Минерал корунд

Введение
Не один десяток столетий назад люди уже ценили и восхищались драгоценными камнями. Красивыми самоцветами расшивали одежду, предметы обихода. Особо высоко ценились сапфиры и рубины. Корундовыми минералами расплачивались при дорогих сделках, дарили их высокопоставленным особам. В Европу кристаллы впервые завезли из Индии, где они были уже широко известны и пользовались особой популярностью. Тогда к названию привозного драгоценного самоцвета прибавляли слово «восточный» — восточный рубин, аметист, изумруд. В России в средние века камень тоже любили и ценили. В то время у нас его именовали яхонтом.
Название минерала происходит от санскритского Kuruwinda - рубин. Красный рубин и синий сапфир наиболее известные драгоценные камни группы корунда. К сапфирам относятся не только голубые камни, но и желтые, зеленые, лиловые, розовые и бесцветные. Под корундом в технике и торговле понимают относительно чистые его разновидности, используемые как абразив, а также с примесью магнетита и других минералов (наждаки).
Минерал корунд
Корунд - минерал, кристаллический α-оксид алюминия (Al2O3)(кристаллический глинозем). Название древнеиндийского происхождения (вероятно, от санскритского «каурунтака» или тамильского «курундам» — так именовали этот минерал в Индии и на Цейлоне; возможно, от санскритского «курувинда» — рубин). Камень корунд хорошо известен минерологам, химикам, машиностроителям, электронщикам – словом, всем, кроме ювелиров. А все потому, что корунд – камень, свойства которого к ювелирному делу отношения по большей части не имеют.

Рисунок 1. Минерал корунд
Кристаллизуется в тригональной сингонии, дитригонально-скаленоэдрический вид симметрии. Для Al2O3 известны следующие полиморфные модификации: 1) α-Al2O3 (корунд) — тригональная, наиболее устойчивая в природных условиях; образуется в широком температурном интервале (500-1500°С); 2) β-Al2O3 гексагональная, устойчивая при очень высоких температурах; превращение α-Al2O3 в β-Al2O3 происходит при температурах 1500-1800°С; эта модификация образуется при очень медленном охлаждении расплава Al2O3; 3) γ-Al2O3 — кубическая, с кристаллической структурой типа шпинели (так же как и в случае маггемита); получается искусственно при прокаливании гидрата окиси алюминия (бёмита) до температур ниже 950°С; при более высоких температурах неустойчива — переходит в α-Al2O3.
Кристаллическая структура Al2O3 изображается в виде групп Al2O3 по углам двух ромбоэдров, слагающих элементарную ячейку. Несмотря на кажущуюся сложность, структура корунда имеет довольно простую структурную схему. Ионы кислорода находятся в плотнейшей гексагональной упаковке и располагаются слоями перпендикулярно тройной оси, наложенными один на другой. Катионы А1 располагаются между двумя такими слоями в виде гексагональной сетки, заполняя две трети октаэдрических пустот (т. е. пустот между шестью анионами кислорода, три из которых принадлежат одному, а три других, повернутых относительно первых на 180°, — другому слою ионов кислорода). При этом группы каждых трех ионов кислорода образуют общую грань для двух смежных октаэдров в соседних слоях. Характерно, что катионные слои наложены друг на друга таким образом, что в каждой вертикальной колонке из октаэдров, так же как и в слое, чередуются два заселённых с одним незаселённым, причём пары заселённых октаэдров по вертикали образуют винтовые тройные оси [2, с. 97] .

Рисунок 2. Кристаллическая структура
Прозрачный, Просвечивающий, Непрозрачный. Спайность мнимая, кажущаяся, из-за сильно выраженной отдельности, обусловленной полисинтетическим двойникованием. Твёрдость по Моосу 9. Плотность 3,9 — 4 г/см³. Удельная теплота плавления 109,2 кДж/моль
Температура плавления — 2050 °C. Цвет широко варьирует от бесцветного и серого до различных оттенков красного, синего или фиолетового. Дихроичен. Иногда наблюдается иризация на сколах по спайности.
Блеск сильный металлический, до матового. В некоторых случаях, благодаря закономерно расположенным включениям тончайших рутиловых иголочек, ориентированных по его главным кристаллографическим направлениям, наблюдается эффект астеризма. В этих случаях говорят о «звёздчатых» корундах (рубинах, сапфирах). Химически стоек, нерастворим в кислотах.
Встречается в виде бочонкообразных, дипирамидальных и таблитчатых кристаллов псевдогексагонального облика, отдельно вкрапленных зёрен и зернистых агрегатов. Грани призм, дипирамид и пинакоида часто покрыты грубой косой штриховкой. Обычно наблюдаются довольно хорошо образованные бочонковидные, столбчатые, пирамидальные и пластинчатые кристаллы, достигающие иногда больших размеров (до дециметра в поперечнике). Наиболее часто встречаются грани гексагональной призмы {1120}, гексагоналыых дипирамид {2241}, {2243}, ромбоэдра (1011} и пинакоыда {0001}. Часто грани призм и дипирамид, а также грани пинакоида бывают покрыты косой штриховкой, а в других случаях наблюдается штриховка в горизонтальном направлении вследствие двойникования по пинакоиду [1, с. 22].
Корунд как минеральный вид имеет следующие разновидности:
Рубин, «красный яхонт» — красного цвета; — драгоценный камень первой категории, цена прозрачных хорошоокрашенных экземпляров бывает больше, чем у алмазов.
Сапфир, «синий яхонт» — синего цвета разной интенсивности. При умеренно-интенсивной васильково-синей окраске — драгоценный камень первой категории, но ценится значительно ниже рубина. Слишком тёмные или слишком светлые сапфиры довольно дёшевы. Родственность сапфира и рубина была открыта в Европе только в 1800г.
Звёздчатый рубин — экзотический драгоценный камень с эффектом астеризма, обрабатывается в виде кабошона, — на любителя.
Звёздчатый сапфир — экзотический драгоценный камень с эффектом астеризма, обрабатывается в виде кабошона, — на любителя.
Лейкосапфир или «Восточный алмаз» — бесцветный и совершенно прозрачный корунд; недорогой драгоценный камень.
«Восточный изумруд» — зелёного цвета;
«Восточный аметист» — фиолетового цвета;
Обыкновенными корунд — непрозрачный, крупно- или мелкозернистый, сероватого цвета. Иногда в крупных непрозрачных кристаллах. Благодаря высокой твердости, используют как абразивный материал, из-за высокой температуры плавления используется как огнеупорный материал.
Типичный гипогенный минерал. Встречается в магматических породах, бедных кремнезёмом (типа сиенитов, нефелиновых сиенитов). Крупные кристаллы находятся в пегматитах, генетически связанных с указанными горными породами. Зерна и метакристаллы достигающие до 10 см. в диаметре, характерны для метаморфических пород глубокой стадии метаморфизма — гнейсов, гранатовых амфиболитов, гранулитов. Также образуется при контактово-метаморфических изменениях осадочных пород, богатых глинозёмом — наждак. Основную массу драгоценных разновидностей находят в россыпях.
Сопутствующие минералы
Полевые шпаты, андалузит, силлиманит, рутил, Кианит, гиббсит, бёмит, шпинель, серпентин, нефелин, хлориты, слюды, магнетит.
Не может сосуществовать вместе с кварцем, так как минералы реагируют с образованием одного из полиморфов силиката алюминия (кианит, андалузит, силлиманит).
Высокая твердость корунда определяет его практическое значение: порошок корунда применяется для шлифовки драгоценных камней, металлов, оптических стекол. Из сцементированных молотых корундовых пород изготавливают круги шлифовальных станков. Кроме того, в наклеенном на бумагу или полотно виде он дает наждачные шкурки. Рубин и сапфир – драгоценные камни. Рубины играют роль подшипников и опорных камней в часовых механизмах, обеспечивая высокую точность хода и продлевая их жизнь. Рубины и сапфиры используются в оптических квантовых генераторах (лазерах) [3, с. 102].
Сапфир не реагирует с любыми кислотами и щелочами. Он противостоит высоким давлениям и температурам, жесткому радиоактивному излучению. Его можно сварить со стеклом и припаивать к металлу (иллюминаторы, позволяющие следить за процессом, протекающим в приборах и аппаратах, где царят вакуум, высокие температуры и давления, батискаф и др.) для этого используется прозрачный, бесцветный, искусственный сапфир. Сапфир в качестве датчика перепада давления находит применение для обнаружения аварийных участков магистральных газопроводов.
Корунд образует длиннопризматические до бочонкообразных кристаллы, имеющие вид гексагональных дипирамид и призм. Иногда кристаллы корунда встречаются в виде полисинтетических двойников.
Часто корунд образует плотные мелкозернистые массы, зернистые агрегаты, округлые вкрапленники.
В России синие кристаллы корунда встречаются на Урале близ Миасса. Призматические кристаллы непрозрачного красного корунда (рубина) найдены на Хит-Острове в Северной Карелии.
В зарубежных странах корунд добывают в Канаде (Онтарио), ЮАР (район Летабы).
Кристаллы рубина известны из Афганистана (Джегдалек) и Вьетнама (Могока, Мьянма, Лук-Йена). Вросшие в зелёный цоизит кристаллы рубина добывают в окрестностях Аруши (Танзания).
Кристаллы сапфира добывают в США (Монтана) и Австралии (Квинсленд).
Часто корунд встречается в россыпях. Россыпные рубины добывают в окрестностях г. Могок (Бирма), в Индии (Кашимир), на Шри-Ланке.
При определении, для чего в первую очередь необходимы самоцветы, в голове представляются драгоценные украшения. Крупный камень с идеальной прозрачностью без дополнительных включений и деформаций оценивается очень дорого. Самородкам чаще всего придают бриллиантовую форму. Для звездчатых и непрозрачных экземпляров характерна огранка кабошоном. Разумеется, дорогие минералы всегда инкрустированы в ценный металл – золото или платину [3, с. 105].
Учитывая высокий уровень твердости самородка, его порошок используют при шлифовании металлов в тяжелой промышленности, а также при производстве оптических стекол. Рубины издавна используют в часовых механизмах. Ведущие производители хронометров с гордостью информируют своих клиентов об этой особенности. Для изготовления медицинских и промышленных лазеров также необходим корунд. Они выдерживают высокое давление, не меняют своих характеристик при радиоактивном излучении и при нагревании. Учитывая возрастающую потребность в корундах, их начали производить в лабораторных условиях. Вязкость полученного синтетического минерала идеально подходит для производства современной техники.
Сегодня можно увидеть много синтетической продукции, заменяющей сапфиры и рубины. Ее выращивают в лабораторных условиях. Для получения требуется обжиг железных опилок вместе с бокситами. В результате технологического процесса образуется минерал с насыщенным оттенком.
Создают синтетические корунды, используя различные технологии:
гидротермальный метод;
получение кристалла из газовой среды;
методика Чохральского;
зонная плавка;
вариант растворения сплава, погруженного в особый расплав.
Плотность синтетических камней — 4 г/см3, их твердость достигает значения в 9 единиц для окрашенных кристаллов и 9,25 при получении оптически чистого самоцвета (у алмаза этот показатель 10). Сапфиры с рубинами, выращенные гидротермальным либо флюсовым методом синтеза — самые сложные диагностические объекты, поскольку они практически неразличимы с натуральными самородками.
К достоинствам таких кристаллов относят безупречные данные камня, который дешевый и на протяжении долгого периода не теряет свой насыщенный цвет.
Большинство встречающихся в продаже синтетических сапфиров с рубинами получают, используя методику Вернейля. Для этих камней отличительная характеристика — криволинейная зональность (ее не наблюдают у натуральных самородков) [1, с. 45].
Простейшее оборудование для идентификации корунда:
лупа;
карманный карандаш-фонарик;
дихроскоп;
полярископ;
рефрактометр
Несмотря на то, что корунд — это крепкий и прочный самородок, однако относиться к нему следует бережно. Самоцвет нежелательно нагревать либо подвергать его воздействию высоких температур. Это негативно отразится на его окраске. В случае нагрева кристалл меняет цвет — становится более бледным или обесцвечивается. Длительное нахождение под открытыми солнечными лучами также негативно сказывается на его первоначальном виде. Поэтому перед походом на пляж или в поход украшения с корундом лучше снять.
Очищать драгоценный минерал от грязи и налета нужно средствами с мягким действием. Можно опустить кристалл в мыльный раствор, ополоснуть его под краном холодной водой, протереть изделие мягкой салфеткой. Отменным местом хранения украшения станет шкатулка с бархатной внутренней отбивкой. При соблюдении вышеупомянутых условий получится сохранить на долгие годы минерал в первоначальном виде.
Заключение
В древности корунды ценились не только за свою красоту, но и за приписываемые им магические свойства. Их применяли для лечения больных и как оберег от напастей. В наши же дни основной интерес камни представляют для ювелирного дела и промышленности. В последних коллекциях известнейших ювелирных домов сапфиры и рубины играют роль не только обрамления, но и составляют достойную конкуренцию бриллиантам.
Настоящих корундов остается все меньше и меньше, а их добыча обходится дороже с каждым годом, что приводит к огромному распространению искусственных аналогов. И если в промышленности, где главными являются химические и физические свойства камня, синтетический корунд легко заменит натуральный, то для ювелирного дела настоящие рубины и сапфиры незаменимы, так как ни один искусственный аналог не заменит красоты и неповторимости природного камня.
Список литературы
Дунаев В.А. Общая геология: учебник для вузов/ В.А. Дунаев - Белгород: Изд-во БелГУ, 2018. – 150 с.
Левчук, Г.П. Справочник геодезиста / ред. В.Д. Большаков, Г.П. Левчук. - М.: Недра; Издание 2-е, испр. и перераб., 2017. - 972 c.
Старостин Геология полезных ископаемых: Учебник: моногр. / Старостин, В.И. и. - М.: Фонд Мир, 2017. - 512 c.