Лекция №2 Тема: Внутренние строение, плотности, температуры и радиоактивности земли. Химический и минеральный состав земли. Общие сведения о минералах. Физические и механические свойства минералов

CuFeS₂+4O₂=FeSО₄+CuSО₄

халькопирит


Осадочный процесс. Химическое осаждение минералов может происходить как из истинных, так из калоидных растворов. В озёрах и морях возникали такие условия, когда растворённые вещества не могли больше находиться в растворе и выпадали в осадок. Таково происхождение различных солей: гипса, галита, карнелита и др. (химические осадки). Здесь накопление солей происходит в условиях сухого климата при испарении морских (реже континентальных) вод.
Метаморфический процесс минералобразования будет происходить в более глубоких зонах литосферы, где существуют иные термодинамические условия, чем на поверхности. При высоких температурах и давлении происходит обезвоживание, перекритасталлизации и метасоматических явлениях. Образуются минералы как волластонит, гроссуляр.
В контактовой зоне (контактовый метаморфизм) образуются своеобразные породы - скарны. Характерными минералами скарнов являются пироксенными минералами скарнов являются пироксены (диопсид, геденбергит), гранаты (гроссуляр, андрадит) и др.
В связи с тем, что в этой теме много информации (новые термины), поэтому в конце занятия нужно повторить все термины и провести контроль усвоения материала.
Нет ни одной отрасли промышленности, где бы не применялись те или иные полезные ископаемые либо непосредственно в сыром виде, либо в виде продуктов соответствующей переработки. Всем известно колоссальное значение в жизни человека железа, добываемого из богатых этим элементом руд путем металлургической переработки последних на различные сорта чугунов и сталей. Железо - главный нерв промышленности. Оно является основой металлургии, машиностроения, судостроения, железных дорог, мостов, железобетонных сооружений, оснащения рудников, изготовления товаров широкого потребления и т. д. В свою очередь металлургия одного только железа поглощает около 40 % добываемого твердого минерального топлива в виде каменных углей, перерабатываемых на кокс.
В развитии цветной металлургии, электропромышленности, судостроения, самолетостроения, машиностроения и других отраслей промышленности крупную роль играют так называемые цветные металлы, добываемые из руд меди, цинка, свинца, алюминия, никеля, кобальта. Исключительное оборонное значение имеют так называемые редкие металлы: вольфрам, молибден, а также титан, ванадий, кобальт и др.
Развитие сельского хозяйства тесно связано с использованием минеральных удобрений: калиевых минералов (калийные соли), минералов, содержащих фосфор (апатит, фосфориты), азота (селитра) и пр. Химическая промышленность в значительной мере базируется на минеральном сырье. Так, для сернокислотного производства используются богатые серой колчеданы (пирит); многочисленные минералы употребляются для приготовления химических препаратов (самородная сера, селитра, плавиковый шпат, минералы бора, калия, натрия, магния, ртути и др.); в резиновом производстве используются сера, тальк, барит; для производства кислотоупорных и огнеупорных материалов - асбест, кварц, графит и др.; в красильном деле и в изготовлении эмали и глазури - галенит, сфалерит, барит, минералы титана, меди, железа, мышьяка, ртути, кобальта, бора, криолит, ортоклаз, циркон; в писчебумажном производстве - тальк, каолин, сера, квасцы, магнезит и т. д.
Каменная и поваренная соли служат необходимой составной частью пищи человека. Ряд минералов и продуктов их химической переработки применяется в виде лекарств (мирабилит - глауберова соль, соли висмута и бария). В медицине и в ряде отраслей промышленности применяются радиоактивные вещества, добываемые из радиоактивных минералов, или искусственно получаемые изотопы ряда химических элементов.
Большую роль в жизни человека играют и поделочные камни. Помимо драгоценных камней, идущих большей частью на украшения и художественные изделия, многие цветные камни используются для облицовки стен. Лучшие сооружения нашей Родины украшаются розовым родонитом, разноцветной яшмой, мрамором, кварцитами. Кварц, исландский шпат, слюда, турмалин, флюорит идут для изготовления оптических приборов. Из агата, корунда, циркона и других твердых минералов изготовляются подшипники для часов и других точных приборов. Алмаз (карбонадо), корунд, гранат, кварц употребляются в качестве абразивных материалов при шлифовании и полировании предметов Мягкие и жирные минералы (тальк, графит) применяются в качестве наполнителей, для смазки трущихся частей механизмов и т. п.
Разрешение проблемы освобождения колоссальной внутриядерной энергии, получаемой в котлах-реакторах из урана, предоставило возможность промышленного использования ее в мирных целях. Как известно, в Советском Союзе еще в 1954 г. была построена первая в мире электростанция, работающая на атомном топливе.
Из приведенного далеко не полного перечня применения минералов и получаемых из них продуктов переработки видно, насколько велико значение минерального сырья в народном хозяйстве.
В отношении освоенных запасов ряда полезных иско-паемых, таких как хром, марганец, ртуть и сурьма, российская добывающая промышленность начала испытывать дефицит. Это ставит новые задачи перед отечественными геологами. На их обязанности лежит не только отыскание новых месторождений и увеличение запасов дефицитных полезных ископаемых в новых промышленных районах, но и участие в освоении открытых минеральных богатств. При этом особое значение приобретает вопрос о комплексном использовании минерального сырья, т. е. об извлечении наряду с главными полезными ископаемыми всех других ценных компонентов сырья. А этого нельзя сделать без детальных минералогических исследований руд и без учета особенностей технологии обрабатываемого сырья.
Знание минералогии имеет большое значение при проведении разведочных и особенно поисковых работ. Для успешного их выполнения прежде всего необходимо уметь точно определять минералы, знать условия их нахождения в природе, закономерности их сочетания друг с другом и т. д. Известно немало примеров, когда поисковики, не сумев правильно определить те или иные минералы, пропускали важные для промышленности месторождения. При поисках месторождений, выходящих на земную поверхность, важно знать также особенности минералогии зон окисления рудных месторождений и научиться определять по ним состав первичных руд, залегающих ниже уровня грунтовых вод.
Кроме того, ряд физических свойств минералов (магнитность, элек-тропроводность, удельный вес и др.) имеет большое значение для разработки геофизических методов поисков и разведки месторождений полезных иско-паемых (магнитометрических, электроразведочных, гравиметрических и др).
Изучение качественной характеристики руд эксплуатируемых место-рождений является одной из главнейших задач рудничных геологов. Не зная минералогии, решать эту задачу невозможно. Рудничный геолог, ежедневно наблюдая за поведением руд в забоях горных выработок, лучше чем кто-либо другой познает закономерности пространственного изменения в минеральном составе руд, что имеет весьма важное значение и в организации эксплуатационных работ.
Во многих случаях добываемые руды до плавки или технологической переработки подвергаются механическому обогащению на специальных фабриках, т. е. отделению полезных ископаемых от пустой породы или раз-делению руды на различные по составу концентраты. Обогащение с пред-варительным дроблением и измельчением руд производится на специальных устройствах, причем используются различные свойства минералов: удельный вес, магнитность, электропроводность, отношение к флотационным реагентам и др. Большое значение имеют также размеры зерен минералов, слагающих руды, и характер срастания их между собой. В решении всех этих вопросов большую роль играют специальные минералогические исследования, производимые обычно в минераграфических лабораториях научно-исследовательских институтов по обогащению руд. Однако любой геолог, владеющий методикой минералогических исследований, при целеустремленном изучении минерального состава и строения руд может прийти к правильным выводам о том, как те или иные руды будут вести себя при обогащении, предсказать, какие потери компонентов могут иметь место при том или ином способе обогащения и чем они вызываются. Эти вопросы являются предметом технологической минералогии-одного из важнейших прикладных разделов науки о минералах.
Таким образом, минералогическое изучение месторождений полезных ископаемых имеет весьма важное значение не только для поисков и разведки их, но и для горнодобывающей и горнообрабатывающей отраслей промышленности.
Уже указывалось, что минералы как физические тела обладают широким разнообразием таких свойств, как цвет, твердость, блеск, удельный вес и др. В зависимости от химического состава и кристаллической структуры эти свойства у различных минералов проявляются по разному. Каждый минерал характеризуется какими-либо особыми признаками, по которым его можно всегда отличить от других.
Очень многие минералы можно совершенно точно определить по комплексу характерных физических свойств, не прибегая к более трудоемким исследованиям, как, например, к химическому анализу, рентгеноанализу и др. Нужно заметить, что для многих минералов существуют специфические, только каждому из них в отдельности свойственные, тонкие особенности, которые при первом знакомстве нелегко схватить и передать словами. Особенно это относится к оттенкам цвета, густоте окраски, характеру излома, блеска и пр. Тем не менее уже при некотором опыте глаз настолько привыкает улавливать эти характерные свойства минералов, что в дальнейшем они служат решающими диагностическими признаками. Во времена далекого прошлого, когда люди еще не имели никакого представления ни о химии вообще, ни о химических элементах в частности, эти особые признаки минералов были хорошо известны, и «рудознатцы» по ним безошибочно находили те полезные ископаемые, которые для них в то время представляли ценность.
Нельзя, конечно, думать, что таким путем могут быть определены все встречающиеся в природе минералы. Многие из них для окончательного ус-тановления требуют более детальных исследований, в частности, применения качественных химических реакций, более точного определения удельного веса, оптических, механических и прочих свойств. Тонкозернистые минеральные массы изучаются в специальных препаратах (шлифах) под микроскопом. Очень часто в случаях установления с помощью спектрального анализа примесей таких ценных металлов, как кобальт, индий, кадмий, литий, цезий и др., имеющих промышленное значение даже в случае незначительного их содержания в минералах, приходится обращаться к химическому анализу. При изучении скрытокристаллических минеральных образований необходимо прибегать также к рентгенометрическим исследованиям. Особые методы применяются при изучении радиоактивности минералов, пьезоэлек-трических эффектов,магнитных свойств и других физических явлений в минералах.
Ниже мы остановимся на разборе главнейших свойств минералов, которые имеют наибольшее диагностическое значение. К этим свойствам относятся следующие: морфологические особенности — облик кристаллов, двойники, штриховатость граней; оптические - прозрачность, цвет минералов, цвет черты, блеск; механические - спайность, излом, твердость, хрупкость, ковкость, упругость; а также такие свойства, как удельный вес, магнитность, радиоактивность и др.