шпинели

ШПИНЕЛИ (от нем. Spinell, уменьшит. от лат. spina — шип, терновник: по форме кристаллов)

минералы класса сложных оксидов общей формулы АМ₂O₄, где A — Mg²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Со²⁺; М- А1²⁺, Mn³⁺, Fe³⁺, V³⁺, Cr³⁺, Ti⁴⁺. Ш. — системы твердых растворов с широким изоморфизмом катионов А и М; в пределах каждого изоморфного ряда смесимость минералов полная, между членами разл. рядов ограниченная. В зависимости от содержания преобладающего катиона М различают группы: алюмошпинели, ферришпинели, хромошпинели, титаношпинели, ванадиошпинели (табл.).

^{СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ШПИНЕЛЕЙ}

таблица в процессе добавления

Ш. кристаллизуются в кубич. сингонии, образуя гл. обр. октаэдрич. кристаллы. Элементарная ячейка включает 32 аниона О, которые образуют плотнейшую кубич. упаковку с 64 тетраэдрич. (катионы занимают 8) и 32 октаэдрич. (занимают 16) пустотами. По характеру распределения катионов в тетраэдрич. позициях выделяют Ш.: нормальные (Н; 8 тетраэдров занято катионами А²⁺, 16 октаэдров — катионами М³⁺); обращенные (ОБ; 8 тетраэдров занято М³⁺, 16 октаэдров — 8А²⁺ и 8М³⁺ , причем катионы А²⁺ и М³⁺ в октаэдрич. пустотах могут распределяться как статистически, так и упорядочение); промежуточные.

Цвет Ш. определяется степенью окисления основных катионов и наличием примесей. По окраске и составу выделяют разновидности: благородная Ш. (балэ-рубин, или рубицелл) — рубиново- и огненно-красная до сиренево-розовой (хромофор Cr³⁺); сапфировая Ш. — голубая до синей (до 3,5% FeO); хлорошпинель- травяно- и оливково-зеленая (Fe³⁺); плеонаст, или цейлонит,- непрозрачная черно-зеленая до черной (до 15% FeO); цинксодержащая ганношпинель — голубовато-зеленая, темно-синяя, фиолетовая; пикотит- высокохромистая Ш., непрозрачная черно-зеленая до черной; примеси хромофоров обусловливают также оранжевую, красновато-бурую и коричневую окраски.

Все минералы отличаются высокой твердостью (5–8 по минералогич. шкале), термич. и хим. стойкостью. Большинство Ш. раств. в конц. кислотах и все раств. в растворах KHSO₄ и Na₂CO₃. Ш. — гл. носители магн. свойств горных пород; нормальные Ш. имеют низкую электропроводность, обращенные — высокую. Плотн., параметры кристаллич. решетки и др. свойства Ш. зависят от состава и распределения катионов.

Для Ш. характерны высокотемпературные условия образования; они устойчивы к выветриванию, образуют россыпи. В природе Ш. часто встречаются в виде акцессорных минералов (входят в состав горных пород в количествах менее 1% по массе). Крупные пром. скопления образуют только ферришпинели и хромошпинели — важные руды для получения Cr, выплавки Fe и попутного извлечения V; благородная Ш. — драгоценный камень (россыпи в Мьянме и Шри-Ланке). Многие минералы применяют также в качестве катализаторов хим.-технол. процессов (напр., в синтезе этиленоксида), в производствах керамики, огнеупоров, термостойких красок.

Известно большое число синтетич. Ш. (получают сплавлением или спеканием соответствующих оксидов при 1400–1920 °C, а также нагреванием А1- и Mg-содержащих минералов, напр. мусковита), в которых, кроме катионов, характерных для прир. минералов, могут содержаться ионы Ca, Li, Cd, Cu, W, Ga, Ge, Ag, Sb, Nb, In. Как разновидность ферритов эти Ш. лежат в основе разнообразных магн. материалов и диэлектриков, используемых для изготовления элементов запоминающих устройств ЭВМ.

^{Лит.: Энциклопедия неорганических материалов, т. 2, К., 1977, с. 750–51; Горная энциклопедия, т. 5, М., 1991, с. 435.}

_{Л. Ф. Борисенко}