Нефелин¶

Нефелин — это породообразующий минерал из класса каркасных силикатов, подкласса алюмосиликатов натрия и калия. Химическая формула — (Na,K)AlSiO₄. Название происходит от греческого слова «нефеле» (облако, туман), что связано со свойством минерала при погружении в кислоту образовывать гелеобразный осадок. Нефелин является важным компонентом многих магматических горных пород, в первую очередь нефелиновых сиенитов, и служит ценным сырьём для алюминиевой, стекольной, керамической и химической промышленности.

¶История и происхождение названия

Минерал был впервые описан в 1801 году немецким химиком и минералогом Мартином Генрихом Клапротом. Он исследовал образцы из лавовых полей вулкана Везувий (Италия) и из района Кайзерштуль (Германия). Клапрот отметил характерную особенность: при растворении минерала в кислотах выделяется кремнезём в виде студенистого осадка, напоминающего облако. Это свойство и дало минералу название — «нефелин» (от греч. νεφέλη — «облако»).

В России нефелин впервые был обнаружен в 1820-х годах на Кольском полуострове, однако систематическое изучение его месторождений началось лишь в XX веке. В советское время нефелин приобрёл стратегическое значение как альтернативное сырьё для производства алюминия, особенно после открытия крупнейших месторождений на Кольском полуострове (Хибины) и в Сибири.

¶Физические и химические свойства

¶Химический состав

Нефелин является алюмосиликатом натрия и калия. Его идеализированная формула — NaAlSiO₄, однако в природе всегда присутствует примесь калия, замещающего часть натрия. Соотношение Na:K может варьировать, но обычно калия содержится до 25–30 % от суммы щелочных металлов. В качестве примесей могут присутствовать кальций, магний, железо, а также редкие элементы — галлий, рубидий, цезий.

¶Кристаллографические свойства

Нефелин кристаллизуется в гексагональной сингонии. Кристаллы обычно имеют форму коротких шестигранных призм или толстых табличек. В природе чаще встречается в виде зернистых масс, сплошных агрегатов, реже — в виде хорошо образованных кристаллов. Спайность несовершенная, излом раковистый или неровный.

¶Физические характеристики

• Цвет: обычно белый, серый, желтоватый, зеленоватый, реже — красноватый или бурый. Прозрачные или просвечивающие разности бесцветны.
• Блеск: стеклянный, на изломе — жирный.
• Твёрдость по шкале Мооса: 5,5–6 (средняя, царапается стеклом, но не царапает кварц).
• Плотность: 2,55–2,67 г/см³ (относительно лёгкий минерал).
• Показатель преломления: 1,526–1,546.
• Растворимость: растворяется в концентрированных кислотах (соляной, азотной) с образованием геля кремнезёма.

¶Отличительные признаки

Нефелин легко спутать с полевыми шпатами (особенно с ортоклазом) и кварцем. Главные отличия:

• отсутствие спайности (у полевых шпатов спайность совершенная в двух направлениях);
• жирный блеск на изломе;
• характерная реакция с кислотами (образование геля);
• меньшая твёрдость по сравнению с кварцем (кварц царапает нефелин, а нефелин кварц — нет).

¶Разновидности

Выделяют несколько разновидностей нефелина, различающихся по составу и внешнему виду:

• Элеолит (от греч. «элеон» — масло, «литос» — камень) — жирная, маслянистая на вид разновидность нефелина зеленовато-серого, бурого или красноватого цвета. Название связано с характерным жирным блеском. Элеолит является типичным минералом нефелиновых сиенитов.
• Кальциевый нефелин — разновидность с повышенным содержанием кальция (до 5–7 % CaO). Встречается редко.
• Кариегит — высокотемпературная модификация нефелина, устойчивая при температурах выше 800 °C. В природных условиях встречается в лавах и быстро застывших породах.

¶Месторождения

Нефелин является типичным минералом щелочных магматических пород. Крупнейшие месторождения мира связаны с массивами нефелиновых сиенитов и их пегматитов.

¶Крупнейшие месторождения в России

• Хибинский массив (Кольский полуостров) — крупнейшее в мире месторождение нефелина. Здесь нефелин входит в состав апатит-нефелиновых руд, разрабатываемых на месторождениях Кукисвумчорр, Юкспор, Расвумчорр и других. Запасы нефелина оцениваются в миллиарды тонн.
• Ловозерский массив (Кольский полуостров) — также содержит значительные запасы нефелина, часто в ассоциации с редкоземельными минералами.
• Горячегорское месторождение (Красноярский край) — крупное месторождение нефелиновых сиенитов, используемое для производства глинозёма.
• Кия-Шалтырское месторождение (Кемеровская область) — разрабатывается для получения нефелинового концентрата.
• Вишнёвогорский массив (Челябинская область) — содержит нефелин в составе миаскитов.

¶Месторождения за рубежом

• Норвегия — месторождения в районе Лангесунн-фьорда (нефелиновые сиениты).
• Канада — массив Ниписсинг (провинция Онтарио).
• Гренландия — массив Илимауссак.
• Бразилия — штат Минас-Жерайс.
• Кения — массив Монте-Кения.
• Китай — провинция Сычуань.

¶Применение

Нефелин имеет широкий спектр промышленного применения, обусловленный его химическим составом и физическими свойствами.

¶Производство алюминия

Нефелин является важным сырьём для получения глинозёма (Al₂O₃), из которого затем выплавляют алюминий. В России, в отличие от большинства стран мира, где основным сырьём служат бокситы, нефелин используется как альтернативный источник алюминия. Технология переработки нефелина включает спекание с известняком, выщелачивание и последующее выделение глинозёма. Побочными продуктами при этом являются сода (Na₂CO₃), поташ (K₂CO₃) и цемент.

¶Стекольная промышленность

Нефелин вводится в шихту для варки стекла в качестве источника щелочей (натрия и калия) и глинозёма. Он снижает температуру плавления, улучшает осветление стекломассы и повышает химическую стойкость стекла. Используется при производстве тарного, листового, оптического и технического стекла.

¶Керамическая промышленность

В производстве керамических изделий (плитки, фарфора, фаянса, санитарно-технической керамики) нефелин применяется как плавень (флюс). Он способствует образованию стеклофазы, снижает температуру обжига и улучшает механические свойства готовых изделий.

¶Производство удобрений

Нефелинсодержащие породы (например, нефелиновые сиениты) используются для производства калийных удобрений. При переработке нефелина на глинозём попутно извлекаются соединения калия, которые идут на выпуск калийных удобрений.

¶Другие области применения

• Цементная промышленность — шламы, образующиеся при переработке нефелина, используются как сырьё для производства цемента.
• Производство красок и наполнителей — молотый нефелин применяется как наполнитель в лакокрасочной промышленности, придавая покрытиям матовость и износостойкость.
• Ювелирное дело — прозрачные кристаллы нефелина (элеолита) иногда используются как недорогие поделочные камни. Огранённые образцы ценятся коллекционерами.

¶Экологические аспекты

Добыча и переработка нефелина сопряжены с рядом экологических проблем. При разработке месторождений открытым способом нарушаются земельные угодья, образуются огромные карьеры и отвалы пустых пород. Переработка нефелина на глинозём является энергоёмким процессом, сопровождающимся выбросами углекислого газа и образованием больших объёмов шламов (красных шламов), которые требуют складирования и утилизации. В то же время, комплексная переработка нефелина позволяет извлекать несколько ценных компонентов, что снижает общую нагрузку на окружающую среду по сравнению с извлечением каждого компонента из отдельных источников.

¶Интересные факты

• Нефелин является одним из немногих минералов, дающих название целой группе горных пород — нефелиновым сиенитам, которые широко распространены на Кольском полуострове.
• В Хибинах нефелин встречается в виде гигантских кристаллов длиной до 1 метра.
• В 1930-х годах в СССР велись интенсивные исследования по созданию технологии комплексной переработки нефелина, что позволило в 1940-х годах начать промышленное производство глинозёма из этого сырья.
• Нефелин часто ассоциируется с апатитом, содалитом, эгирином, полевыми шпатами и другими минералами щелочных пород.

¶Источники

• Минералогическая энциклопедия / Под ред. К. Фрея. — Л.: Недра, 1985.
• Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — М.: Изд-во МГУ, 2007.
• Геологический словарь. — М.: Недра, 1978.
• Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых / Под ред. В. П. Петрова. — М.: Недра, 1985.
• Справочник по геологии и полезным ископаемым Кольского полуострова. — Апатиты, 2002.