Лабораторная работа № 16. Диагностика танталатов и ниобатов.

 

Танталатами называют соли танталовой кислоты HТаO₃, ниобатами – соли ниобиевой кислоты HNbO₃.

Тантал и ниобий совместно с ванадием относятся к побочной подгруппе V группы элементов таблицы Менделеева. Близкие по свойствам соединения ниобия и тантала являющиеся в основном примесями к различным рудам, обычно встречаются вместе с железом, титаном, цирконием, гафнием, марганцем, оловом, вольфрамом, рением и др. Содержание в земной коре составляет Nb 2·10^–3%, Та 2·10^–4%. 

В 1649 году европейские завоеватели Колумбии привезли тяжелый черный минерал, пронизанный тонкими блестящими золотистыми пластинками слюды. Поскольку этот минерал не имел ничего общего с золотом, его поместили как неизвестный минерал из Колумбии в Британский музей в Лондоне.В 1801г. английский химик Гатчет, проводя анализ этого минерала, открыл в его составе наряду с железом новый элемент, который был назван «колумбием», а минерал колумбитом. В 1802г. Экеберг открыл ещё один новый элемент – тантал. Ученые сначала полагали, что колумбий и тантал – это одно и то же. Название «ниобий» для колумбия предложил Розе (по имени Ниобеи – дочери Тантала), который впервые получил его в металлическом состоянии в 1846г. В английской литературе название «колумбий» и производные соли – колумбаты, остаётся до сих пор.

При производстве ниобия и тантала прежде всего руды обогащают (гравитационным. магнитным, флотационным и химическими методами). Полученные концентраты перерабатывают, отделяют соединения W, Sn, Fe, Mn, Pb и другие примеси (обычно их переводят в галогениды), затем разделяют соединения Nb и Та. Для этого используют различные методы: дробную кристаллизацию комплексных фторидов, ректификацию галогенидов, селективную экстракцию комплексных фторидов органическими растворителями и др.
Металлический ниобий получают также нагреванием при 1700° С смеси NbC с Nb₂O₅ при пониженном давлении (100-1000 Па) для удаления образующегося оксида углерода. Проводят и металлотермическое восстановление комплексного фторида K₂[NbF₇] (восстановители Na, К) или оксида Nb₂O₅ (восстановитель Al), электролиз расплавов K₂[NbF₇] с добавкой КCl и NaCl. По всем методам, кроме алюмотермического, образуется порошкообразный ниобий, который прессуют и затем плавят в вакуумно-дуговых печах. Так получают монолитный металл. При алюмотермическом восстановлении образуется сплав Nb-Al, из которого алюминий удаляют с помощью вакуумной переплавки. Для получения особо чистого ниобия проводят бестигельную зонную плавку мощным пучком электронов.
Аналогичными методами производят металлический тантал. При электролизе расплава K₂[TaF₇] в него добавляют Ta₂O₅.

Ниобий и тантал нашли широкое применение благодаря таким практически ценным свойствам, как высокая температура плавления, значительная коррозионная стойкость, механическая прочность, малый коэффициент термического расширения. Эти металлы идут на изготовление быстрорежущих и коррозионностойких сталей. Ниобий используют также в радиотехнике, производстве рентгеновской и радиолокационной аппаратуры. Тантал применяется в химической промышленности, в частности в качестве заменителя золота, серебра и платины при изготовлении аппаратуры, стойкой к действию кислот, как катализатор в процессах получения искусственных алмазов, используют также в промышленности синтетических волокон (прядильные фильеры). Из всех кислот лишь плавиковая способна растворять тантал (особенно при высокой температуре). Из него изготовляют змеевики, дистилляторы, клапаны, мешалки, аэраторы и многие другие детали химических аппаратов.

Многие конструкционные материалы довольно быстро теряют теплопроводность: на их поверхности образуется плохо проводящая тепло окисная или солевая пленка. Танталовая аппаратура свободна от этого недостатка, вернее, пленка окисла может на нем образоваться, но она тонка и хорошо проводит тепло. Именно высокая теплопроводность в сочетании с пластичностью сделали тантал прекрасным материалом для теплообменников. Из тантала делают тигли для плавки тугоплавких металлов, аноды и сетки мощных радиоламп.

Уникальное качество тантала – его высокая биологическая совместимость, т.е. способность приживаться в организме, не вызывая раздражения окружающих тканей. На этом свойстве основано широкое применение тантала в медицине, главным образом в восстановительной хирургии – для ремонта человеческого организма. Пластинки из этого металла используют, например, при повреждениях черепа – ими закрывают проломы черепной коробки. В литературе описан случай, когда из танталовой пластинки было сделано искусственное ухо, причем пересаженная с бедра кожа при этом настолько хорошо прижилась, что вскоре танталовое ухо трудно было отличить от настоящего.

Танталовой пряжей иногда возмещают потери мускульной ткани. С помощью тонких танталовых пластин хирурги укрепляют после операции стенки брюшной полости. Танталовыми скрепками, подобными тем, которыми сшивают тетради, надежно соединяют кровеносные сосуды. Сетки из тантала применяют при изготовлении глазных протезов. Нитями из этого металла заменяют сухожилия и даже сшивают нервные волокна.

Однако на медицинские нужды расходуется лишь 5% производимого в мире тантала, около 20% потребляет химическая промышленность. Основная часть тантала – свыше 45% – идет в металлургию. В последние годы тантал все чаще используют в качестве легирующего элемента в специальных сталях – сверхпрочных, коррозионностойких, жаропрочных. Действие, оказываемое на сталь танталом, подобно действию ниобия. Добавка этих элементов к обычным хромистым сталям повышает их прочность и уменьшает хрупкость после закалки и отжига.

Очень важная область применения тантала – производство жаропрочных сплавов, в которых все больше и больше нуждается ракетная и космическая техника. Замечательными свойствами обладает сплав, состоящий из 90% тантала и 10% вольфрама. В форме листов такой сплав работоспособен при температуре до 2500°C, а более массивные детали выдерживают свыше 3300°C! За рубежом этот сплав считают вполне надежным для изготовления форсунок, выхлопных труб, деталей систем газового контроля и регулирования и многих других ответственных узлов космических кораблей. В тех случаях, когда сопла ракет охлаждаются жидким металлом, способным вызвать коррозию (литием или натрием), без сплава тантала с вольфрамом просто невозможно обойтись.

Еще большую жаропрочность детали из тантало-вольфрамового сплава приобретают, если на них нанесен слой карбида тантала (температура плавления этого покрытия – свыше 4000°C). При опытных запусках ракет такие сопла выдерживали колоссальные температуры, при которых сам сплав быстро корродирует и разрушается.

Другое достоинство карбида тантала – его твердость, близкая к твердости алмаза, – привело этот материал в производство твердосплавного инструмента для скоростного резания металла.

Приблизительно четвертая часть мирового производства тантала идет в электротехническую и электровакуумную промышленность. Благодаря высокой химической инертности как самого тантала, так и его окисной пленки, электролитические танталовые конденсаторы весьма стабильны в работе, надежны и долговечны: срок их службы достигает 12 лет, а иногда и больше. Миниатюрные танталовые конденсаторы используют в передатчиках радиостанций, радарных установках и других электронных системах. Любопытно, что эти конденсаторы могут сами себя ремонтировать: предположим, возникшая при высоком напряжении искра разрушила изоляцию – тотчас же в месте пробоя вновь образуется изолирующая пленка окисла, и конденсатор продолжает работать как ни в чем не бывало.

Окись тантала обладает ценнейшим для электротехники свойством: если через раствор, в который погружен тантал, покрытый тончайшей (всего несколько микрон!) пленкой окиси, пропускать переменный электрический ток, он пойдет лишь в одном направлении – от раствора к металлу. На этом принципе основаны танталовые выпрямители, которые применяют, например, в сигнальной службе железных дорог, телефонных коммутаторах, противопожарных сигнальных системах.

Тантал служит материалом для различных деталей электровакуумных приборов. Как и ниобий, он отлично справляется с ролью геттера, т.е. газопоглотителя. Так, при 800°C тантал способен поглотить количество газа, в 740 раз больше его собственного объема. А еще из тантала делают горячую арматуру ламп – аноды, сетки, катоды косвенного накала и другие нагреваемые детали. Тантал особенно нужен лампам, которые, работая при высоких температурах и напряжениях, должны долго сохранять точные характеристики. Танталовую проволоку используют в криотронах – сверхпроводящих элементах, нужных, например, в вычислительной технике.

Широкое применение находят и соединения тантала. Так, фтортанталат калия используют как катализатор в производстве синтетического каучука. В этой же роли выступает и пятиокись тантала при получении бутадиена из этилового спирта.

Окись тантала иногда применяют и в стеклоделии – для изготовления стекол с высоким коэффициентом преломления. Смесь пятиокиси тантала Ta₂O₅ с небольшим количеством трехокиси железа предложено использовать для ускорения свертывания крови. Гидриды тантала успешно служат для припаивания контактов на кремниевых полупроводниках.

Ниобий – компонент сплавов для газовых турбин и реактивных двигателей. Из сплавов Nb (Nb₃Sn и др.) изготавливают обмотки сверхпроводящих магнитов. Эти материалы переходят в сверхпроводящее состояние при сравнительно высокой температуре (»20 К). Сплавы ниобия и тантала, в частности, содержащий 90% Та и 10% Nb (при эксплуатации он выдерживает »2500° С),  используют в реактивной и космической технике (детали сверхзвуковых самолетов, ракеты, межпланетные станции). Еще более термостоек сплав TaW. Карбиды NbC и ТаС применяют для производства металлорежущих инструментов. Эти соединения вместе с карбидами некоторых других металлов являются исключительно термостойкими и твердыми материалами (т. пл. NbC 3390° С, т. пл. ТаС 3445° С). Изделия из них получают методом порошковой металлургии.

 

Классификация ниобатов и танталлатов.

Известны соли танталовых и ниобиевых кислот, очень разнообразного состава. Ниобаты и танталаты общей формулы уТа₂О5 x Н₂О: метатанталаты Na TaO₃ и метаниобаты Mg(NbO₃)₂, ортотанталаты Mg₃TaO₄ и ортониобаты Na ₂HNbO₄.6Н ₂O, соли типа K₅TaO₅ и более слoжные - ₈Nb₆O₁₉.16H₂O. Довольно хорошо изучены диниобаты и пентаниобаты (K₄Nb₂O₇, К₇Nb₅О₁₆ · mH₂O). Кроме того, танталаты и ниобаты представлены общими изоморфными рядами в пределах групп. Изоморфизм проявляется как в радикалах (Ta замещается Nb и Ti), так и в катионной части (Ca замещается Ce, Th, Na).

 

1. группа циркелита [(Ti,Nb)₂O₇]

2. группа бетафита [(Ti,Nb,Ta)₂O₆]

3. группа пирохлора [(Ta,Nb,Ti) ₂O₆]

4. группа микролита [(Ta,Nb)₂(O,OH)]₇

5. группа цезстибнита [Ta₄O₁₂]

6. группа тапиолита [Nb,Ta₂O₆]

7. группа белянкинита [(Ti,Nb)₅O₁₂]

8. группа воджинита [(Ta,Nb)₂O₈]

9. группа колумбита [Nb,Ta₂O₆]

10. группа поликраза [Ta,Nb,Ta₂O₆]

11. группа эшинита [(Ta,Nb)₂(O,OH)]₆

12. группа кассита [(Ti,Ta,Nb)₂O₆]

13. группа лиандратита [(Nb,Ta)₂O₈]

14. группа фергюсонита [NbO₄]

15. группа тантита [(Ta,Nb)₄O₁₁]

16. группа торолита [Ta,Nb₂O₆]

17. группа олмстадита [(Nb,Ta)(PO₄)]

 

Как видно из классификации структуры танталатов и ниобатов аналогичны структурам силикатов и имеют схожие радикалы.

Рассмотрим некоторые группы.

 

Группа. пирохлора

Сюда относятся минералы, очень близкие по химическому составу к группе перовскита, кристаллизующиеся также в кубической сингонии, но несколько отличающиеся по химической конституции: они содержат дополнительный анион в виде F или (OH). Появление дополнительного аниона, очевидно, связано с необходимостью компенсации избыточного положительного заряда катионов.

Пирохлор  (Ca,Na,U,TR)_2-m(Ta,Nb,Ti)₂O₆(O,F)_1-n ·nH₂O

Название Пир — по-гречески «огонь»; хлорос — «зеленый» (некоторые разновидности перед паяльной трубкой становятся желтовато-зелеными). Синоним: пиррит.

Химический состав очень непостоянный. Разности, обогащенные ураном и торием и находящиеся в метамиктном состоянии, содержат значительные количества Н₂0 (7—14%), лишены щелочей и обеднены окисью кальция (бетафит). Кроме того, в небольших количествах иногда присутствуют: Sb₂O₃, SiO₂, MgO, PbO, BeO. Пирохлор и микролит являются по существу конечными членами изоморфного ряда.

Цвет. темнобурый, красновато-бурый, желтовато-зеленый, изредка •буровато-черный.
Блеск. алмазный, жирный, стеклянный или смолистый (у метамиктных разностей).

Прозрачность. Полупрозрачен или просвечивает.

Черта. желтовато-белая до -светло бурой или красновато-желтой

Твердость. 5—5.5. Хрупок.

Плотность. 4.03—4.36.                                 Рис.56. Кристалл пирохлора

Излом. Раковистый

Сингония. Кубическая

Форма кристаллов. Октаэдрическая. Нередко октаэдрические кристаллы притуплены гранями куба. Образцы, не подвергшиеся метамиктному распаду (бедные радиоактивными элементами), обладают кубической кристаллической решеткой.

Класс симметрии. гексаоктаэдрический ЗL⁴4L6³6L²9PC.
Спайность. практически отсутствует.

Агрегаты и сростки: Встречается в сплошных массах и иногда в колломорфных выделе-нииях. Наблюдались закономерные сростки с цирконом по плоскостям {111}, причем грань октаэдра пирохлора совпадает с гранью тетрагональной дипирамиды {111} циркона.

П. тр. с большим трудом сплавляется в черновато-бурый шарик. Некоторые разности при нагревании становятся желтовато-зелеными. С бурой дает стекло красновато-желтое в окислительном пламени и темно-красное в восстановительном.

Поведение в кислотах В крепкой HaS0₄ и HF разлагается.

Прочие свойства. Иногда обладает сильной радиоактивностью. Измененные разности при нагревании дают вспышку (при температуре около 500°).

Сопутствующие минералы Характерна связь с щелочными изверженными породами (нефелиновыми сиенитами и сиенитовыми пегматитами) в ассоциации с полевыми шпатами, главным образом с альбитом, иногда с цирконом, биотитом, апатитом, ильмени-том, сфеном, кальцитом и другими минералами, образующимися в более позднюю пневматолито-гидротермальную стадию пегматитообразования.

Сходные минералы: . Очень похож на циркон, с которым иногда находится в срастании. Похож также на шеелит, от которого отличается по твердости и отсутствию спайности.

Практическое значение. В случае значительных по размерам и запасам месторождений представляет промышленный интерес как сырье ниобия и тантала

Происхождение. пневматолито-гидротермальная стадия пегматитообразования. Как новообразование пирохлор иногда наблюдается в агрегате ильменита, возникающего при эндогенном разложении ильменорутила.

Месторождения. Найден в различных пунктах, главным образом в связи с пегматитами нефелиновых сиенитов.

Группа колумбита.

Колумбит – Танталит (Fe,Mn)²⁺Nb₂O₆ —–(Fe,Mn)²⁺Ta₂O₆

Колумбит и танталит—члены одного непрерывного изоморфного ряда.

Название — колумбит - по химическому элементу — Колумбию (ниобию), открытому в этом образце (название элемента происходит от старого названия Америки — Колумбия). Танталит - В минерале из Кимито (Финляндия) Экеберг (1802) открыл новый элемент, названный танталом по ассоциации с мифическим Танталом (“танталовы муки”), в связи с трудностями выделения элемента; соответственно минерал был назван танталитом.

Цвет. железно-черный, серовато или коричневато-черный, красно-коричневый. У марганцовых разновидностей окраска светлее, с бурыми и красными оттенками; наиболее светло окрашены и прозрачны манганотанталиты, в которых предполагается значительное содержание Mn; магноколумбит - черный.
Черта. от темно-красной до черной; цвет ее зависит от соотношения Fе и Mn: при Fe > Mn черта шоколадных оттенков, при Mn > Fe — сероватых; цвет черты, однако, не позволяет однозначно различать колумбиты и танталиты.
Блеск. обычно металлический или полуметаллический, реже смоляной; у светлоокра-шенных марганцовых разностей иногда стеклянный. На гранях часто побежалость.
Прозрачность. Обычно непрозрачны, просвечивают иногда лишь в шлифах и очень тонких осколках; танталиты, особенно манганотанталиты более прозрачны (прозрачный манганотанталит описан под названием альваролита), магноколумбит непрозрачен.
Твердость. 6 (колумбит), 6 – 6,5 (танталит). Хрупкий.
Плотность. 4,8 – 8,15 г/см3.
Излом. раковистый, полураковистый до неровного.
Сингония. Ромбическая.                                        Рис.57. Кристалл колумбита
Спайность— ясная по (010), менее ясная по (100).
Агрегаты — Обычно кристаллы различных размеров: от долей миллиметра (в гранитах) до очень крупных (в пегматитах). Известны скопления крупных кристаллов весом до 240—900 кг. Встречаются радиально-лучистые агрегаты (“колумбитовые солнца”) и сплошные массы. В россыпях — гальки и скатанные зерна в песчаной фракции. Кристаллы чаще всего таблитчатые по (010) — от толсто- до тонко-таблитчатых, обычно удлинены вдоль оси с с хорошо развитой зоной вертикальных призм. Встречаются игольчатые кристаллы, удлиненные по оси с, шестоватые, копьевид-ные, кристаллы неправильного псевдомоноклинного облика.

П. п. тр - не изменяются. перл буры в окислительном пламени приобретает фиолетовый цвет (также реакция на Мп).

Поведение в кислотах — к химическим воздействиям очень устойчивы, нерастворимы при обычной температуре в кислотах и щелочах.
Иногда радиоактивны. Радиоактивность обусловлена различными причинами: изоморф-ной примесью U и Th; включениями гипогенных радиоактивных минералов; срастаниями с уранинитом, самарскитом, эвксенитом и др.; наличием прожилков вторичных урановых минералов.

Структура колумбита сходна со структурой брукита, октаэдры TiOg брукита заменены двумя сортами октаэдров Nb(Ta)O₆ и Fe(Mn)O₆ в отношении 2 : 1, в связи с чем в полтора раза увеличивается объем элементарной ячейки. Морфологическое сходство колумбита, брукита и вольфрамита, отмеченное еще Прайором и Брёггером, объясняется близостью структур этих минералов — элементарная ячейка брукита составленаиз двух ячеек типа иксиолита, а вольфрамит имеет “расщепленную” структуру типа иксиолита.

Двойники. Двойники по е (201) наиболее обычны — грани b (010) индивидов общие, оси с под углом 60 или 120° (по Белову, характерное двоиникование для кристаллов с гексагональной упаковкой — цепочки октаэдров, расположенные в одной плоскости, ориентируются по отношению друг к другу под углом 60 или 120°, соответственно трем возможным направлениям); при этом образуются сердцевидные или коленчатые двойники и тройники, значительно более редки двойники по (203). На гранях b (010) — наиболее развитых (параллельных слоям структуры) часто наблюдается тонкая штриховка вдоль оси с; в двойниках она проявляется в виде перистой штриховки, позволяющей различать отдельные индивиды двойников. Часто наблюдаются субпараллельные сростки кристаллов.

Отмечаются ориентированные срастания колумбита с самарскитом . Известны эпитаксические нарастания кристаллов уранинита на грань (010) колумбита
Сопутствующие минералы. Обычные спутники колумбита: матнетит, ильменит, гранат, касситерит, циркон, ксенотим, берилл, стрюверит, топаз, турмалин.

 

                                                          Рис.58. Эпитаксическое нарастание уранинита на колумбите

 

Сходные минералы. По облику кристаллов близки к самарскиту, но последний обычно в проходящем свете (как и эшинит) вследствие метамиктности является изотропным. Обликом кристаллов отличаются от тетрагонального тапиолита, а также от ильменита и вольфрамита.

По Рамдору, под микроскопом в отраженном свете от магнетита отличаются меньшей отражательной способностью, цветом, анизотропностью и наличием внутренних рефлексов, от вольфрамита — менее отчетливой анизотропией и прямым погасанием. У касситерита меньшая отражательная способность, более светлые внутренние рефлексы и значительно сильнее понижается отражательная способность в иммерсии.

Происхождение. Минералы ряда колумбит — танталит, особенно ниобиевые члены ряда, широко распространены в природе и отмечаются значительно чаще других ниобатов и танталатов.

Образуются при кристаллизации гранитных магм, при автометасоматическом изменении гранитоидов и при формировании пегматитов; колумбит встречается, кроме того, в карбонатитах, изредка в щелочных пегматитах и в некоторых гидротермальных кварцевых жилах.

Будучи устойчивыми при выветривании, минералы накапливаются в россыпях.

В гранитах колумбит является акцессорным минералом; наибольшие (до промышленных) его концентрации характерны для биотитовых гранитов, образовавшихся в конце формирования некоторых многофазных интрузий. По представлениям советских ученых, образование колумбита связано с автометасоматическим изменением гранитов. Исследователи месторождений Нигерии указывают, что колумбит отлагался до кристаллизации главной массы породообразующих минералов. Колумбитсодержащие биотитовые граниты известны в Тувинской АССР, в Кабардино-Балкарской АССР, в Кокчетавской обл. (КазССР) и других местах. Крупнейшие месторождения выветрелых колумбитоносных биотитовых гранитов находятся в Нигерии (Плато Джое); на этот район приходится около 95% мировой добычи колумбита. Значительно измененные альбитизированные и мусковитизированные граниты с колумбитом, амазонитом, бериллом и литиевыми слюдами известны в Сибири, в Казахстане; колумбит совместно с бериллом, стрюверитом, топазом, турмалином и др. встречен в измененных гранитах Читинской обл; колумбитоносные граниты известны в Испании (Лаге Коруна).

В Росии колумбит встречен также в метасоматически измененных субщелочных кварце-вых сиенитах совместно с лепидолитом, торитом, малаконом, топазом и касситеритом, в Уганде — в составе некоторых щелочных гранитов. Танталит как акцессорный минерал гранитоидов редок и отмечается иногда лишь в метасоматически измененных породах.

В гранитных пегматитах минералы ряда широко распространены; колумбит (нередко в промышленных концентрациях) встречается в пегматитах различных типов, тогда как тан-талит характерен лишь для редкометальных, особенно для литиевых пегматитов (основной промышленный тип эндогенных месторождений танталита).

В редкометальных пегматитах часто присутствуют ниобиевые и танталовые члены ряда, представленные разновременными выделениями. К образованиям ранних стадий относят-ся колумбит и его разновидности, сосредоточенные в кварцево-микроклиновых зонах пегматитовых тел; продукты поздних стадий представлены танталитом (манганотантали-том), концентрирующимся в зонах замещения пегматитов в ассоциации с альбитом, лепидолитом, сподуменом, бериллом, поллуцитом, амблигонитом, рубеллитом. Отмечается общая тенденция к возрастанию отношения Та : Nb в ходе пегматитового процесса. Минералогические находки в редкометальных пегматитах отмечены на Урале в копях Мокруша, Аквамариновая, Изумрудные; амазонитовые пегматиты Ильменских гор содержат колумбит в сопровождении альбита (клевеландита), ильменорутила, самарскита (иногда в виде ориентированных срастаний) и др. Редкометальные пегматиты с колумбитом известны в Европейской частиРоссии, в Казахстане, Сибири. Пегматиты с колумбитом и танталитом имеются во Франции в районах Шантлуба и Центрального Плато, с манганоколумбитом—в Италии (Олджаска), с колумбитом, танталитом и манганотанталитом—в Южн. Родезии, в США (штат Мэн, район Новой Англии). В оловоносных пегматитах колумбит является характерным минералом зон альбитизации и мускови-тизации; нередко образует мельчайшие включения в касситерите; ассоциируется с топазом, флюоритом, иногда с танталитом и манганотанталитом, обнаружен в некоторых оловоносных пегматитах Казахстана, Забайкалья. Наряду с касситеритом танталиг-колумбит добывается в Серра-ди-Арга в Португалии и Северном Лугулу в Конго, в штатах Минас-Жераис и Парайба в Бразилии.

В мусковитовых и кварцево-полевошпатовых пегматитах колумбит присутствует в виде гнездообразных скоплений в зонах развития поздних замещающих минеральных ассоциаций, сопровождается шерлом, гранатом, бериллом, апатитом и др. Такие пегматиты широко распространены во многих странах и нередко служат объектами попутной добычи колумбита. Они известны в Европейской части России, в Южн. Дакоте (США) в районе Блэк-Хиллс (в пегматитах встречаются скопления колумбита весом до900 кг., в шт. Колорадо (США)— месторождения Эйт Майл, Хрустальных гор, Уиллоу Крик и др., в ряде районов Канады, в Марокко, в Мозамбике (Альто-Лигонья), Танганьике и Юго-Зап. Африке и др.

В редкоземельных пегматитах колумбит встречается в ассоциации с уранинитом (пегматиты Баварии, ФРГ), с самарскитом, эвксенитом, фергусонитом, гадолинитом, галенитом (пегматиты: Южн. Норвегии и Швеции).

В Вишневых горах (Челябинская обл.) колумбит, обогащенный титаном, обнаружен в кварцевых прожилках среди фенитизированных пород; образовалсяпо пирохлору и ферсмиту.

В карбонатитах встречается только ферроколумбит, образующийся исключительно по пирохлору; как промежуточный продукт колумбитизации пирохлора встречается ферсмит. В месторождениях Вост. Сибири колумбит связан с наиболее поздними анкеритовыми и сидеритовыми карбонатитами.

Аллювиальные россыпи являются важными промышленными месторождениями колумбита и основными — танталита; эти минералы добываются попутно с касситеритом, монацитом, золотом. Такие россыпи известны в Конго (Сев. Лугулу), Нигерии, Британской Гвиане, Зап. Австралии, Корее и др.

Изменения. Колумбит и танталит устойчивы, сохраняются в россыпях. Часто наблюдаю-щаяся побежалость и некоторое изменение поверхности зерен являются следствием частичного окисления Fe и Mn.

Практическое значение. Колумбит и танталит — основные виды сырья для получения ниобия и тантала, находящих широкое и разнообразное применение в сталелитейной, электротехнической, металлообрабатывающей и других отраслях промышленности. Кроме чистого металлического ниобия из колумбита получается феррониобий, идущий на легирование сталей.

 

Группа фергюсонита:

Объединённые здесь. Слабо изученные минералы, ближе всего по свойствам и строению к группе пирохлора. Это такиеже титано-тантало-ниобаты, но с иным количественным соотношением элементов. Они обладают таким же сложным составом , как и минералы группы пирохлора, многими общими физическими и химическими свойствами. Наиболее часто встречается самарскит.

 

Cамарскит (Y,Er...)₄[(Nb,Ta)₂О₆

Название  Назван Г. Розе в честь начальника штаба корпуса горных инженеров Самарского (в 1842 г.

Химический состав. Очень сложен: Y₂O₃ – 7.5%, Er₂O₃ – 10,3%, Ce₂O₃ – 3%, La₂O₃  - 1,2% Nb₂O₅ –ДО 30%, Nd₂O₅ –4%, ZrO₂  - 2,3%, TiO₂ – 1,4%, ThO₂  - 4,2%, UO₂ – 12%, PrO₂ – 1%.

Цвет. бархатно-черный, буровато-черный.
Блеск. сильный смоляновидный. Иногда, наблюдается сильное двупреломление.

Прозрачность. Почти непрозрачен. В тонких шлифах просвечивает коричневым цветом.

Черта. темная красновато-бурая до черной.

Твердость. 5—6.

Плотность. 5.6—5.8

Излом. раковистый.

Сингония. Ромбич.

Форма кристаллов. Встречается в призматических, иногда пластинчатых кристаллах с тусклыми гранями. Из граней наиболее часты пинакоиды (100), (010) и призмы (101).

Класс симметрии. Ромбодипирамидальный.
Спайность..Несовершенная.

Прочие свойства: Сильно радиоактивен.

Минеральные агрегаты: Наблюдаются и неправильной формы зерна, иногда сплошные массы. Интересны законо­мерные срастания с колумбитом

П. тр. слегка оплавляется по краям в черное стекло. В закрытой трубке растрескивается и самораскаляется. С фосфорной солью дает изумрудно-зеленое стекло урана как в окислительном, так и в восстановительном пламени. Сплавляется с KHSО₄. Солянокислый же раствор при кипячении с оловом или цинком окрашивается в голубой цвет (реакция на ниобий).

Поведение в кислотах Полностью растворяется в концентрированной H₂SO_4.

Сопутствующие минералы. Эшинит, монацит, гранаты, турмалин.

Практическое значение..источник редкоземельных элементов.

Происхождение. Встречается в пегматитовых жилах в ассоциации с полевыми шпатами, окрашенными около него в красновато-бурый цвет (результат радиоактивного распада элементов самарскита), а также с колумбитом, эшинитом, монацитом, гранатами,. турмалином и с другими минералами.

Месторождения. Из иностранных месторождений следует упомянуть о месторождениях Северной Каролины (с колумбитом) и Мэриленд (США), на о. Мадагаскаре (Антанамалаза), около Мосса (в Норвегии). Кальциосамарскит встречается в месторождении Хибла (Онтарио).

 

Группа торолита

Торолит Sn [Ta₂O₆]

Название. В честь бельгийского минералога Джекуса Торо.

Цвет. Желтый, медовый, янтарный.

Блеск. Жирный, алмазный.

Прозрачность. Полупрозрачен, просвечивает.

Твердость. 6

Сингония. Моноклинная.

Форма кристаллов. Таблитчатая.

Спайность. хорошая

Минеральные агрегаты. Сплошные массы.

Практическое значение. Руда тантала.

Происхождение. Гидротермальное, пегматитовое.

Месторождения. Бразилия, Минас Жерайс.

 

Группа эшинита

Эшинит (Ce,Th [(Ta,Nb)₂(O,OH)]₆

Название. От греч. «эсхинэ» - стыд, т.к. химики долго не могли определить состав этого минерала.

Цвет. Буровато-черный, темно-бурый, до красновато-бурого.

Черта Бурая, у танталэшинита бледно-желтая и коричневато-желтая.

Блеск. Стеклянный, смоляной, иногда полуметаллический.

Прозрачность. В тонких осколках просвечивает густо-красным, реже желтым цветом.

Твердость. 5—6.

Плотность. 4,9—5,3, у танталэшинита больше 5,8 г/см³.

Сингония. Ромбическая; Ромбо-дипирамидальный вид симметрии. Большей частью метамиктен, рентгеноаморфен; в результате прокаливания кристаллическая структура восстанавливается.

Излом — раковистый до неровного. Хрупок.

Форма кристаллов. Кристаллы, обычно несовершенные (иногда до 10 см и более), реже удлиненные зерна неправильной формы. Кристаллы призматического облика, несколько укорочены вдоль оси а, обычно несовершенные; кристаллы танталэшинита уплощены по (010).Грани эшинита обычно матовые, часто изъедены, на гранях т — вертикальная штриховка; редко грани блестящи и лишены штриховки. Наблюдаются взаимопараллельные сростки кристаллов

Спайность. В шлифах у неметамиктного эшинита (“линдокита”) из Кореи отмечена спайность по удлинению кристаллов, у танталэшинита — несовершенная сп. по (100).

Минеральные агрегаты. Сплошные массы.

П. тр. вспучивается.

Поведение в кислотах — Разлагается крепкой H₂SO₄, HF, а также сплавлением с КОН и KHSO₄; отмечается быстрое растворение в фосфорной кислоте. В полир, шл. травится H₂SO₄ + KMnO₄ кипящей HaSO₄и очень интенсивно HF.
Сильно радиоактивен. Очень слабо магнитен.

Сопутствующие минералы. Полевые шпаты, биотит, мусковит, магнетит, циркон, торит.

Практическое значение. Руда на тантал, ниобий.

Происхождение. Встречается в пегматитах нефелиновых сиенитов.

Месторождения. В пегматитах Ильменских гор (Челябинская обл.), в Вишневых горах (Челябинская обл.), танталэшинит встречен в Сибири.

Рис.59. Кристалл эшинита

 

 

 

 

Рис.60.  Структура эшинита

Ti(Nb)-октаэдры, соединяясь попарно рёбрами, а пары - вершинами, образуют каркас, в полостях которого

расположены атомы Ce

 

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 302; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!