Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Рутил
Гематит-Рутил-57088.jpg
Общий
КатегорияОксидные минералы
Формула
(повторяющаяся единица)		TiO 2
Классификация Струнца4.DB.05
Кристаллическая системаТетрагональный
Кристалл классДитетрагональный дипирамидальный (4 / ммм)
символ HM : (4 / м 2 / м 2 / м)
Космическая группаP 4 2 / мм
Ячейкаа = 4,5937 Å, с = 2,9587 Å; Z  = 2
Идентификация
ЦветКоричневый, красновато-коричневый, кроваво-красный, красный, коричневато-желтый, бледно-желтый, желтый, бледно-голубой, фиолетовый, реже травянисто-зеленый, серовато-черный; черный, если высокое содержание Nb – Ta
Хрустальная привычкаКристаллы игольчатые или призматические , удлиненные и бороздчатые, параллельные [001]
TwinningЧасто встречается на {011} или {031}; как контактные близнецы с двумя, шестью или восемью особями, циклические, полисинтетические
Расщепление{110} хороший, {100} умеренный, прощание на {092} и {011}
ПереломОт неравномерного до субконхоидального
Твердость по шкале Мооса6,0–6,5
БлескОт адамантина до субметаллического
ПолосаОт ярко-красного до темно-красного
ПрозрачностьНепрозрачный, прозрачный тонкими фрагментами
Удельный вес4.23 увеличивается с увеличением содержания Nb – Ta
Оптические свойстваОдноосный (+)
Показатель преломленияn ω = 2,613, n ε = 2,909 (589 нм)
Двулучепреломление0,296 (589 нм)
ПлеохроизмОт слабого до отчетливого коричневатого красно-зелено-желтого
ДисперсияСильный
ПлавкостьПлавкий в карбонатах щелочных металлов
РастворимостьНе растворим в кислотах
Общие примесиFe, Nb, Ta
Другие характеристикиСильно анизотропный
Рекомендации[1] [2] [3] [4]

Рутил - это минерал, состоящий в основном из диоксида титана (TiO 2 ), и является наиболее распространенной природной формой TiO 2 . Известны и другие более редкие полиморфы TiO 2 , включая анатаз , акаогиит и брукит .

Рутил имеет один из самых высоких показателей преломления в видимой области спектра среди всех известных кристаллов, а также особенно большое двойное лучепреломление и высокую дисперсию . Благодаря этим свойствам он полезен для изготовления некоторых оптических элементов, особенно поляризационной оптики, для более длинных волн видимого и инфракрасного диапазона до примерно 4,5 мкм.

Природный рутил может содержать до 10% железа и значительные количества ниобия и тантала . Рутил получил свое название от латинского rutilus , «красный», в связи с темно-красным цветом, наблюдаемым у некоторых экземпляров в проходящем свете. Рутил был впервые описан в 1803 году Авраамом Готтлобом Вернером .

Возникновение [ править ]

Производство рутила в 2005 г.

Рутил - распространенный акцессорный минерал в метаморфических породах при высоких температурах и высоких давлениях, а также в магматических породах .

Термодинамически рутил является наиболее стабильным полиморфом TiO 2 при всех температурах, демонстрируя более низкую общую свободную энергию, чем метастабильные фазы анатаза или брукита. [5] Следовательно, превращение метастабильных полиморфов TiO 2 в рутил необратимо. Поскольку он имеет самый низкий молекулярный объем из трех основных полиморфов, он обычно является первичной титансодержащей фазой в большинстве метаморфических пород высокого давления, главным образом в эклогитах .

Рутил в кварце

В магматической среде рутил является обычным вспомогательным минералом в плутонических магматических породах, хотя он также иногда обнаруживается в экструзионных магматических породах, особенно таких как кимберлиты и лампроиты , имеющие источники в глубокой мантии. Анатаз и брукит встречаются в магматической среде, в частности, как продукты автогенных изменений во время остывания плутонических пород; анатаз также обнаружен в россыпных месторождениях первичного рутила.

Крупные образцы кристаллов чаще всего встречаются в пегматитах , скарнах и гранитных грейзенах . Рутил обнаружен как вспомогательный минерал в некоторых измененных магматических породах , а также в некоторых гнейсах и сланцах . В группах игольчатых кристаллов часто можно увидеть проникающий кварц, как в fléches d'amour из Граубюндена , Швейцария . В 2005 году Республика Сьерра-Леоне в Западной Африке производственные мощности составляли 23% от мирового годового предложения рутила, которое выросло примерно до 30% в 2008 году.

Кристаллическая структура [ править ]

Элементарная ячейка рутила. Атомы Ti серые; Атомы O красные.
Расширенная кристаллическая структура рутила

Рутил имеет тетрагональную элементарную ячейку с параметрами элементарной ячейки a = b = 4,584 Å и c = 2,953 Å. [6] Катионы титана имеют координационное число 6, что означает, что они окружены октаэдром из 6 атомов кислорода. Анионы кислорода имеют координационное число 3, что приводит к плоской тригональной координации. Рутил также показывает ось винта, когда его октаэдры рассматриваются последовательно. [7]

Рутил кристаллы наиболее часто наблюдается проявлять призматическую или игольчатую привычку роста с преимущественной ориентацией вдоль их гр оси, [001] направления . Такой характер роста является благоприятным, поскольку грани {110} рутила обладают самой низкой поверхностной свободной энергией и, следовательно, являются наиболее термодинамически стабильными. [8] с осью ориентированного роста рутила появляется явно в наностержня , нанопроволоке и аномальных рост зерен явлений этой фазы.

Использование и экономическое значение [ править ]

Игольчатые кристаллы рутила, выступающие из кристалла кварца

В достаточно больших количествах в пляжных песках рутил является важным компонентом тяжелых минералов и рудных месторождений. Горняки добывают и отделяют ценные минералы  - например, рутил, циркон и ильменит . Основное применение рутила - производство тугоплавкой керамики в качестве пигмента и производство металлического титана .

Тонко измельченный рутил - это блестящий белый пигмент, который используется в красках , пластмассах , бумаге , пищевых продуктах и ​​других областях, требующих ярко-белого цвета. Пигмент на основе диоксида титана - наиболее широко применяемый в мире титан. Наноразмерные частицы рутила являются прозрачными для видимого света , но обладают высокой эффективностью в поглощении от ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое поглощение наноразмерных частиц рутила смещено в синий цвет по сравнению с массивным рутилом, так что ультрафиолетовый свет с более высокой энергией поглощается наночастицами . Следовательно, они используются в солнцезащитных кремах для защиты от повреждений кожи, вызванных ультрафиолетом.

Маленькие иглы рутила, присутствующие в драгоценных камнях , ответственны за оптическое явление, известное как астеризм . Связанные драгоценные камни известны как драгоценные камни «звезды». Звездчатые сапфиры , звездчатые рубины и другие «звездные» драгоценные камни пользуются большим спросом и, как правило, более ценны, чем их обычные аналоги.

Рутил широко используется в качестве покрытия сварочного электрода. Он также используется как часть индекса ZTR , который классифицирует сильно выветриваемые отложения.

Рутил, как полупроводник с большой запрещенной зоной , в последние десятилетия стал предметом значительных исследований, направленных на его применение в качестве функционального оксида для фотокатализа и слабого магнетизма . [9] В исследовательских усилиях обычно используются небольшие количества синтетического рутила, а не материалы, полученные из месторождений полезных ископаемых.

Синтетический рутил [ править ]

Синтетический рутил впервые был произведен в 1948 году и продается под разными названиями. Его можно производить из титановой руды ильменита посредством процесса Бехера . Очень чистый синтетический рутил прозрачен и почти бесцветен, крупно желтоватый. Синтетический рутил может быть получен различных цветов путем легирования. Высокий показатель преломления дает адамантиновый блеск и сильное преломление, что приводит к появлению алмазоподобного вида. Заменитель почти бесцветного алмаза продается как «Титания», что является старомодным химическим названием этого оксида. Однако рутил редко используется в ювелирных изделиях, потому что он не оченьтвердый (устойчивый к царапинам), имеющий всего около 6 баллов по шкале твердости Мооса .

В результате растущего исследовательского интереса к фотокаталитической активности диоксида титана как в фазах анатаза, так и в фазах рутила (а также в двухфазных смесях двух фаз), рутил TiO 2 в виде порошка и тонкой пленки часто получают в лабораторных условиях из раствора. основанные на маршрутах с использованием неорганических предшественников (обычно TiCl 4 ) или металлоорганических предшественников (обычно алкоксиды, такие как изопропоксид титана , также известный как TTIP). В зависимости от условий синтеза первой кристаллизующейся фазой может быть метастабильная фаза анатаза , которая затем может быть преобразована в равновесную фазу рутила посредством термической обработки. Физические свойства рутила часто модифицируют с помощьюлегирующие добавки для придания улучшенной фотокаталитической активности за счет улучшенного разделения фотогенерируемых носителей заряда, измененных структур электронных зон и улучшенной поверхностной реакционной способности.

См. Также [ править ]

  • Список минералов

Ссылки [ править ]

  1. ^ Справочник по минералогии .
  2. ^ Веб-минеральные данные .
  3. ^ Mindat.org .
  4. ^ Klein, Cornelis и Корнелиус С. Харлбат, 1985, руководство по минералогии, двадцатый изд., John Wiley и Sons, НьюЙорк, стр. 304-05, ISBN  0-471-80580-7 .
  5. ^ Hanaor, D. A. H .; Ассади, М. Х. Н .; Li, S .; Ю, А .; Соррелл, К. С. (2012). «Ab initio исследование фазовой стабильности в легированном TiO 2 ». Вычислительная механика . 50 (2): 185–94. arXiv : 1210,7555 . Bibcode : 2012CompM..50..185H . DOI : 10.1007 / s00466-012-0728-4 .
  6. ^ Diebold, Ульрик (2003). «Наука о поверхности диоксида титана» (PDF) . Отчеты по науке о поверхности . 48 (5–8): 53–229. Bibcode : 2003SurSR..48 ... 53D . DOI : 10.1016 / S0167-5729 (02) 00100-0 . Архивировано из оригинального (PDF) 12 июня 2010 года.
  7. ^ «Структура рутила» , Стивен Датч, Естественные и прикладные науки, Университет Висконсина - Грин-Бей.
  8. ^ Ханаор, Дориан AH; Сюй, Ванцян; Ферри, Майкл; Соррелл, Чарльз С .; Соррелл, Чарльз К. (2012). «Аномальный рост зерен рутила TiO 2, вызванный ZrSiO 4 ». Журнал роста кристаллов . 359 : 83–91. arXiv : 1303,2761 . Bibcode : 2012JCrGr.359 ... 83H . DOI : 10.1016 / j.jcrysgro.2012.08.015 .
  9. ^ Магнетизм в полиморфных модификациях диоксида титана J. Applied Physics

Внешние ссылки [ править ]

  • «Рутил»  . Энциклопедия Американа . 1920 г.