авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 |

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ А. Г. БУЛ АХ Рекомендовано Учебно-методическим объединением ...»

-- [ Страница 11 ] --

Н а з о в е м и другие я в л е н и я. Э т о самородное минералообразование в некоторых ги­ д р о т е р м а л ь н ы х р у д н ы х ж и л а х (по М. И. Новгородовой) или рудообразование на тон­ кодисперсных ч а с т и ц а х в тектонических зонах (по Н. В. П е т р о в с к о й ). В последнем случае п ы л е в и д н ы е обломочные з е р н а я в л я л и с ь центрами активного р у д о о т л о ж е н и я в г и д р о т е р м а л ь н ы х м е с т о р о ж д е н и я х золота. Интересные я в л е н и я р а с к р и с т а л л и з а ­ ции гелей в современных г и д р о т е р м а л ь н ы х о т л о ж е н и я х в к а л ь д е р е в у л к а н а Узон на К а м ч а т к е описаны Л. М. Л е б е д е в ы м. Выпадающие из геля м е т а с т а б и л ь н ы е ф а з ы (ма кинавит FeS и грейгит FeFe S4) я в л я ю т с я тонкодисперсными, затем они переходят в стабильный яснокристаллический пирит. Образование тонкодисперсных ф а з х а р а к ­ терно д л я биологических процессов минералогенезиса. Оно типично т а к ж е д л я пер­ в и ч н ы х продуктов в зонах р а з г р у з к и глубинных горячих м и н е р а л и з о в а н н ы х вод (на полуострове Ч е л е к е н ( Т у р к м е н и я ) ), в районе Ахалцихе (Грузия), Д а р ы д а г а (Азербай­ д ж а н ) ) и близповерхностых м и н е р а л ь н ы х вод.

ОСОБЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЧАСТИЦ И МЕЖЗЁРЕННОГО ВЕЩЕСТВА Внешняя часть любого к р и с т а л л а я в л я е т с я, к а к известно, д е ф е к т о м, т. е. наруше­ нием регулярности в строении кристаллической решетки м и н е р а л а. Это нарушение всегда имеет место. Оно в ы р а ж а е т с я в ненасыщенности химических связей атомов на поверхности к р и с т а л л а и в и с к а ж е н и и (уменьшении или увеличении) по этой причине м е ж п л о с к о с т н ы х расстояний в его внешней зоне. Иначе говоря, в с я поверхностная обо­ л о ч к а к р и с т а л л а я в л я е т с я д е ф е к т о м в его строении. К этому д о б а в л я ю т с я точечные д е ф е к т ы разного рода и выходы дислокаций. В результате, чем меньше ч а с т и ц а (чем больше ее у д е л ь н а я поверхность), т е м сильнее п р о я в л я ю т с я особые свойства самих частиц и межзёренного вещества горных пород и р у д. Пороговым, к а к у ж е б ы л о ука­ зано, я в л я е т с я р а з м е р частиц п о р я д к а 150-50 м к м. В ы с о к а я у д е л ь н а я к о н ц е н т р а ц и я м и к р о д е ф е к т о в приводит, по мнению М. Г. А б р а м о в и ч а, Б. М. Ш м а к и н а, В. Л. Т а у с о на, В. В. Акимова, к проявлению необычных химических реакций и возникновению в м е ж з ё р е н н о м веществе концентраций, н е в о з м о ж н ы х в классической химии.

М о ж н о привести много примеров особого поведения минералов в м и к р о к р и с т а л л а х и микрозернах. М е н я ю т с я (возрастают и л и убывают) п а р а м е т р ы ао, &о, со элементар­ ной я ч е й к и веществ в м и к р о ч а с т и ц а х. В. Н. К в а с н и ц а п о к а з а л, ч т о к р и с т а л л ы а л м а з о в меняют свою огранку при р а з м е р а х менее 0,5-0,4 м м. Установлено, ч т о р а з м е р зерен и к р и с т а л л о в к в а р ц а в л и я е т н а температуру его п о л и м о р ф н ы х превращений. Микроча­ стицы ( м и к р о ф р а к ц и и ) пирита, золота, серебра значительно обогащены элементами примесями по сравнению с более к р у п н ы м и ф р а к ц и я м и этих ж е минералов, В. С. Уру­ сов, М. Г. А б р а м о в и ч и Б. М. Ш м а к и н в ы я в и л и и теоретически обосновали скачок в растворимости химических микропримесей в д е ф е к т н ы х м и к р о к р и с т а л л а х блочного строения, причем в л и я н и е блочности н а валовую концентрацию микропримеси умень­ шается с повышением т е м п е р а т у р ы.

П р о с т р а н с т в о м е ж д у соприкасающимися микрозернами к р и с т а л л и з у ю щ и х с я мине­ р а л о в и м е ж д у з е р н а м и в горных породах и рудах образно названо В. Л. Т а у с о н о м к а п и л л я р н о й геохимической системой. Из-за большой удельной роли д е ф е к т о в в объ­ еме и н а поверхности м а л ы х частиц стенки таких к а п и л л я р н ы х полостей и вещество м е ж д у ними имеют особую, еще м а л о изученную химическую активность. Р. И. Конеев обратил внимание н а такой любопытный ф а к т. В м е с т о р о ж д е н и я х Узбекистана само­ родное з о л о т о существует т о л ь к о в двух одинаковых микропарагенезисах во всех руд­ н ы х ф о р м а ц и я х. Первый—-это ассоциация высокопробного з о л о т а с A u 2 A g, A u a A g, A u s A g и т е л л у р и д а м и р а з н ы х м е т а л л о в, второй — ассоциация низкопробного з о л о т а с A u A g, A u A g, A u 2 A g и селенидами. Р. И. Конеев отмечает, ч т о, скорее всего, т а к а я 3 повторяемость д в у х парагенезисов есть результат действия нескольких ф а к т о р о в, но одной и з причин, видимо, м о ж е т я в л я т ь с я существование т о л ь к о д в у х к а п и л л я р н ы х геохимических систем образования золота, эволюция к о т о р ы х в л и я е т н а парагенезисы существеннее, чем п р и н а д л е ж н о с т ь м е с т о р о ж д е н и я к той и л и иной рудной ф о р м а ц и и.

Т а б л и ц а 46. С о д е р ж а н и е х и м и ч е с к и х к о м п о н е н т о в ( м а с с. %) в ш п и н е л е в о м п и р о к с е н и т е в целом и в межзёренном веществе Порода Компонент Межзёренное вещество 43,89 55, Si0 2,75 22, А1 0 2 FeO 9,47 0, MgO 41,80 1, CaO 2,01 6, Na 0 0,40 5, 1, K0 0, Межзёренное вещество впервые изучено Т. Г. Петровым, И. Г. Л я п и ч е в ы м, Г. И. Сус­ л о в ы м, А. А. К н и з е л е м в одной пробе и з ксенолита шпинелевого перидотита в б а з а л ь т е.

Исследования с помощью электронного микроскопа и рентгеновского м и к р о а н а л и з а ­ т о р а п о к а з а л и, ч т о межзёренное вещество располагается в зонах к о н т а к т а и полостях толщиной д о д е с я т к о в — с о т е н м к м, а его общее количество составляет 1-2% от массы всей пробы. Э т о вещество приурочено к границам м е ж д у зернами т о л ь к о р а з н ы х ми­ нералов (по с т ы к а м одних и т е х ж е минералов межзёренное вещество отсутствует).

Химический состав вещества м е ж д у п а р а м и р а з н ы х минералов р а з л и ч н ы й, а средний состав межзёренного вещества по пробе в целом значительно и статистически досто­ верно о т л и ч а е т с я к а к от общего валового состава пробы (табл. 46), т а к и от состава родоначального расплава. Состав вещества меняется по сечению полостей (рис. 230, в нашем исполнении).

Пироксен Межзёренное Межзёренное вещество обогащено Q вещество Н г О и я в л я е т с я остатком от к р и с т а л л и ­ зации петрогенных компонентов. Оно представляет собой к а к бы концентрат м а л ы х и примесных компонентов, не вошедших в породообразующие мине­ р а л ы. К а к о т м е ч а ю т Т. Г. П е т р о в и со авт. (1993), " М е ж з ё р е н н о е вещество, будучи последним при становлении по­ роды, будет первым при ее изменениях под действием л ю б ы х растворов — ме тасоматизирующих, рудособирающих и рудообразующих." Необычность его со­ става и физико-химического состояния непременно с к а з ы в а е т с я н а х а р а к т е р е н а ч а л ь н ы х стадий процессов, когда ми­ к р о я в л е н и я о к а з ы в а ю т с я ведущими.

Еще предстоит и з у ч и т ь м е ж з ё р е н н о е вещество и протекающие в нем я в л е ­ ния. Остается ф а к т о м и то, ч т о ми­ к р о р а с с е я н н а я р у д а часто богаче мине­ 200 100 50 10 0 102010 50 100м км р а л а м и широко меняющегося и подчас Рис. 230. Содержание химических компо­ необычного состава по сравнению с бо­ нентов в контактирующих зернах пироксена, лее простым м и н е р а л ь н ы м составом тех оливина и в межзёренном веществе.

ж е крупнозернистых руд. Переход че рез границу м и к р о м и р а с о п р о в о ж д а е т с я " победой" т р и в и а л ь н ы х д л я м а к р о м и р а ве ществ, его т е р м о д и н а м и ч е с к а я сущность состоит в уменьшении суммарной энтропии веществ в р е з у л ь т а т е такого перехода.

ОБЛОМОЧНЫЕ МАЛЫЕ ЧАСТИЦЫ В тектонических зонах при образовании милонитов м и н е р а л ы п р е в р а щ а ю т с я в тон­ кодисперсный агрегат обломочных частиц. Т а к о е ж е измельчение м и н е р а л о в я в л я ­ ется о б я з а т е л ь н ы м процессом при рудоподготовке, обогащении руд, извлечении из них полезных компонентов. П р и последовательном все возрастающем измельчении нарастает отклонение свойств и поведения частиц минералов от т а к о в ы х в исходной недробленой пробе и руде. П р и р а з м е р а х зерен менее 10 м к м возникает особая разно­ видность агрегатного состояния минералов. В. И. Ревнивцев, Г. И. Доливо-Доброволь­ с к а я, П. С. В л а д и м и р о в (1982) п о к а з а л и, что такие мелкие ч а с т и ц ы о б л а д а ю т особым набором свойств. Э т о обусловлено высокой концентрацией в них д е ф е к т о в (поверх­ ностных и объемных), введенных в структуру минералов при механическом воздей­ ствии, а т а к ж е остроугольной неравновесной ф о р м о й частиц и их большой удельной поверхностью.

Обломочные м а л ы е ч а с т и ц ы могут иметь иную механическую прочность (твердость, хрупкость, пластичность), иные магнитные и э л е к т р о м а г н и т н ы е свойства, другой ха­ р а к т е р те.рмолюминесценции. М е н я ю т с я способность химического взаимодействия ми­ нералов с р а з н ы м и техническими реагентами, сорбционные свойства зерен, их сма­ чиваемость и растворимость;

Могут и з м е н я т ь с я т е м п е р а т у р ы полного и частичного п л а в л е н и я и спекания вещества. Минералоги изучают эти меняющиеся свойства об­ ломочных м е л к и х частиц д л я у п р а в л е н и я процессами измельчения и переработки руд и с целью более полного извлечения из руды полезных компонентов.

М а л ы й объем сильно измельченных частиц минералов обеспечивает низкую работу выхода д е ф е к т о в из частиц. От­ Р.

сюда следует, что в р е м я ж и з н и объем­ i\ ных д е ф е к т о в невелико, быстро проис­ Ii ходит их р е л а к с а ц и я и соответственно — i потеря частицами их особых свойств.

Через определенное время после измель­ 41 Кварц чения м и н е р а л а свойства получившихся JQ i, О из него обломочных м а л ы х частиц про­ ходят точку инверсии, их реакционная способность и другие свойства м е н я ю т с я 30 60 90 10 от крайне а к т и в н ы х д о пассивных. Вре­ минуты часы м я потери свойств р а з л и ч н о — от минут Рис. 231. Падение интенсивности термолюми­ д о суток (рис. 231) и более. Ч а с т и ц ы несценции (ТЛ) нефелина и кварца во времени (Ревнивцев и др., 1992).

крупнее 50 м к м не претерпевают инвер­ сии свойств. В частицах размером менее 10 м к м объемные д е ф е к т ы исчезают крайне быстро. В процессах д р о б л е н и я и перера­ ботки руд в а ж н о уловить момент перехода через точку инверсии с тем, чтобы успеть провести до инверсии свойств м а к с и м а л ь н о возможное число операций по переработке руды. П о к а з а т е л е н и тот ф а к т, что сразу после в з р ы в а руды в к а р ь е р е, пока д е ф е к т ы еще не р е л а к с и р о в а л и, она дробится легче, этим достигается существенная экономия электроэнергии на работу дробильных устройств.

Насыщенность д е ф е к т а м и и б о л ь ш а я их концентрация на поверхности приводят к тому, что обломочные м а л ы е частицы в их активном состоянии (до перехода через точку инверсии свойств) не существуют изолированно, они взаимодействуют м е ж д у собой и с частицами других веществ. Происходит агрегация обломочных м а л ы х частиц или их адсорбция поверхностью более крупных зерен. Эти я в л е н и я сильно в л и я ю т на поведение минералов при обработке руд, и минералоги и технологи ищут способы управления ими.

ТОПОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ К топохимическим отнесем реакции, протекающие непосредственно на самой по­ верхности к р и с т а л л а или зерна и в тончайшем приповерхностном слое внутри кри­ с т а л л а, в котором ещё с к а з ы в а е т с я х а р а к т е р строения поверхности. В геологических явлениях с таких процессов начинается любое химическое взаимодействие м и н е р а л а с о к р у ж а ю щ е й его средой — соседними к р и с т а л л а м и в горной породе, магмой, ж и д к и м раствором, смесью вулканических газов и т. д.

Д и а п а з о н скоростей топохимических реакций очень широк. Это могут б ы т ь мгно­ венно происходящие я в л е н и я, вызванные импульсными воздействиями, но могут быть и п р о д о л ж а ю щ и е с я д е с я т к и лет процессы изменения технических свойств веществ или еще более долгие превращения в мире минералов. Р а з л и ч а ю т следующие предельные варианты л о к а л и з а ц и и топохимических реакций: сплошная л о к а л и з а ц и я на поверх­ ности к р и с т а л л о в, очаговая л о к а л и з а ц и я реакции на поверхности всех или некоторых граней, протекание реакций внутри кристаллов, комбинированные ф о р м ы л о к а л и з а ­ ции топохимических реакций. Их описание мы д а е м по Б. М. П р о д а н у (1994).

С п л о ш н а я л о к а л и з а ц и я р е а к ц и и на поверхности всего к р и с т а л л а. Это условное понятие, так как, во-первых, р е а к ц и я всегда избирательно начинается в каких-то т о ч к а х поверхности, а во-вторых, всегда з а х в а т ы в а е т к р и с т а л л н а глубину.

В любом случае н а ч а л о реакции в ы р а ж а е т с я в сплошном роевидном расположении очагов к р и с т а л л и з а ц и и по всей площади, которые, р а з р а с т а я с ь, с л и в а ю т с я и по­ к р ы в а ю т сплошь всю поверхность. Первоначально очаги з а р о ж д а ю т с я н а а к т и в н ы х центрах поверхности, вероятнее всего, и м и я в л я ю т с я вершины и ребра к р и с т а л л о в и зерен, д е ф е к т ы и другие с т р у к т у р н ы е неоднородности к р и с т а л л и ч е с к о й решетки.

При распространении реакции по поверхности ф о р м и р у е т с я плоский ф р о н т реакции.

Фронты с б л и ж а ю т с я, и в реакцию вовлекается вся поверхность. П р и м е р распростра­ нения ф р о н т а реакции по поверхности к р и с т а л л о в в лабораторном эксперименте д а е т табл. 47.

Т а б л и ц а 47. Л и н е й н а я с к о р о с т ь ( м м / м ш ) д в и ж е н и я ф р о н т а р е а к ц и и п р и д е г и д р а т а ц и и Ы а з Р з О д • 6Н2О t, °с Грань а Грань 72 0,00084/0,00120 0,0017/0, 68/66 0,00070/0,00061 0,0012/нет н а б л ю д е н и й 63/60 0,00026/0,00016 0,00044/0, П р и м е ч а н и е : первые цифры относятся к крупному монокристаллу размером 20 X 5 м м, в т о р ы е — к м е л к и м (0,4 X 0,8 м м ).

Отчетливо п р о я в л я е т с я р а з н и ц а в скоростях захвата реакцией р а з н ы х граней и раз­ ных по размеру к р и с т а л л о в одного и того ж е вещества.

С п л о ш н а я л о к а л и з а ц и я реакции н а поверхности к р и с т а л л а м о ж е т о с у щ е с т в л я т ь с я на всех гранях одинаково и л и избирательно. Ясно, ч т о грани к а ж д о й и з простых к р и с т а л л о г р а ф и ч е с к и х ф о р м имеют (если к р и с т а л л рос в изотропной среде) свою активность вступления в химическую реакцию. В топохимии к р и с т а л л о в в ы д е л я ю т пассивные и активные грани — такое разделение граней определяется строением кри­ сталлической решетки к р и с т а л л о в. Тонко выполненные наблюдения п о к а з а л и, ч т о активность вступления вещества в реакцию нарастает дискретно (рис. 232).

Рис. 232. С т у п е н ч а т о е и з м е н е н и е с к о р о с т и д и с с о ц и а ц и и Сс1СОз п р и п о в ы ш е н и и т е м п е р а т у р ы ( П р о д а н, 1994).

И з сказанного следует, что "мгновенную" сплошную л о к а л и з а ц и ю реакции н а по­ верхности всего к р и с т а л л а следует понимать не буквально, а л и ш ь в том смысле, что р е а к ц и я очень быстро з а х в а т ы в а е т всю поверхность. К р о м е того, в зависимости от х а р а к т е р а а к т и в н ы х центров поверхности будет р а з н ы м соотношение скоростей дви­ ж е н и я ф р о н т а реакции по поверхности и на глубину к р и с т а л л а. М и к р о р е л ь е ф гра­ ницы р а з д е л а "поверхностной пленки" и ее "заглублений" зависит от т и п а д е ф е к т о в, их р а з м е р а и узора распределения в к р и с т а л л е.

О ч а г о в а я л о к а л и з а ц и я р е а к ц и и н а п о в е р х н о с т и к а ж д о й г р а н и. Этот вари­ ант описан еще в 1889 г. О. Л е м а н н о м. Форма очагов л о к а л и з а ц и и, их ч а с т о т а и узор распределения на грани определяются расположением и ф о р м о й а к т и в н ы х центров.

А к т и в н ы м и центрами могут быть границы р а з н ы х с т р у к т у р н ы х блоков к р и с т а л л о в (слоев, лент, к а н а л о в и т. п. ), места скопления д е ф е к т о в, зоны и с е к т о р ы р а з л и ч а ю ­ щегося состава, участки блочности, расщепления и других внутренних н а п р я ж е н и й в к р и с т а л л а х. Н а б л ю д е н и я в л а б о р а т о р н ы х условиях показывают, что последователь­ ность вступления в реакцию р а з н ы х по своей природе а к т и в н ы х центров подчиняется определенным закономерностям, но они с л о ж н ы и изучены м а л о.

П р о т е к а н и е р е а к ц и й в н у т р и к р и с т а л л о в. Могут иметь место очаговая л о к а л и ­ з а ц и я внутри к р и с т а л л а и однородное вступление в реакцию всего объема к р и с т а л л а.

В лабораторных экспериментах л о к а л и з а ц и я реакций внутри к р и с т а л л а о б н а р у ж и в а ­ ется в виде непрозрачных точек, распределенных в нем равномерно или неравномерно.

Очаги н а б л ю д а ю т с я т а к ж е в виде линий и сеток линий, непрозрачных или цветовых пластин, одиночных, п а р а л л е л ь н ы х, пересекающихся. О т м е ч а е т с я образование пятен другого вещества, известны случаи роста внутри к р и с т а л л о в газово-жидких включе­ ний. Н а б л ю д а л о с ь образование ячеистых (как губка) зон внутри к р и с т а л л о в.

В чистом виде все перечисленные ф о р м ы топохимических реакций п р о я в л я ю т с я ред­ ко, д а и сама к л а с с и ф и к а ц и я этих реакций я в л я е т с я условной. В р е а л ь н ы х условиях одновременно протекают р а з н ы е виды ре­ акций, и соотношение м е ж д у ними м о ж е т б ы т ь л ю б ы м. Это нередко четко п р о я в л я ­ ется в м о р ф о л о г и ч е с к и х особенностях всту­ пивших в топохимическую реакцию зёрен (рис. 233). Т а к и м образом, реакционная способность одного и того ж е к р и с т а л л и ч е ­ ского вещества меняется в зависимости от х а р а к т е р а его к р и с т а л л о в — их размеров, Рис. 233. Примеры разной морфологии р а з в и т ы х на них простых к р и с т а л л о г р а ф и ­ зерен как отражение разного характера ческих ф о р м, д е ф е к т о в и их распределения топохимических реакций на гранях — термическое разложение HgO в вакууме по поверхности и в т е л е к р и с т а л л о в, участ­ (Продан, 1994).

ков сброса внутренних н а п р я ж е н и й в кри­ с т а л л а х, н а л и ч и я или о т с у т с т в и я зон и п и р а м и д различающегося химического состава ФРАГМЕНТАРНОСТЬ СТРОЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЕТОК К р и с т а л л и ч е с к и е решетки многих минералов к а к бы собраны природой из одинако­ вых, но по-разному чередующихся ф р а г м е н т о в — цепочек, лент, пакетов, блоков и бо­ лее с л о ж н ы х модулей. Впервые это явление было описано во ф т о р к а р б о н а т а х редкозе­ м е л ь н ы х элементов — паризите, бастнезите, синхизите. Супруги Г. Донней и Д ж. Д о н ней в 1950-х годах в ы я в и л и, что кристаллические решетки этих минералов состоят из по-разному чередующихся двух одинаковых блоков (рис. 234). Они н а з в а л и это явле­ ние синтаксией. Валовой состав одного блока отвечает ф о р м у л е С а С О з, другого — С е С О з Р. Комбинируя их в разной пропорции, м о ж н о получить б р у т т о - ф о р м у л ы па ризита, синхизита и других карбонатов этого типа. Позднее Д ж. Томпсон п о к а з а л, что модель с т р у к т у р ы т р е м о л и т а м о ж н о мысленно собрать из лент диопсида и паке­ тов т а л ь к а, ч т о хорошо у в я з ы в а е т с я с тем, ч т о ф о р м у л а т р е м о л и т а к а к бы я в л я е т с я итогом суммирования, а именно:

2CaMg(Si 0 ) + Mg (Si Oio)(OH)2 = C a M g ( S i 0 ) ( O H ).

2 6 3 4 2 5 8 22 Бастнезит 4- Синхизит = CaCe (C0 ) F 2 3 3 Рис. 234- С о п о с т а в л е н и е к р и с т а л л и ч е с к и х с т р у к т у р н е к о т о ­ рых р е д к о з е м е л ь н ы х фторкарбонатов группы б а с т н е з и т а (По­ в а р е н н ы х, 1966).

В дальнейшем было установлено несколько таких композитных ленточно-слоистых силикатов (рис. 235). И х н а з ы в а ю т биопириболами, а само явление их образования — полисоматизмом (буквально — "многотельность", рис. 236). Н а д о понимать, ч т о та­ кой подход к т р а к т о в к е с т р у к т у р биопириболов — это т о л ь к о условность, т а к к а к ка­ ж д а я " л е н т а " ограничена теми ж е атомами, ч т о и контактирующий с ней " с л о й ", т. е.

Mg (Si o0 4)(OH) Mg (Si 0 )(OH) Mg (Si o ) Mg (Si 0 )OH) 17 2 5 5 6 16 а 2 2 6 7 8 22 ^Jik«wJ^ ^J.:.:.:.:il!!

3 |3| 2 I2 I2 3 I2 I И И Честер ит Джимтомпсонит Антофиллит Энстатит Рис. 235. С о п о с т а в л е н и е с т р у к т у р л е н т о ч н о - с л о и с т ы х с и л и к а т о в, с о с т о я щ и х и з о д и н а ­ к о в ы х ф р а г м е н т о в (Buseck, Burnham, 1977).

эти ленточные и слоевые блоки не могут б ы т ь " и з в л е ч е н ы " и з с т р у к т у р ы м и н е р а л а и существовать с а м о с т о я т е л ь н о вне её пределов. Поэтому при переводе н а русский я з ы к и издании у нас американской "Минералогической энциклопедии" в 1985 г. А. Г. Б у л а х и В. Г. К р и в о в и ч е в з а м е н и л и термин " п о л и с о м а т и з м " (многотельность) термином " ф р а г м е н т а р н о с т ь ". Он сразу ж е б ы л использован Б. Б. З в я г и н ы м и вошёл в отече­ ственную литературу.

(Mg,AI)(OH), (Cu,Fe) S2 (Мд,А1)(ОН), Рис. 236. Ч е р е д о в а н и е р а з н ы х л е н т и ц е п о ч е к в е д и н о м Рис. 237. С х е м а с т р у к т у р ы в а л е р и т а (Evans, Allman, 1967).

к р и с т а л л е как р е з у л ь т а т з а м е щ е н и я п и р о к с е н а д р у г и м и м и н е р а л а м и (Veblen, Buseck, 1980).

Фрагментарность строения к р и с т а л л и ч е с к и х с т р у к т у р п р о я в л я е т с я не т о л ь к о в ми­ н е р а л а х т и п а биопириболов, но и во многих других веществах, особенно в слоистых с и л и к а т а х. У ж е давно среди них о б н а р у ж е н ы смешанослойные м и н е р а л ы. Они к а к б ы состоят и з послойно чередующихся пакетов — м о н т м о р и л л о н и т а и хлорита, монтмо­ р и л л о н и т а и с л ю д ы, с л ю д ы и х л о р и т а и т. д. Чередование м о ж е т б ы т ь беспорядочным или упорядоченным;

п а к е т ы могут переслаиваться в любой пропорции и л и в строгих и п р и т о м целочисленных соотношениях — в первом случае валовой химический состав переменный, во втором он подчиняется закону стехиометрии.

Многочисленные п р и м е р ы ф р а г м е н т а р н о г о строения к р и с т а л л и ч е с к и х решеток с у л ь ф и д о в д а н ы в работах Э. Маковецкого, Н. Н. Мозговой и д р. (1980-е—1990-е годы). Т а к и е с т р у к т у р ы особенно х а р а к т е р н ы д л я сульфосолей, они-то и я в л я ­ ются причиной частой нестехиометричности состава многих м и н е р а л о в этого под­ к л а с с а. К числу м и н е р а л о в с ф р а г м е н т а р н ы м строением о т н о с я т с я т а к ж е своеобраз­ ные г и д р о к с и д ы - с у л ь ф и д ы и гидроксиды-карбонаты. П р и м е р о м первых с л у ж и т вале рит, его с т р у к т у р а с л о ж е н а п а к е т а м и брусита и т р о и л и т а (рис. 237), а в а л о в а я ф о р м у л а непостоянна и имеет в и д (Mg, A l, Fe)(OH)2 • FeS. П р и м е р о м второго я в л я ю т с я гидро т а л ь к и т и пироаурит, в их с т р у к т у р е чередуются п а к е т ы бруситового и карбонатного состава. С. М е р д и н о в 1996 г. п о к а з а л, ч т о п р и их произвольном количественном соотношении в о з н и к а ю т м и н е р а л ы переменного состава. Сходное по своей природе я в л е н и е нестехиометрии составов было описано в 1973 г. А. Г. Б у л а х о м и М. Д. Евдоки­ м о в ы м, а з а т е м в 1976 г. Н. И. Органовой, 3. В. Ш л ю к о в о й и д р. н а примере с л о ж н ы х по составу калиево-бариевых г и д р о к с и л с и л и к а т о в т и т а н а и ниобия (лабунцовит, не н а д к е в и ч и т д р. ). А. Г. Б у л а х и М. Д. Евдокимов п р е д л о ж и л и тогда модель "блочного" строения к р и с т а л л о в этих веществ с м е н я ю щ и м с я соотношением " б л о к о в " (фрагмен­ тов) в к р и с т а л л и ч е с к и х постройках этих минералов. Позднее А. Г. Б у л а х, В. Г. К р и ­ вовичев, А. А. З о л о т а р е в (1995) п о п ы т а л и с ь р а з г р а н и ч и т ь п о н я т и я " ф р а г м е н т а р н о с т ь строения к р и с т а л л и ч е с к и х решеток минералов" и " б л о ч н ы й и з о м о р ф и з м ". Г р а н и ц ы оказались размытыми.

В 80-е — 90-е годы п о л о ж е н о н а ч а л о в ы я в л е н и ю и изучению серий ф р а г м е н т а р н ы х с т р у к т у р. В м и н е р а л а х и искусственных веществах к а ж д о й такой серии к р и с т а л л и ческие с т р у к т у р ы построены и з общих модулей, или ф р а г м е н т о в, одних и тех ж е исходных (базисных) с т р у к т у р. Еще раньше, в 70-е годы, Н. В. К о т о в, Э. А. Г о й л о и В. А. Ф р а н к - К а м е н е ц к и й д о к а з а л и принципиальную в а ж н о с т ь учета т а к и х модулей в к р и с т а л л и ч е с к и х постройках слоистых силикатов при изучении природных процес­ сов их превращения д р у г в друга. Несомненно, такое ж е подобие элементов с т р у к т у р облегчает процессы псевдоморфного и другого замещения многих минералов друг дру­ гом.

Ф а к т существования ф р а г м е н т а р н ы х с т р у к т у р р о ж д а е т еще одну проб­ лему — проблему того минимального объема кристаллического вещества, которое со­ ответствует минералу к а к индивидуальному химическому соединению. Минерал к а к с а м о с т о я т е л ь н а я ф а з а в настоящее в р е м я м о ж е т б ы т ь установлен в к р и с т а л л а х, объем которых превышает объем его д е с я т и элементарных ячеек, т а к к а к т о л ь к о такое (или большее) количество вещества способно д а т ь при рентгеновском иссле­ довании ч е т к у ю д и ф р а к ц и о н н у ю картину. Но методы исследования все совершен­ ствуются, их чувствительность все растет. Несомненно будет изменена и э т а со­ вершенно условная оценка минимального объема минерала. Фрагментарность стро­ ения к р и с т а л л и ч е с к и х решеток м о ж е т тогда выступить к а к ф а к т сосуществования в одной с т р у к т у р е и к р и с т а л л е р а з н ы х " ф а з ", дело т о л ь к о в тех условностях тер­ минов " м и н е р а л " и " м и н е р а л ь н ы й в и д ", которые могут з а м е н и т ь в будущем при­ н я т ы е сейчас условные п о н я т и я. Условность ж е нынешнего п о н я т и я " м и н е р а л ь н ы й вид" проиллюстрируем выявленным в 90-е годы венгерским минералогом Й. Додо ни 30-секториальным строением изучавше­ гося им серпентина (рис. 238). И н д и в и д ы минерала имеют ф о р м у волокон сектори ального строения, сетки кристаллической решетки располагаются с п и р а л я м и, все к о л ь ц а спиралей имеют разное строение.

Р и т м повторяемости т е т р а э д р о в, ионов маг­ ния, молекул Н г О м е н я е т с я от спирали к спирали, он р а з н ы й в р а з н ы х секторах кри­ с т а л л а. Э т о один минерал, но к к а к о м у ми­ неральному виду его отнести и л и с к о л ь к о здесь р а з н ы х м и н е р а л ь н ы х видов?

З а к а н ч и в а я эту главу, еще р а з обратим внимание н а т о, ч т о любой минералогиче­ ский процесс начинается с явлений, про­ текающих в микромире минералов. Эти я в л е н и я изучены слабо, и м ы попытались обобщить и систематизировать еще разроз­ ненные наблюдения и частные т о л к о в а н и я их природы. Л ю б о з н а т е л ь н ы й студент мо­ ж е т попробовать освоить и использовать в своей работе методы электронной микро­ скопии и м и к р о д и ф р а к ц и и, методы рентге­ новского микрозондового а н а л и з а состава минералов. Они хорошо описаны в учебных пособиях В. Ф. Б а р а б а н о в а и соавт. "Физи­ к е. 238. Схема структуры серпентина ческие методы исследования минералов в спирально-секториального строения (D6- ГвОХИМИИ" ( Л., 1991), В. К. Г а р а н и н а И СО dony, 1996). авт. " Электронно-зондовые методы изуче ния минералов. Руководство к л а б о р а т о р н ы м з а н я т и я м " (М., 1987). К р а т к и е сведе­ ния д а н ы в "Минералогической энциклопедии" ( Л., 1985, сс. 42, 312-313, 334-340).

Есть и другие интересные книги, и хотя их довольно трудно найти, все ж е назовем их: " М и к р о м и н е р а л о г и я — предмет, методы, применение" Р. И. К о н е е в а, О. К. К у ш м у радова, А. X. Т у р е с е б е к о в а (Ташкент, 1994);

" Ф и з и к а м а л ы х частиц" Ю. И. П е т р о в а (М., 1982);

" Т е х н о л о г и ч е с к а я минералогия обломочных м а л ы х частиц" В. И. Р е в н и в цева, Г. И. Доливо-Добровольской, П. С. В л а д и м и р о в а (СПб., 1992);

" Т о п о х и м и я кри­ с т а л л о в " Б. М. П р о д а н а (Минск, 1994).

Контрольные вопросы 1. Каковы границы микромира минералов и как обоснован их выбор?

2. Как меняются свойства минералов в микрочастицах?

3. Назовите примеры минералов из микромира.

4. Каковы причины принадлежности минералов к микромиру?

5. Ч т о такое инверсия свойств обломочных мелких частиц?

6. Ч т о такое фрагментарность строения кристаллических решеток минералов?

Глава ЭЛЕМЕНТЫ ПРИКЛАДНОЙ МИНЕРАЛОГИИ ПОИСКОВАЯ МИНЕРАЛОГИЯ П р и к л а д н а я минералогия решает задачи практического использования минерало­ гических знаний. Ее главными направлениями я в л я ю т с я поисковая, технологическая, техническая минералогия, минералогическое материаловедение. Н а у к а и п р а к т и к а постоянно р о ж д а ю т иные н а п р а в л е н и я прикладной минералогии. З н а ч и т е л ь н а р о л ь минералов и минералогических методов в геммологии и в некоторых о б л а с т я х меди­ цины.

Поисковой минералогией назовем комплекс исследований, н а п р а в л е н н ы х на разра­ ботку минералогических критериев поиска минеральных месторождений и практиче­ ское использование этих методов. Минералогические признаки руд издревле были главными при их поисках, совершенство знания этих признаков р у д о з н а т ц а м и до сих пор удивляет нас. Историческим ф а к т о м я в л я е т с я то, что р а з р а б а т ы в а е м ы е сейчас многие м е с т о р о ж д е н и я киновари, золота, меди, слюды были вновь о т к р ы т ы в наше время на местах давно заброшенных и поэтому з а б ы т ы х древних горных выработок.

В настоящее в р е м я поисковые работы обязательно в к л ю ч а ю т комплексное исполь­ зование геологических, геофизических, геохимических и минералогических методов.

В 1939 г. А. Е. Ф е р с м а н опубликовал основополагающую м о н о г р а ф и ю "Геохимические и минералогические методы поиска месторождений полезных и с к о п а е м ы х ", показав в ней необходимость и ф о р м ы умелого сочетания этих методов. Однако минерало­ гические поисковые признаки постепенно отступили на второй план в методических руководствах и инструкциях д л я геологов-практиков разного п р о ф и л я. И м у ж е не учат или считают их ч а с т ь ю геохимических признаков. М ы акцентируем здесь внима­ ние студентов н а чисто минералогических признаках.

В ы д е л я ю т следующие минералогические поисковые признаки: а) устойчивые ассо­ циации минералов;

б) "запрещенные" сочетания минералов;

в) обнаружение минерала индикатора руды или какого-либо определенного процесса;

г) индикаторные ч е р т ы конституции м и н е р а л а — его состава, с т р у к т у р ы ;

д) морфологические особенности ми­ нерала. Очень в а ж н о в ы я в и т ь не просто индикаторные м и н е р а л ы, а те из них, к о т о р ы е обладают градиентом свойств (закономерным изменением каких-либо свойств мине­ р а л а по мере п р и б л и ж е н и я к рудному телу и т. п. ).

Е с т е с т в е н н ы е ( у с т о й ч и в ы е ) а с с о ц и а ц и и м и н е р а л о в. Т а к и е ассоциации, кото­ рые могут б ы т ь использованы к а к поисковые признаки, д о л ж н ы быть п р е ж д е всего простыми, легко и быстро узнаваемыми. Главные такие ассоциации перечислены в та­ блицах П р и л о ж е н и я — студенту их надо твердо знать и уметь определять визуально.

В ы р а б о т к а у себя этого з н а н и я и умения д о л ж н а я в л я т ь с я одним из итогов прохожде­ ния курса минералогии.

Другой метод в ы я в л е н и я х а р а к т е р н ы х ассоциаций м и н е р а л о в и поиска по ним ми­ неральных месторождений н а з ы в а е т с я шлиховым анализом. Шлих— это концентрат зерен т я ж е л ы х минералов, извлеченных из песка, конгломерата и других р ы х л ы х от­ л о ж е н и й на о т м е л я х, в руслах рек, полосе п л я ж а, эоловых наносах пустынь. Л е г к и е м и н е р а л ы в этих условиях под действием волн, водных потоков, в е т р а отсеиваются, а более т я ж е л ы е н а к а п л и в а ю т с я. Т я ж е л ы е м и н е р а л ы (обычно они зеленые, к р а с н ы е и черные) слагают участки, прослои, л и н з ы темных или д а ж е черных песков. Известно, что в них среди д р у г и х минералов встречаются промышленные концентрации золота, п л а т и н ы, циркона, ильменита. Ш л и х получают искусственным путем, о т м ы в а я т я ж е ­ л ы е м и н е р а л ы от легких в специальном ковше или л о т к е.

По минеральному составу ш л и х а м о ж н о оценивать распространенность р а з л и ч н ы х горных пород в питающей провинции и вести поиск полезных ископаемых. П р и об­ следовании речной системы д л я этого берут серию шлиховых проб в русле реки и ее притоках снизу вверх по течению. О п р е д е л я я м и н е р а л ь н ы й состав шлихов, посте­ пенно в ы я в л я ю т области (участки), откуда в русло реки и ее притоков могли посту­ пать те или иные м и н е р а л ы. Ш и р о к о известен успех предложенного Н. Н. Сарсадских и А. А. К у х а р е н к о метода поиска коренных месторождений а л м а з о в в Я к у т и и по на­ личию в составе шлихов красных, хорошо з а м е т н ы х зерен пиропа — частого спутника а л м а з а в кимберлитовых т р у б к а х А ф р и к и. Этим методом Н. Н. С а р с а д с к и х и Л. А. По пугаева, и з у ч а я шлихи в реке и ее притоках, в ы я в и л и по пиропам водораздельный участок, откуда д о л ж н ы были поступать в русло пиропы, и на нем Л. А. Попугаева действительно о б н а р у ж и л а первое в С С С Р коренное месторождение а л м а з о в.

" З а п р е щ е н н ы е " с о ч е т а н и я м и н е р а л о в. Это косвенный признак (действие пра­ в и л а " Н е ищи здесь — бесполезно"). Приведем лишь д в а примера т а к и х " з а п р е т о в " :

с кварцем не встречаются нефелин, лейцит, корунд, шпинель;

с пиритом обычно не ассоциирует пентландит.

О б н а р у ж е н и е м и н е р а л а - и н д и к а т о р а. Т а к и е м и н е р а л ы своим присутствием ука­ з ы в а ю т на определенный генетический или промышленный тип минерального место­ р о ж д е н и я. Минералы-индикаторы д о л ж н ы б ы т ь хорошо з а м е т н ы м и и легко узнава­ емыми. Т а к, к р и с т а л л ы шпинели в мраморе в докембрийской толще переслаивания мраморов и к р и с т а л л и ч е с к и х сланцев свидетельствуют о в о з м о ж н о с т и о б н а р у ж е н и я флогопитового м е с т о р о ж д е н и я. Рядом с эритрином д о л ж н а б ы т ь п е р в и ч н а я руда с арсенидами кобальта, здесь ж е могут б ы т ь урановые руды. П р и м е р ы минералов индикаторов приведены в таблицах П р и л о ж е н и я.

И н д и к а т о р н ы е ч е р т ы к о н с т и т у ц и и м и н е р а л а. Это особые ч е р т ы его состава и с т р у к т у р ы. Их м о ж н о в ы я в и т ь п р я м ы м и методами, а м о ж н о о п и р а т ь с я на ф и з и ч е ­ ские свойства, о т р а ж а ю щ и е первопричину — состав и с т р у к т у р у м и н е р а л а. Вот про­ стые примеры. П о составу граната м о ж н о точно или почти точно оценить, в к а к и х горных породах он о б р а з о в а л с я. Т а к и м ж е ч у в с т в и т е л ь н ы м индикатором х а р а к т е р а рудоносности я в л я е т с я химический состав б л е к л ы х руд. Известен я р к о проявленный типохимизм т у р м а л и н о в : полихромные и розовые (марганецсодержащие) т у р м а л и н ы почти безошибочно у к а з ы в а ю т на некоторые р е д к о м е т а л л ь н ы е р у д ы. Прогноз про­ дуктивности пегматитов м о ж е т быть дан по количеству в полевом шпате и з о м о р ф н ы х примесей рубидия, цезия, б а р и я.

Использование с т р у к т у р н ы х особенностей м и н е р а л а к а к поискового п р и з н а к а м о ж н о п о к а з а т ь на примере б л е к л ы х руд в золоторудном Березовском м е с т о р о ж д е н и и на У р а л е. З о л о т о здесь добывают из г и д р о т е р м а л ь н ы х с у л ь ф и д н о - к в а р ц е в ы х ж и л мощ­ ностью обычно не более 10 см. Ж и л ы эти залегают в д а й к а х гранодиоритов, рассекая Рис. 239. Схема строения Березовского месторождения.

Слева — сеть даек гранодиоритов (черные линии), к которым приуро­ чены золотоносные кварцевые прожилки (заштрихована площадь руд­ ника);

справа — кварцевые золотоносные жилы (черные линии на ри­ сунке). Они преимущественно расположены в дайке гранодиорита (2), во вмещающих э т и дайки зеленокаменных горных породах (2) золотоносных жил мало.

их поперек, с л о в н о с т у п е н ь к и переносной л е с т н и ц ы (рис. 239), они т а к и н а з ы в а ю т с я — л е с т н и ч н ы е. Д а й к и п р я м о л и н е й н ы е, д о с т и г а ю т в д л и н у н е с к о л ь к и х к и л о м е т р о в и про­ с т и р а ю т с я м е р и д и о н а л ь н о. Н о не по всей д л и н е и глубине э т и х д а е к сосредоточенные в них к в а р ц е в ы е ж и л ы з о л о т о н о с н ы. И х надо с п е ц и а л ь н о в ы я в л я т ь.

Рис. 240. Зависимость геометрической кон­ станты пространственной решетки (ао) в блеклой руде Березовского месторождения от содержания в ней мышьяка.

О в 12 /в Ав Массовая деля;

% Рис. 241. Изолинии значений ао и мышьяко вистость (в масс. % блеклой руды (точки) ) на площади старого рудника (прямоуголь­ ник) и окружающей территории (Чесноков, 1973).

З о л о т о в к в а р ц е в ы х ж и л а х находится в с у л ь ф и д а х (пирите, б л е к л ы х рудах, х а л ь ­ копирите, галените) в виде частичек ми­ кроскопического р а з м е р а — золотин, имею­ щих в поперечнике менее 0,1 м м. Н а д о уметь в ы я в и т ь у ч а с т к и сульфидно-кварце­ вых ж и л, где с у л ь ф и д ы обогащены в к л ю ­ чениями золотин. Б. В. Чесноков в 70-х го­ дах установил, ч т о чем б л е к л ы е руды бо­ лее м ы ш ь я к о в и с т ы е, т е м больше вростков золотин с о д е р ж и т с я в с у л ь ф и д а х. А содер­ ж а н и е м ы ш ь я к а в л и я е т на геометрическую постоянную пространственной решетки ао с т р у к т у р ы б л е к л ы х руд (рис. 240). Оцени­ в а я величину ао экспресс-методами рентге ноструктурного а н а л и з а, Б. В. Чесноков по­ к а з а л, что в районе Березовского месторо­ ж д е н и я в о з м о ж н ы у ч а с т к и ранее неизвест­ ных и поэтому еще не р а з р а б о т а н н ы х з о л о т ы х руд к северу от с т а р ы х ш а х т (рис. 241).

М о р ф о л о г и ч е с к и е о с о б е н н о с т и м и н е р а л а. Нередко они могут играть р о л ь по­ искового п р и з н а к а. Известны работы, д о к а з ы в а ю щ и е, что в облике к р и с т а л л о в кино­ вари, пирита, к в а р ц а, корунда, касситерита, шпинели, ф о р с т е р и т а, циркона, к а л ь ц и т а, ф л ю о р и т а и других м и н е р а л о в чутко о т р а ж а ю т с я условия их образования (отсюда и родился термин " т и п о м о р ф и з м " — т и п и ч н а я ф о р м а ). П о к а ж е м сущность такой взаи­ мосвязи на примере изучения Н. 3. Евзиковой морфологии к р и с т а л л о в к а с с и т е р и т а в оловорудных г и д р о т е р м а л ь н ы х м е с т о р о ж д е н и я х Д а л ь н е г о Востока.

На основе изучения зональности к р и с т а л л о в и их габитуса Н. З. Е в з и к о в а устано­ вила, что во времени облик к р и с т а л л о в касситерита м е н я е т с я от изометричного через бочонковидный до копьевидного, затем столбчатого и, наконец, игольчатого. Она пи­ шет: " З н а н и е эволюции облика к р и с т а л л о в д л я определения значительности минера­ лизации в том месте, где к р и с т а л л ы найдены. Ведь при д в и ж е н и и рудного вещества из недр до поверхности земли к р и с т а л л ы оседают из него при разной температуре, раз­ ном составе и т. д., что з а с т а в л я е т их б ы т ь р а з н ы м и по облику в к о р н я х ж и л ы, центре или в верхах. П р и этом п о д т в е р ж д а е т с я старинное горняцкое наблюдение, что ран­ ние продукты к р и с т а л л и з а ц и и доминируют внизу ж и л ы, а поздние — з а л е г а ю т выше.

К о л ь скоро изометрические к р и с т а л л ы касситерита с а м ы е ранние, то они чаще встре­ чаются в корнях, а игольчатые к р и с т а л л ы касситерита, к а к с а м ы е поздние, напротив, чаще в с т р е ч а ю т с я в верхах. Ц е н т р а л ь н ы е ж е части ж и л ы богаты п р о м е ж у т о ч н ы м и по возрасту к р и с т а л л а м и столбчатого габитуса (рис. 242). И з такой связи времени и места к р и с т а л л и з а ц и и м и н е р а л а и облика его к р и с т а л л о в м о ж н о найти ответ на сугубо производственные вопросы:

оловянных руд Рис. 242. Принципиальное соответствие зонального строе­ ния кристалла касситерита (а) и распределения разных по габитусу кристаллов в пределах месторождения (б).

Жирной линией ограничен блок промышленных оловян­ ных руд (Евзикова, 1984);

I—V — зоны роста кристаллов.

1. Сильно ли р а з м ы т а ж и л а ? ( Ж и л а тем сильнее р а з м ы т а, чем больше в ее составе к р и с т а л л о в ранних стадий образования.) 2. Д а л е к о ли протягивается ж и л а ? ( Ж и л а тем протяженнее, чем незаметнее меня­ ется в ней к р и с т а л л и ч е с к и й облик минерала.) 3. К а к близко находится геолог к наиболее продуктивному горизонту ж и л ы ? (Гео­ лог тем б л и ж е к наиболее продуктивному горизонту ж и л ы, чем больше ему попадается к р и с т а л л о в " п р о м е ж у т о ч н о г о " облика.)" Мы привели конкретные примеры минералогических поисковых признаков, однако не смогли д а т ь каких-либо общих правил и критериев. Это не случайно: явление т и п о м о р ф и з м а минералов с л о ж н о, многообразно и в р а з н ы х с л у ч а я х м о ж е т иметь разные в ы р а ж е н и я.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ Р о л ь минералогических исследований в разработке технологических схем обогаще­ ния минерального с ы р ь я и извлечения из него полезных компонентов велика. По В. М. И з о и т к о и Б. И.Пирогову, технологическая минералогия объединяет все минера­ логические исследования, связанные с изучением технологических свойств минералов, разработкой рациональных схем их обогащения, к о м п л е к с н ы м использованием мине­ рального с ы р ь я.

Исследования начинаются с установления количественного минерального состава разведуемого с ы р ь я. Затем вместе с геологами-разведчиками и технологами-обогати т е л я м и р а з р а б а т ы в а е т с я к л а с с и ф и к а ц и я природных технологических разновидностей этого с ы р ь я. В ы я в л я ю т с я все м и н е р а л ы - к о н ц е н т р а т о р ы полезного компонента и их спутники (рис. 243). И з у ч а ю т с я особенности морфологии, конституции, ф и з и ч е с к и х свойств минерала, сказывающиеся на измельчаемости и обогащаемости минералов (табл. 48). Н а о п ы т н ы х пробах исследуется м и н е р а л ь н ы й состав всех п р о м е ж у т о ч н ы х продуктов обогащения с ы р ь я и окончательного концентрата. И з у ч а е т с я м и н е р а л ь н ы й состав отходов производства д л я р а з р а б о т к и безотходной технологии.

Рис. 243. Распределение и состав минерального сырья в раз­ резе месторождения алунита по результатам его детальной разведки.

Т а б л и ц а 48. С в о й с т в а м и н е р а л о в, и с п о л ь з у е м ы е в р а з л и ч н ы х процессах и методах обогащения Процесс или Свойства минералов метод обогащения Дробление и Твердость, прочность межатомных измельчение связей, энергия разрушения Флотация Взаимодействие с водой (смачиваемость) и реагентами, окисляемость под действием воды и реагентов Магнитное обогащение Магнитная восприимчивость, магнитная проницаемость Электростатическая Электрические и полупроводниковые сепарация свойства (удельное сопротивление, тип проводимости, диэлектрическая проницаемость) Гравитационное Плотность разделение Место технологической минералогии в освоении м и н е р а л ь н ы х м е с т о р о ж д е н и й по­ к а ж е м на примере геологической разведки Селигдарского м е с т о р о ж д е н и я апатита и работы Ковдорского горно-обогатительного комбината.

Селигдарское месторождение апатита расположено на Алданском к р и с т а л л и ч е с к о м щите ( Ю ж н а я Я к у т и я ). Оно приурочено к докембрийской толще переслаивания апа титоносных карбонатных пород (это переработанные г и д р о т е р м а л ь н ы м и р а с т в о р а м и а 0 150 300м 1 I I Рис. 244- Геологическое строение Селигдарского месторождения апатита в Яку­ тии (Булах и д р., 1990).

а — ландшафт местности в районе месторождения (вид с востока). 1 — сиениты и монцониты Томмотского массива (гора "Голец Батько");

2—доломиты юдом ской свиты;

3—кристаллические сланцы, гнейсы, мраморы, кальцифиры;

4 — те же породы, относительно обогащенные апатитом;

5—условные контуры Сели гдарскогр месторождения апатита, э т о изолиния содержания Р2О5 3,12%. 6— геологический разрез и контуры месторождения, проведенные по бортовому со­ держанию Р2О5 3,12%.

к а л ь ц и т о в ы е и доломитовые мраморы) и р а з л и ч н ы х гнейсов и сланцев. Все эти породы п е р е м я т ы в с л о ж н ы е с к л а д к и, а затем после с т р а т и г р а ф и ч е с к о г о п е р е р ы в а и р а з м ы в а они б ы л и горизонтально п е р е к р ы т ы п л а т ф о р м е н н ы м и о т л о ж е н и я м и (рис. 244, а). П о системам р а з л о м о в к л и н ь я п л а т ф о р м е н н ы х о т л о ж е н и й вдвинуты вниз в докембрий скую с к л а д ч а т у ю толщу.

Месторождение было о т к р ы т о при геолого-съемочных работах по нескольким вы­ в а л а м м р а м о р о в н а склонах гор. М р а м о р ы с о д е р ж а л и крупные (3-10 см) к р и с т а л л ы апатита в ассоциации с магнетитом и флогопитом. Здесь ж е три больших с к а л ь н ы х выхода коренных горных пород б ы л о с л о ж е н о среднезернистыми к в а р ц с о д е р ж а щ и м и м р а м о р а м и с равномерно распределенными в них призматическими в ы д е л е н и я м и (3-5 мм длиной) апатита. Д р у г и х обнажений не было.

Первых три года предварительной геологической разведки м е с т о р о ж д е н и я ушло на выяснение его геологической с т р у к т у р ы, выявление всех горных пород, р а з в и т ы х в его пределах, и всех минералов-концентраторов ф о с ф о р а, поиск других потенциально цен­ ных минералов и предварительные технологические испытания процессов дробления и обогащения болыпеобъемных (1 т и более) проб апатитового с ы р ь я. Эти работы за­ вершились оконтуриванием м е с т о р о ж д е н и я по изолинии бортового с о д е р ж а н и я Р2О в породе (в итоге этих трехлетних работ з а экономически рациональное б ы л о при­ н я т о число 3,12%, рис. 244, б), вычленением из объема м е с т о р о ж д е н и я непродуктив­ ных на ф о с ф о р блоков, подсчетом запасов Р2О5 в месторождении. В последующие т р и года в ы п о л н я л а с ь д е т а л ь н а я геологическая разведка, з а в е р ш и в ш а я с я полупро­ м ы ш л е н н ы м и испытаниями процессов добычи с ы р ь я, его дробления, обогащения и получения промышленного концентрата апатита.

В ходе геолого-разведочных работ на Селигдарском месторождении минералоги гео­ логической с л у ж б ы, проектных институтов и предприятий в ы я с н и л и, ч т о единствен­ ным концентратором ф о с ф о р а в м р а м о р а х и о к р у ж а ю щ и х горных породах я в л я е т с я апатит. Б ы л и изучены его химический состав, м о р ф о л о г и я и р а з м е р зерен, харак­ тер срастаний с другими минералами во всех природных разновидностях мраморов, сланцев и гнейсов, проведены лабораторные испытания процессов обогащения всех разновидностей м р а м о р о в и установлен х а р а к т е р в л и я н и я примесей ангидрита, гипса, т а л ь к а, серпентина, хлорита на извлекаемость апатита из горно-рудного с ы р ь я. Д л я этого и з у ч а л о с ь поведение минералов на всех ступенях процесса. По итогам этих работ геологи, технологи и минералоги отнесли все руды к единому технологическому типу, но в ы д е л и л и в объеме м е с т о р о ж д е н и я шесть природных разновидностей руд с раз­ ным средним с о д е р ж а н и е м Р 2 О 5 и по-разному ведущих себя в процессе их обработки и обогащения:

Содержание Р2О5, % Апатито-доломитовая 5, Апатито-кальцитовая 5, Апатито-мартито-кварцево-карбонатная 7, Апатито-сульфатно-карбонатная 5, Апатито-силикатно-карбонатная 6, Лезинтегрированная приповерхностная руда 10, Руда среднего состава 6, И т а к, д л я эксплуатации м е с т о р о ж д е н и я б ы л а п р е д л о ж е н а единая схема обработки (рудоподготовки) и обогащения, р а с с ч и т а н н а я н а руду среднего состава. И с п ы т а н и я б ы л и выполнены н а 30-тонноЙ пробе такой р у д ы. Ее дробили, подвергали магнит­ ной сепарации, з а т е м н а с т у п а л процесс ф л о т а ц и и : в пене с п е ц и а л ь н ы х веществ апа­ тит в с п л ы в а л, а все остальные примеси о к а з ы в а л и с ь в осадке.


О т ф л о т и р о в а н н у ю массу п р о м ы в а л и, высушивали и так получали апатитовый концентрат. Однако в п р о м ы ш л е н н ы х испытаниях к а ж д а я природная разновидность с ы р ь я вела себя по своему. Минералогические исследования п о к а з а л и, что особенно с н и ж а ю т выход апа­ титового концентрата т а л ь к и ангидрит, так к а к они т о ж е в с п л ы в а ю т под действием ф л о т о р е а г е н т о в, причем на степень ф л о т и р у е м о с т и ангидрита в л и я ю т степень его дро­ бления и х а р а к т е р спайных в ы к о л к о в. Пришлось в ы п о л н и т ь д е т а л ь н о е минералого технологическое к а р т и р о в а н и е м е с т о р о ж д е н и я, чтобы установить х а р а к т е р распреде­ л е н и я в объеме м е с т о р о ж д е н и я по-разному обогащающихся руд. П р и р а з р а б о т к е ме­ с т о р о ж д е н и я предстояло смешивать их в определенной пропорции, чтобы продукт до­ бычи был все в р е м я эквивалентен среднему составу руды. Н а этом примере видно, что судьба любого м е с т о р о ж д е н и я зависит не с т о л ь к о от геологов, с к о л ь к о от их со­ вместной работы с минералогами и технологами.

N Рис. 245. Схема геологического строения Ковдорского массива.

/ — оливиниты, пироксениты и другие шелочно-ультраосновные горные породы;

2 — мельтейгиты;

3—форстерит-кальцитовые породы;

4 — кальцитовые породы.

Ковдорский горно-обогатительный комбинат ( М у р м а н с к а я обл.) з а н я т разработ­ кой к о м п л е к с н ы х железо-фосфорно-циркониевых руд. М е с т о р о ж д е н и е приурочено к палеозойскому интрузиву оливинитов, пироксенитов, м е л и л и т о в ы х пород и мель тейгитов. Оно п р е д с т а в л я е т собой в е р т и к а л ь н о уходящее без изменений н а глубину более 2 к м т е л о эллипсовидного-сечения, которое с л о ж е н о рудоносными форстерит к а л ь ц и т о в ы м и и к а л ь ц и т о в ы м и породами (рис. 245). Главными к о н ц е н т р а т о р а м и ж е л е з а в них я в л я е т с я магнетит, пятиокиси ф о с ф о р а — апатит, циркония — бадделеит Zr02- Рентабельные д л я освоения разновидности руд д о б ы в а ю т с я в о т к р ы т о м ка­ рьере. Среднее содержание Fe в них составляет 27,20%, P2Os-7,05%, Z r 0 2 — о к о л о 0,14%.

Флогопитовый рудник Вермикулитовый карьер г а т и т е л ь н а я фабрика и об и обогатительная Железорудный карьер (16 млн.т ежегодно) Хранилище неиспользованных ру, Строительные материалы Известкование почв Mgt—магнетит Ар—апатит Bd—бадделеит Рис. 246. Схема разработки и обогащения руд Ковдорского месторождения.

В скобках-—максимальное (теоретическое) содержание Fe.PjOs.ZK^ в минералах (масс. %).

К а к и во многих других месторождениях, общий м и н е р а л ь н ы й состав и х а р а к т е р с л о ж е н и я ковдорских руд очень непостоянны, а м о р ф о л о г и я, р а з м е р ы зерен и кри­ с т а л л о в рудных минералов, их свойства, химический состав, внутреннее строение, ха­ р а к т е р срастаний с другими компонентами руд весьма разнообразны. Около 15 лет р а з р а б а т ы в а л а с ь схема обогащения руд этого м е с т о р о ж д е н и я (рис. 246). Но у ж е в первые годы его эксплуатации были з а ф и к с и р о в а н ы случаи заниженного по сравне­ нию с проектным извлечения ж е л е з а из руд. Т щ а т е л ь н о выполненные минералогом О. М. Римской-Корсаковой исследования в ы я в и л и неоднородность состава магнетита в р а з н ы х природных разновидностях руд и показали, что в о т р а б а т ы в а в ш и х с я тогда бло­ ках руды магнетит был изоморфно обогащен магнием, алюминием и титаном, а з а счет этого соответственно обеднен ж е л е з о м. В технологию отработки месторождения б ы л о включено усреднение состава руд перед их дроблением и последующим обогащением.

Д е л а е т с я это в принципе просто, если у ж е имеются д е т а л ь н ы е к а р т ы к а р ь е р о в и подземных горных выработок с границами распространения р а з н ы х минералогических сортов руды. Н а к а р т а х у к а з ы в а ю т с я, во-первых, общее с о д е р ж а н и е ж е л е з а в пре­ д е л а х всех разграниченных на к а р т е участков и, во-вторых, содержание ж е л е з а и других химических компонентов в магнетите. Т а к и е к а р т ы н а з ы в а ю т с я минералого технологическими к а р т а м и м е с т о р о ж д е н и я. По этим к а р т а м п л а н и р у ю т с я объемы до­ бычи руды на р а з н ы х у ч а с т к а х с тем, чтобы всё в р е м я усреднять состав добываемой горной массы. В м е л к и х м е с т о р о ж д е н и я х д л я этого всю руду ссыпают н а громадных площадках, механически перемешивают бульдозерами и затем подают на дробление.

При обработке таких крупных месторождений, как Ковдорское, заранее подсчитывают ежесменное (ежечасное) количество руды (проще — число самосвалов или вагонеток), которое предстоит д о б ы т ь из к а ж д о г о блока к а р ь е р а или подземной горной выработки и з а т е м смешать перед дроблением и обогащением.

I. 4 0, 7 5 % Р О 11.37,16% PO 2 б 2 s 1.29,96% Р 0 2 Рис. 247. Типы апатита в рудах и содержание Р2О5 в продук­ тах их обогащения (Пирогов и др., 1988).

Д а л ь н е й ш и е работы Б. И. Пирогова, В. И. Т а р а с е н к о, И. В. Холошина и других ис­ следователей на Ковдорском железорудном м е с т о р о ж д е н и и п о к а з а л и, ч т о д а ж е при сходном с о д е р ж а н и и ж е л е з а м а г н е т и т ы в процессах измельчения имеют р а з н ы е техно­ логические свойства, а значит, обогащаются т о ж е по-разному и поэтому д а ю т магнети товые концентраты с существенно неоднородным с о д е р ж а н и е м ж е л е з а. П р и ч и н а т а к и х р а з л и ч и й в технологических свойствах з а к л ю ч а е т с я в том, что м а г н е т и т ы одного и того ж е химического состава р а з л и ч а ю т с я по морфологии и р а з м е р у к р и с т а л л о в, степени д е ф е к т н о с т и их внутреннего строения, х а р а к т е р у (форме, размеру) вростков других минералов. Б ы л и в ы я в л е н ы т р и технологические разновидности магнетита в рудах (табл. 49), и составлена к а р т а их распределения в пределах м е с т о р о ж д е н и я. Р а з н ы м о к а з а л с я т а к ж е и апатит: он представлен по крайней мере т р е м я м о р ф о л о г и ч е с к и м и разновидностями (рис. 247). К а ж д а я из них при извлечении из руды д а е т концентрат с р а з н ы м с о д е р ж а н и е м Р 2 О 5. Х у ж е всего и з в л е к а е т с я из руды а п а т и т третьего типа, но именно руд с т а к и м апатитом больше всего в м е с т о р о ж д е н и и (рис. 248). Выпол­ ненные исследования и составленные минералого-технологические к а р т ы позволяют ориентироваться и более рационально о т р а б а т ы в а т ь м е с т о р о ж д е н и е и обогащать руду.

Типы апатита Рис. 248. Минералого-технологическая карта распределения апатита в Ковдорском комплексном месторождении (Пирогов и д р., 1988).

В ходе механической переработки и обогащения руд м и н е р а л ы не о с т а ю т с я неизме­ ненными. В э т и х технических процессах в ы р а с т а е т д е ф е к т н о с т ь к р и с т а л л о в, совер­ ш а ю т с я п о л и м о р ф н ы е превращения, повышается у д е л ь н а я поверхность зерен и, к а к следствие, м е н я ю т с я их ф л о т а ц и о н н а я активность, электрические, м а г н и т н ы е и другие технологические свойства. Приведем т а к и е примеры преобразований м и н е р а л о в при обработке и обогащении минерального с ы р ь я по д а н н ы м Б. И. Пирогова: 1) изменение п а р а м а г н и т н ы х центров;

2) преобразование минералов в п л о т ь д о а м о р ф и з а ц и и, по­ я в л е н и я новых ф а з, новых п о л и м о р ф н ы х и политипных м о д и ф и к а ц и й ;

3) перестройка доменных с т р у к т у р м и н е р а л о в при измельчении и магнитной сепарации;

4) избира Т а б л и ц а 49. С в о й с т в а м а г н е т и т а р а з н ы х т е х н о л о г и ч е с к и х разновидностей в Ковдорском месторождении Техноло­ Твер­ Точка Магнитные характеристики* Содер­ гическая Кюри, дость, жание IV разновид­ °С I II III МПа железа ность маг­ в концен­ нетита трате, % 1-я 556 7050 1,3 0,314- 59 63, 0, 2-я 564 0,8 0,213- 68 3613 64, 0, 0,6 0,182- 65, 3-я 566 74 0, * I — магнитная вязкость;

II — удельная магнитная восприимчивость, м / к г ;

III — коэрцитивная сила, А / м ;

IV — плотность энергии намагничивания, Д ж / м.

тельное измельчение минералов и возрастание неоднородности дробленого материала;

5) изменение поверхностных свойств частиц;

6) появление пленок окисления и дру­ гих изменений на частицах. В результате на разных стадиях дробления и обогащения у минералов п р о я в л я ю т с я разные свойства. Их надо з н а т ь, чтобы контролировать процессы обработки руды.

Большие перспективы о т к р ы в а ю т возможности направленного изменения свойств минералов путем "генерирования" или " з а л е ч и в а н и я " д е ф е к т о в кристаллической ре­ шетки. Э т о м о ж е т б ы т ь осуществлено разными способами: механическим (особые р е ж и м ы и приемы измельчения руд), акустическим ( у л ь т р а з в у к о в а я обработка), тер­ мическим (нагревание и последующее быстрое или медленное о х л а ж д е н и е ), химиче­ ским (протравливание, обработка реагентами, способными " л е г и р о в а т ь " поверхность минералов примесными ионами), радиационным (облучение рентгеновскими и гамма л у ч а м и, потоками б ы с т р ы х частиц и т. п.).

ТЕХНИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ И МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Техническая минералогия — это обширная, не имеющая определенных границ об­ л а с т ь прикладной минералогии. К ней м о ж н о отнести исследования разнообразных техногенных веществ — а н а л о г о в минералов: во-первых, это вещества, образующиеся в шлаках, золах, осадках, на стенках р а з н ы х труб и резервуаров;

во-вторых, продукты раскристаллизации оптических и специальных стекол;

в-третьих, продукты преобразо­ вания захороненных отходов промышленного производства и отвалов пустой породы;


в-четвертых, вещества ("минералы"), образующиеся в агломератах и ш л а к а х в ходе р а з л и ч н ы х металлургических процессов. Опыт и знания минералога и владение мине­ ралогическими методами исследования к р и с т а л л и ч е с к и х веществ д а ю т возможность уверенно диагностировать различные техногенные аналоги минералов, что в а ж н о д л я решения р а з н ы х технических задач. В свою очередь, выяснение условий образования таких техногенных веществ нередко значительно дополняет представления о природ­ ном генезисе минералов. Вот некоторые х а р а к т е р н ы е примеры техногенных веществ — аналогов минералов и мест их н а х о ж д е н и я (по X. Рёслеру, 1981):

Авгит — ш л а к и металлургических заводов Ангидрит — ш л а к бурого угля Апатит — томасовские ш л а к и Борнит — свинцовые ш л а к и Волластонит — ж е л е з н ы е доменные ш л а к и, частицы р а с к р и с т а л л и з а ц и и в к а л и й ­ ных и натровых с т е к л а х Галит — осадок в трубопроводах электростанций Геденбергит — свинцовые и медные ш л а к и Гематит — медные и свинцовые шлаки;

з о л а бурого угля, ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали, осадок в трубах Гидроксилапатит — в ы д е л е н и я из водяных паров на э л е к т р о с т а н ц и я х Гиперстен — медные ш л а к и Гипс — осадок в трубопроводах электростанций Д и о п с и д — ж е л е з н ы е и медные доменные ш л а к и, у ч а с т к и р а с к р и с т а л л и з а ц и и в сте­ клах И л ь м е н и т — ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали Касситерит —медные шлаки К в а р ц — о с а д о к в трубопроводах электростанций К о р у н д — к о р у н д о в ы е и бокситовые кирпичи, з о л а каменного у г л я, р а с к р и с т а л л и з а ц и я стекол;

ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали К р и с т о б а л и т — гончарные изделия, силикатные кирпичи, шамот, с т р о и т е л ь н а я ке­ р а м и к а, ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали, осадки в трубах К у п р и т — медные ш л а к и Л е й ц и т — ж е л е з н ы е ш л а к и доменных печей, частицы р а с к р и с т а л л и з а ц и и к а л и й н ы х стекол Магнетит — ж е л е з н ы е, медные ш л а к и доменных печей, з о л а б у р ы х углей, ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали, осадки в трубопроводах Н е ф е л и н — осадок в трубопроводах -т Нозеан — продукты реакций в с т е к л а х Полевые шпаты — к е р а м и к а, р а с к р и с т а л л и з а ц и и стекол, р а з н ы е ш л а к и Р у т и л — ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали Серпентин — осадок в трубопроводах электростанций Спессартин — ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали Т р и д и м и т — с и л и к а т н ы е кирпичи, частицы р а с к р и с т а л л и з а ц и и, ш л а к о в ы е включе­ ния в стали, осадок в трубах Ф а я л и т — свинцовые и медные ш л а к и, " к а м е ш к и " в стекле, в к р а п л е н и е ш л а к о в в стали Флюорит — к р и с т а л л и к и в мутном с т е к л е Форстерит — форстеритовые, магнезитовые и хромомагнезитовые кирпичи, частицы р а с к р и с т а л л и з а ц и и в особых с т е к л а х Х а л ь к о п и р и т — медные ш л а к и Хромит — хромовые и хромомагнезитовые кирпичи, ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали Ш п и н е л ь — каменноугольные ш л а к и, ш л а к о в ы е в к л ю ч е н и я в стали Эгирин — осадок в трубопроводах электростанций Энстатит — осадок в трубопроводах электростанций Минералогическое материаловедение так ж е, к а к и технологическая минералогия, не имеет ч е т к и х границ. Это исследование р а з н ы х веществ методами минералогии, а т а к ж е процессов спекания, преобразования и ф а з о в ы х превращений с ы р ь я при произ­ водстве абразивов, цементов, керамики, огнеупоров, м и н е р а л ь н ы х пигментов и других м а т е р и а л о в. С ю д а ж е м о ж н о отнести изучение минералогическими методами продук­ тов в ы в е т р и в а н и я строительного к а м н я в з д а н и я х и сооружениях, в с к у л ь п т у р е.

ГЕММОЛОГИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ Геммология — н а у к а о драгоценных и поделочных к а м н я х. Она изучает их худо­ жественную ценность и духовный смысл в истории к у л ь т у р ы, минеральное сырье и заменители драгоценных камней в прошлом и сейчас, способы и приемы производства изделий, з а к о н ы маркетинга и мировой рынок самоцветов. Гемма (от лат. gemma) — резной камень, в ы п у к л ы й (камея) или углубленный (инталия). Искусство резьбы по к а м н ю (глиптика) зародилось в Древней Греции в V I I в. д о Р.Х. Геммы с л у ж и л и печа­ т я м и, з н а к а м и собственности, амулетами, украшениями, т а л и с м а н а м и. О т этого корня происходит термин " геммология". Самоцвет в понимании геммологов — это обработан­ ный или "сырой" камень, внешний вид и прочность которого позволяют использовать его в ювелирных изделиях, украшениях и других поделках;

он м о ж е т б ы т ь к а к орга­ нического, т а к и неорганического происхождения. " Д р а г о ц е н н ы й к а м е н ь " — термин в общем-то т о ж е р а с п л ы в ч а т ы й. Все истинно драгоценные к а м н и я в л я ю т с я м и н е р а л а м и (табл. 50), но к категории драгоценного м а т е р и а л а традиционно относят я н т а р ь, гагат (вид углеродистого аморфного вещества), ж е м ч у г и р а з л и ч н ы е искусственные замени­ тели природных минералов. Специалист-геммолог имеет д е л о к а к с " с ы р ы м ", т а к и с обработанным м а т е р и а л о м, к а к с минералами, т а к и с их з а м е н и т е л я м и и имитациями.

Существует несколько очень общих критериев отнесения м и н е р а л а и л и его заме­ н и т е л я к ювелирным к а м н я м. Это красота (великолепие) м а т е р и а л а, его прочность, редкость, спрос (мода), совершенство (качество), р а з м е р, с т и л ь и искусность огранки и полировки к а м н я, в некоторых с л у ч а я х — миниатюрность. Очевидны изменчивость этих критериев, их временность и ситуационность. С другой стороны, имеются устой­ чивые, исторически с л о ж и в ш и е с я, причем разные у р а з н ы х народов представления о красоте и ценности некоторых издревле известных камней, их духовном смысле и на­ значении. Вместе с т е м, и любое новое изделие из к а м н я быстро н а п о л н я е т с я д л я его о б л а д а т е л я своим особым содержанием. Т а к и м образом, в геммологии, к а к в учении о самоцветах, драгоценных и поделочных к а м н я х, органически сосуществуют разные н а п р а в л е н и я знаний, к а к чисто прагматических, т а к и духовных, а именно — о ме­ стах добычи и приемах обработки с ы р ь я, о методах синтеза и п о л у ч е н и я имитаций, об экономике и рынке, о способах диагностики каменного м а т е р и а л а в сыром виде и изделиях, о роли и месте самоцветов и драгоценных камней в истории и к у л ь т у р е человеческого общества, об истории камнерезного и ювелирного искусства, о художе­ ственных т р а д и ц и я х обработки к а м н я у р а з н ы х народов, о символике камней в р а з н ы е эпохи.

К а к ни материалистичен мир, без "магии" камней некоторые из них не стали бы дра­ гоценными в понимании человека. Слова о магии к а м н я очень часто и справедливо звучат иронично. Т е м, кому посчастливится найти, могут прочитать это в замеча­ тельной книге В. Н. Д а в а "Аметист лихие д у м ы отгоняет" (Мурманск, 1981;

1988) и его статье " З а к о н александрита" ("Химия и ж и з н ь ". 1979. № 6 ).

К а к видно, геммология и минералогия — р а з н ы е области знаний и деятельности че­ ловека, они л и ш ь частично с м ы к а ю т с я и обогащают д р у г друга. Минералогия д а е т геммологу методы диагностики камней, знания об их м е с т о р о ж д е н и я х и видах при­ родного с ы р ь я, представления о химическом составе, кристаллической с т р у к т у р е ми­ нерала, природе его окраски и других физических свойств, о технических способах синтеза заменителей природных драгоценных м а т е р и а л о в. Хороший обзор содержа­ ния геммологии д а н в "Минералогической энциклопедии" ( Л., 1985. С. 55-68), работах Г. С м и т а " Д р а г о ц е н н ы е к а м н и " (М., 1980) и В. Ш у м а н а " М и р к а м н я " (М., 1986. Т. 1 — " Г о р н ы е породы и м и н е р а л ы " ;

Т. 2 — "Драгоценные и поделочные к а м н и " ). Б о л ь ­ шую и н ф о р м а ц и ю с о д е р ж а т книги Н. И. К о р н и л о в а и Ю. П. С о л о д о в о й " Ю в е л и р н ы е камни" (М., 1987), Я. П. Самсонова и А. П. Т у р и н г е " С а м о ц в е т ы С С С Р " (М., 1984), Т а б л и ц а 50. М и н е р а л ы — ю в е л и р н ы е к а м н и ( З о л о т а р е в, 1998) Минерал Ювелирная Цвет Место нахождения разновидность Корунд Рубин Красный, малиново- Мьянма (Бирма), Таиланд, красный, пурпурный Вьетнам, Танзания, Австралия, Шри Ланка Сапфир Васильково-синий Те же Падпараджа Оранжево-желтый Шри Ланка »

Лейкосапфир Бесцветный Мьянма, Таиланд, Шри Ланка, Шпинель Благородная Розовый, красный, шпинель синий, пурпурный, Танзания, Австралия, Бразилия, фиолетовый, желтый, Таджикистан зеленый, бесцветный Хризоберилл Желтый, зеленовато- Бразилия, Шри Ланка, Мадагас­ Хризоберилл кар, Танзания, Индия желтый Зеленый Россия, Шри Ланка, Бразилия Александрит Благородный Бесцветный, молочно- Австралия, Мексика, Чехия Опал опал белый, опалесци рующий Кварц Горный Бесцветный Бразилия, Россия хрусталь Аметист Фиолетовый, пурпурно- Бразилия, Уругвай, Россия, красный Мадагаскар, С Ш А Светло-желтый, желтый Бразилия Цитрин Оливин Желто-зеленый, зеленый Мьянма, С Ш А, Пакистан, о. З е Хризолит биргет (Красное море), Бразилия Гранат Пироп Темно-красный Южная Африка, Чехия Родолит Розовый, пурпурный С Ш А, Танзания, Мадагаскар Тцаворит Зеленый Кения, Танзания Зеленый, желто-зеленый Россия, Намибия, Италия Лемантоид Гессонит Медово-желтый, Шри Ланка, Танзания оранжево-красный Циркон Циркон Желтый, бесцветный, Таиланд, Шри Ланка, Камбоджа зеленый Гиацинт Желто-красный Те же Бесцветный, винно- Украина, Б р а з и л и я, Пакистан, Топаз Топаз желтый, синий, Шри Ланка оранжевый, розовый Берилл Аквамарин Голубой Бразилия, Мадагаскар, Танзания, Мозамбик Гелиодор Желтый, желто-зеленый Бразилия, Пакистан Воробьевит Розовый Бразилия (морганит) Изумруд Зеленый, голубовато- Россия, Колумбия, Замбия, Мадагаскар зеленый Турмалин Индиголит Темно-синий Бразилия, С Ш А Бразилия Зеленый Верделит С Ш А, Мадагаскар, Россия Рубеллит Розовый, темно-красный Зеленый, голубовато- Мьянма Жадеит Империал-жад зеленый Кунцит Розовый С Ш А, Афганистан, Б р а з и л и я, Сподумен Мадагаскар Гидденит Зеленый Бразилия, Пакистан Скаполит Винно-желтый, Бразилия, Танзания, Мадагас­ Скаполит фиолетовый кар,Таджи кистан Бирюза Бирюза Зеленовато-синий Египет, Иран Танзанит Синий Танзания Цоизит Россия Зеленый Лиопсид Хром-диопсид Е. Я. К и е в л е н к о, В..И. Ч у п р о в а, Е. Е. Д р а м ш е в а " Д е к о р а т и в н ы е и к о л л е к ц и о н н ы е ми­ н е р а л ы " (М., 1987), "Геммологический словарь" П. Д ж. Р и д а ( Л., 1986) и " С л о в а р ь камней-самоцветов" Б. Ф. К у л и к о в а и В. В. Б у к а н о в а ( Л., 1989).

МИНЕРАЛОГИЯ В МЕДИЦИНЕ М и н е р а л о г и я и используемые ею методы исследования вещества п о л у ч а ю т все боль­ шее р а з в и т и е при изучении анатомии и физиологии человека и в медицине. Э т о одно­ временно и п р и к л а д н а я минералогия, и часть теоретических и п р а к т и ч е с к и х изыска­ ний биологов, медиков и ф а р м а ц е в т о в. Б ы т у ю т т е р м и н ы " б и о л о г и ч е с к а я минерало­ гия", " м е д и ц и н с к а я м и н е р а л о г и я ", они образно п о к а з ы в а ю т р а з в и в а ю щ и е с я связи ме­ ж д у п р о ф е с с и о н а л ь н ы м и интересами биологов, медиков и минералогов. Сознательно остерегаясь д а т ь в этом учебнике излишнюю и н ф о р м а ц и ю о том, ч т о к а с а е т с я з д о р о в ь я человека, о с т о р о ж н о наметим т о л ь к о основные н а п р а в л е н и я и д а д и м л и ш ь некоторые примеры* р е з у л ь т а т о в т а к и х исследований.

М и н е р а л о п о д о б н ы е в е щ е с т в а в о р г а н и з м е ч е л о в е к а. Г л а в н ы м и и з этих ве­ ществ я в л я ю т с я ф о с ф а т ы (табл. 51).

К о с т и человека среднего возраста состоят приблизительно на 70% из ф о с ф а т а к а л ь ­ ция, на 30% — из органического вещества. Фосфат к а л ь ц и я либо а м о р ф е н, либо обра­ зует мельчайшие призматические к р и с т а л л ы длиной д о 100 нм. Органическое ве­ щество костной т к а н и — это р а з л и ч н ы е к о л л а г е н ы, ж и р ы, м у к о п р о т е и н ы и другие соединения. Вместе с органическим веществом такие к р и с т а л л ы слагают, выстраи­ в а я с ь цепочкой, в о л о к н а костной т к а н и. У новорожденных и детей ч а с т ь ф о с ф а т ­ ного вещества а м о р ф н а я, с возрастом оно постепенно все более р а с к р и с т а л л и з о в ы вается, р а з м е р к р и с т а л л о в растет, а д о л я органического вещества в составе воло­ кон костной т к а н и уменьшается, волокна т е р я ю т э л а с т и ч н о с т ь, кость становится более хрупкой. Состав кристаллического ф о с ф а т а к а л ь ц и я костной т к а н и точно не установлен. Он м о ж е т б ы т ь в ы р а ж е н ф о р м у л о й С а ю ( Р 0 4 ) 4 ( С О з О Н ) 2 ( О Н ) 2 или С а 1 о - о, 5 п ( Р 0 4 ) б - п ( С О з ) ( О Н ) 2 • Г 1 Н 2 О. По составу и свойствам он я в л я е т с я к а к бы п биогенным аналогом апатита, но в его к р и с т а л л и ч е с к о й с т р у к т у р е ч а с т ь т е т р а э д р о в 3 3 2 ( Р 0 4 ) ~ з а м е щ а е т с я группами ( С О з О Н ) ~ или ( С О з ) при росте к р и с т а л л о в в био­ логической среде — организме человека. Главной к р и с т а л л и ч е с к о й ф а з о й в веществе хрящей о п я т ь - т а к и я в л я е т с я биогенный ф о с ф а т — аналог апатита, он слагает д о 5% о б ъ е м а хрящей.

Э м а л ь зубов состоит н а 96%, а дентин — н а 70% и з биогенного аналога апатита, остальной объем т к а н и с л о ж е н белковыми веществами — амиогенином и энамелином.

Э м а л ь к а к бы собрана из призм, скрепленных этими б е л к о в ы м и соединениями. В свою очередь, к а ж д а я п р и з м а п р е д с т а в л я е т собой с у б п а р а л л е л ь н ы й агрегат шестова т ы х к р и с т а л л и к о в биогенного " а п а т и т а ", п о г р у ж е н н ы х в белковое вещество (рис. 249).

И м е ю т с я сведения о тонких особенностях химического состава ф о с ф а т а к а л ь ц и я в зубах. Т а к, в зубах э м а л и людей, ж и в у щ и х в районе Н е а п о л я, с о д е р ж и т с я примесь ф т о р а (видимо, происходит и з о м о р ф и з м по схеме О Н F ). У пациентов ж е из районов — к северу от Н е а п о л я ф т о р а в зубах не о б н а р у ж е н о. И х зубы б ы л и более п о д в е р ж е н ы кариесу.

О т о л и т ы - " песчинки" (ушные камни) в вестибулярном а п п а р а т е ч е л о в е к а я в л я ю т с я м е л ь ч а й ш и м и к р и с т а л л и к а м и биогенного карбоната к а л ь ц и я. Е с т ь у к а з а н и я н а то, что в шишковидной ж е л е з е имеется " мозговой песок" — это м е л ь ч а й ш и е в к л ю ч е н и я биогенного а н а л о г а апатита.

*В их отборе автору оказали большую помощь Н. Б. О д е н о в а и Д. Ю. П а в л о в.

Т а б л и ц а 51. К р и с т а л л и ч е с к и е фосфаты в т к а н я х ч е л о в е к а (no Le Geros, 1984) Вещество Химическая формула Местонахождение Аналог Эмаль, дентин, (Ca,Na, S r, P b, K ) апатита (Р0,С0 ОНС0 ) (ОН ) nH 0 кости, слюнные 4 3 3 6 2 камни, зубной камень, мочевые камни, обизвествление мягких тканей (в опухолях, суставах) Аналог Са (Р0 ) Слюнные камни, 3 4 витлокита зубной камень, обизвествление легких и д р у г и х тканей при туберкулезе, хрящей в межпозвон­ ковых дисках и трахее Октафосфат Зубной камень, Са Н (Р04)б - 5 Н 8 2 кальция мочевые камни Зубной камень, Аналог СаНР0 -2Н 4 брушита затвердения в старых костях, окостенелых хрящах Пирофосфат Больные суставы Са Р 0 • 2Н 2 2 7 кальция — при подагре дигидрат (монокл., трикл.) Аналог Mg(NH )(P0 ) - 6 Н 0 Мочевые камни 4 4 струвита Аналог MgHP0 • з н о Мочевые камни 4 ньюберита Аморфный Переменный состав Невнутренние фосфат обизвесткования, кальция клапаны в аорте 2\ Рис. 249. Схематическое строение эмалевой призмы (Travis, 1970).

1 — неминерализованное меж призменное пространство;

2— кристаллики гидроксилапатита.

К р и с т а л л и ч е с к и е ф а з ы в п а т о л о г и ч е с к и и з м е н е н н ы х о р г а н а х. П р и иссле­ д о в а н и и костей б о л ь н ы х, с т р а д а в ш и х уровской б о л е з н ь ю ( б о л ь ш а я г о л о в а и к о р о т к и е конечности у ч а с т и ж и т е л е й н е к о т о р ы х районов с особым м и к р о э л е м е н т н ы м соста­ вом почв и в о д ы ), в них о б н а р у ж е н о относительно повышенное (до 0,1% в м е с т о обыч ных 0,02%) содержание стронция. П р и D-авитаминозе оно у в е л и ч и в а е т с я в 40 р а з.

В костях детей, больных рахитом, о т лагают ся в качестве микроэлементов бериллий, магний, марганец. И эти м е т а л л ы и стронций входят к а к и з о м о р ф н ы е компоненты в состав биогенного ф о с ф а т а костей, возможно, тем с а м ы м в ы з ы в а я отклонения в росте к р и с т а л л и т о в этого вещества в волокнах костной т к а н и.

В некоторых з л о к а ч е с т в е н н ы х опухолях паци­ ентов о б н а р у ж е н ы агрегаты к р и с т а л л и т о в био­ генного " а п а т и т а " р а з м е р о м д о 2 см. В обизвест кованных легких больных туберкулезом главны­ ми к р и с т а л л и ч е с к и м и ф а з а м и я в л я ю т с я биоген­ ные аналоги апатита и витлокита /?-Саз(Р04)2 Известен случай к р у с т и ф и к а ц и и (обрастания) тканей сердца апатитоподобным ф о с ф а т о м к а л ь ­ ция (рис. 250).

Мочевые камни, к а м н и в почках, печени, ж е л ч ­ ном пузыре, трахее, наросты в аортах образова­ ны р а з л и ч н ы м и а м о р ф н ы м и и к р и с т а л л и ч е с к и м и ф а з а м и, в р а з н ы х органах это ф о с ф а т ы, карбо­ наты, о к с а л а т ы либо у р а т ы. И х много. Среди них есть п р я м ы е аналоги м и н е р а л о в, т о ж д е с т в е н н ы е с ними по химическому составу, с т р у к т у р е, мор­ фологии к р и с т а л л о в. П р и росте камней устана­ в л и в а ю т с я т е ж е п р и з н а к и образования конкре­ Рис. 250. Рентгеновский сни­ ций, ритмично-зональных агрегатов, геометриче­ мок сердца человека, ткани ко­ ского отбора, расщепления к р и с т а л л о в, друзо торого покрыты апатитоподоб­ вого роста, которые обычны д л я минералов в при­ ным веществом (Le Geros, 1984).

роде.

Минералы внешнего происхождения (экзогенные) в организме человека.

Эти м и н е р а л ы попадают в д ы х а т е л ь н ы е органы человека и з воздуха. Среди них наибо­ лее опасны т а л ь к, каолинит, кварц, волокнистые (асбестовидные) а м ф и б о л ы и серпен­ тин, поскольку они в ы з ы в а ю т силикоз и другие болезненные я в л е н и я в д ы х а т е л ь н ы х путях и легких. Т о н ч а й ш а я п ы л ь к в а р ц а забивает а л ь в е о л ы, а волоконца асбестов рвут и п р о т ы к а ю т их, к а к иголки. Особо опасен а м ф и б о л о в ы й асбест, т а к к а к его волокна очень остры и упруги.

Использование минералов в пище, в гигиенических и лечебных целях.

Безусловно, первым, но не единственным примером минералов, используемых в пище, я в л я е т с я галит N a C l. Д р у г о й пример — это барит B a S 0 4. А. Е. Ф е р с м а н н а з в а л барит " с а м ы м съедобным минералом" — о н входит к а к инертный н а п о л н и т е л ь в рецептуру ш о к о л а д н ы х масс д л я изготовления к о н ф е т и кондитерских изделий.

Общеизвестно применение тонкоперетертого т а л ь к а в качестве детских присыпок.

Он входит т а к ж е в рецептуру р а з н ы х косметических средств и п а р ф ю м е р н ы х изделий.

Ч и с т а я м о н т м о р и л л о н и т о в а я глина я в л я е т с я хорошим природным моющим средством, а ее сухой порошок очищает ж е л у д о к от бактерий. П р и лечении а р т р о з о в и других болезней суставов используется бишофит.



Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.