Глава 7. Группы рудных минералов по физическим свойствам. Диагностические свойства эталонных минералов. Таблицы-определители. Стандартные схемы исследования рудного минерала и аншлифа
Из большого числа рудных минералов можно выделить характерные соединения трех типов: самородные элементы (металлы), сульфиды и подобные им соединения и окислы – соединения металлов с кислородом. Они значительно отличаются по физическим свойствам, что облегчает диагностику .
1. Самородные элементы, такие как, Au, Ag, Fe, Cu, Pt обладают физическими свойствами идеальных металлов, т.е. ковкостью, тягучестью, металлическим блеском (непрозрачностью для света), проводимостью тепла и электричества, высокой плотностью. Свойства их обусловлены, прежде всего, металлическим типом электронной связи между атомами. Тип связи определяет строение кристаллических решеток и оптические свойства. Для рудных минералов важными свойствами являются отражательная способность и твердость. Самородные металлы являются, как правило, наиболее высокоотражающими объектами и имеют низкую твердость. К числу типичных рудных минералов относится также гексагональная модификация самородного углерода – графит, отличающийся низким отражением.
2. Сульфиды, такие как: галенит – PbS, сфалерит – ZnS, миллерит –NiS, киноварь – HgS, пирротин – FeS, ковеллин – CuS – не обладают свойствами металлов. Они в основном хрупкие, слабо проводят электрический ток, обладают средней отражательной способностью, некоторые частично пропускают свет. Электронные связи между химическими элементами, входящими в кристаллические решетки сульфидов, имеют ионный или смешанный типы, что и обусловливает резкое различие их оптических свойств. Многие сульфиды обладают широкой анизотропией физических свойств, в том числе твердости и отражательной способности. В эту группу рудных минералов относятся также многочисленные селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения, среди которых много важных в промышленном отношении минералов.
3. Окислы, например магнетит – Fe2+ Fe3+2O4, гематит – Fe2O3, рутил – TiO2, куприт – Cu2O, ильменит – FeTiO3, хромит – FeCr2O4, еще больше отличаются от металлов отсутствием пластичности, электропроводности. Окислы, как правило, отличаются низкой отражательной способностью и высокой твердостью. Многие окислы пропускают свет. Типы химических связей в окислах различны, что обусловливает их широкие различия в физических свойствах.
Роль самородных металлов, сульфидов и окислов в образовании месторождений различна. Самородные металлы исключительно редко образуют месторождения, а сульфиды и окислы являются главными компонентами многочисленных месторождений.
Наиболее важные рудные минералы, образующие месторождения:
| Самородные элементы: | Кобальтин – CoAsS |
| Медь – Cu | Лëллингит –FeAs2 |
| Серебро – Ag | Арсенопирит – FeAsS |
| Золото – Au Платина – Pt | Блеклые руды: теннантит – Cu12As4S13 – тетраэдрит – Cu12Sb4S13 |
| Углерод – С (Графит) | Прустит – Ag3AsS3 |
| Пираргирит – Ag3SbS3 | |
| Буланжерит – Pb5Sb4S11 | |
| Сульфиды и подобные им соединения: | Окислы и другие кислородные соединения: |
| Халькозин – Cu2S | Куприт – Cu2O |
| Галенит – PbS | Гематит – α-Fe2O3 |
| Сфалерит – ZnS | Ильменит – FeTiO3 |
| Киноварь – HgS | Браунит – Mn2O3 |
| Пирротин – Fe1-xS | Шпинель – MgAl2O4 |
| Никелин – NiAs | Магнетит – FeFe2O4 |
| Миллерит – NiS | Хромшпинелиды – (Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)2O4 |
| Пентландит – (FeNi)9 S8 | Рутил – TiO2 |
| Халькопирит – CuFeS2 | Касситерит – SnO2 |
| Борнит – Cu5FeS4 | Колумбит – (Fe,Mn)Nb2O6 – танталит – (Fe,Mn)Ta2O6 |
| Кубанит – CuFe2S3 | Пиролюзит – MnO2 |
| Ковеллин – CuS | Лопарит – (Na,Ce,Ca)(Nb,Ti)O3 |
| Аурипигмент – As2S3 | Гетит – гидрогетит – HFeO2,- HFeO2 ž ag |
| Стибнит – Sb2S3 | Псиломелан – mMnO ž MnO2 ž nH2O |
| Висмутин – Bi2S3 | Малахит – Cu2[CO3][OH]2 |
| Молибденит – MoS2 | Вольфрамит – (Mn,Fe)WO4 |
| Пирит – FeS2 | Шеелит – CaWO4 |
| Сперрилит – PtAs2 | Циркон – ZrSiO4 |
К эталонным минералам относятся: пирит, галенит, блеклые руды, сфалерит. Диагностические свойства их приведены в табл. 1.
Таблица 1
Диагностические свойства эталонных минералов
|
Свойства | Эталонные рудные минералы | |||
| Сфалерит | Блеклые руды | Галенит | Пирит | |
| Химический состав | ZnS | Cu3(Sb,As)S3 | PbS | FeS2 |
| Сингония | куб | куб | куб | куб |
| Отражение | 17–18 % | 28–30 % | 44 % | 54.5 % |
| Цвет | Серый | Серо-белый с оливково-коричневым оттенком | Белый | Светло-желтый |
| Анизотропия | Изотропен | Изотропен | Изотропен | Изотропен |
| Внутренние рефлексы | Бесцветные, желтые, буро-красные | Коричнево-красные | Отсутствуют | Отсутствуют |
| Твердость по Моосу H, кГ/мм2 | 3.5–4 153–270 кГ/мм2 | 3–4 308-397 кГ/мм2 | 2.5 64-110 кГ/мм2 | 6–6.5 1144– 1374 кГ/мм2 |
| Полируемость | Хорошая | Хорошая | Хорошая | Посредствен-ная, при длительном полировании хорошая. |
| Формы зерен, внутреннее строение | Зернистые агрегаты, но индивиды не видны, можно выявить травлением. Характерны полисинтетиче-ские двойники. | Зернистые агре- гаты, травлением можно выявить зональность в кристаллах. | Зернистые агрегаты, совершенная спайность, треугольные выколки. | Зернистые агрегаты, кристаллы кубических и пентагон-додекаэдрич форм. |
| Часто встречающиеся совместно минералы | Халькопирит, галенит, блеклые руды, пирротин | Халькопирит, сфалерит, галенит, арсенопирит | Сфалерит, пирит, халькопирит, минералы серебра и др. | Марказит, халькопирит, сфалерит, золото и др. |
| Магнитность | Немагнитен | Немагнитен | Немагнитен | Немагнитен |
Важно усвоить свойства этих минералов, для того чтобы на практике легко их узнавать и использовать для диагностики других минералов. Главное достоинство предлагаемой группы эталонов заключается в широкой распространенности в различных месторождениях, устойчивости их свойств, стандартных цветах, силе отражения и др. Например, уменьшение коэффициента отражения в ряду: пирит-галенит-блеклая руда-сфалерит происходит в интервале 10–15 %, что соответствует интервалу восприимчивости глаза. Это позволяет легко по «методу контакта» ориентироваться в справочных таблицах. Также закономерно возрастает микротвердость в ряду: галенит-сфалерит-блеклая руда-пирит, (от 2.5 до 6.5), что позволяет использовать примитивную схему определения групп твердости по «методу царапания». На примере эталонов усваиваются такие диагностические свойства как эталонные цвета: белый (галенит) и серый (сфалерит), «внутреннее строение» (треугольники выкрошивания у галенита) и «внутренние рефлексы» (сфалерит и блеклая руда) и др.
Свойства других минералов, включенных в курс «Рудная минераграфия» приведены в форме стандартных таблиц-определителей.
Пример работы с таблицей-определителем
В качестве примера рассмотрим таблицу С.А. Юшко и В.В. Иванова (Приложение 4), приведенную в работе С.А. Юшко «Методы лабораторного исследования руд» (1984). Таблица составлена с использованием основных физических свойств рудных минералов, которые студент определяет в лабораторных условиях. Представленные в таблице минералы разбиты на 36 групп в зависимости от свойств.
Рекомендуется, прежде всего, определить характер анизотропии минерала. По этому признаку минералы делятся на две большие группы. Точное определение анизотропности позволит резко ограничить круг поиска минерала.
Далее следует определить степень отражения. В каждой группе как изотропных, так и анизотропных минералов, первая вертикальная графа слева имеет обозначение: «Отражение». Она разделена на три подраздела (снизу вверх): «равная сфалериту и меньше», «равная галениту и меньше» и «больше галенита». Примерное определение коэффициента отражения по эталонам позволяет ограничить поиск минерала до 3-7 групп.
Определение цвета минерала в отраженном свете не представляет большой трудности, но решает еще одну задачу - отделяет «ясно окрашенные» минералы, которых, к примеру, среди анизотропных минералов, не так много. Это свойство обозначено во второй вертикальной графе таблицы: «Окраска минерала».
Следующая вертикальная графа – «Внутренние рефлексы в порошке», позволяет выделить минералы с ясно выраженными внутренними рефлексами, что особено важно в группах бесцветных минералов.
Последняя графа перед определение номера диагностической группы – «Твердость». Определение твердости студентами выполняется в
кабинетных условиях быстро двумя способами. По методу царапания медной и стальной иглами определяется класс твердости: «высокая», «средняя» и «низкая». На микротвердометре МПТ-3 уточняется значение микротвердости.
Определение диагностической группы сужает поиск минерала, но еще не решает окончательно задачу определения. Некоторые группы являются весьма сложными по набору минералов, например №№ 7, 10, 15, 22 и др. Далее следует использовать все дополнительные свойства по справочникам: морфология зерен, внутреннее строение, парагенетические ассоциации, цветовые оттенки, и др. Большую помощь могут оказать микрохимические реации, при наличии набора стандартных реактивов. Определение некоторых минералов может быть уверенным только путем анализа химического состава и рентгенограммы.