Сфалерит

Сфалерит — это распространённый минерал класса сульфидов, представляющий собой сульфид цинка (ZnS). Является основной рудой для получения цинка, а также источником сопутствующих элементов, таких как кадмий, индий, галлий и германий. Название происходит от греческого слова «σφαλερός» (сфа́лерос), что означает «обманчивый», из-за сложности отличия его от других минералов, в частности галенита, с которым он часто ассоциируется. В русскоязычной традиции также известен под устаревшим названием цинковая обманка.

Физические и химические свойства

Сфалерит кристаллизуется в кубической сингонии, в кристаллической решётке типа сфалерита (разновидность структуры алмаза). Цвет минерала варьируется в широких пределах: от бесцветного, жёлтого и коричневого до чёрного. Окраска обусловлена примесями: железо придаёт тёмные тона (от бурого до чёрного), марганец — розовый, кобальт — зелёный, кадмий — жёлтый. Блеск — алмазный, жирный на изломе. Твёрдость по шкале Мооса составляет 3,5–4, что делает его относительно мягким минералом. Плотность — 3,9–4,2 г/см³, увеличивается с ростом содержания железа. Спайность совершенная по ромбододекаэдру (111). Хрупок.

Химическая формула — ZnS. В природном сфалерите практически всегда присутствует изоморфная примесь железа (Fe²⁺), замещающего цинк. Содержание FeS может достигать 40–50 мол. %, что приводит к образованию твёрдого раствора с минералом вюрцитом (гексагональная модификация ZnS). Разновидности сфалерита по содержанию железа:

• Клейофан — светлый, почти бесцветный, с низким содержанием железа (менее 1 %).
• Марматит — тёмный, железистый (содержит от 10 до 20 % FeS).
• Брункит — разновидность сфалерита с высоким содержанием кадмия (до 1–2 %).

При нагревании до 1020 °C сфалерит переходит в гексагональную модификацию — вюрцит. Примеси других элементов (кадмий, индий, галлий, германий, кобальт, марганец, ртуть) часто присутствуют в микроколичествах и имеют промышленное значение.

История и происхождение названия

Минерал был известен с древности, но долгое время путался с другими рудами, особенно с галенитом (PbS), из-за схожего блеска и цвета. В 1546 году немецкий учёный Георгий Агрикола впервые описал его как «цинковую обманку» (нем. Zinkblende). Современное название «сфалерит» было предложено в 1847 году немецким минералогом Эрнстом Фридрихом Глокером, который подчеркнул его «обманчивый» облик, из-за которого рудокопы часто принимали его за галенит, но не могли извлечь свинец.

Разновидности

Помимо классификации по содержанию железа, выделяют несколько разновидностей сфалерита, различающихся по цвету и составу:

• Клейофан (от греч. «клейос» — слава, «фан» — свет) — светлая, прозрачная или полупрозрачная разновидность, часто с жёлтым или зелёным оттенком. Ценится коллекционерами.
• Марматит (от названия местности Мармат в Швеции) — тёмная, железистая разновидность, непрозрачная, с металлическим блеском.
• Брункит (по имени французского минералога Шарля Брунки) — кадмийсодержащая разновидность, обычно жёлтого цвета.
• Рубин-цинк (или рубиновая обманка) — редкая прозрачная разновидность красного цвета, обусловленного примесями марганца или железа.

Месторождения и добыча

Сфалерит является одним из наиболее распространённых сульфидных минералов. Он образуется в гидротермальных жилах, скарнах, метаморфических и осадочных месторождениях. Часто встречается в ассоциации с галенитом, пиритом, халькопиритом, кварцем, кальцитом, доломитом.

Крупнейшие месторождения сфалерита расположены в:

• Россия: Дальнегорское (Приморский край), Горевское (Красноярский край), Учалинское, Сибайское, Бурибайское (Башкортостан), Рубцовское (Алтайский край), Холоднинское (Бурятия).
• Казахстан: Риддер-Сокольное, Зыряновское (Алтай).
• Китай: провинции Юньнань, Гуанси, Ганьсу.
• США: месторождения штатов Миссури, Теннесси, Аляска (Ред-Дог).
• Австралия: месторождение Брокен-Хилл (Новый Южный Уэльс).
• Канада: месторождения в провинциях Британская Колумбия (Салливан), Нью-Брансуик.
• Мексика: месторождение Санта-Эулалия (Чиуауа).
• Перу: месторождение Серро-де-Паско.
• Европа: месторождения в Польше (Верхняя Силезия), Германии (Гарц, Рудные горы), Болгарии (Мадан), Италии (Раибли, Фриули-Венеция-Джулия).

Добыча ведётся открытым и подземным способами. Руда обогащается флотацией, позволяющей отделить сфалерит от сопутствующих минералов.

Применение

Металлургия цинка

Основное применение сфалерита — сырьё для получения цинка. Процесс включает обжиг концентрата для получения оксида цинка (ZnO), который затем восстанавливается углеродом (пирометаллургический способ) или подвергается электролизу (гидрометаллургический способ). Цинк используется для оцинкования стали, производства латуни, литья под давлением, изготовления аккумуляторов, красок (цинковые белила) и в медицине.

Извлечение редких металлов

Сфалерит является важным источником редких и рассеянных элементов, которые извлекаются как попутные компоненты при переработке цинковых концентратов:

• Кадмий (до 0,5 % в сфалерите) — используется в никель-кадмиевых аккумуляторах, пигментах, стабилизаторах ПВХ.
• Индий (до 0,1 %) — применяется в производстве жидкокристаллических экранов, полупроводников, солнечных батарей.
• Галлий (до 0,01 %) — используется в полупроводниковой технике (арсенид галлия), светодиодах, лазерах.
• Германий (до 0,01 %) — применяется в оптоволоконной связи, инфракрасной оптике, полупроводниках.

Другие области

• Оптика: Прозрачные разновидности сфалерита (клейофан) используются в инфракрасной оптике для изготовления линз и окон, так как он пропускает излучение в широком диапазоне (от 0,5 до 12 мкм).
• Коллекционирование: Красивые кристаллы сфалерита, особенно прозрачные и окрашенные (клейофан, рубин-цинк), высоко ценятся коллекционерами минералов. Наиболее ценятся образцы из месторождений Испании (Альмаден), Мексики (Найка), Румынии (Херья), России (Дальнегорск).
• Ювелирное дело: Прозрачные разновидности сфалерита иногда используются в ювелирных украшениях, но из-за низкой твёрдости (3,5–4) и хрупкости они требуют особой обработки (кабошон, ступенчатая огранка) и бережного ношения.

Интересные факты

• Сфалерит обладает свойством триболюминесценции — способностью светиться при трении или раскалывании. Это явление было известно ещё в XIX веке, когда рудокопы замечали свечение при ударе молотком по образцу.
• В некоторых образцах сфалерита наблюдается фотолюминесценция — свечение под действием ультрафиолетового излучения. Цвет свечения может быть оранжевым, жёлтым, зелёным или голубым в зависимости от примесей.
• Сфалерит является эталоном для определения твёрдости по шкале Мооса (твёрдость 3,5–4), хотя сам не входит в список десяти эталонных минералов.
• Название «цинковая обманка» остаётся в ходу у геологов и горняков, особенно в России, хотя в научной литературе предпочтительнее термин «сфалерит».

Источники

• Минералогическая энциклопедия / Под ред. К. Фрея. — Л.: Недра, 1985.
• Булах А. Г. Минералогия. — М.: Недра, 1989.
• Годовиков А. А. Минералогия. — М.: Недра, 1983.
• Данные геологической службы США (USGS) по добыче цинка и редких металлов.
• Материалы Российского минералогического общества.