Полевой шпат

Полевой шпат — это группа широко распространённых породообразующих минералов из класса силикатов, составляющих около 50—60 % массы земной коры. Полевые шпаты являются основными компонентами большинства магматических, метаморфических и осадочных горных пород, а также важным сырьём для стекольной, керамической и других отраслей промышленности. Название происходит от немецкого Feldspat (от Feld — поле и Spat — шпат, пластинчатый минерал), что связано с частой встречаемостью в виде пластинчатых кристаллов в пахотных полях.

Химический состав и кристаллическая структура

Полевые шпаты представляют собой алюмосиликаты щелочных и щёлочноземельных металлов. Их общая химическая формула может быть записана как M[T₂O₈], где M — катионы (K⁺, Na⁺, Ca²⁺, реже Ba²⁺, Sr²⁺, Rb⁺), а T — тетраэдрические катионы (Si⁴⁺ и Al³⁺). В кристаллической решётке кремний и алюминий в соотношении от 3:1 до 1:1 образуют трёхмерный каркас из тетраэдров, в пустотах которого располагаются крупные катионы.

Кристаллическая структура полевых шпатов характеризуется моноклинной или триклинной сингонией. Для них типично двойникование — срастание двух или более кристаллов по определённым законам (например, по карлсбадскому, альбитовому или периклиновому законам). Спайность совершенная в двух направлениях, обычно под углом 90° или близким к нему (отсюда и название «шпат» — от греческого spathe — пластинка).

Классификация

Полевые шпаты делятся на три основных подгруппы в зависимости от химического состава и кристаллической структуры:

Калиевые полевые шпаты (K-шпаты)

• Ортоклаз (KAlSi₃O₈) — моноклинный, часто встречается в гранитах и гнейсах. Цвет обычно розовый, красный, реже белый или серый.
• Микроклин (KAlSi₃O₈) — триклинный, низкотемпературная модификация. Характерен для пегматитов. Разновидность — амазонит (зелёный микроклин).
• Санидин (KAlSi₃O₈) — высокотемпературная моноклинная модификация, встречается в кислых вулканических породах (например, в риолитах).

Плагиоклазы (натриево-кальциевые полевые шпаты)

Плагиоклазы представляют собой непрерывный изоморфный ряд от альбита (NaAlSi₃O₈) до анортита (CaAl₂Si₂O₈). В зависимости от содержания анортитовой составляющей (An) выделяют:

• Альбит (An 0—10 %)
• Олигоклаз (An 10—30 %)
• Андезин (An 30—50 %)
• Лабрадор (An 50—70 %) — известен иризацией (радужными переливами) в сине-зелёных тонах.
• Битовнит (An 70—90 %)
• Анортит (An 90—100 %)

Бариевые полевые шпаты

• Цельзиан (BaAl₂Si₂O₈) — редкий минерал, встречается в метаморфических породах, богатых барием.

Физические свойства

• Твёрдость по шкале Мооса: 6—6,5 (для большинства разновидностей).
• Плотность: 2,55—2,76 г/см³ (у калиевых шпатов ниже, у плагиоклазов выше).
• Цвет: варьируется от белого, серого, розового до красного, зелёного, синего (лабрадор). Окраска обусловлена примесями (Fe, Mn, Ti) или структурными дефектами.
• Блеск: стеклянный, на плоскостях спайности — перламутровый.
• Прозрачность: от прозрачного до непрозрачного.
• Излом: неровный, ступенчатый.
• Способность к люминесценции: некоторые разновидности (например, амазонит) могут флуоресцировать в ультрафиолетовом свете.

Происхождение и месторождения

Полевые шпаты образуются в широком диапазоне геологических условий. Основные генетические типы месторождений:

1. Магматические: кристаллизуются непосредственно из магмы при её остывании. Калиевые шпаты и плагиоклазы — главные минералы гранитов, сиенитов, диоритов, габбро и их вулканических аналогов (риолитов, трахитов, андезитов, базальтов).
2. Пегматитовые: крупнокристаллические агрегаты, образующиеся на поздних стадиях кристаллизации магмы. Пегматиты — важнейший источник полевого шпата для промышленности, особенно микроклина и альбита.
3. Метаморфические: образуются при перекристаллизации исходных пород под действием высоких температур и давлений. Характерны для гнейсов, сланцев, амфиболитов.
4. Осадочные: встречаются в виде обломочного материала (полевошпатовые песчаники, аркозы) или аутигенных (новообразованных) кристаллов.

Крупнейшие месторождения полевых шпатов расположены в России (Карелия, Мурманская область, Урал, Забайкалье), Китае, Индии, Турции, Италии, Норвегии, США, Канаде и Бразилии. В России значительные запасы сосредоточены в пегматитах Кольского полуострова (например, месторождение «Куру-Ваара») и в гранитах Карелии.

Применение

Полевые шпаты — одно из важнейших видов минерального сырья. Основные области использования:

Стекольная промышленность

Полевой шпат служит источником алюминия и щелочных металлов (Na, K) в шихте для производства стекла. Он снижает температуру плавления, повышает химическую стойкость и механическую прочность стекла. Используется при изготовлении листового стекла, тарного стекла, стекловолокна, оптического и технического стекла.

Керамическая промышленность

В производстве керамики полевой шпат применяется как плавень (флюс) — компонент, снижающий температуру спекания. Входит в состав шихт для:

• Фарфора (твёрдого и мягкого)
• Фаянса
• Строительной керамики (плитка, сантехника)
• Электротехнической керамики (изоляторы)
• Огнеупоров

Другие отрасли

• Производство эмалей и глазурей: для придания блеска и прочности покрытию.
• Абразивные материалы: в составе шлифовальных порошков и паст.
• Строительство: как наполнитель в бетонах, асфальтобетонах, сухих строительных смесях.
• Ювелирное дело: прозрачные и иризирующие разновидности (амазонит, лунный камень, лабрадор, солнечный камень) используются в качестве поделочных и полудрагоценных камней.
• Электроника: в производстве стеклокерамики и специальных сортов стекла для электронных компонентов.

Интересные факты

• Полевые шпаты — одни из самых распространённых минералов на поверхности Земли. По оценкам, в верхней части континентальной коры их содержание достигает 60—65 %.
• Лунный камень (адуляр) — разновидность ортоклаза с характерным голубоватым или серебристым мерцанием, вызванным интерференцией света на тонких пластинчатых включениях.
• Лабрадор, открытый в 1770 году на полуострове Лабрадор (Канада), известен своей иризацией — радужными переливами синего, зелёного, жёлтого и красного цветов.
• Амазонит — зелёная разновидность микроклина, названная по реке Амазонке (хотя в её бассейне практически не встречается). Цвет обусловлен примесями свинца и воды.
• В древности полевые шпаты использовались для изготовления орудий труда и украшений. В Древнем Египте из амазонита делали амулеты и скарабеи.
• В 2012 году на Марсе марсоходом «Кьюриосити» были обнаружены полевые шпаты, что подтвердило наличие магматических процессов на планете.

Источники

• Бетехтин А. Г. «Курс минералогии». — М.: КДУ, 2007.
• Минералогическая энциклопедия / Под ред. К. Фрея. — Л.: Недра, 1985.
• Геологический словарь: в 2 т. / Под ред. К. Н. Паффенгольца и др. — М.: Недра, 1978.
• Штрюбель Г., Циммер З. «Минералогический словарь». — М.: Недра, 1987.
• Дир У. А., Хауи Р. А., Зусман Дж. «Породообразующие минералы». Т. 4. — М.: Мир, 1966.