Учебное пособие по Геологии. Учебное пособие для студентов i курса Разработал В. Г. Юхименко Ижевск 2007 Содержание введение
 Скачать 6.88 Mb.
|
|
ГЛАВА 3. ОСНОВЫ МИНЕРАЛОГИИ 3.1. Классы минералов Минералами называются твердые продукты,образовавшиеся в результате природных физико-химических реакций, происходящих в литосфере, обладающих определенными химическим составом, кристаллической структурой, имеющих поверхности раздела. Каждый минерал имеет поверхность раздела с соседними минералами в виде граней кристаллов или межзерновых границ произвольной формы. В настоящее время различают два вида минералов : 1) природного происхождения, рождение которых связано с процессами в земной коре; 2) искусственного происхождения, которые возникли в результате техногенной деятельности человека. Выделяют 8 классов минералов. Различают следующие классы минералов: 1. Самородные 2. Сульфиды 3. Оксиды и гидрооксиды 4. Галоиды 5. Карбонаты 6. Сульфаты 7. Фосфаты 8. Силикаты 1. Самородные элементы (минералы). Это класс минералов, состоящих их одного химического элемента и называемых по этому элементу. К ним относятся: золото, серебро, медь, платина, алмаз, графит, сера, и другие (таблица 2). Все они подразделяются на две группы: металлы и неметаллы (таблица 3).В первую группу входят самородные Au , Ag , Cu , Pt , Fe и некоторые другие., во вторую – As , Bi , S и С (алмаз и графит). Таблица 2. Элементы Au Ag Cu Pt Fe S алмаз графит Свойства Твердость 2.5-3 2.5-3 2.5-3 4-4.5 4 1.5-2.5 10 1-2 Плотность 19.3 10.5 8.9 21.54. 7.8 2.07 3.5 2.09-2.33 14-19 Цвет желт. серебрян розово- стально- Серый желтый. бесцветный черный . белый красный серый до черного Для металлов характерны: Для элементов не металлов металлический блеск, электропроводность, характерны: Au и Pt не реагируют с кислотами, разная структура ковкость разброс свойств - оптических и механических 15 Самородные элементы, в основном, образуются при эндогенных процессах*, в интрузивных* породах и кварцевых жилах, а сера – при вулканизме*. При экзогенных* процессах происходит разрушение пород, высвобождение самородных минералов (в силу их устойчивости к физическому и химическому воздействию) и их концентрация в благоприятных для этого местах. Таким образом, могут формироваться россыпи золота, платины и алмаза. Самородные элементы имеют следующее применение в народном хозяйстве: ювелирное производство и валютные запасы ( золото, платина , серебро, алмазы); культовые предметы и утварь (золото, серебро), радиоэлектроника (золото, серебро, медь), атомная, химическая промышленность, медицина, режущие инструменты - алмаз; сельское хозяйство- сера. 2. Сульфиды. С химической точки зрения они являются в основном производными сероводорода Н 2 S. К этому классу минералов относятся: галенит, сфалерит, халькопирит, пирит, борнит и другие (таблица 4). Общими свойствами для сульфидов являются металлический блеск, невысокая твердость (до 4), серые и темные цвета, средняя плотность. В то же время, среди сульфидов отмечаются различия по таким свойствам как спайность, твердость, плотность. Таблица 4 минерал формула цвет твердость плотность Спайность Галенит PbS серый 2,5 7,6 Весьма совершенная Молибденит MoS 2 серый 1 4,7 Весьма совершенная Арсенопирит FeAsS серый 6 6,1 ясная Антимонит Sb 2 S 3 серый 2 4,63 совершенная Сульфиды являются основным источником руд цветных металлов, а за счет примесей редких и благородных металлов ценность их использования повышается. 3. Оксиды и гидроксиды. Оксиды представляют собой соединения различных химических элементов с кислородом, в гидроксидах присутствует также вода. Оксиды по химическому составу и блеску можно разделить на: металлические и неметаллические. Для первой группы характерны средняя твердость, темные цвета (черный, серый, бурый), средняя плотность. Пример - минералы гематит и касситерит. Вторая группа характеризуется низкой плотностью, высокой твердостью 7-9, прозрачностью, широкой гаммой цветов, отсутствием спайности. Пример – минералы - кварц, корунд. К числу наиболее известных гидроксидов относится опал, гетит, лимонит. В народном хозяйстве наиболее широко используются оксиды и гидрооксиды для получения Fe , Mn , Al , Sn . Прозрачные, кристаллические разновидности корунда (сапфир и рубин) и кварца (аметист, горный хрусталь и др.) используются как драгоценные и полудрагоценные камни. 16 4. Галоиды. К этому классу относятся фтористые, хлористые, и очень редкие бромистые и иодистые соединения. Фториды - минералы светлые, средней плотности и твердости. Представитель- флюорит CaF 2 . Характерными хлоридами являются минералы галит(NaCl), сильвин (KCl). Для галоидов общими являются - низкая твердость, кристаллизация в кубической сингонии, совершенная спайность, широкая цветовая гамма, прозрачность. Особыми свойствами обладают галит и сильвин - соленый и горько-соленый вкус. В народном хозяйстве флюорит используется в оптике, металлургии для получения плавиковой кислоты. Галит и сильвин находят применение в химической и пищевой промышленности, в медицине и сельском хозяйстве, фотоделе. 5. Карбонаты Представляют собой соли угольной кислоты H 2 CO 3. Общие свойства: кристаллизуются в ромбической и тригональной сингониях (хорошие кристаллические формы и спайность по ромбу); низкая твердость 3-4, преимущественно светлая окраска, реакция с кислотами (HCl и HN O 3 ) с выделением углекислого газа. Наиболее распространенными являются: кальцит СаСO 3 , магнезит MgСO 3 , доломит СаМg(СО 3 ) 2 , сидерит Fe СO 3 . Карбонаты с гидроксильной группой (ОН): Малахит Cu 2 CO 3 (OH) 2 – зеленый цвет и реакция с НСl, Азурит Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2 – синий цвет, прозрачен в кристаллах. Генезис карбонатов разнообразен - осадочный (химический и биогенный), гидротермальный, метаморфический. Это породообразующие минералы осадочных пород (известняки, доломиты и др.) и метаморфических – мрамор, скарны. Используются в строительстве, оптике, металлургии, как удобрения. Малахит используется как поделочный камень. Большие скопления магнезита и сидерита – источник получения железа и магния. 6. Сульфаты –представляют собойcоли серной кислотыH 2 SO 4 .Наиболее распространенные и известные сульфаты Ca, Ba, Sr, Pb . Общими свойствами для них являются - кристаллизация в моноклинной и ромбической сингониях, светлая окраска, низкая твердость, стеклянный блеск, совершенная спайность. Минералы: гипс CaSO 4 •2H 2 O , ангидрит CaSO 4 , барит BaSO 4 (высокая плотность), целестин Sr SO 4 Образуются в экзогенных условиях, часто совместно с галоидами. Некоторые сульфаты (барит, целестин) имеют гидротермальный генезис. Применение – строительство, сельское хозяйство, медицина, химическая промышленность. 7. Фосфаты. Представляют собой соли ортофосфорной кислоты. Количество минеральных видов мало, наиболее характерен апатит Ca(PO 4 ) 3 (F,Cl,OH). Он образует кристаллические и зернистые агрегаты, твердость 5, сингония гексагональная, спайность несовершенная, цвет зелено- голубой. Содержит примеси стронция, иттрия, редкоземельные элементы. Генезис - магматический и осадочный, где он в смеси с глинистыми частицами образует фосфорит. Применение - агросырье, химическое производство и в керамических изделиях. 8. Силикаты. Представляют собой соли кремниевой альмокремниевой кислот. Это наиболее распространенный и разнообразный класс минералов (до 800 видов). В основе систематики силикатов - кремнекислородный тетраэдр [SiO 4 ] 4- В зависимости от структуры, которую они образуют, соединяясь друг с другом, все силикаты делятся на: островные, слоевые, ленточные, цепочечные и каркасные. 17 Островные силикаты -в них связь между обособленными тетраэдрами осуществляется через катионы. В эту группу входят минералы: оливин, топаз, гранаты, берилл, турмалин. Слоевые силикаты -представляют непрерывные слои,где тетраэдры связаны ионами кислорода, а между слоями связь осуществляется через катионы. Поэтому у них общий радикал в формуле [Si 4 O 10 ] 4- . Эта группа объединяет минералы-слюды: биотит, тальк, мусковит, серпентин. Цепочечные и ленточные –тетраэдры образуют цепочки одинарные или сдвоенные (ленты). Цепочечные - имеют общий радикал [Si 2 O 6 ] 4- и включают группу пироксенов. Ленточные силикаты с радикалом [Si 4 O 11 ] 6- - объединяют минералы группы амфиболов. Каркасные силикаты -в них тетраэдры соединяются между собой всеми атомами кислорода, образуя каркас с радикалом [Si 4 O 8 ]. В эту группу входят – полевые шпаты и плагиоклазы. Полевые шпаты объединяют минералы с катионами Na и K. Это минералы микроклин и ортоклаз. В составе катионов в силикатах наиболее часто присутствуют: Mg , Fe , Mn , Al , Ti , Ca , K , Na , Be , реже Zr , Cr , B , Zn редкие и радиоактивные элементы. Необходимо отметить, что часть кремния в тетраэдрах может замещаться Al, и тогда мы относим минералы к алюмосиликатам. Сложный химический состав и разнообразие кристаллической структуры в сочетании дают большой разброс показателей физических свойств. Например, твердость у силикатов от 1 до 9. Спайность от весьма совершенной до несовершенной. Об окраске и говорить нечего - широчайший спектр цветов и оттенков. В тоже время, внутри каждой структурной группы свойства близки и всегда есть какой-то один или два признака, по которым можно определить минерал. Например, слюды определяют по спайности и низкой твердости. Часто силикаты группируются по окраске - темно-окрашенные, светлоокрашенные. Особенно широко это применяется к силикатам - породообразующим минералам. Силикаты образуются в основном при формировании магматических и метаморфических пород в эндогенных процессах. Большая группа глинистых минералов (каолин и др.) образуется в экзогенных условиях при выветривании силикатных горных пород. Многие силикаты являются полезными ископаемыми и применяются в народном хозяйстве. Это строительные материалы, облицовочные, поделочные и драгоценные камни (топаз, гранаты, изумруд, турмалин и др.), руды металлов (Ве , Zr , Al) и неметаллов (В), редких элементов. Они находят применение в резиновой, бумажной промышленности, как огнеупоры и керамическое сырье. Каждый из минералов имеет свое происхождение или генезис. Более полную информацию о классах минералов можно получить из 4 . 3.2. Физические свойства и показатели минералов Определение минералов производится по физическим свойствам и показателям: цвету, блеску, прозрачности, спайности, твердости, реакции с НС1 и др. Цвет минерала –это его окраска в образце.Он зависит от его структурных особенностей и химического состава и является постоянным (так называемый собственный цвет). Ложный цвет минерала обусловлен механическими примесями красящих элементов, а также световым воздействием. Цвет следует наблюдать на свежем изломе. Прозрачность минерала - это способность пропускать сквозь себя свет.Многие минералы, кажущиеся в больших кристаллах непрозрачными, в тонких осколках, шлифах просвечивают (например, биотит – черная слюда). Поэтому прозрачность минерала определяют в тонких пластинках. 18 В зависимости от степени прозрачности все минералы подразделяются на следующие группы: 1. прозрачные (наблюдаемый сквозь пластинку предмет ясно различим) – горный хрусталь, исландский шпат, мусковит; 2. полупрозрачные (предмет виден слабо) – галит, кварц; 3. непрозрачные (не пропускают света, предмет не виден) – все рудные минералы: пирит, магнетит, роговая обманка и др. Блеск –это способность минерала отражать свет,падающий на его поверхность.Блеск зависит от показателя преломления минерала, характера отражающей поверхности, трещиноватости, посторонних включений и т.п. Различают минералы с неметаллическим и металлическим блеском в группе минералов с неметаллическим блеском выделяются оттенки блеска: стеклянный (кварц, карбонат); алмазный (алмаз, самородная сера); жирный (кварц с неровным изломом); шелковистый (волокнистый гипс, асбест); перламутровый (мусковит, тальк, пластичный гипс); матовый и восковой (доломит, лимонит); полуметаллический (гематит). Спайность –способность минерала раскалываться или расщепляться с образованием правильных зеркальных поверхностей по определенным кристаллографическим направлениям. Такие поверхности называются плоскостями спайности. Спайность различается по степени ее совершенства: А) весьма совершенная – минерал легко расщепляется на тонкие листочки-волокна в одном направлении (слюда, гипс, асбест); Б) совершенная – минерал раскалывается на геометрически правильные осколки, внешне напоминающие настоящие кристаллы (галит); В) средняя – при раскалывании минерала образуются гладкие поверхности спайности, а также неровные изломы по случайным направлениям (полевые шпаты, роговая обманка, оливин); Г) несовершенная – преобладают поверхности излома, а плоскости спайности обнаруживаются с трудом (апатит, сера); Д) весьма несовершенная – спайность практически отсутствует, минерал раскалывается с образованием поверхности излома (кварц, галит, магнетит и др.). Излом –поверхность раскола,прошедшая в минерале(не по спайности).По характеру поверхности раскола различают несколько видов излома: А) ступенчатый – у кристаллов с совершенной и средней спайностью (полевой шпат); Б) занозистый - у минералов волокнистого сложения (роговая обманка, асбест); В) неровный – имеет неровную поверхность (шероховатую) и характерен для минералов с несовершенной спайностью (апатит, кварц); Г) раковистый – поверхность излома напоминает раковину, наблюдается у минералов без спайности (опал, халцедон, кварц); Д) землистый – характерен для глинистых минералов (каолинит). Твердость –сопротивление минерала механическому воздействию при царапании предметами эталонной твердости (относительная твердость). В практике обычно определяют относительную твердость образцов по специальной таблице (табл. 5),а также легко доступными предметами, твердость которых известна (например, ноготь пальца – 2,5; медная монета – 3; стальной нож и стекло – 5,5-6). 19 Таблица 5. Относительная твердость минералов По шкале твердости Полевая (приближенная) 1 – тальк (каолинит) Пишет на бумаге, и царапается ногтем 2 – гипс (галит, мусковит) Царапает бумагу, и царапается ногтем 3 – кальцит (биотит) 4 – флюорит (доломит, ангидрит, Чертится стальным ножом серпентин) 5 – апатит 6 – ортоклаз Оставляет царапину на ноже, стекле 7 – кварц Чертит стекло, самый твердый из широко распространенных 8 – топаз 9 – корунд Режет стекло 10 – алмаз Различают пассивную и активную твердость. Первая определяется способностью минерала воспринимать царапанье, а вторая – его способностью царапать. Магнитность свойственна минералам,содержащим железо.Наиболее магнитным является магнетит. Реакция 10%-ым раствором соляной кислоты применяется для выявления карбонатных солей в минералах. Бурно реагирует («вскипает») под воздействием холодной HCl кальцит; доломит «вскипает» медленно, но в порошке, а также при нагретой HCl, он реагирует более интенсивно. Вкус определяется для минеральных солей,хорошо растворимых в воде.Так,минерал сильвин (KCl) имеет горько-соленый, а галит (каменная соль NaCl – соленый). Ниже приведена таблица 6 с помощью которой можно определить главные породообразующие минералыв по простейшим признакам Таблица 6. Определение главных породообразующих минералов по простейшим признакам Класс Группа Минерал Химическая Отличительные признаки формула основные прочие 1 2 3 4 5 6 Силикаты Полевые Альбит Na[AlSi 3 O 8 ] Определяется Блеск – (преиму- шпаты (подгруппа трудно. стеклянный, щественно плагиоклазов) Характерен излом неровный. магмати- белый цвет. Твердость 5 – 6,5 ческого (оставляет происхож- царапину на дения) стекле). Спайность совершенная. 20 Класс Группа Минерал Химическая Отличительные признаки формула основные прочие 1 2 3 4 5 6 Анортит Ca[AlSi 2 O 8 ] Устанавливает Цвет – (подгруппа ся трудно по бесцветный, плагиоклазов) косым белый, серый, плоскостям красный. спайности. Блеск – Изоморфная стеклянный. смесь альбита Твердость 6 – 6,5. и анортита – Излом неровный, лабрадорит, спайность обладает совершенная. характерным синеватым отливом при отражении света. Ортоклаз K[AlSi 3 O 8 ] Распознается Цвет – (микроклин) по светлорозовый, прямоугольны красноватый, м, как бы белый, серый, отполированн зеленый. ым Блеск – плоскостям стеклянный. совершенной Твердость 6 – 6,5 спайности Излом – ступенчатый. Слюды Мусковит KAl 2 [AlSi 3 O 10 ] [OH] 2 Легко Цвет – расщепляется бесцветный, на тончайшие беловатый, прозрачные желтоватый. пластинки по Эластичный. плоскостям Блеск – весьма стеклянный или совершенной перламутровый. спайности. Твердость 2 – 3. Биотит K(Mg,Fe) 3 От мусковита Блеск – [AlSi 3 O 10 ] отличается стеклянный, [OH,F] 2 темным перламутровый. цветом, Твердость 1,5 – 2. непрозрачен. Группа Авгит CaNa(Mg,Fe)[Si 2 O 6 ] Устанавливает Блеск – пирок- ся трудно по стеклянный. сена черному Твердость 5 – 6. цвету, широко Спайность распространен средняя ных базальтах. Группа Роговая Определяет-ся Блеск – амфи- обманка трудно по стеклянный. болов темному Твердость цвету, внешне 5,5 – 6. сходен с авгитом. 21 Класс Группа Минерал Химическая Отличительные признаки формула основные прочие 1 2 3 4 5 6 Силикаты Глинис- Каолинит Al 4 [Si 4 O 10 ][OH] 8 По внешнему Цвет – белый, тые виду желтый, серый. аморфная Блеск – матовый, белая или жирный. светлая масса, Излом – жирная на землистый. ощупь, Под микроскопом оставляет след строение на бумаге. кристаллическое. Монтморил - Похож на Цвет белый с лонит каолин, но в сероватым и отличие от синеватым него набухает оттенком. в воде. За счет поглощения воды увеличивается в 2 раза в объеме, при ее удалении объем резко сокращается. Блеск матовый, мягкий. Спайность совершенная. Силикаты Группа Тальк Mg 3 [Si 4 O 10 ][OH] 2 Легко Цвет – метаморф талька устанавливает бесцветный, ического ся по низкой белый, со светло- происхож твердости – зеленым, светло- пишет на желтым или дения бумаге, светло-розовым жирный на оттенком. ощупь, легко Спайность – чертится весьма ногтем. совершенная. Блеск жирный, перламутровый. С кислотами не воздействует. Хризот Асбест Mg 3 [Si 4 O 10 ][OH] 6 Легко Блеск матовый. ил (горный лен) определяется Излом по расщепляющийся, волокнистому мягкий. С соляной строению, кислотой не шелковистост реагирует. и и Спайность весьма эластичности совершенная по волокон волокнам. зеленовато- желтого цвета, располагающи хся поперек прожилок. 22 Класс Группа Минерал Химическая Отличительные признаки формула основные прочие 1 2 3 4 5 6 Гидро- Вермикулит Похож на Цвет – бурый, слюды выветрелый желтовато-бурый, биотит, но при золотисто- нагревании желтый, сильно (в зеленоватый до несколько раз) черноватого. увеличивается Блеск жирный, в объеме. стеклянный, прозрачный или непрозрачный, спайность весьма совершенная Карбо-на Группа Кальцит CaCO 3 Легко Блеск – ты кальции распознается стеклянный. (преиму- -та по бурной Спайность ществен- реакции с совершенная. но соляной Цвет – осадочно- кислотой. прозрачный, го Разновиднос белый, серый, происхо- ть – коричневый до ждения) исландский черного. шпат Твердость обладает средняя 3, двойным царапается лучепреломл ножом. ением. Группа Доломит (Ca, Mg)(CO 3 ) 2 В отличие от Цвет – каль- кальцита бесцветный, цита слабо белый, розовый, реагирует с светло-желтый, соляной черный. кислотой и Блеск – увеличивает стеклянный, реакцию в перламутровый, порошки. излома нет. Спайность совершенная. Окислы Кварц Кварц SiO 2 Самый Цвет – белый, (встре- (горный твердый из дымчатый, чаются хрусталь, широко темно- серый. во всех морион, распростране Спайность отложе- аметист) нных отсутствует. Его ниях) главных зерна никогда не породообраз имеют ровных ующих площадок. Блеск минералов. стеклянный. Излом раковистый, 23 Класс Группа Минерал Химическая Отличительные признаки формула основные прочие 1 2 3 4 5 6 неровный. Твердость -7. Хальцедон SiO 2 Натечные Блеск – от (Кремень) формы в матового до виде корок, воскового. последние Твердость – 7. называются кремнями. Железо Магнетит FeFe 2 O 4 Распознается Цвет – черный. (магнитный по влиянию Спайности нет, железняк) на блеск магнитную металлический стрелку и или матовый. тяжелому Твердый или весу. средне твердости. Разлагается в горячей соляной кислоте. Удельный вес около 5. Гидрооки Лимонит Fe 2 O 3 ∙ n H 2 O Определяетс Блеск – матовый слы (бурый я по ржавому шелковистый. (осадочн железняк) охристому Излом – ые) налету и раковистый, отсутствию твердость спайности непостоянная, мягкий или средней твердости. Сульфид Пирит FeS 2 Определяетс Блеск – ы я по металлический, (преимущ кубической латунный, излом ественно форме, – раковистый. осадочног латунно- Твердость- 6 о желтому происхож цвету. дения) Сульфаты Гипс CaSО 4 2H 2 O Распознается Блеск – (преимущ по комплексу стеклянный, ественно определений: матовый, осадочны цвет – белый шелковистый. е) или светлых Мягкий, излома тонов, нет. Твердость- царапается 2 ногтем. 24 Класс Группа Минерал Химическая Отличительные признаки формула основные прочие 1 2 3 4 5 6 Aгидрит CaSO 4 От гипса Цвет от отличается прозрачного до повышенной непрозрачного, твердостью блеск кальцита – не стеклянный, на реагирует с плоскостях соляной спайности – кислотой. перламутровый отлив. Твердость 3. Галоиды Галит NaCl Легко Цвет – (преимущ (каменная распознается прозрачный или ественно соль) по соленому белый, серый, осадочног вкусу, легкой желтый, о растворимост красный, синий. происхож и в воде, Блеск – дения) кубической стеклянный. форме Излом – прозрачных раковистый. кристаллов, Спайность – царапается весьма ногтем. совершенная. Твердость средняя. Сильвин KCl В отличие от Цвет – галита имеет бесцветный, горько- прозрачный. соленый Блеск – вкус. стеклянный. Твердость 2. Вопросы для самопроверки 1. Что такое минерал? 2. Перечислите основные классы минералов. 3. Дайте краткую характеристику каждому классу минералов. 4. Перечислите главные физико-диагностические свойства минералов. 5. Что такое твердость минералов и как она определяется? 6. Какие минералы входят в шкалу твердости Мооса? 7. Что такое цвет черты минерала и как она определяется? 8. Какие бывают виды блеска минералов? 9. Какие бывают виды спайности минералов? 10. Что такое излом минерала? 25 |