Привести характеристику минералов – K, Na – полевые шпаты (состав, структура, изоморфизм, условия образования, минеральный парагенезис)

8. Энергия кристаллической решетки. Формулы Капустинского, Ферсмана. ЭНЕРГИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ — энергия (U), затрачиваемая на разрыв кристаллической решетки на ее составляющие с переносом на расстояние отсутствия взаимодействия, взятая с обратным знаком. Если решетка ионная, то это энергия разрыва на соответствующие ионы, если атомная или молекулярная, то это энергия разрыва на атомы, молекулы и т. д. Э. к. р. для молекулярных решеток это только небольшая часть энергии связей в решетке, так как связи атомов внутри молекул в нее не входят. Э. к. р. молекулярных решеток равна силам Ван-дер-Ваальса (см. Связь химическая ван-дер-ваальсова). В настоящее время установлено, что абс. большинство природных соединений, в частности кислородные, не являются ионными, а в лучшем случае полуионными и полуковалентными. В связи с этим многие выводы, построенные на основе использования Э. к. р., рассчитывавшиеся обычно как ионные, имеют незначительную ценность. Существует ряд методов расчета Э. к. р. для бинарных соединений: по круговому процессу Борна — Габера, по формуле Борна — Ланде и упрощенным ее вариантам — формулам Капустинского и др. По круговому процессу Ui = Q + S + D + I — Е, где Ui — энергия решетки ионной; Q — теплота образования, S — теплота сублимации, D — энергия диссоциации, I — энергия ионизации и E — энергия сродства к электрону. По формуле Борна — Ланде где a — коэф. Маделунга, W1 и W2 — валентности ионов, R — межатомное расстояние, Ne2— произведение числа Авогадро на элементарный заряд электрона в квадрате, га — коэф. отталкивания электронных оболочек. В геол. науках обычно используют формулу Капустинского где En — число структурных единиц. Wk и Wa — валентности катиона и аниона, rk и ra — их радиусы, или еще более упрощенную формулу Ферсмана Ui = 256,1 (ЕкА + ЕкВ +... + ЕкХ), имеющую универсальный характер по значениям Ек, слагающих соединения ионов, т. е. по энергетич. коэф. компон. расчета Э. к. р. Для атомных соединений круговой процесс упрощается: Uat = Q + S + D, для молекулярных: Um = S (AB), где S (AB) — энергия сублимации молекул. Для теоретического расчета применяется формула где k — коэф., аналогичный коэф. Маделунга, µ — дипольный момент. Представление об Э. к. р. играет важную роль в геоэнергетическом анализе геохим. процессов, поэтому правильное использование этого понятия весьма важно. В. И. Лебедев

Билет 17.

1.. Пневматолитовый и гидротермальный процессы. Минеральные парагенезисы и рудообразование

1. Пневматолитовый процесс, или пневматолиз (пневма — по-гречески «газ»). Пневматолиз — процесс образования минералов из газовой фазы. На некоторых этапах кристаллизации магмы воз­можно отделение газов. По мере движения вверх по трещинам эти газы охлаждаются, реагируют друг с другом и с вмещающими породами, в результате чего образуются минералы.

Продукты пневматолиза — пневматолиты — разделяются на вулканические и глубинные.

Вулканические пневматолиты образуются в вулканических областях за счет газов, отделяющихся от магмы вблизи поверх­ности или на поверхности земли. Вулканические газы в огромных количествах уходят в атмосферу через жерла вулканов, фумаролы и трещины. Главными газами при извержениях являются пары воды, НС1, H₂S, S0₂, NH₄CI, CО₂, СО, Н₂, 0₂, хлористые и серно­кислые соединения Na, К, Са. В газах также обнаруживаются хлористые соединения Fe, Cu, Mn, Pb, соединения бора, фтора, брома, фосфора, мышьяка, сурьмы и др.

Глубинные пневматолиты образуются в том случае, когда газы отделяются от магматического очага в недрах земной коры. Они просачиваются сквозь горные породы, реагируют с ними, преобра­зуя их химический и минеральный состав. Степень химических преобразований пород под действием газов зависит от их химиче­ской активности, состава пород, тектонического строения и дли­тельности процесса. Весьма вероятно, что при глубинном минералообразовании наряду с газами действуют также и водные го­рячие (гидротермальные) растворы.

К глубинным пневматолитам относят некоторые жильные тела (тела выполнения трещин) и грейзены.

Гидротермальный процесс. Гидротермы —горячие водные рас­творы, отделяющиеся от магмы или образующиеся в результате сжижения газов.

Гидротермальные растворы выносят из магматического очага целый ряд соединений металлов. Кроме того, гидротермы могут заимствовать различные вещества из боковых пород, по которым они движутся.

Причина движения гидротерм — разность давлений. Когда внутреннее давление растворов больше внешнего, растворы дви­жутся в сторону наименьшего давления, обычно вверх, к поверх­ности земли. При своем движении они используют различные тектонические нарушения, трещины, зоны контактов. По мере удаления растворов от магматического очага температура их па­дает. В результате падения температуры и реакций с вмещающими породами гидротермы отлагают свой груз в виде минералов. Выде­ление минералов из водных растворов (иногда коллоидных) и представляет сущность гидротермального процесса.

Поскольку гидротермы обычно движутся по трещинам, форма большинства гидротермальных минеральных тел жильная. Глав­нейшим жильным минералом является кварц (кварцевые жилы).

Гидротермы могут быть высоко-, средне- и низкотемпературные, и соответственно по температуре образования выделяют следую­щие гидротермальные месторождения: высокотемпературные (450-300°), среднетемпературные (300-200°), низкотемпературные (ниже 200°).

Как правило, высокотемпературные гидротермальные мине­ральные тела располагаются ближе к материнской интрузии, в то время как низкотемпературные являются наиболее удаленными. Это ведет в известной степени к зональному расположению про­дуктов гидротермального процесса по отношению к той интрузии, которой они обязаны своим происхождением.

Так, ближе к гранитной интрузии и в самом интрузиве распо­лагаются гидротермальные жилы с вольфрамитом, касситеритом, молибденитом, далее — жилы с сульфидами меди, золота, свинца и цинка, серебра, затем сурьмы и ртути. Однако подобная зональ­ность не является строго концентрической, проявляется не всегда и характерна лишь для сравнительно небольших (до 10 км в попе­речнике) гранитных штоков.

Гидротермальный процесс не ограничивается отложением мине­ралов в трещинах с образованием различных жильных тел. Гидро­термы так же, как и газы, просачиваются сквозь боковые породы, химически реагируют с ними, замещают их, привнося новые соеди­нения. Так образуются метасоматические тела, имеющие часто трубчатую или неправильную форму и залегающие большей частью среди карбонатных пород.

При гидротермальной переработке вмещающих горных пород последние могут быть сильно изменены. Так образуются некоторые тальковые сланцы. При действии гидротермальных растворов на богатые магнием ультраосновные породы и доломиты образуются асбест, тальк, магнезит, а действие низкотемпературных серно­кислых гидротерм на богатые щелочами породы ведет к образова­нию алунита.

Гидротермальное происхождение имеют большинство руд цвет­ных, редких и радиоактивных металлов, золото, а также раз­личные неметаллические полезные ископаемые

Гидротермальные месторождения представляют собой наиболее важный источник таких металлов, как Сu, РЬ, Аg, Аu, Нg, Gе, Тi, Мо, W, Zn, Cd, Co, и др.

Типичные гидротермальные минералы

Кварц, горный хрусталь, Шеелит, Касситерит, Киноварь, Антимонит, Аурипигмент, Галенит, Сфалерит, Халькопирит, Гематит, Барит, Флюорит, Рутил, Пирит, Золото самородное, Вольфрамит, Титанит, Гранаты

Примеры гидротермальных месторождений,Хрусталеносные альпийские жилы Альп и Приполярного Урала. Полиметаллические месторождения Приморья (Дальнегорск)

2. Эвапоритовые фации седиментогенеза и их минеральные парагенезисы.

Эвапориты (соляные породы) состоят из сульфатных и гало­генных соединений, выпадающих в осадок в случае увеличения их концентрации в природных водах.

Главными породообр минералами эвапоритов яв­ляются гипс CaS0₄·2H₂0, ангидрит CaSО₄, галит NaCl, сильвин КС1, карналлит KCl·MgCl₂. В качестве примесей могут присутст­вовать глинистые, карбонатные минералы, окислы железа и биту­минозные вещества. Породы, имеющие переходный состав, назы­ваются соляными глинами и соляными мергелями.

Эвапориты классифицируются по минеральному составу. Наи­более распространенными породами этой группы являются гипс, ангидрит, каменная соль, сильвинит и карналлитит.

Для эвапоритов характерна пластичность, что обусловливает образование соляных куполов. Эвапориты отличаются от всех др осадоч пород высокими значениями удельного элек­трического сопротивления, нередко достигающими десятков и со­тен тысяч ом-метров. Калийные соли характеризуются повышен­ной радиоактивностью вследствие того, что они содержат радиоактивный калий.

Гипсовые и ангидритовые породы слагаются одноименными минералами — гипсом и ангидритом, которые в природных усло­виях в результате гидратации и дегидратации легко переходят друг в друга. Процесс гидратации ангидрита сопровождается су­щественным увеличением объема породы (на 64,9%). Макроско­пически гипс и ангидрит похожи, но ангидрит отличается от гип­са большей твердостью. Обычно это светлые породы — белые, зе­леноватые, светло-серые, серовато-голубоватые. Гипс и ангидрит образуют пласты или желваки и жилы в трещинах и пустотах других пород.

Каменная соль сложена галитом. В качестве примесей могут присутствовать сильвин, глинистые минералы, органические сое­динения и окислы железа. Чистая, каменная соль бесцветна, при­меси могут ее окрашивать в серый, красный, синий и другие цвета. Каменная соль залегает в виде пластов и линз и обычно ассоциирует с др. эвапоритами.

Сильвинит и карналлитит относятся к группе калийно-магнезиальных пород. Сильвинит сложен минералами сильвином и галитом, карналлитит-карналлитом и.-галитом. В качестве при­месей могут присутствовать ангидрит и глинистые минералы. Сильвинит и карналлитит часто бывают окрашены в красные или, бурые тона, обусловленные тонкораспыленным коллоидным ге­матитом.

Условия образования эвапоритов. Породы рассматриваемой группы являются продуктами выпадения осадков в озерных и лагунных бассейнах, расположенных в зонах жаркого сухого кли­мата. Накоплению соляных толщ значительной мощности способ­ствует длительное опускание дна бассейна, сопровождающееся постоянным или периодическим поступлением в него новых пор­ций соленых вод. При возрастании концентрации растворов соляные минералы выпадают в определенной последовательности в зависимости от состава раствора и его температуры. Обычно первы­ми осаждаются гипс и ангидрит, затем галит, сильвин и карналлит. Строение соляных толщ показывает, что накопление солей не бы­ло непрерывным и чередовалось с периодами растворения ранее образовавшихся соляных отложений. Минеральный состав солей может значительно измениться в результате диагенеза соляного осадка и в процессе эпигенетического преобразования породы.

3. Технологическая оценка руд, связанная с процессами обогащения на ГОКах.

Вовлечение в эксплуатацию все более бедных и трудно-обогатимых руд, россыпей и углей приводит к наращиванию объемов горных работ. Высокоэффективные системы разра­ботки и высокопроизводительное оборудование большой единичной мощности, применяемые с целью снижения себе­стоимости добычи, приводят к повышению разубоживания, еще большему ухудшению качества полезного ископаемого, возрастанию трудностей в обогатительном переделе и резко­му падению технологических, экономических показателей обогащения и комплексности использования сырья. Жесткая связь циклов добычи и обогащения полезных ископаемых обеспечивает получение максимальной общей эффективности горно-обогатительного комплекса только при соблюдении следующих обязательных условий по качеству руд и россы­пей, поступающих на обогащение:

• максимально возможное удаление породы из крупнокус­ковой и дробленой горной массы, чтобы снизить беспо­лезные энергетические, капитальные и эксплуатационные затраты на дробление, измельчение и обогащение, обес­печить более полное раскрытие сростков минералов и за счет этого повысить качество концентратов, извлечение в них ценных компонентов и комплексность использования сырья;

• раздельная добыча и переработка технологически несо­вместимых сортов полезных ископаемых. Совместная пе­реработка различных по вещественному составу сортов руд и россыпей приводит к резк падению технологич и технико-экономич показателей обогащения.

· постоянство содержаний ценных компонентов, вредных примесей и физ-мех свойств, близких к «проектным» показателям каждого технологич сорта полез ископаемого.

Большое значение имеет способность руды к обогащению. Массивные, или сплошные, руды обычно поступают в плавку без предварительного обогащения, но если они содержат большое количество вредных примесей, то так же, как и вкрапленные руды, предварительно подвергаются обогаще­нию; в плавку поступают полученные при этом концентраты со значительно более высоким содержанием полезных компонентов, чем в первичной руде.

Технологические показатели по из­влечению каждого компонента из руды и качество получае­мых концентратов зависят от минерального состава руды, во-первых, потому, что каждый металл или элемент может быть представлен различными минералами, обладающими различ­ной, например, флотируемостыо. Изменение соотношения минеральных форм в сторону увеличения труднофлотируемых разностей извлекаемого компонента приводит к умень­шению его извлечения в концентрат. Во-вторых, возможность разделения извлекаемых минералов зависит от степени близо­сти их технологических свойств и трудности его осуществле­ния возрастают при разделении минералов с одинаковым анионом или катионом.

Большое значение имеют технологические свойства полезного ископаемого и при оценке качества неметаллического минерального сырья. Так, например, для слюды важны электроизоляционные свойства, крупность пластинок слюды, ее прозрачность; для асбеста существенное значение имеют огнестойкость, длина волокна, его прочность и эластичность и т. д. Качество горючих полезных ископаемых определяется в первую очередь их теплотой сгорания, а также их химическими свойствами, а для технологического топлива — способностью к коксованию.