Шпине́ль — минерал кубической сингонии , смешанный оксид магния и алюминия MgAl ₂ O ₄ . 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/мм ² 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 , Fe ³⁺ . Mn ²⁺ 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 Al ₂ O ₃ , обладают аномальным двулучепреломлением. Люминесценция обычно отсутствует, иногда бывает жёлто-зелёная, красная, оранжевая. Дисперсия 0,020.

Химический состав

Теоретический состав: MgO — 28,34; Al ₂ O ₃ — 71,66. Mg изоморфно замещается Fe ²⁺ , Zn , Mn ²⁺ , иногда в небольших количествах Co и Ni ; Al замещается Fe ³⁺ и Cr ³⁺ . В некоторых шпинелях обнаружены в небольших количествах щёлочи и CaO . Содержание R ₂ O 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 . Вместе с рубином 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)Al ₂ O ₄ . 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 H ₂ SO ₄ . 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.
• — Mg(Al,Fe) ₂ O ₄ , промежуточная между шпинелью и магнезиоферритом ; окраска ярко-зелёная.
• — 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 , , 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 Al ₂ O ₃ 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.

Примечания

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

• (англ.)
• (рус.)
• .