Шпинели

ШПИНЕЛИ (от нем. Spinell, уменьшит. от лат. spina - шип, терновник: по форме кристаллов), минералы класса сложных оксидов общей ф-лы АМ₂О₄, где A - Mg²⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺, Со²⁺; М- А1²⁺, Mn³⁺, Fe³⁺, V³⁺, Cr³⁺, Ti⁴⁺. Шпинели - системы твердых р-ров с широким изоморфизмом катионов А и М; в пределах каждого изоморфного ряда смесимость минералов полная, между членами разл. рядов ограниченная. В зависимости от содержания преобладающего катиона М различают группы: алюмошпинели, ферришпинели, хромошпинели, титаношпинели, ванадиошпинели (табл.).

СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ШПИНЕЛЕЙ

Шпинели кристаллизуются в кубич. сингонии, образуя гл. обр. октаэдрич. кристаллы. Элементарная ячейка включает 32 аниона О, к-рые образуют плотнейшую кубич. упаковку с 64 тетраэдрич. (катионы занимают 8) и 32 октаэдрич. (занимают 16) пустотами. По характеру распределения катионов в тетраэдрич. позициях выделяют шпинели: нормальные (Н; 8 тетраэдров занято катионами А²⁺, 16 октаэдров - катионами М³⁺); обращенные (ОБ; 8 тетраэдров занято М³⁺, 16 октаэдров - 8А²⁺ и 8М³⁺ , причем катионы А²⁺ и М³⁺ в октаэдрич. пустотах могут распределяться как статистически, так и упорядочение); промежуточные.
Цвет шпинелей определяется степенью окисления основных катионов и наличием примесей. По окраске и составу выделяют разновидности: благородная шпинель (балэ-рубин, или рубицелл) - рубиново- и огненно-красная до сиренево-розовой (хромофор Сr³⁺); сапфировая шпинель - голубая до синей (до 3,5% FeO); хлорошпинель- травяно- и оливково-зеленая (Fe³⁺); плеонаст, или цейлонит,- непрозрачная черно-зеленая до черной (до 15% FeO); цинксодержащая ганношпинель - голубовато-зеленая, темно-синяя, фиолетовая; пикотит- высокохромистая шпинель, непрозрачная черно-зеленая до черной; примеси хромофоров обусловливают также оранжевую, красновато-бурую и коричневую окраски.
Все минералы отличаются высокой твердостью (5-8 по минералогич. шкале), термич. и хим. стойкостью. Большинство шпинелей раств. в конц. к-тах и все раств. в р-рах KHSO₄ и Na₂CO₃. Шпинели- гл. носители магн. св-в горных пород; нормальные шпинели имеют низкую электропроводность, обращенные -высокую. Плотн., параметры кристаллич. решетки и др. св-ва шпинелей зависят от состава и распределения катионов.
Для шпинелей характерны высокотемпературные условия образования; они устойчивы к выветриванию, образуют россыпи. В природе шпинели часто встречаются в виде акцессорных минералов (входят в состав горных пород в кол-вах менее 1% по массе). Крупные пром. скопления образуют только ферришпинели и хромошпинели - важные руды для получения Сr, выплавки Fe и попутного извлечения V; благородная шпинель - драгоценный камень (россыпи в Мьянме и Шри-Ланке). Многие минералы применяют также в качестве катализаторов хим.-технол. процессов (напр., в синтезе этиленоксида), в произ-вах керамики, огнеупоров, термостойких красок.
Известно большое число синтетич. шпинелей (получают сплавлением или спеканием соответствующих оксидов при 1400-1920 °С, а также нагреванием А1- и Mg-содержащих минералов, напр. мусковита), в к-рых, кроме катионов, характерных для прир. минералов, могут содержаться ионы Са, Li, Cd, Сu, W, Ga, Ge, Ag, Sb, Nb, In. Как разновидность ферритов эти шпинели лежат в основе разнообразных магн. материалов и диэлектриков, используемых для изготовления элементов запоминающих устройств ЭВМ.

Лит.: Энциклопедия неорганических материалов, т. 2, К., 1977, с. 750-51; Горная энциклопедия, т. 5, М., 1991, с. 435.

Л. Ф. Борисенко.