лабораторная работа инженерные изыскания. ИИ РГР для заочников. Методические указания для проведения лабораторных работ и организации самостоятельной работы по дисциплине инженерные изыскания
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
Двойное лучепреломление. Раздвоение световых лучей при их прохождении через кристалл, один из них движется быстрее, другой медленнее, поэтому видно два изображения (исландский шпат). Блеск – способность минерала преломлять и отражать световой поток. Может быть разным на сколе и на гранях. Выделяют блеск: - металлический – сходен с блеском полированного металла, характерен для непрозрачных минералов, дающих чёрную или тёмно-окрашенную черту (самородные элементы, сульфиды и некоторые оксиды - молибденит, пирит, антимонит); 11 - полуметаллический (металловидный) – имеют тёмноокрашенные минералы, дающие более слабую тёмную или цветную густо окрашенную черту, сходен с блеском графита (киноварь, гематит, магнетит); - неметаллический - у прозрачных, бесцветных или светлоокрашенных минералов, дающих белую или светлоокрашенную черту, в т.ч. алмазный (яркий - касситерит, сфалерит, алмаз), стеклянный (у прозрачных и полупрозрачных минералов - горный хрусталь, флюорит, кварц, гранаты); жирный (поверхность как будто покрыта плёнкой жира - нефелин или масляный камень), восковой (более слабый, чем жирный, характерен для скрыто-кристаллических агрегатов - кремень), перламутровый (напоминает радужный блеск перламутровой раковины - тальк, мусковит), шелковистый (напоминает блеск шёлковой ткани, наблюдается у агрегатов с игольчатым или волокнистым строением (асбест, малахит, селенит); - матовый – означает отсутствие блеска, обладают мелкозернистые агрегаты с неровной землистой поверхность (каолинит, лимонит). Побежалость – свойство минералов переливаться всеми цветами радуги (халькопирит). Радужные цвета возникают из-за тонкой оксидной плёнки (при отражении от неё происходит интерференция белого света). Объясняется интерференцией света в тонких плёнках, образующихся на поверхности минерала в результате различных реакций (халькопирит, борнит). Иризация(от гр. радуга)– изменение цвета в зависимости от угла освещения, появление радужной окраски. Свет отражается от растущих в минерале микроскопических кристалликов другого минерала (примесей). Например, зеленовато-синяя иризация лабрадора вызвана растущими внутри него кристалликами рутила. Проявляется при поворотах образца. Оптические эффекты: - александритовый - изменение видимой окраски в зависимости от освещения (александрит); - астеризм - появление звёздообразной фигуры при освещении скола (корунд, шпинель, кварц, берилл, диопсид, гранаты, слюды); - кошачий глаз - специфический световой эффект бегущего по полированной поверхности минерала блика; - опалесценция - испускание разноцветных световых бликов (благородный опал); - авантюресценция - эффект мерцания внутри минерала из-за включений мелких чешуек гематита (железной слюдки) или слюды (авантюрин). Свечение. При некоторых специальных условиях: - фосфоресценция – после воздействия лучами (виллемит); - люминесценция – в момент облучения (кальцит); - термолюмисценция – при нагревании (флюорит, апатит); - триболюминесценция – в момент царапания иглой или раскалывания (слюды, корунд). Механические свойства Твёрдость. Способность противостоять внешнему воздействию, зависит от внутреннего строения (кристаллической решётки) и химического состава 12 минералов. Для оценки принята шкала относительной твёрдости минералов, представленная десятью минералами-эталонами (табл.1). Каждый последующий минерал царапает все предыдущие, поэтому, чем выше номер минерала, тем он тверже. Шкалу относительной твёрдости минералов предложил немецкий геолог и минеролог Карл Фридрих Моос в 1811 г. Таблица 1. Шкала Мооса для определения относительной твёрдости Твёр- дость Минерал-эталон По твёрдости Подручные средства Другие минералы 1 Тальк (3MgO.4SiO 2 .H 2 O) мягкие царапается грифелем карандаша графит, каолинит, сера 2 Гипс или лёгкий шпат (CaSO 4 .2H 2 O) царапается ногтём галит, мусковит (калиевая слюда), палыгорскит 3 Кальцит или известковый шпат (CaCO 3 ) средние царапается монетой биотит, золото, серебро, барит 4 Флюорит (CaF 2 ) царапается гвоздём доломит, сфалерит, малахит 5 Апатит (Ca 5 (PO 4 ) 3 F) царапается стеклом гематит, лазурит, родонит (рубиновый шпат) 6 Ортоклаз (K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 ) твёрдые царапается напильником опал, марказит, пирит 7 Кварц (SiO 2 ) гранат, турмалин, кремень, турмалин 8 Топаз (Al 2 [SiO 4 ](F,OH) 2 ) очень твёрдые царапают стекло берилл, шпинель 9 Корунд (Al 2 O 3 ) - 10 Алмаз (С) режет стекло - Твёрдость минералов зависит от внутреннего строения и химического состава. Например, кварц, обладая твёрдостью 7, не выветривается, полевые шпаты (твёрдость 6) выветриваются и превращаются в каолинит (глинистый минерал из группы водных силикатов алюминия). Плотность (удельный вес). Соотношение между весом вещества и одинакового количества воды (г/см 3 ). У некоторых минералов очень высокий (у золота от 15 до 20 г/см 3 ) или очень низкий удельный вес (у графита - 1,9 г/см 3 ). Большинство минералов имеют плотность от 2 до 10 г/ м 3 Выделят три группы минералов: - легкие - до 2,5 г/см 3 (сера, галит, гипс или лёгкий шпат); 13 - средние - от 2,5 до 4 г/см 3 (кальцит, кварц, полевые шпаты, флюорит, топаз, бурый железняк, апатит, корунд, пирит, слюды); - тяжелые - более 4 г/см 3 (барит или тяжёлый шпат, золото, платина, медь, железо). Спайность. Способность кристаллических минераловраскалываться с образованием ровных, гладких, блестящих поверхностей, называемых плоскостями спайности. Они отличаются от естественной грани кристаллов тем, что естественную грань можно отбить, и она больше не повторится, а плоскости спайности можно получать многократно. В слюдах спайность прослеживается в одном направлении. Спайность многих минералов выражена в нескольких, взаимно пересекающихся направлениях. Например, у галита и сильвина – в трёх направлениях, перпендикулярных друг другу (спайность по кубу). Различают спайность: - весьма совершенную – минерал легко расщепляется на тонкие гладкие листочки с гладкой блестящей поверхностью, отлично отражающие свет (тальк, мусковит, хлорит, слюды); - совершенную – при лёгком ударе минерал колется по ровным плоскостям с менее гладкими поверхностями, может наблюдаться излом (образуются многогранники: кальцит раскалывается на правильные ромбоэдры, галит на кубики); - среднюю – выражена слабо и вскрывается сильным ударом, при котором образуются изломы, как по плоскостям спайности, так и по неровным поверхностям (полевые шпаты, пироксены, амфиболы); - несовершенную – образуются обломки, большая часть которых ограничена неровными поверхностями излома (корунд, апатит, оливин); - весьма несовершенную – минерал раскалывается по случайным направлениям с неровными поверхностями, плоскости спайности отсутствуют (кварц, пирит, магнетит). Излом. Вид поверхности, образующейся при раскалывании минералов с несовершенной спайностью, определяется на свежем сколе: - неровный – отсутствие участков раскола по спайности у минералов, лишённых спайности (кварц); - ступенчатый – при наличии в минерале пересекающихся плоскостей спайности (полевые шпаты, кальцит); - занозистый – однонаправленные иглы (роговая обманка); - раковистый – с выпуклыми и вогнутыми участками как у раковин (у минералов с весьма несовершенной спайностью - апатит, опал, кремень); - зернистый - сросшиеся зёрна (боксит); - землистый – шероховатый, матовый (каолинит). Особые свойства Хрупкость. Свойство минералов крошиться под давлением или при ударе (самородная сера и алмаз - очень хрупкие минералы), хрупкие минералы могут обладать высокой твердостью (например, алмаз). 14 Ковкость. Свойство минерала под давлением расплющиваться в тонкую пластинку (самородная медь, самородное золото). Гибкость. Минерал в пластинке сгибается, но не принимает прежней формы при устранении действующей силы (хлориты, тальк). Упругость. Свойство изогнутого на значительный угол минерала принимать свою прежнюю форму после устранения силы (слюды). Вкус. Вкусовые ощущения вызываются только хорошо растворимыми в воде минералами (галит имеет солёный вкус, сильвин – горько-солёный). Запах. Запах сернистого газа характерен для пирита и марказита, чесночный запах мышьяка - для арсенопирита (мышьякового колчедана) и других мышьяковистых минералов. При разбивании и растирании в порошок некоторые разновидности кварца, флюорита и кальцита издают своеобразный неприятный запах, напоминающий запах сероводорода. При трении друг о друга двух кусков фосфорита появляется запах сгоревшей головки спички или жжённой кости. Каолинит при смачивании водой приобретает запах "печки". Горючесть. Самородная сера, некоторые сернистые минералы и органические соединения (янтарь, озокерит) при нагревании легко загораются даже от спички и при горении издают характерные запахи. Например, при горении серы появляется запах сернистого газа. Гигроскопичность - свойство минералов увлажняться, притягивать воду на воздухе (каолинит, галит, сильвин). Некоторые минералы, например, каолинит, при увлажнении приобретает пластичные свойства. Легко растворимые минералы могут при этом расплываться в жидкость (карналлит). Магнитность - свойство минерала действовать на магнитную стрелку или притягиваться магнитом. Различают: - ферромагниты – притягивают даже мелкие железные предметы (магнетит или магнитный железняк); - парамагниты (менее магнитные) – притягиваются магнитом (пирротин или магнитный колчедан); - диэлектрики - отталкиваются магнитом (самородный висмут). Растворимость в воде. Выделяют минералы: - легкорастворимые (галит); - слаборастворимые (кальцит, гипс); - нерастворимые (пирит). Реакция с кислотами. Способность минералов вступать в реакцию с соляной кислотой (кальцит реагирует бурно с выделением углекислого газа; доломит взаимодействует в порошке). Радиоактивность. Минералы, содержащие такие элементы как ниобий, тантал, цирконий, редкие земли, уран, торий, часто радиоактивны. 3. Кристаллохимическая классификация Изучение минералов невозможно без классификации. Минералы можно классифицировать по любому из физических свойств (например, по цвету); по применению; по драгоценности (драгоценные, полудрагоценные и поделочные); по распространению и т.д. Но один и тот же минерал может 15 попасть в разные категории. Например, кварц может быть розовым, чёрным, фиолетовым, коричневым. Поэтому применяется кристаллохимическая классификация минералов, в основе которой лежит: химический состав; структурные (кристаллохимические) связи. Таблица 2. Кристаллохимическая классификация минералов Тип Класс и его название Подкласс Примеры I. Само- родные элементы 1. Металлы - платина (Рt), золото (Au) 2. Полуметаллы (металлоиды) - - мышьяк (As), сурьма (Sb), висмут (Вi) 3. Неметаллы - сера (S), графит (C), алмаз (C) II. Сульфиды 1. Простые - галенит (PbS), сфалерит (ZnS), киноварь (HgS) 2. Двойные - халькопирит (CuFeS 2 ) 3. Дисульфиды - пирит (FeS 2 ), молибден (MoS 2 ) 4. Сложные - блеклые руды (Cu 3 (Sb,As)S 3 ) III. Оксиды, гидро- ксиды 1. Оксиды - кварц (SiO 2 ), корунд (Al 2 O 3 ) 2. Гидроксиды - гётит (FeO(OH)), лимонит (FeOOH·(Fe 2 O 3 ·nH 2 O)) IV. Соли кислород- ных кислот 1. Карбонаты - кальцит (CaCO 3 ), малахит Cu 2 CO 3 (OH ) 2 , сода Na 2 [CO 3 ] ∙10 H 2 O. 2. Сульфаты - ангидрит (CaSO 4 ), гипс (CaSO 4 ·2H 2 O) 3. Фосфаты - апатит Са 5 (РО 4 ) 3 (ОН,Сl,F), бирюза CuAl 6 (PO 4 ) 4 (OH) 8 ·5Н 2 О 4. Вольфраматы - шеелит CaWO 4 5. Молибдаты - вульфенит Pb(MoO 4 ) 6. Хроматы - крокоит (хромат свинца) Рb(СгO 4 ). 7. Бораты - улексит (водный борат натрия и кальция) NaCa[B 5 O 6 (OH) 6 ] • 5 H 2 O) 8. Ванадаты - ванадинит (Pb 5 [VO 4 ] 3 Cl) 9. Арсенаты - оливенит (арсенат меди) Cu 2 AsO 4 (OH) 16 10. Силикаты и алюмосиликаты островные оливин (магнезиально-железистый силикат) MgFe) 2 [SiO 4 ]) кольцевые берилл (силикат бериллия и алюминия) Be 3 Al 2 [Si 6 O 18 ]) цепочечные пироксены – авгит (Ca, Na) (Mg, Fe 2+ , Al, Fe 3+ ) [(Si, Al) 2 O 6 ] ленточные амфиболы - роговая обманка (Ca 2 (Mg,Fe,Al) 5 (Al,Si) 8 O 22 (OH) 2 ) листовые слюды: калиевая слюда – мусковит (KAl 2 (AlSi 3 O 10 )(OH) 2 ) каркасные полевые шпаты ({К,Na,Ca, или Ba} {Al 2 Si 2 или AlSi 3 }О 8 ) V. Гало- гениды 1. Хлориды - галит (NaCl), сильвин (KCl) 2. Фториды - флюорит (CaF 2 ) Из общего числа минералов около 34% приходится на силикаты, около 20% - на оксиды и гидроксиды, около 20% - на сульфиды, около 21% - на остальные минералы. Самородные минералы Состоят из одного химического элемента (металлов, полуметаллов и неметаллов) и называются по этому элементу. Около 50 минералов. Составляют чуть более 0,1% общей массы земной коры. Класс 1. Самородные металлы. В природе могут встречаться: только в свободном состоянии (например, золото, платина); в соединениях (например, медь, серебро, ртуть); в свободном состоянии и в соединениях (например, никель, олово, свинец). Имеют металлический блеск, обладают электропроводностью, золото и платина не реагируют с кислотами, обладают ковкостью. Класс 2. Самородные полуметаллы (металлоиды). Внешне имеют металлические признаки, но по химическим свойствам ближе к неметаллам: сурьма, мышьяк, висмут. Класс 3. Самородные неметаллы. Характерен большой разброс физических свойств. Например, твёрдость графита – 1, а алмаза – 10. Наиболее распространены графит и сера. Особенности самородных минералов. Из самородных металлов чаще всего встречается медь, из Неметаллов – углерод и сера. Полуметаллы в природе редки. Для самородных минералов характерен большой разброс физических свойств. Они не являются главными породообразующими минералами. 17 Наиболее распространены в самородном виде благородные металлы – платина, золото, серебро. Самородные металлы в чистом виде редки. Характерен полиморфизм (например, алмаз и графит). Металлы и полуметаллы в соединении с углеродом образуют карбиды. Например, карбид железа (Fe 3 C). Происхождение. В основном, образуются при эндогенных процессах в интрузивных породах и кварцевых жилах, сера – при вулканизме. При экзогенных процессах происходит разрушение горных пород и высвобождение самородных минералов (в силу их устойчивости к физическому и химическому воздействиям) и их концентрация в благоприятных для этого местах. Так могут формироваться россыпи золота, платины и алмазов. Применение. Ювелирное дело, валютные запасы (золото, серебро, алмазы); культовые предметы и утварь (золото, серебро); радиоэлектроника (золото, серебро, медь); атомная (графит) и химическая промышленность (сера), режущие инструменты (алмаз); сельское хозяйство (сера). Сульфиды (сернистые соединения) Представляют собой природные соединения металлов и полуметаллов с серой (соли сероводородной кислоты), с мышьяком, селеном и теллуром. Более 600 минералов. Представляют особый практический интерес, т.к. являются главными рудообразующими минералами цветных металлов. Содержание в земной коре невелико (0,15%). Класс 1. Простые сульфиды - соединения катиона металла с анионом серы. Например, галенит (РbS - сульфид свинца). Класс 2. Двойные сульфиды - соединения двух и более катионов металлов с анионом серы. Например, халькопирит (FeСuS 2 – сульфид железа и меди). Класс 3. Дисульфиды - соединения катионов металлов с анионной группой [S 2 ]. Например, пирит (FeS 2 - дисульфид железа). Класс 4.Сложные сульфиды или сульфасоли - смесь двойных сульфидов (блеклые руды - группа минералов подкласса сложных сульфидов, образующих изоморфный ряд). Все сульфиды имеют второе название: блески – имеют чёрный или свинцово-серый цвет с металлическим блеском (галенит или свинцовый блеск); колчеданы - соломенно-желтого, латунно-желтого, бронзово-желтого цвета с металлическим блеском (пирит или черный колчедан, марказит или лучистый колчедан); обманки - с неметаллическим блеском (сфалерит или цинковая обманка, киноварь или ртутная обманка). Общие свойства сульфидов: образуют плотные сплошные мелко- и крупнокристаллические массы, встречаются в виде прожилков или отдельных кристаллов. Имеют яркую окраску, чёрную или тёмную черту, металлический блеск, относительно низкую твёрдость, большой удельный вес, высокую электропроводность, неустойчивы (легко разлагаются и переходят в карбонаты, сульфаты и др., например, пирит (FeS 2 ) окисляется до лимонита (Fe 2 O 3 ·nH 2 O) ). Содержатся в горных породах в виде примесей. 18 Происхождение, преимущественно, гидротермальное, некоторые кристаллизуются из магмы, некоторые имеют осадочное происхождение. Являются рудами металлов, сопутствуют нефти и природному газу, содержатся в вулканическом пепле и в водах минеральных источников. Сульфиды в природе редки и их крупные скопления немногочисленны. В земной коре наиболее распространены сульфиды железа (пирит), меди (халькопирит), свинца (галенит), цинка (сфалерит). Применение. Представляют большой интерес как руды цветных и чёрных металлов (меди, ртути, свинца, цинка, кобальта и др.), сопутствуют нефти и природному газу, содержатся в водах минеральных источников. Пирит используется для производства серной кислоты. |