Страницы Список страниц 7 8 9 10 11 · · ·  21

РАЗДЕЛ II

МИНЕРАЛОГИЯ

ГЛАВА IV
ПОНЯТИЕ О МИНЕРАЛЕ И МЕТОДАХ ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОВ
Минералогия — наука о минералах. Этот термин происходит от старинного слова «минера» — рудный штуф, кусок руды. Появление этого слова относится к глубокой древности и связано с развитием горного промысла.
Минералом называется химический элемент или химическое соединение, возникающие в результате природных процессов и искусственно получаемые в лабораториях.
Известно более 2500 природных минералов. Минералы могут состоять из одного химического элемента (сера, алмаз, графит, золото и др.) либо из нескольких (кварц, кальцит, полевой шпат «и др.). Большинство минералов — твердые тела. Однако имеются жидкие (вода, ртуть) и газообразные минералы (метан, сернистый и углекислый газы). Здесь будут рассмотрены только твердые минералы. Твердые минералы по своему строению бывают двух видов — кристаллические и аморфные. Кристаллические минералы преобладают в природе (их 98%). Большинство минералов, которые будут рассмотрены ниже,— это минералы кристаллического строения.

Минералогия принадлежит к числу геологических наук, изучающих минеральный состав Земли и других космических тел. Для диагностики различных минералов минералогия использует ряд методов, позволяющих всесторонне изучить физические и химические свойства исследуемого вещества, определить состав и вывести формулу неизвестного минерала. Большинство методик по определению минералов требует применения точных приборов, сложного оборудования и нередко специальных лабораторий. В данном пособии, учитывая его специфику, даются только общие и краткие сведения о наиболее распространенных .методах исследования и определения минералов и более подробно описывается доступный способ определения — метод определения минералов по внешним признакам. Детальные методы исследования минералов описываются в специальных руководствах. Для определения минералов используются следующие методы.

Определение минералов по внешним признакам (макроскопический метод)

Это наиболее доступный и простой метод. Для определения минералов исследуют их физические свойства: морфологию, цвет, блеск, твердость И др. Метод определения минералов по внешним признакам не требует специальной аппаратуры и особых приборов и легко доступен.

Микроскопический (или кристаллооптический)

Метод использует для определения минералов специальные поляризационные микроскопы, которые позволяют исследовать минералы в проходящем и отраженном свете. Для исследования применяются особые препараты, называемые шлифами и аншлифами. Шлифы представляют собой тонкие срезы минералов или горных пород толщиной около 0,02 мм, наклеенные с помощью особого клея — канадского или пихтового бальзама — на предметное стекло и покрытые покровным стеклом.
В шлифах изучают прозрачные минералы с помощью проходящего света под микроскопом. Современные световые микроскопы позволяют достигать увеличений до 1000—1200 и видеть частицы размером 0,2—0,3 микрона (т. е. 2000—3000 Å). Под микроскопом определяется ряд оптических свойств минералов в шлифах и при помощи специальных иммерсионных жидкостей (иммерсионный метод). Метод определения оптических констант минералов с помощью поляризационного микроскопа достиг большого совершенства после изобретения акад. Федоровым универсального теодолитного столика, называемого теперь федоровским столиком. Для исследования- минералов данный столик устанавливается на микроскопе.

Непрозрачные минералы изучаются с помощью специального микроскопа в отраженном свете с особым приспособлением — осветителем, называемым опак-иллюминатором. Здесь объектом изучения служит непрозрачный шлиф, или аншлиф. Аншлиф (полированный шлиф) представляет собой кусок руды или минерала с зеркальной плоскостью, получаемый в результате шлифовки и последующей полировки. К объектам, изучаемым с помощью такого микроскопа, относятся непрозрачные минералы, слагающие различные рудные полезные ископаемые или входящие в виде включений в почвообразующие горные породы и почвы (пирит, галенит, халькопирит
Для определения минералов пользуются также бинокулярной лупой или стереоскопическим микроскопом
(МБС-1, МБС-2 и др.). позволяющими исследовать рассматриваемые объекты как .в проходящем, так и в отраженном свете.
Объектами исследования могут быть шлихи — концентраты из тяжелых минералов, получаемые в процессе промывки рыхлых аллювиальных, делювиальных и других отложений, а также «искусственные шлихи», образующиеся после промывки измельченных в порошок горных пород и руд. С помощью стереоскопического микроскопа или бинокулярной лупы можно проводить минералогические исследования образцов почв, предварительно разделенных на ряд фракций, различающихся величиной зерен.

Электронно микроскопический

Метод используется для определения тонкодисперсных веществ — глинистых минералов и коллоидных систем, для изучения кристаллических решеток и молекул. В электронном микроскопе вместо видимого света для получения изображений ис-пользуется поток ускоренных электронов. Наибольшая разрешающая способность, достигнутая на отдельных современных электронных микроскопах, составляет величину в 4—5 А, что соответствует увеличению порядка одного миллиона. Обычно достигается увеличение порядка 200 тыс., что соответствует разрешающей способности около 10 Å.
В минералогии электронный микроскоп используется для изучения формы, особенностей строения и структуры тонкодисперсяых минералов — минералов, размеры выделений которых лежат за пределами разрешающей способности обычной оптики. Такие глинистые минералы, как каолинит, галлуазит, монтмориллонит, палыгорскит, гидромусковит, ряд вторичных минералов коры выветривания и другие успешно исследуются и определяются с помощью электронного микроскопа. Однако электронно-микроскопический метод не универсален, наиболее успешно он может быть использован в сочетании с другими методами исследований — рентгеноструктурным и спектральным анализами, дифференциально-термическим и термовесовым анализами, электронографией и химическим анализом.

Рентгеноструктурный анализ 

Применяется для исследования и определения минералов в рентгеновских лучах. С помощью рентгеновских лучей можно исследовать кристаллические, скрытокристаллические и тонкодисперсные минералы. Рентгеноструктурный анализ основан на явлении дифракции рентгеновских лучей в кристаллах и законе «отражения» этих лучей в кристаллах от плоских сеток кристаллов. В результате рентгеновской съемки исследуемого вещества при облучении его монохроматическими рентгеновскими лучами получаются рентгенограммы, которые сравниваются с эталонными рентгенограммами известных минералов.

Электронографический метод

Исследования используется для тонкодисперсных коллоидных масс и тончайших пленок минералов толщиной в несколько миллимикронов. Метод основан на способности электронов, проникающих в вещество, определенным образом рассеиваться при встрече с закономерно расположенными атомами. В отличие от рентгеновских лучей, способных проходить в глубь кристаллического вещества, пучок электронов проникает на глубину до 0,01 микрона (0,00001 мм). В результате исследования полученных электронограмм проводится определение вещества.

Термический анализ

Введенный акад. Курнаковым, применяется для диагностики и характеристики многих минералов, руд и горных пород. Под названием термический анализ объединяются два классических метода: дифференциально-термический (ДТА) — получение кривых нагревания вещества, и термовесовой (.или термогравиметрический) — получение кривых изменения веса. Наиболее перспективно применение этих методов для исследования тонкодисперсных минералов, входящих в состав глин, бокситов, зоны окисления руд и коры выветривания. Особенно успешен термический анализ в сочетании с рентгеновским, электроино микроскопическим и кристаллооптическим методами.

Спектральный анализ

Применяется для определения в исследуемом веществе химических элементов. Метод основан на том, что каждый химический элемент при достаточном нагревании испускает лучи определенных длин волн, которые устанавливаются с помощью спектрографа. Метод очень удобен благодаря своей точности и быстроте определения содержащихся в минерале катионов металлов, а также в связи с малым количеством исследуемого вещества (несколько миллиграммов), требующегося для анализа. Для очень малых объектов (50— 100 микрон) используются спектральные установки, снабженные лазерами.

Кристаллохимический анализ

Разработанный Федоровым, применяется для определения состава вещества и его внутреннего строения по внешним формам кристалла. Измеряя углы между гранями кристалла на специальном приборе — гониометре, определяют сингонию и вид симметрии кристаллов, а также состав минерала.

Метод паяльной трубки

Используется для быстрого качественного химического анализа минералов. Его применяют для уточнения предварительных микроскопических определений минерала. Для данного метода требуется незначительное количество исследуемого минерала. Метод паяльной трубки прост и доступен по своему применению. Исследование минералов проводится с помощью особой паяльной трубки, которая предназначена для вдувания воздуха в пламя свечи, спиртовой или газовой горелки. В пламени, обладающем высокой температурой и способностью производить химические реакции окисления и восстановления, осуществляют различные испытания минерала: прокаливание, сплавление с содой, бурой и другими реагентами. Характер реакций, происходящих при этом, позволяет судить о присутствии в минерале различных химических элементов, а с помощью специальных таблиц-определителей производить диагностику неизвестного минерала.

Химический анализ

Трудоемкий и дорогостоящий метод исследования. Для химического анализа производится отбор чистого минерала, освобожденного от примесей под бинокуляром. Отобранный материал подвергается обычно спектральному анализу для предварительного определения химических элементов, содержащихся в минерале. После проведения полного химического анализа получают данные о химических элементах в весовых процентах. Их пересчитывают на атомные (молекулярные) количества с тем, чтобы можно было вывести химическую формулу минерала. Итак, рассмотрены наиболее широко применяемые
методы исследования минералов и горных пород. Помимо указанных используются и другие методы диагностики веществ земной коры, с которыми можно ознакомиться в специальных руководствах.

9

8 10