Ангидрит

Ангидрит представляет собой распространенный минерал из минерального класса «сульфатов (и родственных им)» с химическим составом Ca[SO₄] и, следовательно, с химической точки зрения является сульфатом кальция. Ангидрит кристаллизуется в ромбической сингонии и обычно образует крупнозернистые, массивные агрегаты, а также кристаллы кубической и призматической формы размером примерно до 20 см. В чистом виде ангидрит прозрачен и бесцветен. Однако в результате многократного преломления света из-за дефектов структуры решетки или образования поликристаллов он также может быть полупрозрачно-белым, а из-за наличия посторонних примесей приобретать голубоватый, красноватый, фиолетовый или коричневый цвет. Однако цвет черты ангидрита всегда белый. Видимые грани кристаллов имеют стеклянный блеск, в то время как пластинчатые или зернистые агрегаты имеют скорее перламутровый или жирный блеск. Имея твердость по шкале Мооса от 3 до 3,5, ангидрит относится к минералам средней твердости, которые можно поцарапать медной монетой. Его плотность около 3 г/см³, что соответствует плотности цемента. Горные породы, состоящие из минерального ангидрита, то есть мономинеральные породы с небольшой примесью других минералов, таких как кварц или глинистые минералы, также называются ангидритом или ангидритовым камнем. Однако на поверхности земли или вблизи нее они часто разбухают и превращаются в гипс при контакте с водой.

Этимология и история

Минерал был открыт в 1794 году немецким ученым Николаусом Пода фон Нейгаузом, который назвал его муриацитом, ошибочно полагая, что это соляная известь, содержащая, таким образом, соляную кислоту (acidum muriaticum):

«Этот господин аббат Пода недавно открыл новый вид извести, который он называет по названиям ее компонентов известью соляной кислоты, или, согласно современному методу обозначения новых окаменелостей, муриацитом, потому как он состоит из известковой почвы, соляной кислоты, кислоты и воды.»

Иоганн Эренрайх фон Фихтель

Последующие анализы, однако, доказали, что это была сернокислая известь, то есть безводный сульфат кальция. Поэтому французский минералог Рене Жюст Гаюи в 1801 году назвал этот минерал из-за этого свойства chaux sulfatée anhydr («безводная сульфатная известь»). Немецкий химик Мартин Генрих Клапрот также подтвердил в 1803 году, что минерал, ошибочно называемый муриацитом, не содержит соляной кислоты, поскольку не подвергается помутнению под действием нитрата серебра (I) (азотнокислого раствора серебра). Однако Клапрот предоставил право минералогам на их усмотрение либо сохранить название муриацит, либо принять название ангидрит, придуманное Б. Р. Вернером. Год спустя немецкий геолог Абраам Готтлоб Вернер в своем «Справочнике по минералогии» окончательно ввел название «ангидрит», которое остается в силе и по сей день. Типовыми местностями считаются соляная шахта недалеко от Халль-ин-Тироля в Австрии и калийный завод недалеко от Леопольдсхалля в Германии. Типовой образец минерала зарегистрирован во Фрайбергской горной академии в Германии под каталожным номером 16538.

Классификация

В уже в устаревшем, но все еще широко применяемом 8-м издании «Систематики минералов» Штрунца ангидрит относился к классу минералов «сульфаты, селенаты, теллураты, хроматы, молибдаты, вольфраматы» и там к разделу «безводные сульфаты без посторонних анионов», где вместе с афтиталитом (глазеритом) составлял «группу глазерита-ангидрита» с системным номером VI/A.07, в которую также входили глауберит, калистронцит и пальмиерит. В «Справочнике минералов лазурита», который последний раз обновлялся в 2018 г. и до сих пор основан на этой классической системе Карла Гуго Штрунца из соображений уважения частных коллекционеров и университетских коллекций, ангидриту присвоен системный и минеральный номер VI/А.08-50. В «Систематике лазурита» это соответствует разделу «Безводные сульфаты [SO₄]^2-, без посторонних анионов», где минерал образует отдельную, но безымянную группу вместе с афтиталитом, бубноваитом, глауберитом, ивситом, калистронцитом, мёнитом и пальмиеритом. 9-е издание классификации минералов по Штрунцу, действующее с 2001 года и обновляемое Международной минералогической ассоциацией (ММА) до 2009 года, относит ангидрит к классу «сульфаты (селенаты, теллураты, хроматы, молибдаты и вольфраматы)», а там в раздел «сульфаты (селенаты и т. п.) без дополнительных анионов, без H₂O». Однако этот раздел далее подразделяется в зависимости от размера вовлеченных катионов, так что минерал по составу можно найти в подразделе «только с крупными катионами», где он является единственным членом безымянной группы 7.AD.30. Классификация минералов по Дана также относит ангидрит к классу «сульфаты, хроматы и молибдаты» и там к разделу «сульфаты». Здесь он единственный представитель безымянной группы 28.03.02 в подразделе «безводные кислоты и сульфаты (А²⁺)XO₄».

Кристаллическая структура

Ангидрит кристаллизуется ромбически в кристоллаграфической группе Амма (кристаллографическая группа № 63, позиция 3) с параметрами решетки а = 6,99 Å; b = 7,00 Å и c = 6,24 Å, а также с 4 формульными единицами на элементарную ячейку. В кристаллической структуре ангидрита каждый из атомов кальция окружен в общей сложности 8 атомами кислорода, образующими плосконосый двуклиноид (сиамский додекаэдр). Параллельно оси z [001] чередующиеся додекаэдры (двенадцатигранники) с общими ребрами и [SO₄]-тетраэдры образуют стабильные цепи. Додекаэдры с общими ребрами также образуют цепочки, параллельные оси a [100], а также через общие углы цепи, параллельные оси b [010].

Свойства

Кристаллы ангидрита обладают хорошими свойствами спайности и поэтому часто имеют три плоскости спайности, которые расположены под прямым углом друг к другу. Это отличает их от очень похожих внешне кристаллов гипса. Если ангидрит подвергается постоянной гидратации, то впитывает воду и превращается в гипс. Такое хранение кристаллизационной воды позволяет увеличить объем более чем на 50%. Такое увеличение объема ангидритового тела в недрах, также называемое набуханием, может прорваться на поверхность земли и при определенных обстоятельствах вызвать повреждение зданий, как в случае с трещинами в городе Штауфен-им-Брайсгау в Германии. В шахтах разбухшие слои ангидрита могут сужать штольни и разрушать вмещающие породы. То же самое относится и к строительству туннелей, таких как Адлертуннель (Швейцария), Энгельберг туннель (Германия), Вайнсбергер туннель (Германия) или туннели проекта «Штутгарт 21», некоторые из которых проходят через слои ангидрита. Из-за этого свойства в чистом виде ангидрит в качестве стройматериала непригоден.

Сорта и разновидности

• Ангелит — коммерческое обозначение мелкозернистого полупрозрачного серо-сине-фиолетового агрегата ангидрита.
• Вульпинит — зернистый агрегат ангидрита.

Формирование и местонахождение

Является породообразующим минералом. В качестве такового встречается в осадочных отложениях эвапоритов, где образовался по большей части в результате диагенетической дегидратации гипса, образовавшегося из осадка морской воды, насыщенной солью. Непосредственное осаждение ангидрита возможно только при температуре воды выше 35 °C, что обычно встречается только на литорали. В эвапоритах ангидрит преимущественно встречается преимущественно или с кальцитом, доломитом и гипсом, или с гипсом и галитом. К более редким сопутствующим минералам относятся целестин, магнезит, полигалит, сильвин и сера. Являясь распространенным минералом, ангидрит встречается на многих участках: по данным за 2015 год, было известно около 1400 месторождений. Из находок необычных кристаллов стоит упомянуть, в частности, рудник Найка в городе Чиуауа (Мексика), где были найдены друзы с кристаллами ангидрита до 20 см длиной, и город Величка (Польша), в котором найдны кристаллы до 2 см размером. В Германии встречается:

• в Шварцвальде, близ Хайльбронна, Мюльхайма и Швабской Юры в Баден-Вюртемберге;
• во Франконии и Верхней Баварии;
• во многих местах Гессена и Нижней Саксонии;
• под Ахеном, Райнбергом и в Зауэрланде в земле Северный Рейн-Вестфалия;
• в земле Рейнланд-Пфальц на нагорье Айфель;
• возле Саарбрюккена и Зарлуи в Сааре;
• в горах Харц от Нижней Саксонии до Тюрингии (например, Конштайн);
• в Рудных горах и около Цвиккау в Саксонии;
• близ Бад-Зегеберга в земле Шлезвиг-Гольштейн и близ Геры;
• в Кифхойзере и Тюрингенском лесу.

В Австрии ангидрит встречается:

• близ Пётчинга в Бургенланде,
• в Гайльтальских и Карнийских Альпах в Каринтии,
• на перевале Земмеринг в Нижней Австрии,
• в нескольких местах в Зальцбурге и Штирии,
• в Северном Тироле и Верхней Австрии.

В Швейцарии обнаружен:

• в нескольких местах в кантоне Валлис,
• недалеко от Фельзенау/ Лойггерна и Шафисхайма в кантоне Аргау,
• недалеко от Лайссигена в кантоне Берн,
• в долинах Граубюндена Валь Кристаллина и Валь Мила,
• недалеко от Айроло и Лаворго в Тичино,
• в соляных и серных шахтах рядом с Бе и Сублином в кантоне Во,
• в нескольких точках при постройке Готардского железнодорожного тоннеля.

В общей сложности ангидрит обнаружен в 67 странах:

• Австралия,
• Австрия,
• Алжир,
• Аргентина,
• Армения,
• Афганистан,
• Болгария,
• Боливия,
• Бразилия,
• Великобритания,
• Венгрия,
• Гватемала,
• Германия,
• Греция,
• Дания,
• Демократическая Республика Конго,
• Египет,
• Зимбабве,
• Израиль,
• Индонезия,
• Иран,
• Ирландия,
• Исландия,
• Испания,
• Италия,
• Казахстан,
• Канада,
• Катар,
• Китайская Народная Республика,
• Колумбия,
• Куба,
• Литва,
• Мадагаскар,
• Мальта,
• Марокко,
• Мексика,
• Монголия,
• Намибия,
• Нидерланды,
• Новая Зеландия,
• Норвегия,
• Пакистан,
• Панама,
• Папуа — Новая Гвинея,
• Перу,
• Россия,
• Румыния,
• Саудовская Аравия,
• Сербия,
• Словакия,
• Словения,
• США,
• Таиланд,
• Тайвань,
• Тунис,
• Турция,
• Узбекистан,
• Украина,
• Филиппины,
• Франция,
• Чехия,
• Чили,
• Швейцария,
• Швеция,
• Эквадор,
• Южно-Африканская Республика,
• Япония.

Минерал также обнаружен в образцах горных пород Срединно-Атлантического и Центральноиндийского хребтов, Новогвинейского и Китайских морей, Восточно-Тихоокеанского поднятия и на Луне в Море Кризисов. Ангидрит также может образовываться в результате сжигания гипса. При температуре около 100 °C в гипсе остается некоторое количество кристаллической воды, в результате чего образуется гемигидрат; при более высоких температурах вся кристаллизационная вода удаляется и в результате образуется ангидрит.

Применение

Ангидрит, смешанный с добавками (щебнем), применяется для устройства стяжки пола. Путем добавления опилок изготавливают арболит. Ангидрит в виде порошка перерабатывают в плиточный клей, однако при этом необходимо добавить в получившееся вещество «активатор», чаще всего в роли активатора выступает сульфат калия (K₂SO₄) или негашеная известь (CaO). Активатор, доля которого составляет 3–15%, ускоряет задержку воды, в результате чего ангидрит превращается в гипс. Однако превращение ангидрита в гипс составляет всего около 65%, причем гипс обеспечивает быстрое высыхание, а ангидрит является основой для обеспечения высокой прочности. Такие ангидритовые связующие представляют собой затвердевающие на воздухе негидравлические связующие, изготовленные из природного либо синтетического ангидрита. По физическим и химическим свойствам они схожи с гипсом. Связующее вещество на основе сульфата кальция применяется, например, в жилищном строительстве для изготовления ангидридной стяжки или наливных полов. Растертый в порошок ангидрит входит в состав цемента, а также применяется при производстве серной кислоты (H₂SO₄) и газобетона. Сорт серо-сине-фиолетового цвета, известный под коммерческим обозначением «ангелит», используется в качестве ювелирного камня. Как правило, из него изготавливают антистрессовые камешки или делают огранку в виде кабошонов или шариковых бусин для изготовления разнообразных украшений. Так как минерал обладает низкой твердостью (3–3,5 по шкале Мооса) и высокую склонность к растрескиванию, для защиты от повреждений его стабилизируют с помощью синтетической смолы.