Булах А.Г. Общая минералогия

Подождите немного. Документ загружается.

321

Редкие земли

ШШШШШШШШШ

Иттрий

••••••• Магний

••••• Литий

•••• Калий

Ниобий

•••Боксит

••I Рутил

•• Платиноиды

• Железные руды

| Ванадий

'^°Р На 100 лет +

Хлор

••Кобальт

Вермикулит

!• Фосфор

• Рений

• Сурьма На

50-100 лет

• Тантал

| Ильменит

| Вольфрам

I Циркон

Никель

ШШк Молибден

ШШ Селен

• Флюорит

• Медь

• Уран

• Висмут На

25-50

лет

I Марганец

I Графит

I Барит

I Стронций

Кадмий

На 10-25 лет

О 10 лет 100 1000

10000

годы

Рис. 252. Мировые запасы минерального сырья на 1991 г.

(Kesler,

1992).

322

Использование природных ресурсов все возрастает, и одновременно наносится не-

поправимый урон окружающей среде (рис. 253). Ежегодно при промышленной разра-

ботке минерального сырья из недр Земли извлекается около 1,3 млрд. т горной массы,

углубляются и расширяются карьеры, растут отвалы пустой породы, увеличиваются

хранилища отходов обогатительных фабрик, загазовывается атмосфера, загрязняются

природные воды.

Рис. 253. Атомные электростанции и хранилища ядерных от-

ходов по данным МАГАТЭ на 1992 г.

(Kesler,

1994).

Большим резервом для сохранения недр служит использование металлолома и дру-

гих отходов производства. Видимо, скоро придет время, когда геолого-поисковые и

разведочные работы будут проводиться на старых хранилищах отходов обогатитель-

ных фабрик. Любопытны цифры ввоза минерального сырья в США (табл. 53). Они

говорят об еще одном способе сохранения (консервации) своих внутренних минераль-

ных ресурсов и охране природы в стране.

323

Таблица 53. Удельный вес импортируемого в США

минерального сырья по отношению к его общему

внутреннему потреблению промышленностью на 1976 г.

(по американской "Минералогической энциклопедии"

(1985))

Минералы и

Импорт от все- Страны-импортеры

металлы го потребления

внутри США, %

Ниобий 100 Бразилия, Таиланд, Нигерия

Слюда

100

Индия, Бразилия, Мадагаскар

Стронций

100

Мексика, Бразилия, Мадагаскар

Кобальт

Заир,

Бельгия,

Люксембург, Финляндия, Норвегия

Марганец

Бразилия, Габон,

Австралия, ЮАР

Тантал

Таиланд, Канада,

Австралия, Бразилия

Титан (рутил) 93 Австралия, Индия

Металлы платиновой

Великобритания,

группы СССР, ЮАР

Бокситы и глинозем

Ямайка, Суринам,

Гвинея, Австралия

Хром

СССР, ЮАР,

Филиппины, Турция

Олово

Малайзия, Таиланд, Боливия

Асбест 83 Канада, ЮАР

Фтор 79 Мексика, Испания, Италия

Никель

Канада, Норвегия,

Новая Каледония

Золото

70 Канада, Швейцария, СССР

Ртуть

Канада, Мексика

Алжир, Испания

Кадмий 64

Канада, Мексика,

Австралия, Бельгия,

Люксембург

Калий 62 Канада

Сурьма

ЮАР, КНР,

Боливия, Мексика

Селен 59

Канада, Япония, Мексика

Вольфрам

Канада, Боливия,

Перу, Таиланд

Цинк

Канада, Мексика,

Австралия, Перу, Гондурас

Теллур

Перу, Канада

Серебро

Канада, Мексика, Перу

Барий

Ирландия, Мексика, Перу

Гипс

Канада, Мексика, Ямайка

Титан (ильменит)

Канада, Австралия

Железная руда

Канада, Венесуэла, Бразилия

Ванадий

ЮАР, Чили, СССР

Алюминий

Канада

Медь

Канада, Перу, Чили, ЮАР

Свинец

Канада, Перу,

Австралия, Мексика

324

Контрольные вопросы

1. Назовите пять главных групп минералогических поисковых признаков. Лайте их при-

меры.

2. Что такое минералого-технологические карты?

3. Как изменяются свойства минералов в ходе механической переработки и обогащения руд?

4. В чем различие содержания и целей геммологии и минералогии?

5. Какие минералоподобные вещества обнаружены в организме человека?

6. Что такое простое и сложное минеральное сырье?

7. Каковы приблизительно кондиционные содержания платины, золота, свинца, меди, олова,

железа, марганца в их рудах?

8. Назовите главные районы мировой добычи и переработки алюминиевых руд?

9. Какими пятью видами минерального сырья наиболее обеспечена мировая промышлен-

ность, какими пятью — наименее?

Глава 23

ПРИЕМЫ И МЕТОДЫ

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ЗАДАЧИ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Задачи и цели, приемы и методы минералогических исследований определяются

направлением и масштабом выполняемых геологических и других работ.

В ходе геологической съемки и поиска месторождений полезных ископа-

емых главными целями минералогических исследований являются диагностика ми-

нералов, нахождение и использование минералогических критериев поиска и предва-

рительной оценки практической значимости месторождений.

При разведке уже обнаруженных месторождений, оценке их запасов и опре-

делении сортов и качества рудного и нерудного сырья главными задачами оказыва-

ются: 1) установление полного минерального состава сырья по его геологическим

и технологическим разновидностям; 2) выявление и детальное изучение полезных и

вредных особенностей состава и свойств минералов; 3) установление закономерностей

распространения в объеме месторождения разновидностей минералов, различающихся

по этим их особенностям; 4) составление карт распределения сырья разного минераль-

ного состава и качества в контурах месторождения.

При разработке технологии обогащения минерального сырья и заводских

схем извлечения из него промышленно ценных компонентов минералог исследует за-

висимость поведения минерала в техническом процессе от его свойств и состава. Он

определяет минеральный состав промежуточных и конечных продуктов обогащения

сырья, выявляет закономерности изменения свойств минералов в ходе обработки сы-

рья с целью управления этими изменениями для лучшего извлечения полезных ком-

понентов из первичной горной массы.

При изучении условий образования минералов минералог проводит иссле-

дования на надежной геологической основе и начинает их с составления геолого-

минералогических детальных карт и схем, подробных минералогических зарисовок

и фотодокументации объектов изучения; затем осуществляются лабораторные иссле-

дования специально собранного минералогического материала.

В работах по технической минералогии и материаловедению минералог вы-

ступает в первую очередь как специалист по диагностике минералов, изучению их

состава и физических свойств.

ПОЛЕВЫЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Полевые минералогические исследования выполняются как часть общих геологи-

ческих работ и только на основе овладения всем геологическим материалом, характе-

ризующим интересующий объект. Среди собственно минералогических приемов сбора

326

фактов укажем прежде всего на выполнение максимально достоверной документа-

ции закономерностей распределения в пространстве и во времени (т. е. среди других

геологических объектов) изучаемых минеральных тел. Главным методом, как и в гео-

логии, является картирование, а результат работы — это детальные геологические

карты и схемы минералогического объекта. Из этих карт и схем должны быть ясны

геологическая позиция и возраст объекта, его морфология и размеры, пространствен-

ная ориентировка, характер его взаимоотношений с окружающими породами.

Следующий этап детализации минералогических наблюдений — максимально досто-

верная документация закономерностей внутреннего строения минеральных тел. Она

выполняется обычными приемами детальной зарисовки объекта или методом фото-

документации (объект сначала детально фотографируют, делают фотомонтаж, за-

тем его дорисовывают прямо на месте работ). В ходе подобных работ неизбежно возни-

кают и решаются многие вопросы генетической минералогии — о числе минеральных

ассоциаций в месторождении и их возрастных соотношениях, о последовательности

и геологических условиях образования минерального месторождения, о закономерно-

стях внутреннего строения отдельных минеральных тел (жил, гнезд, линз, пропластов

и т.п.) и роста в них одиночных кристаллов и их агрегатов. Рисуя, всегда думаешь.

Для полевых исследований обязателен отбор проб для лабораторного изучения

материала. Следует ясно понимать необходимость выполнения такого изучения на

вероятностно-статистической основе. Только он позволит достоверно определить за-

кономерности изменения морфологии, состава, свойств минерала, вариации его коли-

чества на разных участках и в разных минеральных ассоциациях.

К полевым исследованиям относятся также минералогические методы поиска

месторождений полезных ископаемых по прямым и косвенным признакам. Но

эти методы являются лишь частью общего комплекса полевых поисковых работ, ко-

торый включает общегеологические, геохимические и геофизические методы поиска

месторо ждений.

К прямым минералогическим поисковым признакам относятся, во-первых, выходы

полезных ископаемых (минералог вовремя и верно диагностирует минералы и оцени-

вает их количество), а во-вторых, ореолы и потоки рассеивания полезных минералов.

Ореолы рассеивания минералов образуются в процессе формирования месторождения,

его метаморфизма, метасоматического преобразования, в результате выветривания и

эрозии месторождения.

К косвенным минералогическим поисковым признакам относятся: а) характерные

минеральные ассоциации (скарновая, грейзеновая или др.) и минералы (серицит, ка-

олинит, хлорит, серпентин, цеолиты и т.д.), генетически связанные с определенными

типами минеральных месторождений (см. табл. Приложения); б) минеральные охры,

выцветы, яркие минеральные пленки в разрушенных горных породах и рудах, указы-

вающие на возможный первичный состав пород и руд; в) градиент свойств, состава,

кристалломорфология минералов по мере удаления от месторождения. Минералог

использует простые методы визуальной диагностики минералов и отбирает пробы для

лабораторных исследований.

ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Лабораторные минералогические исследования проводятся с целью объективной и

точной диагностики минералов, детального изучения их морфологии, состава, струк-

туры и свойств. Особая область лабораторных исследований — это изучение остатков

сред минералообразования, захваченных растущим кристаллом.

Точная и объективная диагностика минералов выполняется путем определения

их оптических свойств, плотности, твердости, констант их кристаллической решетки

327

и т.д. Есть много определителей минералов и справочников их свойств и состава,

помогающих диагностировать минералы на основе таких лабораторных исследований.

Изучение морфологии кристаллов выполняется при помощи специальных опти-

ческих приборов— гониометров, которые используют для измерения углов между гра-

нями. Затем с помощью особой системы расчетов и геометрических построений опреде-

ляют сингонию и вид симметрии кристалла, простые кристаллографические формы,

развитые на нем. В срезах кристаллов, наблюдая их визуально или под микроско-

пом, исследуют зональность, секториальность, блочность и другие элементы внутрен-

него строения кристаллов с тем, чтобы по этим признакам реставрировать эволюцию

формы кристаллов во времени. Визуально, в оптических и электронных микроскопах

изучают морфологию поверхности граней кристалла как отражение условий, в кото-

рых остановился его рост или кристалл прекратил растворяться или резорбироваться.

Химический состав минералов изучается в лабораториях разными методами

аналитической химии и физики (спектральный анализ, атомно-абсорбционный, пла-

менно-фотометрический, колориметрический, объемный, гравиметрический, радиоме-

трический, люминесцентный, масс-спектрометрический и др.) в пробах измельченного

материала разной массы (от нескольких граммов до миллиграммов). Все более со-

вершенствуются локальные физические (рентгеноспектральный и др.) методы опре-

деления состава минералов в точке диаметром от 1 до 10 мкм. Правда, здесь все

явственнее проявляется противоречие: состав минерала в точке никогда не отвечает

среднему составу его зерна или кристалла и тем более среднему составу минерала в

месторождении.

Исследование кристаллической структуры минерала — это особая область кри-

сталлографии, физики и химии. Минерал можно изучать в небольшом (1-2 мм) мо-

нокристалле или порошке. Известны и плодотворно используются разные методы ис-

следования минералов в рентгеновских лучах (рентгенография) и потоке электронов

(электронография). Детали структур выявляются и уточняются методами инфракрас-

ной спектроскопии, электронного парамагнитного и ядерного магнитного резонанса и

т.д.

Методы определения физических свойств минералов тривиальны — это различ-

ные приемы измерения плотности минерала (пикнометрия, гидростатическое взвеши-

вание, термоградиентные определения), установление его твердости на склерометрах

разной конструкции, съемка на спектрофотометрах спектров поглощения и отраже-

ния минералов, измерение магнитной восприимчивости, электропроводности и других

свойств минералов.

Лабораторное исследование остатков сред минералообразования, заключенных

в кристаллах и зернах минералов, основано на том, что в минералах нередко имеются

мельчайшие (доли миллиметра) вакуоли, округлые или ограненные. Они бывают од-

нофазными, двухфазными, многофазными. Принято считать, что они захвачены ра-

стущим кристаллом. Вот несколько примеров разных по составу включений: водный

раствор; водный раствор + жидкая углекислота

+СО2

(газ); кристаллики твердых

фаз

+Н2О.

Ясно, что изучая состав таких включений и их поведение при нагревании,

можно сделать выводы, важные для реставрации общих химической и физической

обстановок при росте кристалла.

Физические и химические методы год от года совершенствуются и предоставляют

все большие возможности для изучения состава, структуры и свойств минералов. Они

становятся более локальными, дают все больше информации, важной, но постепенно

отходящей от макрообъектов минералогии и геологии и требующей все большего углу-

бления исследователя в физику и химию твердого тела. Прогресс такого развития ми-

нералогических исследований несомненен, но почти всегда минералоги, работающие

328

на таких сложных установках в лабораториях, быстро переступают ту границу, кото-

рая очерчивает их науку и отделяет ее от кристаллографии, физики и химии. Часто

физик или химик, ведущий такие исследования, считает себя минералогом, забывая,

что минералог должен быть геологом.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

КАК МЕТОД МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Физико-химический эксперимент в минералогии заключается, во-первых, в попыт-

ках моделирования тех условий, в которых происходит минералообразование, и, во-

вторых, в выработке рациональных приемов технического синтеза кристаллов как за-

менителей природного кристаллосырья.

Моделирование процессов формирования минералов развивается в разных напра-

влениях. Много работ выполняется с целью познания химической обстановки, оценки

температуры и давления, при которых образуются минералы. Техника и аппаратура

для выполнения таких экспериментов и методика их подготовки и анализа результа-

тов различны. Перед опытом исходные вещества (минералы, соли, вода и др.) по-

мещают в толстостенную металлическую камеру с небольшим рабочим объемом. Ее

герметизируют и нагревают; за счет расширения веществ и их фазовых переходов раз-

вивается внутреннее давление. После завершения эксперимента камеру охлаждают,

вскрывают, диагностируют конечные вещества и определяют их количественные соот-

ношения. Очевидны большие возможности таких исследований, но необходима осто-

рожность перенесения их результатов на толкование сущности природных процессов.

Другое направление в моделировании природных процессов — эксперименты по вы-

ращиванию монокристаллов и их агрегатов с целью выявления механизма и кинетики

их роста в разных условиях.

Контрольные вопросы

1. Какие цели и методы минералогических исследований преследуют геологическая съемка

и поиск месторождений; разведка месторождений; разработка технологии обогащения мине-

рального сырья?

2. Каковы цели и методы минералогических исследований в работах по генетической мине-

ралогии?

3. Что дают картирование и фотодокументация в минералогических исследованиях?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, позади трудный курс минералогии, долгие тренировки с эталонными и рабо-

чими коллекциями, посещение музеев, тяжелые коллоквиумы, заучивание сложных

и непривычных формул минералов, запоминание их ассоциаций. Между тем, опи-

санию минералов посвящена только треть объема этого учебника. Дело в том, что

умение диагностировать минерал — это лишь одно из профессиональных качеств ми-

нералога, а предмет минералогии дан в этом учебнике в полном объеме. Мне хотелось

бы надеяться, что еще не раз Вы обратитесь к этой книге, желая получить первую

ориентировку и начальные сведения по разным разделам науки.

Если же Вы хотите целиком посвятить себя минералогии, то знайте, что бакалавров

и магистров по этой специальности готовят на кафедрах минералогии Московского и

Санкт-Петербургского университетов. На этих же кафедрах, а также в Московской

геолого-разведочной академии готовят геммологов. Хорошую минералогическую под-

готовку можно получить в Санкт-Петербургском горном институте, в университетах

Новосибирска, Сыктывкара, Томска и Горной академии в Екатеринбурге.