Шпинель

Шпинель
Формула	MgAl2O4
Молекулярная масса	142,27
Примесь	Ti,Fe,Zn,Mn,Ca
Статус IMA	действителен
Систематика по IMA (Mills et al., 2009)
Класс	окислы и гидроокислы
Подкласс	сложные окислы
Семейство	шпинели
Группа	алюмошпинели
Физические свойства
Цвет	бесцветный, красный, розовый, голубой, зелёный, фиолетовый, жёлтый
Цвет черты	серовато-белый
Блеск	стеклянный
Прозрачность	прозрачен до просвечивающего
Твёрдость	7,5—8
Микротвёрдость	1378—1505
Хрупкость	хрупкий
Спайность	несовершенная
Излом	раковистый
Плотность	3,57—3,72 г/см³
Радиоактивность	0 Зв
Температура плавления	2135 °C
Кристаллографические свойства
Точечная группа	m3m
Пространственная группа	Fd3m
Сингония	кубическая
Параметры ячейки	8,0898
Число формульных единиц (Z)	8
Объем элементарной ячейки	529,44
Оптические свойства
Оптический тип	изотропный
Показатель преломления	1,71—1,76
Оптический рельеф	высокий
Плеохроизм	видимый
Медиафайлы на Викискладе

Шпине́ль — минерал кубической сингонии, смешанный оксид магния и алюминия MgAl₂O₄. Бывает окрашен минеральными примесями в различные цвета: бурый, чёрный, розовый, красный, синий.

Название минерала заимствовано из немецкого языка; немецкое Spinell, по-видимому, происходит от латинского слова spinella — уменьшительное от spina — шип, колючка, что связано с характерной остроконечной формой кристаллов. Есть также версия, что Spinell происходит от греческого σπίν(ν)ος — зяблик — из-за сходства цвета. В средние века и позже шпинель носила название «лал», объединявшее сразу несколько драгоценных камней красного цвета, но прежде всего — именно шпинель.

Свойства минерала

Характерными признаками шпинели является октаэдрический облик кристаллов и высокая твёрдость.

От других минералов своей группы шпинель отличается меньшим удельным весом и меньшей величиной параметра ячейки; от корунда — изотропностью и меньшей твёрдостью; от сходных гранатов — более интенсивной окраской в шлифах, более низкими значениями показателями преломления, меньшим удельным весом.

Структура и морфология кристаллов

Кубическая сингония, пространственная группа — Fd3m. Гексоктаэдрический класс точечной группы — m3m. Кристаллы обычно октаэдрического, реже ромбо-додекаэдрического облика. Очень часты двойники по шпинелевому закону: двойниковая плоскость, часто оба индивида уплощены совершенно по (111); иногда двойники полисинтетические. Существуют срастания шпинели и магнетита. Выделения шпинели в магнетите часто образуют скелетные формы иногда рёберные пучки. Известны так же срастания с гематитом и слюдой.

Физические свойства и физико-химические константы

Излом раковистый неровный до зернистого. Хрупкая. Твёрдость по шкале Мооса 7,5—8. Микротвёрдость 1378—1505 кГ/мм² при нагрузке 100 г. Удельный вес 3,59—4,12. Кристаллы бывают окрашены минеральными примесями в различные сочные цвета: бурый, чёрный, розовый, красный, синий. В частности, окраску красных камней (так называемых рубинов-балэ) определяет присутствие ионов хрома (точно так же, как и в случае рубинов настоящих). Слегка желтоватый оттенок рубицеллов связан с присутствием примеси железа, а марганец приводит к появлению лилово-красного цвета. Блеск кристаллов шпинели яркий стеклянный. Некоторые разновидности считаются драгоценными камнями, носящими в продаже разнообразные названия, в зависимости от цвета, прозрачности и местности. Красный различных оттенков, зелёный, синий, чёрный, бесцветный. Некоторые синтетические шпинели с избытком, подобно александриту, меняют свою окраску с зелёной на фиолетово-красную при искусственном освещении. Черта белая. Прозрачна. При изоморфном замещении Mg на Zn, Fe³⁺. Mn²⁺ становится менее прозрачной. Иногда наблюдается астеризм, обусловленный наличием мельчайших включений, расположенных в направлениях осей второго порядка. Красная шпинель в ультрафиолетовых лучах люминесцирует ярко-красным цветом. Магнитность шпинелей зависит от примесей Fe, Co, Cr и V.

Микроскопическая характеристика

В шлифах в проходящем свете бесцветна, светло-розовая, голубая, зелёная, бурая. Изотропна. Иногда со слабым аномальным двулучепреломлением. Искусственные шпинели, содержащие избыток Al₂O₃, обладают аномальным двулучепреломлением. Люминесценция обычно отсутствует, иногда бывает жёлто-зелёная, красная, оранжевая. Дисперсия 0,020.

Химический состав

Теоретический состав: MgO — 28,34; Al₂O₃ — 71,66. Mg изоморфно замещается Fe²⁺, Zn, Mn²⁺, иногда в небольших количествах Co и Ni; Al замещается Fe³⁺и Cr³⁺. В некоторых шпинелях обнаружены в небольших количествах щёлочи и CaO. Содержание R₂O иногда достигает 2,7 %. Главнейшими элементами-примесями шпинели являются кобальт, цинк, никель и марганец, для розовых и красных шпинелей характерны Cr и V, в незначительных количествах обнаруживается As, Pb, Ca, Ti, в ничтожных количествах, но постоянно содержатся Ga и Cu.

Поведение при нагревании

Температура плавления шпинели 2135 °C. Нагревание шпинели до 900 °C приводит к неупорядоченному распределению атомов Mg и Al.

Разновидности

Среди очень разнообразных разновидностей шпинели различают:

• Благородную шпинель — прозрачные кристаллы шпинели, окрашенные в красивые цвета (если густой красный — то называют рубиновая шпинель, если оранжево-красный — рубицелл, если розовый — рубин-балэ, если фиолетовый — восточный аметист), также благородной шпинелью можно назвать синюю шпинель (или сапфир-шпинель), шпинель с александритовым эффектом (при дневном свете она синяя, при свете лампы накаливания пурпурно-фиолетовая), а также голубую и зелёную шпинель. Главные месторождения благородной шпинели — острова Цейлон, Борнео, Индия. Благородная розовая шпинель добывается на высокогорном месторождении Кугеляль (Кух-и-лал) (Памир, Таджикистан).
• Обыкновенную шпинель, плеонаст или цейлонит — шпинель промежуточного состава между собственно шпинелью и герцинитом — (Mg,Fe)Al₂O₄. Удельный вес 3,7—4,4. Микротвёрдость 1,666—1,765 при нагрузке 100 г. Цвет темно зелёный до чёрного, реже сине-чёрный и тёмно-бурый. Температура плавления 1275—1360 °C. Разлагается от действия HF и H₂SO₄. Встречается часто, иногда в очень больших кристаллах. В России много плеонаста на Урале, в Шишимских и Назямских горах.
• Хромшпинели Хромовую шпинель — пикотит, чёрного цвета, часть алюминия замещена хромом.
• Ганит — цинковая шпинель, где магний замещён железом и цинком.
• Хлоршпинель — Mg(Al,Fe)₂O₄, промежуточная между шпинелью и магнезиоферритом; окраска ярко-зелёная.
• Аутомолит — промежуточная между шпинелью и ганитом.
• Суровик — шпинель фиолетового или синевато-серого цвета.

Форма нахождения и месторождения

Самые известные месторождения красной шпинели — россыпи долины Могок в Мьянме, причём этот камень добывается там вместе с рубином, так как различить шпинель и рубин на глаз невозможно. Встречается в Шри-Ланке, Таиланде, Афганистане, Бразилии, Индии, Таджикистане.

Является главным образом высокотемпературным минералом. Шпинель типична для магнезиальных скарнов и других контактово-метасоматических пород.
Отмечена как акцессорная в различных горных породах, встречается в роговиках, гнейсах, среди осадочных пород и в россыпях.

Обнаружена в хондрах метеорита Каба (Венгрия).
Наблюдается в качестве акцессорного минерала в основных, реже в кислых породах.
В породах габбро-диоритого состава встречена в ассоциации с магнетитом, флогопитом, тремолитом.

В магнезиальных скарнах образуется в магматическую стадию совместно с форстеритом, диопсидом, периклазом. В постмагматическую стадию замещается флогопитом; сопровождается минералами группы гумита, паргаситом, бруситом, нередко наблюдается с магнетитом и гипогенными боратами. К образованиям этого типа относят скарны Южной Якутии, Прибайкалья и Дальнего Востока и отчасти скарны железорудных месторождений Горной Шории. Характерно нахождение шпинели в месторождениях Южного Урала, генетически связанных с основными породами, шпинель встречается в ассоциации с андрадитом, магнетитом, хондродитом, хлоритом, реже со скаполитом, эпидотом, цоизитом, клиноцоизитом, актинолитом, тремолитом, роговой обманкой, везувианом, кальцитом. В контактовых роговиках шпинель менее распространена и встречается в различных ассоциациях с диопсидом, форстеритом, бруситом, антофиллитом, кордиеритом, корундом, периклазом. К образованиям этого типа относятся роговики Средней Азии и Японии. Благородная и голубая шпинели найдены в Мьянме, на Шри-Ланке, в Бразилии. В пустотах вулканических выбросов скарнированного известняка Монте-Соммы (Италия)  наблюдалась вместе со слюдой и везувианом.

Сколько-нибудь значительные месторождения благородной шпинели в России пока не установлены. Отдельные экземпляры её изумрудно-зелёной окраски были обнаружены в россыпях по реке Каменке в Кочкарском районе (Южный Урал); очевидно, она вместе с другими самоцветами образуется при разрушении распространённых в районе пегматитов. Затем были найдены шпинели розовой, синей и фиолетовой окраски в Прибайкалье в окрестностях Слюдянки. Изобильная вкрапленность крупных кристаллов чёрной шпинели (плеонаст) наблюдается с форстеритом и флогопитом в кальцифирах месторождений Гоновское, Канку и Каталах (Алдан, Якутия). Шпинель обнаружена в виде чёрных каёмок вокруг синего корунда с содалитом, плагиоклазом и биотитом в районе Лопарского перевала в Хибинах (Кольский полуостров). Крупное месторождение благородной розовой шпинели КухиЛал находится на Юго-Западном Памире (Таджикистан, близ границы с Афганистаном). Крупнейшие месторождения благородной красной шпинели известны на островах Шри-Ланка и Борнео (в золотоносных россыпях), а также в Мьянме, Таиланде, Афганистане и в других местах.

Искусственное получение

Шпинель легко получается путём сплавления и спекания смесей соответствующих чистых окислов при 1400—1920 °C. Присутствие минерализаторов значительно снижает температуру её образования. Ювелирная разновидность шпинели синтезируется по методу Вернейля: чистые порошки Al₂O₃ и MgO после обработки пламенем гремучего газа при температуре 2500 °C расплавляются, расплав в виде капель падает на дно печи, где помещена тугоплавкая свечка с затравкой шпинели; постепенно вырастает монокристалл в виде бульки. Известно образование шпинели в шлаках, в магнезитовом кирпиче электроплавильной печи.

Шпинель образуется при нагревании мусковита, глауконита, монтмориллонита, бентонита, и хлорита выше 1000 °C, при сплавлении глины, боксита, или корунда с MgO соответственно при 1700, 1850, 2000 °C.

Практическое значение

Окрашенные прозрачные разновидности шпинели используются как драгоценные камни.

Искусственная шпинель применяется в качестве огнеупорного материала, устойчивая при действии расплавов материалов основного состава.

Находит некоторое применение в керамике, а также в производстве устойчивых керамических красок.

Литература

• Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская. Э. М. Минералы. Справочник. Выпуск 3. Сложные окислы, титанаты, ниобаты, танталаты, антимонаты, гидроокислы. — Москва: Наука, 1967. — 676 с.
• Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — Москва: КДУ, 2007. — 721 с.

Ссылки

• Статья о шпинели в энциклопедии GeoWiki
• Шпинель в базе webmineral.com  (англ.)
• Шпинель в базе catalogmineralov.ru  (рус.)
• Шпинель на mindraw.web.ru.