Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет

Географический факультет

Кафедра почвоведения и геологии

Породообразующие и рудообразующие минералы, их роль в строении земной коры и хозяйственной деятельности человека

Студентка 2 курса

Сивуха Е.А.

Научн.руководитель.,

Гладкая Т.Н.

Минск 2010

Оглавление

• Введение
• Глава 1. Общие сведения о минералах
• 1.1 Классификации
• 1.2 Основные свойства минералов
• 1.2.1 Физические свойства минералов
• 1.2.2 Химические свойства минералов
• Глава 2. Породообразующие минералы и их роль в строении земной коры
• Глава 3. Рудоообразующие минералы и их роль в хозяйственной деятельности человека
• Заключение
• Список использованных источников



Введение

Какую роль играет минералогия в жизни человеческого общества? Какими проблемами она занимается? С момента возникновения цивилизаций минералогия, хотя она в то время так не называлась, играла важнейшую роль. Для того чтобы изготовить первые каменные орудия и оружие, необходимо было найти соответствующие горные породы, слагаемые минералами, например кремень. Затем наступило время поиска драгоценных камней самородных металлов, а позже и время поиска руд - сырья для получения металлов. И с тех далеких времен главной задачей является обнаружение залежей (месторождений) полезных ископаемых.

Знание минералов и того, как они образуются, является основой современной технологической культуры, т. к. все неорганические предметы торговли если не минералы, то минерального происхождения.

Наука о минералах представляет одну из важнейших отраслей наук о Земле, а также представляет значительный интерес для астрономов, специалистов керамической промышленности, медицины и металлургии.

Цели работы:

Ознакомится с основными теоретическими и прикладными вопросами породообразующих и рудообразующих минералов, выявить их роль и значение в строении земной коры, и хозяйственной деятельности человека

Задачи работы:

1. Изучить основные свойства и классификации минералов,

2. Рассмотреть различных представителей породообразующих и рудообразующих минералов, принадлежащих к разным классам.

3. Выяснить механизм влияния минералов на строение земной коры

4. Определить роль и значение минерально-сырьевой базы в хозяйственной деятельности человека.

Минеральные ресурсы имеют огромное значение в жизнеобеспечении общества. За всю историю человечество разработало множество способов добычи, переработки и использования полезных ископаемых. Металлы, топливо, удобрения, строительные материалы, сырье для химической промышленности и освоения космического пространства - все это дают нам недра Земли. Но для того чтобы их обнаружить и поставить на службу человечества, необходимы глубокие знания и проведение специальных изыскательских и научно-исследовательских работ. Полезные ископаемые добывают в шахтах, карьерах и с помощью буровых скважин. Развитие техники способствует изучению минералов и позволяет глубже понять их состав и структуру. Сейчас нам стало намного яснее, как изменяются минералы в соответствии с изменением физических и химических свойств окружающей среды, которые вкратце рассмотрены в данной курсовой работе.

Благодаря применению высокопроизводительных механизмов и аппаратов из земных недр извлекают в достаточных количествах ценные компоненты, образование которых происходило в течение десятков миллионов лет. Длительная и интенсивная добыча отдельных видов минерального сырья привела к истощению многих месторождений. Однако добычу полезных ископаемых надо не прекращать или уменьшать, а, наоборот, расширять и совершенствовать, так как цивилизация в ее современном виде не может пойти на сокращение промышленной и сельскохозяйственной продукции.



Глава 1. Общие сведения о минералах

Минералы - это природные химические соединения или отдельные самородные химические элементы, возникшие в результате определенных физико-химических процессов, которые происходят в земной коре или на ее поверхности.

1.1 Классификации

В зависимости от агрегатного состояния, минералы подразделяются на твердые (кварц), жидкие (ртуть), газообразные (метан). Большинство минералов представляют собой кристаллические тела и лишь незначительная часть находится в аморфном состоянии ( от греч. « аморфос» - бесформенный). Кристаллическое состояние минералов выражено в их геометрически правильной многогранной форме - кристаллах. Кристаллическая форма обусловлена строением кристаллической решетки, которая зависит от химического состава и расположения атомов химического элемента. Формы природных кристаллов весьма разнообразны.

На рис.1.1. приведены кристаллы четырех хорошо известных минералов. Это кубической формы кристаллы галита ( поваренной соли), шестигранные призмы, увенчанные пирамидами- кристаллы горного хрусталя, восьмигранники или октаэдры магнитного железняка, или магнетита, и двенадцатигранники граната.



Рис.1.1 Различная форма кристаллов: а - галит; б - горный хрусталь (кварц); в - магнетит; г - гранат [ 8 ]

Форма кристаллов обусловлена закономерным упорядоченным расположением в пространстве элементарных частиц - ионов атомов и молекул, которые образуют структуру кристалла или их кристаллическую (пространственную) решетку. В зависимости от пространственного расположения элементарных частиц, составляющих кристаллическую решетку, все многообразие форм кристаллов можно свести к нескольким группам симметрий, или сингоний. Выделяют семь сингоний: моноклинную, триклинную, ромбическую, тригональную, тетрагональную, гексагональную, кубическую.

Из одного и того же химического соединения или химического элемента в различных условиях могут образоваться разной формы кристаллы. Так, кварц при высокой температуре кристаллизуется в гексагональной сингонии, а при более низкой - в тригональной. Кристаллизация в разных условиях приводит не только к появлению кристаллического разнообразия, но и к приобретению минералом совершенно разных свойств. Например, графит и алмаз состоят из чистого углерода. Но графит - это самый мягкий минерал ( твердость 1), образует таблитчатой формы кристаллы гексагональной сингонии, а алмаз самый твердый в природе минерал( твердость 10), относится к кубической сингонии. Данные различия вызваны разным расположением атомов. Это хорошо видно при сравнении кристаллических решеток алмаза и графита (рис.1.2.)

Рис.1.2. Кристаллические решетки алмаза (слева) и графита (справа) (А). Форма решеток определяет свойства минералов (Б). Ионы хлора и натрия в кристалле каменной соли [ 3 ]

Способность одинаковых по составу твердых веществ кристаллизоваться в разных модификациях называется полиморфизмом.

Кристаллическим минералам свойственна анизотропность - физические свойства в них отличаются по разным направлениям в кристалле. Наоборот, аморфным минералам характерна изотропность - сохранение физических характеристик, независимо от направления.

По занимаемому в составе горных пород объему минералы делятся на породообразующие и акцессорные. Породообразующими (их около 50) являются минералы, играющие первостепенную роль в составе горных пород. Акцессорные минералы встречаются в виде незначительных примесей (не более 5 % от объема породы) и их наличие не влияет на название породы. Кроме того, выделяют обширную группу рудообразующих минералов, использующихся человеком для производства металлов.

По происхождению минералы делятся на типы, которые объединяются в две группы: эндогенные - возникают в глуби земной коры благодаря процессам магматизма и метаморфизма, а также экзогенные - образующиеся в верхней части земной коры в результате выветривания и осаждения из водных растворов.

Процессы минералообразования могут сопровождаться метасоматозом - замещением одних минералов другими при изменении физико-химических условий. Например, переходом пирита (FeS₂) в лимонит (Fe₂O₃ x nH ₂O) в результате окисления. Кроме того, возможно образование одного и того же минерала в разных условиях. Наконец, каждому типу минералообразования характерны свои, строго закономерные сочетания минералов, что ведет к образованию минералов-спутников. Такое явление получило название парагенезиса.

По химическому составу минералы объединяются в классы, подразделяемые на подклассы и, далее, группы. Наибольшее распространение в земной коре получили восемь классов минералов.

1. Самородные минералы состоят только из одного химического элемента. Объединяют около 45 минералов самого разного происхождения, составляющих менее 0,1 % массы земной коры. Большинство имеет огромное хозяйственное значение (алмаз, графит, сера, золото, медь и др.).

2. Сульфиды - сернистые соединения тяжелых металлов. Класс насчитывается около 250 минералов, составляющих 0,15 % массы земной коры. Ценность сульфидов в том, что они являются рудами на цветные металлы, причем зачастую им сопутствует золото. Наибольшим распространением пользуются пирит (железный колчедан) FeS₂, халькопирит (медный колчедан) CuFeS₂, галенит (свинцовый блеск) PbS, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, киноварь HgS и др.

3.Галогениды - (галоидные соединения) являются солями галоидоводородных кислот. Насчитывается около 100 представителей. Чаще всего встречаются соединения хлористые и фтористые, такие, как применяемые в химической промышленности галит NaCl (каменная соль), сильвин KCl (калийная соль). В оптике используется флюорит CaF₂.

4. Фосфаты образованы разного происхождения солями фосфорной кислоты. Класс насчитывает около 200 минералов, составляющих около 0,7 % массы земной коры. Чаще всего применяются для производства фосфорных удобрений магматического происхождения апатит Ca₅ (F, Cl) PO₄₃ и близкий к нему по составу, но гипергенного происхождения фосфорит (фосфат кальция).

5. Сульфаты представляют собой соли серной кислоты. Сульфатам принадлежит большое породообразующее значение, они слагают около 0,1 % массы земной коры. В земной коре широко распространены гипс CaSO₄ x 2H₂O, ангидрит CaSO₄, мирабилит (глауберова соль) Na₂SO₄ x 10H₂O.

6. Карбонаты являются солями угольной кислоты, насчитывают около 80 представителей. Карбонаты составляют до 2 % массы земной коры. Наиболее распространены такие представители, как кальцит CaCO₃, магнезит MgCO₃, доломит CaMg(CO₃)₂, сидерит FeCO₃.

7. Окислы и гидроокислы составляют до 17 % массы земной коры. Представители этого класса объединяют минералы разного происхождения и подразделяются, соответственно названию, на два подкласса: окислов, отличающихся высокой и средней твердостью, и гидроокислов, обладающих низкой твердостью. С другой стороны, названный класс можно разделить на окислы и гидроокислы кремния и окислы и гидроокислы металлов. Окислы и гидроокислы кремния обладают исключительно важным породообразующим значением: только на долю кварца SiO₂ приходится до 12% массы земной коры. Скрытокристаллические модификации кварца представлены разноокрашенными халцедонами. Среди водных окислов кремния необходимо назвать опал SiO₂ x nH₂O. Окислы и гидроокислы металлов обладают важнейшим рудообразующим значением. Наибольшее значение принадлежит таким минералам, как магнетит Fe₃O₄, гематит Fe₂O₃ , лимонит Fe₂O₃ x nH₂O, корунд Al₂O, боксит Al₂O x nH₂O8.

8.Силикаты и алюмосиликаты объединяют около 800 минералов, многим из которых принадлежит огромное породообразующее значение, ведь представители этого класса составляют до 80 % массы земной коры. Если же к числу силикатов относить и кварц, являющийся типичным силикатом по строению кристаллической решетки (но не по химическому составу), то доля превысит 90 %. Основу кристаллической решетки в минералах составляет кремний - кислородный тетраэдр (рис.1.3.).

Эти кремнекислородные тетраэдры [SiO4]4- представляют собой те элементарные структуры, из которых построены все силикаты (рис.1.4). Именно за их счет и происходит присоединение ионов Al, Fe, Mg, K, Ca, Na и других. В зависимости от сочетаний этих тетраэдров, все силикаты разделяются на большое количество групп (табл.1.1):

Рис.1.3 Строение кремнекислородного тетраэдра: а - единичный; б - соединенные в цепочку

- Островные силикаты сложены изолированными тетраэдрами. Самый распространенный представитель оливин (MgFe)₂SiO₄, гранаты (Mg, Fe, Cа, Mn)3(Аl, Fe, Cr)2 [SiO4]3.

- Цепочечные силикаты объединяют минералы группы пироксенов, в которых тетраэдры соединены в непрерывные цепочки. Наиболее распространен породообразующий алюмосиликат авгит (Ca, Na) (Mg, Fe²⁺, Al, Fe³⁺) (Si, Al)₂O₆.

- Кольцевые силикаты обладают соединенными в замкнутые кольца тетраэдрами. Представитель - берилл Be₃Al₂Si₆O₁₈.

- Ленточные силикаты содержат соединенные в обособленные ленты тетраэдры. Здесь выделяется группа амфиболов - минералов с непостоянным химическим составом, среди которых наиболее распространен породообразующий минерал роговая обманка.

- Листовые (слоевые) силикаты представлены минералами, в которых тетраэдры объединены в ленты, образующие единый непрерывный слой. Наибольшим распространением среди них пользуются такие породообразующие минералы, как слюды: бесцветный мусковит KAl₂ (OH)₂ AlSi₃O₁₀ и его мелкочешуйчатая разновидность серицит, черный биотит K(Mg, Fe)₃ (OH, F)₂ AlSi₃O₁₀. Кроме них часто встречаются метаморфического происхождения серпентин (змеевик) Mg₆(OH)₈ Si₄O₁₀, тальк Mg₃(OH)₂ Si₄O₁₀ и непостоянного состава хлориты.

- Каркасные силикаты представлены группами полевых шпатов и нефелина. Важнейшей из них является группа полевых шпатов, доля которых в массе земной коре достигает 50 %. Каркас полевых шпатов создан тетраэдрами, сцепленными всеми четырьмя вершинами.

Группа подразделяется на калиево-натриевые и кальциево-натриевые полевые шпаты. Первые представлены ортоклазом KAlSi₃O₈. Вторые - разновидностями плагиоклазов, в которых наблюдается последовательное уменьшение содержания SiO₂.

В соответствии с этим плагиоклазы включают ряд минералов: от натриевого (кислого по составу) альбита NaAlSi₃O₈ - его сокращенная запись Ab, до кальциевого (основного) анортита CaAlSi₃O₈ - его сокращенная запись An.

Промежуточное расположение занимает кальциево-натриевый (средний по составу) лабрадор Ab₅₀ An₅₀ - иризирующий плагиоклаз.

Таблица 1.1 Силикатные минералы

По формам нахождения минералы делятся на друзы, представляющие собой скопления кристаллов, приросших к стенкам пещер или к трещинам.

Секреции- результат постепенного заполнения ограниченных пустот минеральным веществом, которое отлагается на их стенках. Они имеют концентрическое строение, которое отражает стадийность роста. Мелкие секреции называют миндалинами, а крупные- жеодами.

Конкреции- более или менее округлые образования, возникшие путем осаждения минерального вещества вокруг какого-либо центра кристаллизации. С этим часто связано концентрическое или радиально-лучистое строение конкреций. Мелкие округлые образования концентрического строения называют оолитами, а более крупные- пизолитами. Их возникновение связано с выпадением минерального вещества в подвижной водной среде.

Натечные образования, осложняющие поверхности пустот, возникают при кристаллизации минерального вещества из просачивающихся подземных вод. Натеки, свисающие со сводов пустот, называются сталактитами, растущие вверх со дна пещер, - сталагмитами (рис.1.5).На поверхности трещин могут развиваться плоские минеральные пленки, имеющие разное строение. В том случае, если на поверхности возникают выделения мелких кристаллов, в миниатюре напоминающие друзы, их называют щетками.

Рис.1.5 Натечные формы карбоната кальция в пещерах: а - начало роста сталагмитов; б - сталактиты; в - сталагмиты [ 4 ]

В природе довольно часто встречаются минералы, имеющие не свойственную их составу форму. Это так называемые псевдоморфозы (от греч. «псевдо»-ложный). Они возникают при физико-химических изменениях ранее существовавших минералов или образуются в пустотах, ранее заполненных другими минералами.

1.2 Основные свойства минералов

Между химическим составом, кристаллической структурой и физическими свойствами минерала существует самая тесная взаимосвязь. Изучение физических свойств позволяет судить о химическом составе и структуре минерала. Кроме того, физические свойства могут представлять большой интерес для определенных областей техники (высокая твердость алмаза, корунда; оптические свойства кварца, флюорита, кальцита). Кроме этого физические свойства минералов позволяют их идентифицировать в полевых условиях.

1.2.1 Физические свойства минералов

Морфология кристаллов

Первое, на что надо обращать внимание при определении минерала, это - морфология (габитус или облик) кристалла или агрегата (т. е. важен общий вид). По форме кристаллов или их агрегатов часто можно судить о сингонии минерала (например, кубы или пентагондодекаэдры пирита , галета, флюорита или октаэдры шпинели, алмаза, додекаэдры граната сразу и однозначно укажут на принадлежность этих минералов к кубической сингонии).

Подавляющее большинство волокнистых, чешуйчатых и пластинчатых минералов принадлежат к низшим сингониям (асбест, хлорит, слюды, глинистые минералы). Некоторые минералы или их агрегаты имеют настолько характерную форму (габитус), что одного взгляда на них бывает достаточно, чтобы его определить. Примерами могут служить кубы пирита «пиритоиды», параллельно-волокнистые агрегаты асбеста или гипса-селенита, оолитовые агрегаты боксита, друзы кварца, натечные агрегаты гётита и т. д.

Одним из решающих признаков определения минералов по внешнему виду иногда служит характерное двойникование. Например, двойники гипса в виде ласточкиного хвоста, крестообразные двойники ставролита.

Блеск

Блеск - очень ценное диагностическое свойство. Позволяет практически сразу разделить минералы с металлическим (полуметаллическим) и неметаллическим блеском. К первой группе относятся самородные металлы, большинство сульфидов (пирит, халькопирит, галенит, борнит и др.) и некоторые оксиды (гематит, ильменит, хромит, магнетит, куприт и др.). Минералы с неметаллическим блеском чаще всего прозрачны или просвечивают (это в основном силикаты и соли кислородных и бескислородных кислот). Если блеск неметаллический, то важно определить его тип: стеклянный, алмазный, жирный, шелковистый, перламутровый, восковой, матовый, землистый.

Определяя блеск, надо обращать на возможные специфические эффекты, которые возникают у некоторых минералов в отраженном свете: иризация (лабрадорит, беломорит), астеризм (рубин, сапфир), опалесценция (опал), переливы цвета (тигровые, кошачьи и др. глаза). Такие эффекты обычно обусловлены неоднородностью строения минерала, которая вызывается наличием особо расположенных чередующихся пластинок минерала, наличием пластинчатых вростков, волокнистостью, полостями или разрывами сплошности структуры.

Цвет и черта

Минералы могут обладать характерной собственной окраской и почти всегда иметь эту окраску (правда, ее интенсивность и оттенки могут меняться). Так, например, малахит всегда зеленый, но интенсивность и оттенки зеленого очень различны. Лазурит также имеет фиолетово-синий цвет, оттенки и насыщенность которого могут очень сильно изменяться даже в одном месторождении, от светлого серовато-синего, темно-голубого или синего до фиолетово-синего и насыщенного темно-синего цвета. Окраска обусловлена химическим составом минерала. Эта окраска может изменяться в случае изменения химического состава минерала (например, гранаты могут быть в зависимости от преобладающего элемента-хромофора красными, разовыми, черными, зелеными, коричневыми, оранжевыми, желтыми и др.).

Каждый минерал имеет набор различных характерных для него цветов, а также имеет наиболее типичный цвет (или несколько цветов), наиболее распространенный для данного минерала. Редкие цвета (нетипичные) для того или иного минерала могут указывать на конкретное месторождение, из которого получен данный минерал, и являться как бы визитной карточкой минерала, принадлежащего именно этому месторождению. Например, редкая разновидность очень дорогого ювелирного минерала цоизита необычного фиолетового цвета - танзанита, встречается только в Танзании. Или, черный диопсид с эффектом астеризма (четырехлучевой звездой) встречается только на некоторых месторождениях Индии. Кроме таких собственных цветов минералы могут быть окрашены вростками других минералов. Например, кальцит может окрашиваться и в розовый, красный, бурый, желтый или черный цвет примесями тонкодисперсного гематита или лимонита и др. минералов. А цвет агата или халцедона может быть весьма причудливых сочетаний из-за примесей чужеродных минералов.

Черта - цвет тонкого порошка минерала - часто помогает различить собственные и примесные окраски. Получают цвет черты, царапая минералом по неглазурованному фарфору. Твердые минералы, твердость которых выше 6,5, на фарфоре черты не дают, т. к. они тверже его. Цвет черты ценное диагностическое свойство для темных непрозрачных минералов, особенно имеющих металлический блеск, т. к. цвет черты более постоянен, чем цвет минерала, который может зависеть от многих факторов, например, от размера зерен.

Твердость

Для диагностики минералов используют условные величины относительной твердости, которую обычно выражают в единицах шкалы Мооса (таб.1.2)

Твердость ногтя - 2,5; большинство ножевых лезвий или осколков обычного оконного стекла - 5,5; твердость медной монеты - 3, а высококачественной стали около 6,5. Для идентификации многих минералов достаточно определить, являются ли они мягкими (< 2,5) или имеют среднюю твердость (от 3 до 5,5) или твердыми (> 5,5).

Таблица 1.2 Шкала твердости Мооса

Твердость	Минерал	Твердость подручного материала
1 2	Тальк Гипс	Твердость ногтя
3 4 5	Кальцит Флюорит Апатит	Твердость лезвия ножа или стекла
6 7 8 9 10	Полевой шпат (ортоклаз или микроклин) Кварц Топаз Корунд Алмаз	Тверже ножа или стекла

При определении твердости следует учитывать два фактора:

1) твердость данного минерала - это твердость его чистой гладкой поверхности, например, спайности плоскости. Покрытые поверхностной пленкой, выветрелые или измененные минералы могут иметь заниженную твердость.

2) Зернистые агрегаты минералов при царапании могут разрушаться, что создает ложное впечатление об их твердости. Чтобы избежать этого надо царапать испытуемым минералом эталонный и наоборот. После царапанья, надо провести пальцем по царапине, чтобы проверить действительно ли остался след или это след черты эталонного минерала. Следует помнить, также, что твердость некоторых анизотропных минералов сильно различается в зависимости от направления. Характерным примером может служить кианит (дистен).

Плотность

Полезным показателем при оценке плотности служит такой простой факт, что образец минерала ощущается в руке легким или тяжелым относительно его размера. Если образец (мономинеральный) весит не менее 30 г, можно приблизительно оценить его плотность, плавно приподнимая или опуская на руке. Минералы, содержащие тяжелые атомы - Fe и находящиеся за ними в периодической системе, - имеют, естественно, большую массу. Иногда может оказаться информативной зависимость между плотностью и цветом. Так, темноокрашенные минералы часто бывают относительно тяжелыми, а светлоокрашенные - легкими. Однако, имеются исключения из этого правила: например, темный графит (2,23 г/см³) ощущается на руке легким, тогда как барит (BaSO⁴ - 4,5 г/см³) неожиданно оказывается тяжелым несмотря на его светлую окраску. В зависимости от химического состава и типа кристаллической структуры все минералы подразделяются на три группы: легкие -0.9-2-5; средние -2,5-4; тяжелые-4-23

Спайность, отдельность и излом

Очень важное свойство для диагностики минералов, которое позволяет отличать похожие, но имеющие разный тип спайности, минералы даже в небольших образцах и в массе горных пород. Спайность - это свойство минерала раскалываться по определенным направлениям, параллельным возможным граням кристалла. По направлению спайности можно делать выводы о сингонии минерала, если отсутствуют кристаллографические формы. Например, если минерал имеет только одно направление спайности, то он не может относиться к кубической сингонии, т. к. любая из простых форм в этой сингонии состоит более чем из двух не параллельных граней.

Минерал с тремя направлениями спайности разного качества, относится. Вероятнее всего, к ромбической, моноклинной или триклинной сингонии. Если эти три направления располагаются под прямым углом друг к другу, то минерал должен быть ромбической сингонии.

В случае если имеются три направления спайности одинакового качества, то принадлежность этой спайности к кубу, гексагональной призме или ромбоэдру определяется по угловым соотношениям между ее направлениями (если все три направления располагаются под углами 90? друг к другу, то спайность кубическая, если они составляют 60?, то спайность гексагонально-призматическая, в остальных случаях она ромбоэдрическая - тригональная, как, например, у кальцита, доломита, сидерит, магнезита).

Четыре одинаковых направления свидетельствуют об октаэдрической, тетраэдрической спайности, например, флюорита.

Шесть одинаковых направлений характерны для додекаэдрической спайности, например, сфалерита.

Во многих минералах сравнительно часто проявляется отдельность, которую на первый взгляд нелегко отличить от спайности. Отдельность подобно спайности часто параллельна возможным граням кристалла. Однако, в отличие от спайности при отдельности число плоскостей конечно, и между ними существуют довольно широкие интервалы. Многие сдвойникованные кристаллы раскалываются вдоль плоскостей срастания двойниковых индивидов.

Характерными чертами обладают кристаллы без спайности и плотные массы тонкозернистых минералов со спайностью. Характер излома может быть очень характерным. Раковистый - гладкий с искривленными поверхностями. Ровный - более или менее плоский. Занозистый - шершавый, зазубренный, с острыми краями. Неровный - шероховатый. Часто между изломом и неясной спайностью нельзя провести четкой границы, поэтому интерпретация данного свойства индивидуальна.

Прочность

Это сопротивление минерала действию механическому разрушению или деформации при изгибе, разламывании, растирании или резании. Минералы делят на хрупкие (легко рассыпающиеся в порошок) или ковкие (которые можно расплющивать молотком). Кроме того, выделяют режущиеся минералы (которые можно резать ножом, например, антимонит), гибкие, если они легко гнутся (например, тонкие пластинки гипса), и упругие, если после изгиба они возвращаются в исходное положение (например, пластинки слюды). Некоторые минералы называют также вязкими, если их трудно сломать или разбить (например, массивные образцы нефрита или жадеита).

Прочие свойства

Люминесценция

Некоторые минералы излучают свет при возбуждении различными видами энергии (за исключением накаливания). Люминесценция обычно наблюдается макроскопически, когда минерал облучается длинноволновым (около 365 нм) или коротковолновым (около 253 нм) ультрафиолетовым светом. Под действием этих двух видов излучения минерал может вести себя как одинаково, так и по-разному. Некоторые минералы излучают свет только в одном из этих диапазонов, а другие светятся различным светом в зависимости от длины волны падающего света

Магнетизм

При макроскопических испытаниях можно установить только притягивается минерал ручным магнитом или нет. Из обычно встречающихся минералов магнитом притягивается самородное железо, магнетит и некоторые пирротины. Однако многие железосодержащие минералы становятся магнитными после их сильного прокаливания на воздухе; поэтому такие испытания полезны для определения железа в минерале.

Электрические свойства

Эти свойства для определения минералов используются крайне редко. Разве что для турмалина можно проводить испытания на пироэффект, нагревая его.

Радиоактивность

Минералы, содержащие уран и торий, обладают радиоактивностью, которая обнаруживается специальными приборами.

1.2.2 Химические свойства минералов

Растворимость

Несмотря на то, что существуют многочисленные реактивы, растворяющие или нерастворяющие тот или иной минерал, при идентификации минералов в полевых условиях широко пользуются лишь двумя растворителями: водой и соляной кислотой различной концентрации.

Обычно соляная кислота применяется следующим образом. Небольшое количество растертого в порошок минерала помещают в пробирку и добавляют около 5 см³ разбавленной в соотношении 1:1 соляной кислоты. Если реакции не наблюдается, пробирку нагревают. Если и при этом не происходит реакции, то испытания повторяют с концентрированной соляной кислотой. При этом происходят следующие характерные реакции:

Минералы с металлическим блеском

Растворимы в HCl - гётит;

Растворимы в HCl с трудом - гематит, ильменит, магнетит;

Растворимы в HCl с выделением хлора - пиролюзит, гаусманит, манганит, браунит;

Растворимы в HCl с выделением H₂S - антимонит, пирротин, галенит, сфалерит;

Минералы с неметаллическим блеском

Растворимы в HCl - криолит, цинкит, брусит, колеманит, гипс, ярозит, апатит, бирюза, карнотит, крокоит;

Растворимы в HCl с образованием геля кремнезема - анортит, нефелин, содалит, канкринит, оливин, виллемит, гемиморфит, датолит, анальцим, натролит;

Растворимы в HCl с выпадением осадка кремнезема - лейцит, родонит, волластонит, скаполит, кордиерит, биотит, серпентин, гарниерит, хризоколла, стильбит, шабазит, гейландит;

Растворимы в HCl с выделением CO₂ - все карбонаты.

1. Многие минералы полностью растворяются без вскипания (выделения пузырьков); к ним относятся оксиды, гидроксиды, некоторые сульфаты, а также некоторые фосфаты и арсенаты. Высокое содержание железа вызывает желтую окраску раствора; медные минералы окрашивают раствор в синий или зеленовато-синий цвет; с кобальтовыми минералами раствор приобретает розовый цвет.

2. Растворение со вскипанием (обильным выделением пузырьков) наблюдается в тех случаях, когда минерал содержит какой-либо газообразующий компонент. К таким минералам относятся все карбонаты, которые растворяются в HCl со вскипанием. Наиболее распространенный тест, позволяющий отличить кальцит от доломита. Разбавленная HCl (в данном случае 1:9) растворяет кальцит с бурным вскипанием, а доломит не растворяется, если он не свежерастертый, а кислота не нагрета; но и в этом случае бурного вскипания не получится. Некоторые из них, такие, как кальцит и арагонит, вскипают в холодной кислоте, тогда как остальные - только в горячей кислоте. Некоторые сульфиды растворяются в HCl с выделением сероводорода, который легко узнать по характерному запаху тухлого яйца. Окислы марганца под действием HCl выделяют хлор (зеленоватый ядовитый газ).

3. Разрушение минералов в соляной кислоте с образованием нерастворимого осадка характерно для большинства силикатов. Нерастворимый осадок состоит главным образом из кремнезема и выделяется в виде тонкого порошка или гелеподобной массы (как желатин).

Как правило, все, что требуется от простых химических испытаний, - это отличить один минерал от другого.

Вкус и запах

Растворимые в воде минералы могут различаться по вкусу: вяжущему или едкому (например, квасцы, мелантерит), горькому (сильвин), холодящему (натриевая селитра) и соленому (галит). Некоторые минералы обладают способностью липнуть к языку (например, каолинит).

Для ряда минералов характерен тот или иной запах, когда их подвергают нагреванию, растиранию, а также воздействию каких-либо растворителей. Примерами могут служить едкий сернистый запах халькозина при нагревании, зловоние, испускаемое пирротином под действие HCl, чесночный запах арсенопирита (и всех мышьяк содержащих минералов) при растирании.

Наиболее частыми случаями использования запаха для диагностики минералов являются следующие: глина начинает пахнуть плесенью, если на нее подышать, а сфалерит, когда его царапают, выделяет сероводород с запахом тухлых яиц.



Глава 2. Породообразующие минералы и их роль в строении земной коры

Породообразующие минералы - это составные части горных пород, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам.

Среди породообразующих минералов различаются:

1. Характерные, типоморфные минаралы, имеющие исключительно магматическое, осадочное или метаморфическое происхождение.

2. Минералы, образующиеся при разных геологических процессах и находящиеся в породах любого генезиса.

Содержащиеся в составе горных пород минералы разделяются на породообразующие и второстепенные. Первые, примерно 40... 50 минералов, участвуют в образовании горных пород и обусловливают их свойства; второстепенные встречаются в них только в виде примесей.

Среди породообразующих выделяются первичные и вторичные. Первичные возникли при формировании пород, вторичные -- позднее как продукты видоизменения первичных минералов.

Природные минералы находятся в основном в твердом состоянии и имеют преимущественно кристаллическое строение с закономерным расположением частиц (ионов, атомов, молекул) в пространстве. Реже они встречаются в виде аморфных веществ с беспорядочным пространственным расположением частиц.

Минералы обладают рядом характерных свойств, оказывающих большое влияние на технические свойства пород, среди которых следует особо выделить твердость, спайность, излом, блеск, окраску, плотность. Эти свойства зависят от строения и прочности связей в кристаллической решетке.

Приводимое ниже описание наиболее распространенных и важных в породообразующем отношении минералов предусматривает характеристику представителей классов силикатов, оксидов и гидроксидов, карбонатов, сульфатов, сульфидов и самородных минералов

К наиболее важным представителям класса силикатов относятся полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, роговая обманка, авгит, слюды, гидрослюды, а также вторичные силикаты -- тальк, асбест, каолинит, монтмориллонит.

Полевые шпаты по химическому составу представляют собой каркасные алюмосиликаты калия, натрия, кальция и разделяются на натриево-кальциевые (плагиоклазы) и калиево-натриевые полевые шпаты. Наиболее распространенными полевыми шпатами являются близкие по строению и свойствам, одинаковые по составу микроклин и ортоклаз, отличающиеся между собой интенсивностью розовой окраски. Они могут замещать друг друга в породах или же присутствуют одновременно. На поверхности земли, под влиянием кислорода,воды, углекислого газа и др., они постепенно выветриваются и превращаются в глинистые минералы. Являясь породообразующими компонентами, полевые шпаты увеличивают твердость и прочность пород, поэтому полевошпатовые разновидности последних охотно используются в строительстве и в промышленности строительных материалов (стекольная, керамическая и др.). Высокосортные залежи полевых шпатов имеются в Карелии, на Украине, Урале, в Сибири.

Плагиоклазы -- изоморфные смеси минералов альбита и анортита. В природе существуют многочисленные разновидности непрерывно меняющегося ряда плагиоклазов-- от чистого анортита до чистого альбита, причем чем выше содержание анортита в составе плагиоклаза, тем выше степень его основности. Так, при содержании в составе плагиоклаза от 0 до 30% анортита он является кислым плагиоклазом, от 30 до 60% --средним и от 60 до 100% --основным.. Аналогично полевым шпатам, плагиоклазы неустойчивы к химическому выветриванию на поверхности земли и переходят в глинистые соединения. Применяются в качестве особо ценного декоративного и облицовочного материала (Лабрадор). Их месторождения известны на Украине и Урале.

К числу каркасных алюмосиликатов, обедненных кремнеземом, относится нефелин, который входит как породообразующий минерал в щелочные магматические породы (нефелиновые сиениты, нефелиниты и др.). Легко выветривается на поверхности земли, превращаясь в каолинит, и вторичные образования карбонатного, сульфатного состава и др. В контактах с богатейшими апатитовыми месторождениями нефелиновые породы нередко образуют крупные массивы, имеющие промышленное значение и используются при производстве цемента, стекла; из нефелиновых отходов с помощью обогащения получают глинозем, соду, силикагель, ультрамарин и др. Месторождения этих пород известны на Кольском полуострове (Хибины).

К ленточным силикатам (амфиболам) относится роговая обманка-- важный породообразующий компонент магматических и метаморфических пород Она отличается высокой вязкостью и большой прочностью, поэтому присутствие ее всегда сообщает породам повышенные прочность и ударную вязкость. Наиболее известные месторождения роговой обманки имеются на Урале.

Авгит--магнезиально-железистый силикат -- относится к цепочечным силикатам (пироксены) и является важным породообразующим минералом основных магматических пород.. Присутствие авгита в породах сообщает им высокую сопротивляемость механическим воздействиям. Встречается на Урале.

В группу слоистых силикатов входят многочисленные представители со слоистым, листоватым или чешуйчатым строением. Наиболее распространены в породах слюды (особенно биотит и мусковит), гидрослюды, в частности вермикулит, а также тальк, асбест, каолинит, монтмориллонит.

Мусковит -- белая слюда встречается в магматических и метаморфических породах. Мусковит относительно стоек химически и при выветривании обычно переходит в россыпи без заметного изменения. Используется как отличный электроизоляционный материал, а в строительстве -- в виде слюдяного порошка (скарпа), как посыпочный материал при изготовлении кровельных материалов (рубероида), огнеупорных красок, керамических изделий и т. п. Достаточно крупные месторождения мусковита имеются на Кольском полуострове, Украине, Среднем Урале, в Восточной Сибири.

Биотит -- черная или бурого цвета железисто-магнезиальная слюда широко распространена в кислых магматических и метаморфических породах. В природе образует преимущественно пластинчато-чешуйчатые и зернистые скопления, является химически нестойким минералом. Месторождения биотита известны на Урале, в Забайкалье и др.

Гидрослюды -- слюдоподобные минералы, содержащие значительное количество связанных молекул между слоистыми пакетами, образованными кремнекислородными тетраэдрами в кристаллической решетке, которые сравнительно легко удаляются при нагревании. Среди этих минералов наибольшее практическое значение имеет вермикулит золотистого или коричневого цвета. При прокаливании, в интервале температур от 900 до 1100, его молекулярная вода превращается в пар с образованием внутреннего давления, под влиянием которого происходит расслоение слоистых пакетов и разделение их на червеобразные столбики или нити с поперечным делением на тончайшие чешуйки. Образование огромного количества воздушных прослоек в кристаллической решетке сопровождается сильным (в 15... 25 раз) увеличением объема вспученного вермикулита и уменьшением его средней плотности до 100 ... 300. Вермикулит является хорошим теплоизоляционным и звукопоглощающим материалом. Крупные месторождения его находятся на Украине, Урале и Кольском полуострове.

К группе вторичных слоистых силикатов относятся довольно широко распространенные в природе тальк, асбест, каолинит и монтмориллонит.

Тальк образуется при изменении магнезиальных силикатов и алюмосиликатов природными горячими растворами и является породообразующим минералом тальковых сланцев.Тальк находит применение в порошкообразном виде в качестве наполнителей в производстве пластмасс, паст, глазурей и кислотоупорных изделий. Камневидный тальк используется для огнеупорной футеровки. Промышленные месторождения его известны на Урале.

Асбест встречается в виде нескольких разновидностей, но наибольшее применение для практических целей имеет хризотил-асбест. Отличается высокой огнестойкостью и щелочеупорностью, плохо проводит теплоту и электричество.

Хризотил-асбест образуется из ультраосновных оливиновых, а также карбонатных пород под влиянием природных горячих растворов. Наиболее ценным сортом считается длинноволокнистый асбест с длиной волокон более 8 мм, используемый при производстве несгораемых тканей, автомобильных тормозных лент, асбесторезиновых изделий и др. Для изготовления асбестоцементных изделий, теплоизоляционных труб, панелей и т. п. применяется асбест с длиной волокон 2 ... 8 мм. Мелкое асбестовое волокно направляется для получения обмазочной теплоизоляции, огнестойких красок, штукатурных растворов и др. Значительные месторождения асбеста известны на Украине, Урале, в Забайкалье, Саянах.

Каолинит является главным минералом многих глинистых пород. В природе он встречается в виде рыхлых чешуйчатых или плотных тонкозернистых агрегатов белого цвета с различными оттенками и матовым блеском. Каолинит образуется преимущественно путем выветривания алюмосиликатов (полевых шпатов, слюд и др.), содержащихся в породах под влиянием воды и углекислого газа, отличается достаточной устойчивостью на поверхности земли и, накапливаясь, образует мощные толщи глинистых пород. Основным потребителем каолиновых глин является керамическая промышленность. Они используются при производстве тонкой фарфоровой и фаянсовой керамики. Каолиновые наполнители широко применяются при производстве пластмасс, эмульгаторов, красителей и т. д.

Монтмориллонит отличается непостоянным химическим составом, который зависит от содержания воды в атмосфере. Подобно каолиниту распространен в природе. Он имеет подвижную кристаллическую решетку, вследствие чего приобретает способность к сильному набуханию в присутствии воды и увеличению ее размеров почти в 3 раза, а при нагревании -- к постепенному высыханию и значительной усадке. Монтмориллонит образуется в условиях щелочной среды при разложении вулканических пеплов и туфов в морской воде. Он широко развит также на поверхности земли, преимущественно в районах выветривания основных магматических пород; отличается сравнительной устойчивостью к химическому выветриванию. Являясь составной частью глинистых пород, он сообщает им повышенные набухаемость и адсорбируемость. В чистом виде используется как адсорбент (отбеливатель), наполнитель, эмульгатор в резиновом, пластмассовом, керамическом и других производствах. Высококачественные месторождения монтмориллонитовых глин находятся на Кавказе, в Крыму, Приднепровье, Закарпатье.

Оксиды являются соединениями металлов и металлоидов с кислородом. Наиболее распространенным минералом этого класса является кварц, встречающийся в виде трех главных модификаций: а-кварц, тридимит и кристобалит. Образование кварца связано как с магматическими процессами в недрах земли, так и выпадением из холодных растворов на ее поверхности. Наиболее изученным является а-кварц, который называют просто кварцем. Как породообразующий минерал кварц входит в магматические, осадочные и метаморфические породы. Он является химически стойким минералом и накапливается в виде мощных осадочных отложений (пески, песчаники). Повсеместное распространение кварца способствует широкому использованию его в стекольной и керамической промышленности, а в виде природного камня (кварцитов, песчаников)--в качестве стойкого облицовочного и конструкционного строительного материала. Кварц является хорошим абразивом, а также используется как сырье для производства оптических приборов, химической посуды и т. п.

В природе часто встречается гидратированный аморфный кремнезем-- опал. Сравнительно легко растворяется в щелочах, но в кислотах не разлагается. Условия образования его различны: осаждение из горячих растворов и гейзеров (кремнистые туфы),.выветривание ультраосновных магматических пород, коагуляция и седиментация золей кремнезема в морских бассейнах, накопление продуктов жизнедеятельности морских организмов и т. д. Осадочными опалсодержащими породами являются трепелы, диатомиты, опоки, мергели и др., применяемые как гидравлические добавки при производстве цемента, абразивов, а также для изготовления керамических изделий и легких блочных материалов.

Карбонаты являются солями угольной кислоты и широко распространены как породообразующие компоненты осадочных и метаморфических пород. Наиболее распространенными являются кальцит, магнезит, доломит, натрит.

Кальцит слабо растворим в воде, но под влиянием углекислоты, часто содержащейся в воде (например, грунтовой), он переходит в бикарбонат кальция, который растворяется в воде примерно в 100 раз легче, чем сам кальцит. Поэтому породы, содержащие кальцит, быстро разрушаются при контакте с водой, насыщенной углекислотой. Кальцит легко распознается по реакции «вскипания» под действием разбавленной соляной кислоты, которая вызывается бурным выделением углекислого газа и служит простым приемом распознавания карбонатных пород. В природе кальцит встречается в виде кристаллических агрегатов, друз (сростков), натеков, но преимущественно распространен в виде мощных отложений известняков, мрамора и др. Условия его образования разнообразны и в основном связаны с накоплением известняковых илов-- продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов в морских бассейнах (органогенные известняки), а также с отложением под влиянием коагуляции коллоидных растворов углекислой извести в виде тонких пленок на поверхности частиц, взвешенных в движущейся воде (химические известняки). Месторождения различных видов кальцита, а также разнообразных карбонатных пород -- мела, мраморов -- встречаются в Карелии, на Украине, в Донбассе, на Урале. Они являются ценным поделочным материалом, сырьем для производства цемента, извести, огнеупоров.

Магнезит по структуре и форме кристаллов сходен с кальцитом, но распространен в природе значительно реже. В отличие от кальцита при воздействии НСl реакции вскипания не обнаруживает. Образуется магнезит преимущественно под влиянием горячих магнезиальных растворов на известняки и при выветривании магнезиальных силикатов (серпентинитов). В природе встречается в виде сплошных мраморовидных (кристаллических) и плотных (аморфных) масс, которые имеют большое промышленное значение, особенно при производстве высокоогнеупорных изделий.

Доломит структурном отношении сходен с кальцитом. Вскипает с холодной НСl только в порошке. Доломит широко распространен в природе как породообразующий компонент доломитов и доломитизированных известняков.

Натрит-- бесцветный или окрашенный в белый цвет минерал . С НСl обнаруживает бурную реакцию вскипания. При нагревании растворяется в собственной кристаллизационной воде. Он образуется в некоторых соляных озерах, богатых натрием, при избытке растворенного углекислого газа. Применяется при производстве стекла, в металлургии и др. Обычно встречается в виде плотных и зернистых масс.

Сульфаты -- соли серной кислоты, образующиеся в поверхностных условиях земли. Среди представителей этого класса имеется мало соединений, достаточно устойчивых в земной коре. Для строительных целей используют ангидрит, гипс, барит и мирабилит. Ангидрит встречается в виде сплошных зернистых масс и является кристаллическим минералом голубовато-белого цвета. Легко присоединяет в природных условиях воду, переходя в гипс с сильным (до 30%) увеличением объема. Является породообразующим компонентом в породах одноименного названия.

Гипс -- кристаллический минерал, обычно слагающий в природе огромные мраморовидные скопления гипсовых пород.В генетическом отношении гипс относится к типичным химическим осадкам и образуется в высыхающих участках моря. Вместе с ангидритом он широко используется для получения вяжущих веществ.

Барит (тяжелый шпат) -- весьма распространенный после ангидрита минерал с таблитчатой формой кристаллов. Отличается слабым пропусканием активных лучей (y-лучи, рентгеновские и др.), вследствие чего используется для производства специальных бетонов. Образуется выпадением из горячих водных растворов, а также осаждением в виде нерастворимого сульфата бария в прибрежных участках моря. Барит применяется для производства специальных стекол, керамических эмалей, пластмасс, высокосортных красок.

Мирабилит содержит свыше 55% кристаллизационной воды, с которой связаны многие его свойства. Используется в стекольной, химической промышленности (сода, краски и др.).

Сульфиды являются соединениями серы с другими элементами, в том числе с железом.

Представителем этого же класса является киноварь HgS. Киноварь образуется исключительно как низкотемпературный гидротермальный минерал, связанный с молодыми вулканическими районами, где она встречается в виде пластовых залежей и жил. На поверхности земли устойчива и поэтому накапливается в россыпях. Применяется для изготовления красочных составов, но главным образом служит сырьем для получения ртути.

Самородные минералы имеют практическое значение в виде шунгита, представляющего собой аморфный углерод С, образовавшийся в результате природного коксования угля при метаморфизме осадочных пород, содержащих пропластки органических остатков, в том числе каменного угля, битума и др. От графита отличается большими твердостью, равной 3 ... 4, плотностью и раковистым изломом. Шунгит инертен по отношению к агрессивным средам, электро - и теплопроводен; способен вспучиваться при температуре обжига 1100°С, образуя легкое пористое вещество. Входит в состав шунгитовых сланцев.



Глава 3. Рудообразующие минералы и их роль в хозяйственной деятельности человека

Рудой называют природное минеральное соединение, содержащее один или несколько минералов, в которых концентрация металлов настолько велика, что это делает экономически выгодной их разработку. Рудным минералом называют минерал, заключающий какой -либо металл. Лишь немногие металлы встречаются в элементарной форме в самородном состоянии. В основном это золото, платина и серебро. Но абсолютное большинство металлов встречается в минералах в соединении с другими химическими элементами. Это наблюдается :

...