, la serpentina se ve afectada por la solución acuosa de ácido carbónico en la superficie, formando a menudo finas vetas de magnesita en el fondo de la corteza erosionada o llenando grietas como vetas minerales. Dashiqiao, Liaoning, China, es una de las zonas productoras de magnesita más famosas del mundo.
Se utiliza principalmente para fabricar materiales refractarios y extraer magnesio metálico.
Siderita-Fe[CO3] en siderita
Sistema cristalino trigonal con parámetros cristalinos de tipo simétrico; Grupo espacial; a0 = 0,469 nm, c0 = 1,537 nm;
Composición y estructura FeO 62,01%, CO2 37,99%. mg[CO3]] y Fe[CO3]] son series completamente isomorfas. Los radios de Ca2++ y Fe2++ son muy diferentes, por lo que la sustituibilidad es limitada. Su estructura es de tipo calcita.
La forma es romboédrica y las caras del cristal suelen ser curvas. Los agregados son de grano grueso a fino y algunos son nodulares, botrioidales y terrosos.
Las propiedades físicas son de color amarillo grisáceo a marrón claro, y algunas son de color marrón oscuro debido al brillo vítreo; La dureza es de 3,5 ~ 4,5. La escisión se realiza en paralelo. La densidad es de 3,96 g/cm3. El residuo de la combustión es magnético.
Identificación de la característica escisión completa en forma de diamante que burbujea lentamente en HCl diluido en frío. Lo que lo distingue de otros minerales de esta subfamilia son las propiedades magnéticas del residuo quemado.
La siderita de origen hidrotermal se encuentra en vetas metálicas; la siderita exógena existe en vetas de esquisto, arcilla o carbón, y la siderita a gran escala puede extraerse como mineral de hierro. A partir de aquí se produce el llamado mineral de hierro de lodo. Se forma mediante acción biológica o deposición química en un ambiente anóxico. Su forma suele ser un bloque denso o un nódulo con una estructura radial. En condiciones oxidantes, se convierte fácilmente en goethita y lepidolita.
Materia prima mineral utilizada principalmente para refinar el hierro.
Rodocrosita Manganeso [Co3]
Sistema cristalino trigonal con parámetros cristalinos de tipo simétrico. Grupo espacial; a0 = 0,478 nm, c0 = 1,567 nm;
Composición y estructura MnO 61,71%, CO 238,29%. Forman una serie isomorfa completa con siderita y calcita respectivamente. La estructura es del tipo calcita.
La forma es de rombo, pero son raros, generalmente granulares, con forma de riñón, macizos o agregados columnares.
Las propiedades físicas son rojas a medida que aumenta el contenido de calcio, el color se vuelve más claro y se vuelve marrón-negro después de la oxidación. La dureza es de 3,5 ~ 4,5. Las divisiones son paralelas y completas. La densidad es de aproximadamente 3,70 g/cm3 y varía con el contenido de hierro y calcio.
Características de identificación: perfecta escisión del rombo, baja dureza, burbujea en HCl diluido en frío, el óxido de manganeso a menudo se vuelve negro en su superficie desgastada o se agrieta, lo que lo diferencia de los minerales de color rojo rosa como la andalucita. Diferente de las rosas. en estación). Lo que lo distingue de otros minerales carbonatados similares es su color.
El origen y estado de aparición de la rodocrosita incluye origen hidrotermal y origen sedimentario. El primero se encuentra en vetas hidrotermales de sulfuros de cobre, plomo y zinc, y es simbiótico con calcita, siderita, fluorita y calcita. O se encuentra en depósitos minerales metasomáticos, asociados con magnesita, granate espesartina, etc. La rodocrosita generada sedimentariamente se distribuye ampliamente en depósitos sedimentarios marinos de manganeso.
Se utiliza principalmente para extraer materias primas de mineral de manganeso.
Zincita-Zinc [CO3]
Sistema cristalino trigonal con parámetros de simetría cristalina 3m. Grupo aeroespacial R3ca0 = 0,465 nm, c0 = 1,503 nm Z=6;
Composición y estructura ZnO 64,90%, CO2 35,10%. Generalmente contiene Fe2++. Además, contiene pequeñas cantidades de cobalto, manganeso, magnesio, cobre, plomo y cadmio. La estructura es del tipo calcita.
La forma suele ser de agregados acampanados, terrestres y de concha.
Propiedades físicas: blanquecino con verde claro o marrón claro; brillo vítreo, a veces con brillo nacarado en la superficie del escote. La dureza es de 4 ~ 4,5. El clivaje es paralelo, pero no tan completo como en los minerales anteriores. La densidad es 4,43 g/cm3.
Las características de identificación son su forma, aparición y formación de espuma en polvo y ácido clorhídrico diluido en frío. Se distingue de otros minerales de esta subfamilia por su alta densidad y su escisión romboédrica incompleta.
Su origen y aparición se encuentran principalmente en la zona de oxidación de minerales primarios de plomo-zinc, y se forman a partir del sulfato de zinc producido por la descomposición oxidativa de esfalerita y calcita en rocas carbonatadas o minerales primarios.
②Subfamilia Aragonito
Los minerales incluidos en este subgrupo incluyen aragonito Ca [CO3]], carbonato de estroncio Sr [CO3]], galena Pb [CO3]] y carbonato de bario Ba [CO3 ]]. La sustitución isomórfica entre componentes minerales es limitada o incompleta.
Aragonito Aragonito-Calcio [CO3]
Un sistema cristalino ortorrómbico con parámetros cristalinos simétricos; Grupo aeroespacial Pmcna0 = 0,495 nm, b0 = 0,796 nm, c0 = 0,573 nm Z=4;
La composición y estructura es la misma que la calcita, con una pequeña cantidad de estroncio y plomo sustituyendo al calcio. Ver la descripción anterior de la estructura.
La morfología y la forma del cristal son columnares (Figura 11-7A) o conos puntiagudos; maclas de contacto de aragonita (Figura 11-7B) y tripletes penetrantes (Figura 11-7B) con (110) como doble. plano cristalino Figura 11-7C) es común, y el triplete es a menudo un cilindro pseudohexagonal (Figura 165438). Los agregados suelen ser columnares, en forma de aguja, fibrosos o en forma de racimos de cristales, y algunos tienen forma de estalactita, frijol y ooide.
Figura 11-7 Formas cristalinas y cristales triples de aragonito
a- forma de cristal columnar; B- triple cristal polilaminar; C- triple cristal penetrante columnar cuasi-hexagonal
p>
c{001}, b{010}, m{110}, k{011}, λ{091}
(A y B: modificado de Berry et al. , 1983)
Figura 11-8 Cristal triple de aragonito
Las propiedades físicas son brillo de vidrio incoloro o blanco, brillo de grasa de fractura. La dureza es de 3,5 ~ 4; el paralelismo de escisión {010} es incompleto; La densidad es de 2,94 g/cm3. El HCl diluido producirá mucha espuma cuando se exponga al frío.
Las características de identificación del aragonito: El aragonito forma espuma violentamente en HCl diluido en frío, similar a la calcita. Pero su división y densidad son diferentes.
Causa y aparición En la naturaleza, la aragonita es mucho menos abundante que la calcita. Según la Figura 11-9, la aragonita es estable a alta presión. Su densidad es aproximadamente un 8% mayor que la de la calcita. En los esquistos anfíboles azules (formados a alta presión), la aragonita se asocia comúnmente con jadeíta, andalucita y aragonita. La aragonita se forma principalmente por procesos exógenos. Se encuentra comúnmente en los caparazones o huesos de muchos animales (como los de cefalópodos y bivalvos). El componente principal de las perlas es la aragonita. La aragonita se puede formar directamente en el agua de mar. También ocurre en zonas oxidadas de depósitos metálicos. La aragonita endógena es un producto de baja temperatura en la etapa final de la acción hidrotermal. Existe en los poros o fisuras del basalto y la andesita también se produce en sedimentos de aguas termales.
Figura 11-9 Diagrama de fases de calcita y aragonito
(Intervalo aproximadamente estable obtenido experimentalmente)
(Según Cornelis Klein y Barbara Dutro en 2007)
Orientación preferida de crecimiento del aragonito en el nácar de las conchas
El policristalino es una colección de muchos monocristales, es decir, una colección homogénea de minerales cristalinos. Cada cristal individual de un policristal es anisotrópico. Sin embargo, si la disposición espacial de los monocristales que constituyen un policristal es completamente irregular y sólo estadísticamente uniforme, es decir, la probabilidad de orientación en diferentes direcciones es la misma, entonces las propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas, de resistencia a la corrosión y magnéticas de este policristal Incluso las propiedades físicas nucleares mostrarán el mismo fenómeno en diferentes direcciones y tiene propiedades isotrópicas. Sin embargo, si los policristales se ven afectados por diferentes condiciones tales como fuerza externa, calor, electricidad, magnetismo y efectos biológicos durante su formación, o se ven afectados por diferentes técnicas de procesamiento después de su formación, los granos de los policristales estarán en una o varias disposiciones. y agregación en diversos grados en direcciones específicas. Este fenómeno de mayor probabilidad de orientación en ciertas direcciones se llama orientación preferencial; A nivel macroscópico, sus propiedades parecen ser anisotrópicas.
El crecimiento de los cristales de aragonito en el nácar de las conchas tiene una orientación preferencial. A través de la observación con microscopía electrónica de barrido (SEM), se confirmó que el nácar está compuesto de cristales de aragonito alternos y una matriz orgánica, mostrando una estructura de "pared de ladrillo" regular y ordenada. Muestra que la aragonita está orientada y distribuida a lo largo de la superficie del nácar, y su eje C cristalográfico es perpendicular a la superficie del nácar (equivalente a que el plano (001) sea paralelo a la superficie del nácar). Su mecanismo de formación siempre ha atraído la atención de la gente.
La teoría de la plantilla cree que el nácar está compuesto de aragonita y una pequeña cantidad de materia orgánica (la cantidad total es sólo 1 ~ 5 WB/%). La materia orgánica fina se rellena entre los minerales de aragonita y controla la formación del nácar. El eje C de todas las plaquetas de aragonito en el nácar es perpendicular al plano del nácar.
El nácar es un excelente material compuesto nano-inorgánico-orgánico natural formado por el autoensamblaje biológico de aragonito y trazas de materia orgánica. Su resistencia a la fractura es más de 3.000 veces mayor que la del aragonito inorgánico. Estas excelentes propiedades mecánicas están relacionadas con la orientación preferida de la materia orgánica y el aragonito en el nácar. Durante el proceso de deformación y fractura de la capa de nácar, la matriz orgánica y la capa de aragonito adyacente se adhieren entre sí, lo que reduce el factor de intensidad del campo de tensión en la punta de la grieta y aumenta la resistencia a la propagación de la grieta, mejorando así la tenacidad del material.
Plomo-tinita
Un sistema ortorrómbico con parámetros cristalinos simétricos. Grupo Aeroespacial PmcnA0 = 0,515 nm, b0 = 0,847 nm, c0 = 0,611 nm Z=4;
Composición y estructura: plomo oxígeno 83,53%, cobalto 216,47%. A veces contiene calcio, estroncio y zinc. La estructura es de tipo aragonito.
Las formas morfológicas de los cristales son a menudo columnares, plato-columnares y bipiramidales pseudohexagonales (Figura 11-10A, b). Los cristales gemelos o triples suelen formarse con (110) como plano gemelo (Figura 11-10C). Los agregados suelen ser granulares, macizos, acampanados, etc.
Las propiedades físicas son brillo de diamante blanco o blanquecino; Dureza 3-3,5; paralelismo de escisión {110} y {021} fractura concoidea. La densidad es de 6,55 gramos/centímetro cúbico.
Las características de identificación son el brillo del diamante, su alta densidad y su forma.
El origen y aparición son minerales secundarios en la zona de oxidación de los depósitos de plomo-zinc. Se forma por oxidación de galena en alumbre de plomo Pb [SO4] y luego bajo la acción de una solución acuosa de ácido carbónico.
Formas cristalinas y cristales tripletes de galena.
A: forma de cristal bipiramidal pseudohexagonal; forma de cristal columnar de placa b; carbono penetrante de cristal triple
c{001}, b{010}, m{110}, i{021} , p{111}, r{130}
(Modificado después de Berry et al., 1983)
El objetivo principal es extraer plomo como materia prima mineral.