Минераграфические методы анализа в проходящ свете. 3 страница

При определении отражательной способности минерала в полированном шлифе ищут место, где исследуемый минерал попал в одно поле зрения с эталонным минералом. Если эталонный (галенит) минерал темнее неизвестного минерала, отражательная способность неизвестного минерала относится к первой группе; если светлее или равна — ко второй, если же темнее или равна сфалериту — к третьей.

Если в шлифе с определяемым минералом нет эталонных минералов и нет известных минералов, близких по отражательной способности к эталонному минералу (галениту), то пришлифовывают одну из боковых сторон изучаемого аншлифа и аншлифа с минералом-эталоном. Затем прикладывают один к другому оба аншлифа по пришлифованной поверхности и монтируют с помощью ручного пресса так, чтобы полированные поверхности обоих шлифов лежали в одной плоскости. Необходимо также, чтобы оба минерала попадали в поле зрения микроскопа или были по возможности близко друг от друга.

После этого отражательную способность изучаемого минерала сравнивают с минералом-эталоном, как было описано.

Отражательная способность изотропных минералов имеет одно значение и не зависит от разрезов кристаллических зерен минерал в шлифе. Свойство минерала отражать от своей полированной поверхности свет определенной интенсивности зависит от показателя преломления и показателя поглощения минерала.

Отражательная способность изотропных минералов имеет одно значение; для минералов одноосных — два значения: наибольшее и наименьшее. У двуосных минералов появляется еще и среднее значение показателя отражения. Поэтому для характеристики отражательной способности анизотропного минерала необходимо определять его наибольшую, наименьшую и среднюю отражательную способность.

Двуотражение определяют в поляризованном отраженном свете при одном поляризаторе. При этом для одноосных минералов часто можно подойти к определению оптического знака минерала.

По степени проявления двуотражения минералы делятся на две группы: 1) сильно двуотражающис (двуотражение выявляется отчетливо) и 2) слабо двуотражающие (двуотражение можно наблюдать только с помощью иммерсионного объектива).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ АНИЗОТРОПНОСТИ. Анизотропия (оптическая неоднородность) – основной качественный диагностический признак, наблюдается в скрещенных николях. Рудные минералы в поляризованном отраженном свете подразделяются на изотропные и анизотропные. Изотропный минерал при скрещенных николях становится темным и не просветляется при повороте столика на 360°. Анизотропные минералы при скрещенных николях обнаруживают изменение цвета или яркости. Наблюдается четырехкратное угасание анизотропного кристалла через каждые 90° при вращении столика микроскопа.

По интенсивности эффекта поляризации анизотропные минералы разделяются на три группы: сильно анизотропные минералы – эффект анизотропии заметен в монокристаллах при вращении столика микроскопа (молибденит – MoS2, ковеллин – CuS, графит – C, валлериит-4(Fe,Cu)S.3(Mg,Al)(OH)2, пирротин – Fe1-xS, антимонит – Sb2S3 и др.). Отчетливо анизотропные минералы – эффект анизотропии наблюдается в агрегате разноориентированных зерен (вольфрамит – (Fe,Mn)WO4, киноварь – HgS, буланжерит – Pb5Sb4S11, касситерит – SnO2, ильменит – FeTiO3). Слабо анизотропные минералы – эффект анизотропии наблюдаетя только в агрегате разноориентированных зерен при наблюдении в иммерсии (халькопирит – CuFeS2).

Изучение эффекта анизотропии производят следующим образом: проверяют настройку микроскопа с помощью сильно анизотропного минерала, затем ставят исследуемый минерал в поле зрения, включают анализатор и наблюдают анизотропию. Необходимо включить наиболее сильное освещение лампы, иногда следует слегка развернуть анализатор – создать условия неполного скрещивания николей. Эффект анизотропии можно усилить, применив иммерсию.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МИНЕРАЛОВ В ОТРЯЖЕННОМ СВЕТЕ. Твердость минералов обычно определяется методом царапания и измеряется по шкале Мооса. Эта шкала не является совершенной, т.к. интервалы между ее ступенями неравнозначны.

Твердость минерала часто неравнозначна по разным направлениям, т.е. является величиной векториальной.

В минераграфии твердость определяется методами:

1. по характеру полированной поверхности;

2. по рельефу;

3. по абразивным штрихам;

4. металлическими иглами.

Твердые минералы в шлифах имеют неровную, шероховатую поверхность. Самые гладкие – средней твердости, мягкие – размазываются при полировании.

При поднесении тубуса микроскопа со стороны минерала более твердого параллельно теневой кайме идет узкая светлая каемка.

На минерале с большей твердостью абразивный штрих будет мельче и уже.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦВЕТА РУДНЫХ МИНЕРАЛОВ В ОТРАЖЕННОМ СВЕТЕ. Цвет минерала под микроскопом – функция взаимодействия отраженного света и восприятия глаза. В общем случае глаз видит те волны, которые отражает минерал и не видит те, которые он поглощает. По цвету рудные минералы в отраженном свете делятся на две группы: 1) бесцветные и слабоокрашенные; 2) ясноокрашенные. К бесцветным относится подавляющая масса рудных минералов. Цвет их белый, светло-серый и серый. Эталонами бесцветных минералов являются: галенит – белый; сфалерит – серый; шеелит – темно-серый; кварц – темно-серый. Слабоокрашенные минералы – это бесцветные минералы со слабыми оттенками бледных пастельных тонов: голубоватые, желтоватые, розоватые, коричневатые, зеленоватые. Оттенок цвета минерала определяется на фоне галенита или в масле. Слабоокрашенные минералы меньше распространены, чем бесцветные.

Группа ясноокрашенных, или цветных, минералов самая небольшая. Цвет ясноокрашенных минералов легко устанавливается под микроскопом. Выделяются минералы желтого, розового и синего цвета. Эталонами ясноокрашенных минералов являются: халькопирит – желтый; борнит (свежеотполированный) – розовый; ковеллин – синий.

При определении цвета исключительно большую роль играет фон окружающих минералов.

Цвет минерала зависит от плотности среды, через которую проходят лучи света. Цвета минералов в воздухе отличаются от цвета минералов в масляной иммерсии. Для одних минералов такие различия в цвете незначительны, для других – цветовой оттенок резко усиливается.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ МИНЕРАЛОВ. Электрические свойства минералов в основном зависят от типа кристаллоструктурной связи. Все минералы с металлической связью (или с существенным ее вкладом) обладают электропроводностью. Прочие минералы, т.е. огромное их большинство, являются либо полупроводниками, либо диэлектриками.

Электропроводность, как и магнитная восприимчивость, — векторное свойство и может сильно меняться в зависимости от направления в кристалле (например, вдоль и поперек их удлинения).

Важнейшей величиной, определяющей электрические свойства минералов диэлектриков или обладающих полупроводниковым типом проводимости, служит диэлектрическая проницаемость, характеризующая их поляризацию под действием электрического поля.

Деви и Фарнган предложили измерять электропроводность с помощью батареи от фонаря и вольтметра, этим способом установлены три группы минералов:

1. группа с электропроводностью примерно равной меди;

2. группа с электропроводностью меньше меди;

3. группа не проводящая Эл. Ток.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ МИНЕРАЛОВ. Методы определения плотности твердых веществ могут быть сведены в две основные группы — объемно-весовые и основанные на использовании физических констант.

Из наиболее широко используемых методов определения плотности следует указать пикнометрический, микропоплавковый, объемометрический (в барометрической трубке) и с защитным (парафиновым или другим пленочным) покрытием. Выбор того или иного метода определения плотности зависит от задачи исследования, количества и качества исследуемого материала.

Пикнометрический метод определения плотности является одним из наиболее точных и широко применяемых в лабораторной практике. Сущность его состоит в определении объема точно взвешенной пробы вещества в тщательно откалиброванном сосуде — пикнометре — и расчете числового значения плотности по соответствующей формуле.

Для приближенной оценки плотности минералов применяют наборы тяжелых жидкостей, различающихся по плотности на 0,1 г/см³ или больше. Плотность минерала находят как среднее между плотностями жидкостей, в одной из которых его зерна тонут, в другой — всплывают.

Для определения плотности применяют пикнометры различной формы — круглые, конические, цилиндрические. Для проб массой 100 — 200 мг наиболее удобны пикнометры объемом 1 см³, имеющие коническую форму и закрывающиеся хорошо пришлифованной пробкой с капилляром внутри.

Микропоплавковый метод предназначен для экспрессного определения плотности жидкостей и минералов в лабораторных и полевых условиях. Применяемый при этом «поплавок» представляет собой пустотелый или монолитный цилиндр с конусными основаниями, на одном из которых находится ушко с отверстием около 0,2 мм для подвешивания поплавка на тонкой, диаметром 0,1 мм нихромовой проволоке. Суммарные массы каждого из поплавков вместе с подвесками должны быть соответственно 500 и 1000 мг.

Применяя микропоплавки определяют плотность любых жидкостей в сосудах объемом 2 мл и более, определяют плотность жидкости в процессе ее разбавления в различных емкостях, в том числе в центрифужных пробирках, определяют плотность минералов по одному или нескольким их зернам.

Объемометрический метод применяют для определения объема минерала, который определяют в барометрической трубке (с точно определенной площадью ее поперечного сечения) по изменению высоты столба жидкости при погружении в нее минерала. Расчет производят по формуле

ρ = 4m/π·D· k· n

Взвешивания минерала должно проводиться на аналитических весах.

Для работы необходимо подобрать несколько барометрических трубок разного диаметра — от 1 до 3 — 4 мм. Константу каждой из них необходимо определить заранее, используя для этих целей в качестве эталонного материала оптический кварц или флюорит.

ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ. Одним из методов лабораторного исследования минерального сырья является световая микроскопия, интенсивно развивающаяся в настоящее время.

При изучении оптических свойств минералов пользуются поляризационным микроскопом, который благодаря ряду усовершенствований последнего времени и изобретению разнообразных вспомогательных приборов сделался универсальным оптическим аппаратом. С помощью поляризационного микроскопа возможно изучение оптических свойств даже мельчайших осколков минералов и получение при этом цифровых данных, характеризующих эти свойства.

Кристаллооптический метод имеет существенное значение при изучении минералов как отдельно, так и в составе горных пород, используя явления, связанные с прохождением световых волн через минералы.

Изучение минералов под микроскопом осуществляется двумя способами: в отраженном свете (минералы не прозрачные) и проходящем (прозрачные).

Главнейшие физические свойства минералов, используемые для их диагностики под микроскопом в отраженном свете это явления поляризации, отражательная способность, внутренние рефлексы, твердость. В проходящем свете изучают показатель преломления, силу двойного лучепреломления. Такие физические характеристики, как форма кристаллов, спайность, цвет минералов, плеохроизм можно определить как в проходящем, так и в отраженном свете.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ ПЕТРОГРАФИИ УГЛЕЙ. Угольные пласты, за редким исключением, петрографически неоднородны и имеют полосчатое строение, обусловленное чередо­ванием различных составляющих, хорошо различимых невооруженным глазом.

Петрографический состав лучше всего изучать под микроско­пом. Слабометаморфизованные каменные угли (длиннопламенные и газовые), которые отличаются явной полосчатостью, состоятиз четырех различающихся по блеску петрографических макроингредиентов: блестящий — витрен, полублестящий — кларен, полума­товый — дюрен и матовый — фюзен*.

Терминология принята от латинских слов: витрсн (vitrus) — стеклян­ный, кларен (clarus) — светлый, дюрен (durus) твердый. фюзен (fusus) вытянутый. Витрен и фюзен относятся к простым ингредиентам, кларен и дюрен — к сложным.

Термины блестящий, полу блестящий, полуматовый и матовый-волокнистый применимы лишь при макроскопическом изучении углей, а названия компонентов углей — витрен, кларен, дюрен и фюзен — преимущественно при микроскопическом исследовании.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ. Объектами лабораторных исследований минерального сырья являются минералы и минеральные ассоциации в горных породах и рудах.

Цель лабораторных исследований состоит:

1) в диагностике (определении) минералов и минеральных разновидностей;

2) в определении химического состава минералов, включая и элементы-примеси, находящиеся нередко в ничтожных количествах (до 10^-6 – 10^-7 %);

3) в установлении кристаллической структуры минералов;

4) в изучении физических свойств сырья;

5) в изучении технологии обогащения и комплексного извлечения полезного компонента из руды.

Все эти задачи решаются в стационарных, и экспрес-лабораториях.

Экспресс-лаборатории предназначены для контроля качества минерального сырья при отработке месторождения и обогащении товарной продукции на обогатительных фабриках. На горнорудных предприятиях экспресс-лаборатории занимаются выполнением одного вида анализа минерального сырья, направленного на решение конкретной задачи.

Для решения комплекса задач, решающих общие вопросы изучения вещественного состава минерального сырья в стране созданы стационарные лаборатории, которые представляют собой комплекс цехов (лабораторий), специализирующихся по различным направлениям лабораторных исследований.

В основе комплексного исследования сырья лежит цех пробоподготовки, в котором, поступающий в лабораторию материал обрабатывается в зависимости от конкретных требований заказчика, определяющих объем исследований.

После пробоподготовки пробы распределяются по цехам для соответствующего анализа.

Стационарная лаборатория состоит из следующих подразделений:

1 Химическая лаборатория;

2 Лаборатория спектрального анализа;

3 Лаборатория рентгеноспектрального и рентгеновского анализа;

Эти три подразделения занимаются изучением качественного и количественного состава сырья различными физико-химическими методами.

4 Минералого-петрографический кабинет выполняет минералогический, петрографический и минераграфический виды анализа;

5 Гидрогеологическая лаборатория изучает химический состав воды;

6 Инженерно-геологическая лаборатория выполняет анализы по изучению физических свойств горных пород;

7 Лаборатория нерудного сырья изучает вещественный состав нерудных полезных ископаемых;

8 Лаборатория горючих полезных ископаемых занимается изучением технологических и петрографических свойств углей, нефти и газа.

Наряду с центральной лабораторией организуются лаборатории в экспедициях и партиях для выполнения анализов и исследований на местах, что позволяет более оперативно использовать их результаты. Особенностью полевых лабораторий является их узкая специализация, определяемая геологическими задачами этих предприятий.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПОДГОТОВКИ ПРОБ К ЛАБОРАТОРНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ. Рекомендуется следующая последовательность различных операций при подготовке проб:

- выявление минералого-петрографических особенностей материала пробы на основе макро- и микроскопических исследований;

- обоснование начальной крупности дробления и конечной крупности измельчения пробы;

- выбор способа дезинтеграции материала;

- дезинтеграция материала с последующей классификацией по заданному классу крупности, и сокращением материала по формулам определения надежной пробы;

- отбор аналитической пробы и дубликата.

С учетом требований к аналитическим пробам отдельных видов анализа в данную схему вносятся изменения.

Применяется принцип последовательной дезинтеграции пробы по многостадийным схемам, включающим крупное (100 – 10 мм) и среднее (10 – 1 мм) дробление и тонкое измельчение (1 мм и ниже) материала пробы.

ОСОБЕННОСТИ ЛАБОРАТОРНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕЙ. Изучение вещественного состава углей включало исследование их минеральных и геохимических особенностей. Минералогические исследования проводились при помощи электронной микроскопии в сочетании с энергодисперсионной спектрометрией, оптической микроскопии и рентгенофазового анализа. Литогеохимичекие исследования углей и углистых пород пород производилось при помощи спектральных методов анализа с последующей обработкой результатов методами матстатистики.

1. Для электронно-микроскопических исследований подготовлено 65 образцов визейских, 20 образцов казанских углей. По ним получено: электронно-микроскопических снимков: визейские угли – более 500, казанские угли – более 100. На энергодисперсионном спектрометре проведено анализов: визейские угли – более 250, казанские угли – более 70.

2. Методы оптической микроскопии включали в себя исследование прозрачных шлифов в проходящем и полированных образцов в отраженном свете. Были изучены рудные включения в углях по 31 шлифу по визейским и 8 шлифам по казанским углям. Для оптико-микроскопических исследований использовался микроскоп.

3. Рентгенофазовый анализ использовался для точной диагностики минерального состава неорганической части углей, представленной тонкодисперсной массой. Для характеристики минералогии визейских и казанских углей была проведена подготовка 10 проб, включающая в себя растворение вещества углей и выделение тяжелых минеральных фаз. Рентгенографические исследования производились на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3. Для исследования структуры медьсодержащих сульфидов был использован метод ЯКР - один из радиоспектроскопических методов исследования локальной электронной структуры и внутренней динамики в твердых телах, в частности, минералах.

4. Особенности химического состава неорганического вещества углей исследовались при помощи ряда методов. Для определения общих тенденций распределения рассеянных элементов использованы данные атомно-эмиссионного спектрального анализа, более 500 анализов. Группа редкоземельных элементов определялась при помощи - спектрометрии (анализ с применением индуктивно связанной плазмы).

5. Анализ геохимических данных проводился при помощи методов математической статистики. Статистическая обработка данных химического анализа включала сравнение средних содержаний рассеянных элементов в татарстанских углях с их мировыми аналогами, выявление корреляционных связей и основных факторов, отвечающих за концентрацию РЭ в ископаемых углях.

Дата добавления: 2015-04-24