Кварц

КВАРЦ (а. quartz; н. Quarz; ф. quartz; и. cuarzo) — главный минерал семейства кремнезёма, SiO2, широко распространён в литосфере. Содержит в небольших количествах примеси Al, Fe, Ca, Mg, Ti, Na, К, Li, ОН и др. Установлено 12 полиморфных модификаций кристаллического SiO₂, из них основные — а-кварц (тригональный низкотемпературный), b-кварц (гексагональный высокотемпературный), b2-тридимит (гексагональный), b-кристобалит (кубический). Все они устойчивы при нормальном давлении, образование их определяется температурой среды. При давлении свыше 2 ГПа образуется моноклинный коэсит, свыше 10 ГПа — самая плотная модификация кварца — гексагональный стишовит. Кристаллическая структура а- и b-кварца представлена каркасом из связанных вершинами SiO₄ -тетраэдров, спирально закрученных вдоль тройных осей симметрии, вследствие чего различаются правые и левые энантиоморфные формы.

Свойства кварца

Кварц выделяется в виде отдельных зёрен, хорошо огранённых призматических, редко ромбоэдрических кристаллов, зернистых и шестоватых агрегатов, сливных микроволокнистых и сферолитовых масс (халцедон). Параморфозы а-кварца по кристаллам b-кварца имеют дипирамидальный облик. Широко развиты параллельные двойники прорастания одноимённых левых или правых форм (дофинейские), разноимённых (бразильские) и их комбинация (Дейдольта-Либиша). Характерны ориентированные сростки кварца с полевыми шпатами (графический пегматит), рутилом, кальцитом и др. Твердость 7. Плотность 2650 кг/м³, иногда несовершенная спайность по ромбоэдру, призме, пинакоиду; излом раковистый; обладает пьезоэлектрическими свойствами (см. Пьезокварц). Легко травится HF, при повышенных температурах и давлениях растворяется в водных щелочных и бикарбонатных растворах.

Разновидности кварца

Горный хрусталь — водянисто-прозрачный крупнокристаллический; дымчатый кварц (раух-топаз) — дымчато-бурый; морион — слюдяно-чёрный, цитрин — жёлтый, оранжевый; аметист — фиолетовый; розовый кварц. Окраска кварца часто обусловлена микровключениями других минералов: празем — светло-зелёный кварц с включениями актинолита или хлорита; авантюрин — золотисто-жёлтый или буровато-красный с мерцающим отливом тонкозернистый агрегат кварца с включениями гематита, слюды и др.; кошачий глаз — зеленоватые, оранжево-жёлтые с шелковистым отливом псевдоморфозы кварца по асбесту; соколиный глаз — синеватые с шёлковым отливом псевдоморфозы кварца по крокидолиту; тигровый глаз — полосчатые, золотистые или тёмно-бурые с шелковистым отливом псевдоморфозы кварца по амфибол-асбесту. Микроскопический радиально-лучистый или параллельно-волокнистый кварц — халцедон. Концентрически-зональный агрегат халцедона — агат. Тонкопорошковая разность кварца — маршалит.

Природный кварц

Кварц — полигенный минерал. Образуется из магматических расплавов, богатых SiO2 (гранитоиды, кварцевые порфиры, пегматиты), газово-жидких фторсодержащих флюидов (пегматиты, грейзены) и водных щёлочно-хлоридных и бикарбонатных растворов (рудоносные и безрудные кварцевые жилы) при гидролизе силикатных горных пород в областях активного вулканизма (вторичные кварциты и др.). Горный хрусталь кристаллизуется из гидротерм в полостях пегматитов и кварцевых жил, халцедон (агат) — в эффузивах из поствулканических вод, а также в корах выветривания и при катагенезе кремнисто-известковых осадков (кремни). Кварц — главный компонент многих осадочных (пески, песчаники и др.) и метаморфических (железистые кварциты, кристаллические сланцы и др.) горных пород. Кварц выращивается искусственно в промышленных масштабах из водно-щелочных растворов при высоких давлениях и температурах.

Применение кварца

Стекольные пески, песчаники, кварциты — основное сырьё для производства стекла, динаса, строительных материалов, керамики, ферросилиция, карбида кремния, флюса в металлургии, абразивов; особо чистый жильный кварц и горный хрусталь используются для плавки термостойкого оптического и технического стекла, монокристальный горный хрусталь — как пьезооптическое сырьё для радиоэлектроники и оптики, как затравка при выращивании искусственных кристаллов кварца; однородный халцедон (технический агат) — в приборостроении. Красиво окрашенные прозрачные разновидности кварца — ювелирные камни IV порядка, цветные и рисунчатые халцедоны (агаты) — ювелирно-поделочные, цветные кварциты — облицовочные камни. Качество кварцевого сырья для силикатных изделий определяется содержанием кремнезёма и вредных примесей, главным образом Fe, Al (%): для производства рядового стекла SiO₂>96; хрустального — SiO₂>98,5-99,8, Fe₂О₃<0,01-0,025, Al₂О₃<0,1-0,4; оптического — SiO₂>99,5-99,8, Fe₂О₃<0,003-0,005; плавленого прозрачного — SiO₂> >99,98-99,99, Fe<40-2•10^-4, Al<3-5• 10^-3; тонкой керамики — SiO₂>95,98, Fe₂О₃<0,08-0,15, Al₂О₃<1,8-3,0; динаса — SiO₂>94-97; ферросилиция — SiO₂>93-95; карбида кремния — SiO₂>98,5. К природному пьезокварцу относят горный хрусталь с минимальной массой бездефектной монообласти 10-1000 г. при её выходе 10-30%.

Некоторые виды кварцевого сырья используются без обогащения. При обогащении основной метод извлечения кварца из руд — флотация. Собиратели — жирные и нафтеновые кислоты, первичные и третичные амины, соли гексадецилт-риметиламмония и др.; пенообразователи — спиртовые, сосновое масло; регуляторы среды — щёлочь, жидкое стекло, серная кислота; активаторы — ионы кальция, железа, алюминия. Депрессируется кварц цианидами (при флотации окисленных руд карбоновыми кислотами), жидким стеклом (активированный кварц), крахмалом. Перед флотацией предусматриваются обтирка и обесшламливание руды. Извлечение и очистка кварца из песков ведётся на концентрационных столах, винтовых сепараторах, магнитной сепарацией. Кварц для получения карбида кремния очищается электросепарацией. Для отделения чистых кусков жильного кварца от ожелезненных применяют фотометрическую сепарацию.