Физические свойства минералов

Водосодержащие минералы.

3.1. Конституционная вода - (ОН). Такие минералы характеризуются низкой твердостью, совершенной спайностью, моноклинальной сингонией. Вода удаляется из минерала при температуре 500-1000°С с разрушением минерала. (ОН) определяет слоистое строение. Примеры: мусковит KAI₂(OH,F)[AISi30io], тальк Mg₃(OH)₂[Si40io].

3.2. Межпакетная вода - Вода удаляется при температуре 120-200°С с разрушением минерала, твердость 0,9. Пример: группа монтмориллонитов (Mg,Fe,AI)2-3(OH)2[Si40io] ■ пНгО.

3.3. Кристаллизационная вода - (2. 4, 8...Н2О). 2-х типов:

1) собственнокристаллизационная -(2,4, 8...Н2О):

· катионного типа CaSO4 • 2Н2О гипс

· катионно-анионного типа:
CuSO4 • 5НгО медный купорос
Си(НгО) • [SO₄](H₂O)4
катион анион

Чем меньше катион, тем больше количества воды.

2) Цеолитного типа. Присутствуют в силикатах. При медленном нагревании вода
удаляется из минерала без разрушения кристаллической структуры (без изменения
сингонии), при температуре 300-500°С. Образуются при наличии Na, К, Са. Пример: натролит Na2[Al2Si30io] • 2НгО. Бывают также минералы смешанного типа (по характеру типов воды). А также есть
такой тип воды, как вода-включение (в виде газово-водных пузырьков). С помощью воды-
включения определяют температуру минералообразования путем гомогенезации. Пример:
молочно-белый кварц.

Облик - общий вид кристалла минерала. Характеризуется по 3-м взаимно
перпендикулярным направлениям (а, Ь, с), по отношению к которым выделяют 3 типа:

1)изометричный облик (а=Ь=с) - призматические, зернистые;

2)удлиненный (а=Ь<с) - волокнистые, призматические, шестоватые, игольчатые;

3)уплощенный (а=Ь>с) - таблитчатые, листоватые, чешуйчатые.

Габитус - результат симметрии, которая присуща тому или иному кристаллу
минерала, а облик - результат условий роста.
Размер кристаллов:

· крупные - свыше 10 мм;

· средние-от 10 до 1 мм;

· мелкие - менее 1 мм.
Цвет (окраска):

1)идиохроматическая (обусловлена главными катионами или элементами примеси): Fe"- зеленый, Fe¹" - бурый, Мп - розовый, Си-(ОН) - синий, Си-(НгО) – зеленыи др.

2)аллохроматическая (зависит от посторонних механических примесей):
полевошпатовый авантюрин (разность кварца) - один минерал распылен в другом.

3)псевдохроматическая (при нарушении структуры минерала, переливание
цветов): борнит Cu5FeS2, халькопирит CuFeS2, бронзит (Mg,Fe)2[Si2Oe].
Блеск зависит от:

а) показателя преломления;

б) характера отражающей поверхности;

в) трещиноватости;

г) включений посторонних тел.
Бывает:

1) металлический (черная черта - уголь, графит, магнетит);

2) неметаллический (черта цветная или белая): полуметаллический или металловидный (блеск металлический, но черта и порошок цветные), алмазный, стеклянный, жирный, шелковистый (волокнистый гипс), перламутровый.

Показатель преломления >2 - алмазный блеск, =2 - стеклянный блеск.
Плотность (зависит от химического состава и структуры минерала):

а) очень низкая < 1,0;

б) низкая 1,0-4,0;

в) средняя 4,0-7,0;

г) высокая 7,0-10,0;

д) очень высокая > 10,0.

Твердость - степень сопротивления минерала какому-либо внешнему
механическому воздействию. Оценивается силой сопротивления, которую оказывает
поверхность минерала царапающему действию. Бывает активная (способность минерала
царапать) и пассивная (способность минерала воспроизводить царапание).

Шкала Мооса:

Тальк 1	Mg3(OH)2[Si40io]	монокл.
Гипс 2	Ca[SO4] • 2Н2О	монокл
Кальцит3 33	Са[СОз]	триг.
Флюорит4 444	CaF2	кубич.
Апатит 5	Ca5(F,CI,OH)[PO4]3	ромб.
Ортоклаз 6	K[AISi3O8]	монокл.
Кварц 7	S1O2	триг.
Топаз 8	AI2(F,OH)2[SiO4]	ромб.
Корунд 9	AI2O3	триг.
Алмаз 10	С	кубич.

Спайность - способность раскалываться по определенным направлениям с
образованием плоской зеркальной поверхности. Бывает:

1) весьма совершенная (способность делится на тончайшие листочки) - слюда,
гипс;

2) совершенная (раскалывание по спайности) - ПШ, кальцит, флюорит;^:

3) ясная (средняя) (на кусках минерала наблюдается с трудом, излом раковистый) -
оливин, сфен;

4) несовершенная (отсутствует, излом неровный) - апатит, берилл;

5) весьма несовершенная - кварц.
Прозрачность:

1) прозрачные (показатель преломления равен 0) - металлического блеска нет;

2) полупрозрачные;

3) непрозрачные - нет алмазного блеска.

Удельный вес определяется атомным весом (порядковым номером элемента),
ионным радиусом, координационным числом, валентностью и содержанием воды.
Выделяют:

1) легкие-до 2,5;

2) средние-2,5-4,0;

3) тяжелые - 4,0-8,0;

4) очень тяжелые - более 8,0.

Излом - поверхность раскола, прошедшая в минерале не по спайности. Бывает:

1)ровный;

2)ступенчатый (у кристаллов с совершенной и ясной спайностью - ПШ);

3)неровный (неровная поверхность - апатит, несовершенная спайность);

4)занозистый (у минералов волокнистого сложения);

5) раковистый (форма поверхности напоминает раковину, у минералов без
спайности - кварц, опал, халцедон).

Ковкость - притупление острых краев минерала при ударе молоточком. При
царапании ковкого минерала на поверхности получается гладкий блестящий след (Си, Аи.

Ад).

Хрупкость - свойство минерала крошиться при проведении острием ножа
царапины на его поверхности.

Все минералы магнетики - намагничиваются в магнитном поле:

1)диамагнитные (нет своего магнитного момента - Си);

2)парамагнитные (есть свой магнитный момент - FeS2);

3)ферромагнитные - камасит;

4)антиферромагнитные (скомпенсированные - гематит и некомпенсированные -
магнетит).

Основные типы структур минералов.
3 способа изображения структур:

1.В виде плотнейшей упаковки, изменяя размеры катионов и анионов. Например,
галенит PbS.

2.Вместо шаров плотной упаковки изображают только их центры, это разряжённые
модели.

3. В виде тетраэдров, октаэдров и др., вырезанных из плотной упаковки анионов и
заполненных катионами.

Выделяют минералы:

1)Гомодесмические. Характеризуются структурами, в которых присутствуют связи
только одного типа и они одинаковы по всем направлениям, присущим каждой из них. Атомы
и ионы равномерно распределены в структуре (галит NaCI, галенит PbS, флюорит CaF2 -
ионная связь; сфалерит ZnS, алмаз С - ковалентная связь).

2)Гетеродесмические. Характеризуются тем, что в разных частях и по разным
направлениям связи в них неодинаковые. Наблюдаются обособления групп атомов.

Островные - обособленные группы атомов (радикалы), связи внутри прочнее, чем
связи с окружающими их атомами. Ионная связь - карбонаты, сульфаты, нитраты,
некоторые силикаты. Молекулярная связь - реальгар AS4S4. Кольцевые - самородная сера и берилл.

Цепочечные - наличие «бесконечных» групп атомов, расположенных в виде
цепочки с ковалентной связью внутри цепочек и ионной между ними. Линейная
направленность. Ионная связь - пироксены, ковалентная связь - киноварь. Одиночные и
сдвоенные цепочки - ленточные: ионная связь - амфиболы, гетит FeO(OH), ковалентная
связь - антимонит SD2S3.

Слоистые - наличие группировок атомов, составляющие бесконечные слои,
внутри которых связи одни, а между слоями - другие. Двумерное распределение связей.
Ионная связь - брусит Мд(ОН)2, каолинит, мусковит. Ковалентная связь - аурипигмент AS2S3.
Молекулярная связь - молибденит, графит.

Каркасные - наличие трехмерного каркаса, получающегося за счет равномерного
пространственного распределения ковалентной и ионной связей между атомами. Ионная
связь - алюмосиликаты (ПШ).

78. Месторождения углей.

Ископаемые угли - твердая горючая осадочная порода растительного происхож­дения, в которой содержится до 50 % минеральных примесей. Среди углей с учетом первичного состава и процессов преобразования органического вещества выделяют несколько генетических групп: гумолиты (остатки высших растений), сапропелиты (остатки низших растений), сапрогумолиты (переходная группа).

Большинство ученых подразделяют процесс углеобразования на две фазы: гу­мификацию (торфообразование до покрытия торфа кровлей) и углефикацию. По­следняя делится на две стадии: диагенеза (преобразование торфа в бурый уголь) и метаморфизма (собственно углефикацию - эволюцию бурого угля в каменный вплоть до антрацита). В ходе метаморфизма бурого угля под воздействием време­ни, температуры и давления происходят уплотнение органической массы, потеря воды и летучих компонентов, увеличивается теплота сгорания, изменяются другие физические и физико-химические свойства углей. В общем непрерыв­ном ряду углефикации выделяются следующие стадии: буроугольная, длинно-пламенная, газовая, жирная, коксовая, антрацитовая.

Большинство пластов бурых и каменных углей образуют комплексные месторо­ждения. Кроме собственно твердого горючего ископаемого угольные пласты в том или ином количестве содержат метан, а на отдельных участках повышенные кон­центрации металлов (вплоть до промышленных содержаний).

Уголь как комплексное полезное ископаемое характеризуется наличием мине­ральных и других включений, многие из которых снижают качество углей. Мине­рально-породные включения (преимущественно обломки песчаников, алевролитов и аргиллитов из вмещающих пород) удаляются из угля при обогащении и попадают в состав золо-шлаковых отходов сжигания. По зольности различают угли малозоль­ные (менее 10 %), не требующие обогащения, умеренно зольные (10-15 %), высоко­зольные (15-30 %) и весьма высокозольные (более 30 %).

В ряде случаев золо-шлаковые отходы могут быть использованы для производ­ства аглопирита, кирпича, абразивов и других материалов, что подчеркивает ком­плексность угольных месторождений.

Важным показателем качества углей является содержание в них сернистых со­единений (пирита и др.), в особенности с точки зрения экологических последствий их сжигания. По этому признаку выделяются высокосернистые угли (3-5 %) при­уроченные преимущественно к внутриконтинентальным бассейнам.

Зако­номерности размещения угленосных бассейнов контролируются условиями угленакопления на терри­тории России, которые в свою очередь регулировались тектоническими и палео­географическими факторами, проявившимися в палеозойскую (карбон, пермь), мезозойскую и кайнозойскую эры.

Палеозойское угленакопление проходило в условиях паралических бассейнов, приуроченных к краевым частям древних платформ (Донецкий, Кизеловский, Куз­нецкий и Таймырский бассейны) и к обширным прогибам внутри их (Подмосков­ный и Тунгусский бассейны).

Мезозойское угленакопление приурочено в основном к орогенным впадинам подвижных областей и молодым платформам (Западно-Сибирской). Оно развито также во внутренних частях и на краевых зонах Сибирской платформы - юрско-меловой Ленский угленосный бассейн, нижне- и среднеюрские лимнические Канско-Ачинский и Иркутский бассейны. В крупных разобщенных впадинах Пристано-вого прогиба расположен Южно-Якутский бассейн.

Обширные площади юрско-мелового угленакопления развиты на Северо-Восто­ке (Зырянский бассейн), а в пределах Верхояно-Чукотской складчатой системы рас­пространены многочисленные, от крупных до мелких, прогибы с меловыми угле­носными отложениями.

Кайнозойское угленакопление развито на крайнем западе Восточно-Европей­ской платформы, по окраинам Донбасса, на Воронежском щите и герцинском Предуральском прогибе, а также на обширных площадях Западно-Сибирской пли­ты, в изолированных впадинах восточного склона Сибирской платформы, в При-саянье и Прибайкалье, в Пристановом прогибе и, наконец, в пределах Монголо-Амурской платформы (Амуро-Зейский и Среднеамурский узлы).

Угольный потенциал осадочных бассейнов России - наиболее крупный в мире. Общие перспективные ресурсы оцениваются в 4401,5 млрд т, из них большая часть расположена в районах Сибири и Дальнего Востока. Из общих ресурсов бурые угли составляют 29,75, каменные -69,8, антрациты - 0,5 %.

С угольными бассейнами России связаны значительные запасы горючих газов (метана и др.) - более 40-50 трлн м³, а также ряда металлов - урана, германия, ртути и др.

С учетом того, что зола и шлаки могут применяться для производства строи­тельных материалов, большинство угольных месторождений являются комплекс­ными (уголь, газ, металлы, стройматериалы), хотя в России, как правило, использу­ется лишь один уголь.

Несмотря на то, что минерально-сырьевая база угольной промышленности Рос­сии создавалась на протяжении многих десятилетий, потенциал разведанных в недрах запасов угля в настоящее время оценивается в 201,8 млрд т (по другим источ­никам 280,2 млрд т), что не превышает 4-5 % от прогнозных ресурсов. Из них 98,8 млрд т составляют каменные угли, в том числе 41,4 коксующиеся, и 103 бурые, з общего количества запасов 118,4 млрд т (59 %) пригодно для отработки откры­тым способом.

Дата добавления: 2015-04-25