Cranswickite — a rare tetrahydrate sulfate of magnesium MgSO4 ∙ 4H2O, the new find in Yakutia

Cover Page

Abstract


Cranswickite — a rare tetrahydrate magnesium sulfate, MgSO4 ∙ 4H2O, has been discovered in the Malo-Tarynskoe gold ore deposit in Yakutia. It is its third find in the world, the second in Yakutia. The mineral is soft, it forms a crust of white and slightly grayish color on the rock surface. It associates with mica, chlorite, quartz, gypsum and pentahydrite. Its study has been carried out by X-ray phase and electron microprobe analyses. Its chemical composition is MgO — 20.12, SO3 — 43.50, H2O — 36.37 wt %. The empirical crystal chemical formula of the mineral is Mg0.99(SO4)1.08·4.02H2O. The mineral is hypergenic, it is formed probably due to oxidation of pyrite in sulfidized rocks. It is sufficiently stable while stored in laboratory conditions. The photograph and X-ray diffraction pattern of the sample are given in the paper.


Якутия в силу своих климатических особенностей — близкого к аридному климата, является почти идеальным местом для находок весьма нестойких минералов класса сульфатов, а точнее, водных сульфатов или сульфат-фосфат-арсенатов Al, Mg, Fe. Аналоги некоторых известны только в зонах пустынь. В разные годы на территории Якутии были обнаружены следующие достаточно редкие минералы: санхуанит Al2(SO4)(PO4)(OH) ∙ 9H2O (Лазебник и др., 1998), мангазеит Al2(SO4)(OH)4 ∙ 3H2O (Гамянин и др., 2006), арангасит Al2(SO4)(PO4)F ∙ 7.5H2O (Гамянин и др., 2013), амарантит Fe3(SO4)(OH) ∙ 3H2O, мета-алюминит Al2SO4(OH)4 ∙ 5H2O, мета-алуноген Al2(SO4)3 ∙ 14H2O, тамаругит NaAl(SO4) ∙ 6H2O, пиккерингит MgAl2(SO4)4 ∙ 22H2O, неизвестный водный сульфат Fe, состав которого аналогичен составу бутлерита и парабутлерита Fe(SO4)(OH) ∙ 2H2O (Кудрин и др., 2018).

Ранее автором совместно с К. А. Лазебник при просмотре минералогических коллекций геологического музея Якутского государственного университета (ныне Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова) был установлен и описан четырехводный сульфат магния, по химическому составу отвечающий старкеиту. С целью более подробной характеристики образца для него была получена дифрактограмма, которая, как оказалось, существенно отличалась от рентгенограммы собственно старкеита, что и послужило поводом для детального изучения минерала. В результате проведенных исследований было установлено, что обнаруженный минерал является не стандартным старкеитом, а его полиморфной модификацией — β-старкеитом (Заякина, Лазебник, 1999). Исследуемый образец был найден в Западной Якутии. Заявка на утверждение его как нового минерала не подавалась, поскольку место точной находки образца не было известно.

Позднее Р. Петерсоном минерал был найден в Калингасте, Аргентина, при изучении небольших выработок по добыче сульфатов магния и утвержден как новый минерал крансвикит (Peterson, 2011). Насколько нам известно, новых находок этого сульфата не описано. Описываемая в данной статье находка — вторая в Якутии и третья в мире.

Нами крансвикит обнаружен в образце керна из скважины 343 (проба 343-06-175) золоторудного месторождения Малый Тарын (образец любезно предоставлен Л. И. Полуфунтиковой). Мало-Тарынское месторождение расположено на северо-востоке Якутии в Оймяконском районе, в 50 км южнее п. Усть-Нера, относится к Яно-Колымской металлогенетической провинции.

При исследовании процессов гипергенеза на Мало-Тарынском золоторудном месторождении проводились плановые работы по определению минерального состава пород методом рентгенофазового анализа. Породы месторождения — это пиритизированные песчаники и алевролиты (Полуфунтикова, Фридовский, 2016). Для одной из скважин изучено 12 образцов, взятых с различной глубины. Минеральный состав пород — смесь кварца, слюды, полевого шпата, небольшого количества гипса и смектита, реже встречается хлорит, в некоторых пробах фиксируются гётит и пирит. На поверхности обр. 343-06-175 наблюдался светлый налет или корка до 1—2 мм толщиной (рис. 1). Этот материал был отобран для дальнейшего изучения. Исследуемый образец представлял собой белую, мягкую, мелоподобную массу, при растирании приобретающую серый оттенок.

 

Рис. 1. Образец породы с коркой сульфата.

 

Рентгенограмма, полученная для порошкового препарата и представленная на рис. 2, показала, что мы имеем дело со смесью минералов: основной минерал — крансвикит; присутствует кварц, слюда, хлорит, гипс; наличие небольшого количества пентагидрита.

 

Рис. 2. Фрагмент рентгенограммы. Съемка выполнена на дифрактометре D2 PHASER, Cu-излучение, 30 кв, 10 ма, интервал съемки 4.5—65° (2θº), шаг 0.03° (2θº), время набора 2 с. Обозначения: К — крансвикит, Х — хлорит, СЛ — слюда, Г — гипс, П — пентагидрит, КВ — кварц.

 

Для уточнения диагностики частицы корки были исследованы на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6480LV с энергетическим дисперсионным спектрометром Energy 350 Oxford (20 кВ, 1 нА, диаметр пучка 1 мкм) (аналитик С. К. Попова). Обломки минерала были наклеены на токопроводящую ленту с адгезивным слоем, выполнено напыление образцов углеродом. Следует отметить, что минерал очень мягкий, приготовить полированный образец с хорошей поверхностью невозможно, что объясняет разброс в полученных значениях окислов. Вода определялась по разнице суммы окислов до 100 %, поскольку отобрать чистый образец для ДТА исследования, чтобы определить количество воды, не удалось.

Результаты анализа приведены в таблице. В спектрах ЭДС других элементов, кроме Mg, S, O и в некоторых случаях небольшой примеси Si, не зафиксировано. Эмпирическая кристаллохимическая формула минерала, рассчитанная на 8 атомов кислорода по среднему из трех, не содержащих SiO2, анализам, следующая Mg0.99(SO4)1.08 ∙ 4.02H2O. Формула, рассчитанная для анализа 4 без учета SiO2, соответствует Mg0.99(SO4)1.03 ∙ 4.04H2O. Кварц — явная примесь, захваченная при отборе минерала, что подтверждается рентгенографически.

 

Химические анализы крансвикита

Chemical analyzes of cranswickite

Компонент, мас. %

Номер анализа

1

2

3

среднее из ан. 1, 2, 3

4

MgO

18.27

19.55

22.55

20.12

20.07

SO3

43.85

42.86

43.80

43.50

41.61

SiO2

1.61

H2O

37.88

37.58

33.65

36.37

36.70

Сумма

100

100

100

100

100

 

Крансвикит зафиксирован в нескольких анализах. Состав его, приведенный в таблице, близок к составу крансвикита: MgO — 20.28, SO3 — 41.59, H2O — 37.9 мас. %, приводимому в работе Р. Петерсона (Peterson, 2011), и к среднему значению для двух анализов β-старкеита: MgO — 20.71, SO3 — 42.06, H2O — 37.0 мас. % (Заякина, Лазебник, 1999).

Известно, что сохранность водных сульфатов очень сильно зависит от внешних условий — местонахождения минерала и условий хранения. Крансвикит Р. Петерсоном обнаружен в виде жил в метаосадочных породах, содержащих гипс, кварц и иллит. Там же были обнаружены другие сульфаты: гексагидрит MgSO4 ∙ 6H2O в виде жил, старкеит MgSO4 ∙ 4H2O как налет поверх гексагидрита, сандерит MgSO4 ∙ 2H2O и кизерит MgSO4 ∙ H2O в обломках породы. Температура воздуха при отборе образцов была ~38 °C, а относительная влажность 4 %. «Порошок крансвикита, оставленный при относительной влажности приблизительно 35 % при 298 K в лаборатории, гидратировал до гексагидрита в течение двух дней» (Peterson, 2011, с. 870). Исследуемый нами образец крансвикита обнаружен в пробе керна, взятой с глубины 175 м из зоны дробления, образцы хранились в лаборатории в течение года. Проверка стабильности минерала проводилась в течение месяца: на вновь полученных рентгенограммах нет изменений. Ранее нами для таких сульфатов, как арангасит и β-старкеит, было установлено, что процессы гидратации и дегидратации активно происходят при извлечении и растирании минерала, тогда как в самом образце сохранность минерала хорошая (Заякина, Лазебник, 1999; Гамянин и др., 2013). Повторные рентгеновские съемки хранящихся в лаборатории образцов (в наших условиях относительная влажность воздуха в помещении чаще <30 %) показывали, что в течение года растертые препараты постепенно меняли свою структуру: в частности, четырехводный сульфат магния крансвикит превращался в старкеит, т. е. происходила трансформация метастабильного крансвикита до более устойчивого старкеита с тем же количеством воды (Заякина, Лазебник, 1999), гидратация до гексагидрита нами не наблюдалась.

Крансвикит, найденный в Якутии, имеет гипергенное происхождение, образуется, вероятно, при окислении пирита сульфидизированных пород. Подтверждением этому служат находки гётита, других водных сульфатов и гипса в окружающих породах.

Автор благодарит Т. И. Васильеву за помощь в работе и О. В. Королеву за проявленный к работе интерес и ценные замечания.

N. V. Zayakina

Diamond and Precious Metal Geology Institute, Siberian Branch RAS

Author for correspondence.
Email: n.v.zayakina@diamond.ysn.ru

Russian Federation, Yakutsk

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. Sample of rock with the sulfate crust. View (158KB) Indexing metadata
2. Fig. 2. A fragment of the cranswickite’s X-ray pattern. D2 PHASER, CuKα, 30 kv, 10 ma, interval 4.5—65° (2θ°), step 0.03° (2θ°), 2 sec. Symbols: К — cranswickite, Х — chlorite, СЛ — mica, Г — gypsum, П — pentahydrite, КВ — quartz. View (52KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 18

PDF (Russian) - 47

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Российская академия наук