МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ , молоді та спорту УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ ТА ЕНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТУ

Кафедра інженерної екології

Практична робота № 2

З дисципліни:

«Ресурсозбереження в гірничій справі»

На тему:

«Породоутворюючі мінерали, їх будова та властивості»

Виконала:

ст. ІV курсу ІЕЕ

гр. ОЗ-82

Коваль М.В.

Перевірив:

Воробйов В.Д.

доцент

Київ 201

Зміст

1. Визначення «мінерал», основні властивості

2. Фізичні властивості мінералу

3. Класифікація мінералів

4. Детальна характеристика мінералу апатит

Стислі теоретичні відомості

1. Процеси утворення мінералів.

Мінерал - це природне фізично і хімі­чно однорідне тіло, що виникло в земній корі внаслідок фізико-хімічних про­цесів без будь-якого втручання людини. Кожний мінерал утворюється в стро­го визначених фізико-хімічних умовах і відповідає певному стану І складу середовища, в якому він виникає. За джерелом енергії процеси мінералоутво­рення розподіляють на дві великі групи: ендогенні, пов'язані з внутрішньою енергією Землі, і екзогенні, пов'язані з процесами, які проходять на поверхні земної кори.

Ендогенні (гіпогенні, глибинні) процеси завжди пов'язані з діяльністю магми; в ендогенних виділяють: власне магматичні, пегматитові, пневматолі­тові і гідротермальні процеси.

Екзогенні (гіпергенні, поверхневі) процеси пов'язані з хімічним і фізи­чним руйнуванням гірських порід і мінералів, які викликають утворення ін­ших порід і мінералів, стійких в умовах поверхні Землі.

Мінерали і гірські породи, що утворилися в результаті ендогенних і ек­зогенних процесів, при зміні фізико-хімічних умов в надрах Землі зазнають перетворень - метаморфізуються; мінерали, що при цьому виникають на­зивають метаморфічними.

Земна кора складається із хімічних елементів, які утворюють прості і складні з'єднання. Ці однорідні за складом і будовою хімічні з'єднання, які виникають в земній корі в результаті природних фізико-хімічних процесів без втручання людини в ці процеси, називають мінералами. Вся земна кора, гір­ські породи складаються з мінералів. Відомі більше ніж 2000 мінералів, а чис­ло їх назв з різновидами перевищує 4000. Значно поширених мінералів в при­роді нараховується біля 450 видів, а породоутворюючих (які входять в склад гірських порід) - не більше 50 мінералів.

Нижче більш детально описується доступний метод визначення -визначення мінералів за зовнішніми ознаками. Зовнішній вид мінералів дуже різний. За формою можна виділити ізометричні (рівномірний розвиток), витягнуті, призматичні, голчасті, волокнисті, табличні, лускові та іншої фор­ми мінерали.

Мінерали розрізняють також за загальним виглядом їх кристалів, що залежить від переважаючої простої форми. Зовнішній вигляд мінералів може бути кубічним, октаедричним, тетраедричним, призматичним, дипірамідальним та ін.

У природі багато мінералів часто зустрічається у вигляді добре утворе­них кристалів. Форми цих кристалів настільки характерні, що за зовнішнім їх виглядом чи його габітусом (зовнішність, зовнішній вигляд) можна визначити назву мінералу. Так мінерали галіт, пірит, флюорит мають кубічний габітус кристалів. Для мінералу гіпсу характерні зростки, які називають "ластівчин хвіст". Кристали кальциту зустрічаються у формі ромбоедру. Для кристалів кварцу характерні утворення у вигляді призм, які обмежені пірамідальними гранями.

Однак, слід мати на увазі, що ряд мінералів має здатність кристалізува­тися у вигляді різних форм. Наприклад, кальцит може зустрічатися не лише у вигляді ромбоедрів, але і у формі таблитчастих та інших кристалів. Мінерал кварцу в різних природних умовах також може утворювати кристали різних форм. Розміри кристалів різних мінералів можуть бути різними - від мілімет­рів до метрів.

Кристалам властива анізотропія – нерівномірність в різних напрямках.

Не менш важливим є ізоморфізм – здатність кристалічних речовин різного складу утворювати тверді розчини з однаковою будовою кристалічної решітки (плагіоклаз).

Крім кристалічних речовин існують аморфні речовини, що відрізняються хаотичним, незакономірним розташуванням атомів, але у всіх напрямках їх властивості однакові, що називається ізотропністю.

У природі кристали рідко зустрічаються у вигляді одиночних форм. Вони завжди утворюють зростки. Сукупність декількох мінералів одного і то­го ж походження називають агрегатом.

Рис. 2.1. Друза кварцу

Друзи - зростки кристалів, які мають загальну основу (рис.2.1). В тих випадках, коли кристали погано розвинені і мають невеликі розміри, друзи на­зивають щіткою.

Конкреції мають вигляд "желваків" шароподібних стяжок, із шкаралуп-ковою або радіальнопроменевою будовою. (Рис.2.2). В центрі конкреції зна­ходяться органічні залишки, навколо яких сконцентрувалася речовина. Зна­ходяться конкреції зазвичай біля осадових порід. У види конкрецій зустріча­ються фосфорити, сферосидерит, марказит та ін.

Рис. 2.2. Конкреція фосфориту

Секреції представляють собою форми відкладення мінеральної речови­ни в порожнинах, причому ріст мінералів відбувається від периферії до центру. Якщо розміри секреції більше 1,2 мм в діаметрі, то вони носять назву жеоди (Рис.2.3).

Рис. 2.3. Жеода, що складається з кварцу і халцедону

Дендрити мають розгалужену деревоподібну будову.

Ооліти - агрегати шаровидних утворень, розмір яких може бути від 0,05мм до 2-Зсм в діаметрі. Характерні для арагоніту (гороховий камінь), бок­ситу, лімоніту (бобові руди).

Напливні форми властиві аморфним мінералам (опал) і скрито криста-лічним мінералам (кремній, халцедон). Напливні форми можуть мати форму бурульок, які ростуть зверху вниз (сталактити) і знизу вверх (сталагміти). Сталактити і сталагміти кальциту часто зустрічаються в карстових печерах серед вапняків. Різного роду напливи і брунькоподібні агрегати характерні для малахіту, гематиту, халцедону та ін. Крім вказаних форм мінерали часто виділяються у вигляді нальоту, вицвітів, шкуринок, характерних для поверхневих умов.

Нальот - тонко розпорошене утворення на стінках тріщин і поверхні мінералів. Генезис може бути різним.

Вицвіт - порошкуваті або у вигляді корок і землистих мас виділення рі­зних солей на поверхні грунту або на стінках породи. Утворюються внаслідок висихання розчинів, що піднялись по капілярах або тріщинах.

2. Фізичні властивості мінералів

Фізичні властивості мінералів мають велике практичне значення (радіо­активність, люмінесценція, магнітність, твердість, оптичні властивості та ін.) і дуже важливі для їх діагностики. Вони залежать від хімічного складу і типу кристалічної структури. Фізичні властивості можуть являти собою скалярну величину, наприклад, щільність або бути векторними, наприклад, твердість, спайність, оптичні властивості.

Щільність. Щільність мінералів вимірюється в т/м³ і змінюється в ін­тервалі від 1 до 8 і більше. Більшість мінералів має щільність від 2,5 до 4.

Механічні властивості мінералів виявляються при механічному впливі на них: стиснені, розтягуванні та ударі.

Спайністю називається здатність мінералів розколюватися за певними кристалографічними напрямками з утворенням плоскої дзеркальної поверхні. Наприклад, кристали слюди можна розщепити за спайністю на найтонші лис­точки, вона має спайність за пінакоїдом , (Рис.2.4, а); у галіту - вельми доско­нала спайність по кубу (Рис.2.4, б).

Рис. 2.4. Кристали мінерали різної спайності

Ромбоедричний кристал кальциту легко розколюється за трьома на­прямками (по ромбоедру), тоді як в інших напрямках площини спайності не утворюються. Спайність розрізняється за ступенем її досконалості:

1.Вельми досконала - мінерал розщеплюється пальцями за спайністю, ;але важко розколюється в іншому, не спайному, напрямку(слюда, гіпс).

2.Досконала - розколювання відбувається переважно за спайністю (польові шпати, кальцит, флюорит, галіт, галеніт, барит).

З.Середня - при розколюванні утворюються як рівні поверхні спайності, так і нерівні злами за випадковими напрямками (піроксени, рутил, олівін, сфен)

4.Нсдосконала спайність - поверхні спайності виявляється важко (апа­тит, берил, каситерит, сірка)

5.Вельми недосконала - практично немає поверхонь спайності (кварц, корунд, магнетит)

Мінерали, які не мають спайності або мають недосконалу спайність, розколюються за нерівними площинами зламу. За характером поверхні, що утворюється при розколі мінералу, виділяють наступні виду зламу:

1.Раковистий (опал, халцедон, кварц);

2.Нерівний (апатит, каситерит, сірка);

З.Занозистий (рогова обманка, актиноліт, тремоліт);

4.Крючкуватий (мідь, золото, платина);

5.Землистий (каолініт);

б.Зернистий (альбіт);

7.Ступінчатий (польові шпати);

8.Рівний (халькопірит).

Твердість - опір мінералу дряпанню. Ця властивість мінералу найбільш універсально характеризує його механічну міцність, існує три способи вимі­рювання твердості: дряпання, шліфування і вдавлення стержня або кульки. Найбільш простий і найменш точний метод - дряпання якого-небудь мінералу більш твердим мінералом. Мінерали, які використовуються для визначення твердості зведені в так звану шкалу твердості або шкалу Мооса. Мінерали за шкалою розташовані таким чином, що кожний наступний мінерал дряпає по­передній (табл.2.1).

Визначення твердості мінералу відбувається методом дряпання. Якщо, наприклад, ортоклаз (тв.6) не дряпає досліджуваний мінерал, а кварц (тв.7) -дряпає, то твердість досліджуваного мінералу приблизно 6,5. Якщо мінерал дряпає папір, але сам дряпається ніг­тем, то твердість цього мінералу приблизно 2. Якщо ніготь не залишає подря­пин , на мінералі, але кінчик сталевого ножа легко дряпає його, твердість мі­нералу - 3. Якщо при дряпанні мінерала ножем необхідно прикласти певне зусилля, твердість мінералу дорівнює 4, якщо зусилля значне, то твердість - 5. Мінерали, що мають твердість 6, 7, самі креслять на лезі ножа. В польових умовах при відсутності шкали Мооса використовують за­мінники: м'який олівець - 1; ніготь - 2,5; мідна монета - 3-4; скло - 5; лезо сталевого ножа - 5-6; напильник - 7. Якщо мінерал пише на папері, не дря­паючи його, - твердість

Оптичні властивості кристалів широко використовуються в мінерало­гії і петрографії для вивчення мінералів і гірських порід. Оптичний метод до­слідження ґрунтується на вивченні оптичних властивостей кристалів за допо­могою поляризаційного мікроскопу.

Колір мінералу і колір його риски залежить від його структурних особливостей, від присутності в ньому фарбуючих елементів і від механічних домішок, завдяки яким колір одного і того ж мінералу може бути різним. Ко­лір необхідно спостерігати на свіжому зламі. Крім кольору в зернах і криста­лах для діагностики мінералу має значення колір риски, який залишає на пор­целяновій неглазурованій пластинці мінерал.

Блиск залежить від багатьох причин: показника заломлення, характеру відбиваючої поверхні, тріщинуватості, включень сторонніх тіл та ін. Розріз­няють мінерали з металічним і неметалічним блиском. Серед неметалічних блисків розрізняють: алмазний - алмаз, рутил, кіновар, каситерит; скляний - кварц, флюорит, корунд, сфалерит, гранати; восковий - кремінь, халцедон; жирний - нефелін, сірка; шовковистий - азбест, гіпс-селеніт; перламутровий - пластинчатий гіпс.

Електричні властивості мають великі практичні значення при ви­вченні кристалів (піро- і п'єзоелектрика). Піроелектрика - електрика, яка ви­никає в кристалах зі зміною температури (турмалін). П'єзоелектрика виникає в кристалах при розтягуванні або стисканні (гірський кришталь).

Магнітність. Ця властивість характерна не для багатьох мінералів. Найбільш сильними магнітними властивостями володіє магнетит або магніт­ний залізняк, меншими - піротин.

9

Люмінесценція. Деякі мінерали при впливі на них ультрафіолетових, катодних або рентгенівських променів можуть випромінювати світло - "холодне сяяння". Флюорит світиться фіолетовим світлом, шеєліт - блакитним, корунд - малиново-червоним, кальцит - помаранчово-жовтим і т.д.

Радіоактивність мінералу проявляється при перетворенні нестійких ізотопів одного хімічного елементу в ізотопи іншого з випромінюванням еле­ментарних частинок.

Прозорість мінералу - це здатність мінералу в тому чи іншому ступені пропускати світло. За ступенем прозорості мінерали діляться на три групи:

1.Прозорі - пропускають світло як віконне скло,- гірський кришталь, топаз, ісландський шпат.

2.Напівпрозорі - пропускають світло як матове скло, або просвічують в тонкій пластинці, - халцедон, агат, опал, флюорит.

З.Непрозорі - не просвічують навіть в тонкій пластинці, - пірит, гале­ніт, магнетит.

До фізичних властивостей мінералів також можна віднести розчинність у воді та в кислотах, плавкість, хрупкість, пружність, ковкість, а в деяких випадках - запах, смак, горючість та інші властивості, наприклад, подвійне променезало-млення (ісландський шпат), штриховка на гранях (кварц, пірит, корунд, тур­малін).