title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » О методах минералогических исследований

О методах минералогических исследований

Развитие минералогии как науки тесно связано с разработкой и совершенствованием методов исследования минералов. В настоящее время они чрезвычайно разнообразны как по содержанию, так и по назначению. Наиболее часто применяемые методы исследования были рассмотрены в связи с изложением материала по структуре, химическому составу, физическим свойствам и генезису минералов, поэтому здесь дается лишь их краткий обзор и основное внимание уделяется назначению и условиям применения каждого метода.
Изучение минерала начинается в поле с выяснения его геологического положения, взаимоотношений с другими минералами и вмещающими породами, формы выделения, внешних признаков (морфология, цвет, блеск, спайность, излом, твердость, плотность и пр.), химического состава и особенно парагенетических отношений.
Сбор минералогического материала в полевых условиях сопровождается тщательной его документацией. Для определения минералов в полевых условиях часто пользуются паяльной трубкой. Метод паяльной трубки позволяет при малых количествах вещества, наличии простейших приборов и сравнительно небольшого набора реактивов довольно быстро сделать качественный анализ «сухим путем», т. е. без предварительного растворения и последующих осаждений из раствора.
Нередко также в полевой обстановке минералогический материал подвергается специальным исследованиям в зависимости от конкретных задач. Так, различными радиометрами устанавливают минералы, содержащие радиоактивные элементы, а люминесцентными приборами — минералы, люминесцирующие под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей и т. д.
При подготовке материала к детальному исследованию чрезвычайно ответственным является отбор мономинеральных фракций, т. е. материала, состоящего только из одного минерала. Если минерал находится в виде отдельных кристалликов, мономинеральные фракции отбирают стальной иглой и проверяют материал под бинокулярной лупой и микроскопом. Если же минерал вкраплен в породу, ее дробят, просеивают через сита различного диаметра в зависимости от размера зерен, а затем, пользуясь методами сепарации, получают исследуемый минерал в более или менее чистом виде.
Когда исследование ограничивается диагностикой минерала или содержание минерала незначительно, мономинеральные фракции не берут, а исследуют минерал непосредственно в породе или руде.
В основу методов сепарации положены различия свойств минералов. Чаще всего пользуются следующими методами сепарации: 1) разделение в тяжелых жидкостях (по плотности); 2) в магнитных сеператорах (по магнитной восприимчивости); 3) в электростатических сепараторах (по диэлектрической проницаемости) и в коронных сепараторах (по электропроводности).
Мономинеральная фракция подвергается дальнейшим исследованиям.
Параллельно с изучением мономинеральной фракции в шлифах и аншлифах исследуются содержащие минерал породы и руды, что должно помочь выяснению парагенетических отношений исследуемого минерала (если они не были установлены макроскопически). На методах этих исследований мы останавливались при рассмотрении химических, структурных, физических и кристаллографических свойств минералов. В основе большинства из них лежат достижения современной физики, в частности физики твердого тела.
Методы, позволяющие изучать химические особенности минералов. При изучении химического состава минералов важное место принадлежит обычному химическому анализу, качественному и количественному, который постепенно уступает место спектральному и в особенности рентгеноспектральному анализу. Рентгеноспектральный метод позволяет производить анализ на любой из элементов от Be4 до U82, а рентгеновские квантометры — одновременный анализ более чем 20 элементов периодической системы.
О методах минералогических исследований

Для большинства элементов чувствительность анализа 10в-3—10в-4, а точность 0,3—1,0%. Особое значение рентгеноспектральный анализ имеет для определения Zr, Hf, Nb, Ta и TR.
Все более широкое применение в минералогической практике находит электронное зондирование при помощи рентгеноспектрального микроанализатора. Этот метод позволяет определять непосредственно в шлифах и аншлифах химический состав тончайших включений, объем которых лежит в пределах 2—5 мк (в весовом выражении соответствует 10в-13 г).
Рентгеноспектральные микроанализаторы дают возможность одновременно производить электронномикроскопический, микрорентгеноспектральный и электронографический анализы. В настоящее время сделаны успешные попытки заменить сложную высоковольтную аппаратуру питания рентгеноспектральных аппаратов радиоизотопами. Это дало возможность изготовлять портативные переносные анализаторы с радиоизотопами на транзисторах и питанием от батарей.
В последнее время внимание минералогов привлекают резонансные поглощения электромагнитных колебаний волн в минералах. Методы исследования, основанные на этих явлениях, позволяют изучать индивидуальные свойства атомов и ионов в кристаллических решетках, устанавливать характер их взаимодействия, выяснять распределение примесей и др. Для исследования резонансных поглощений пользуются методами ядерного парамагнитного резонанса (ЯМР), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного квадрупольного резонанса (ЯKP). По кривым, например, ЭПР можно судить о форме вхождения примесей в решетки минералов.
Валентность ионов в минералах, в частности валентность одного из наиболее распространенных Fe67, выясняется с помощью ядерной гамма-резонансной (ЯГР) месбауэровской спектроскопии. На рис. 85 показаны области спектроскопии, применяемые для исследования минералов.
Для количественного и качественного анализа минералов, выяснения характера находящейся в них воды, особенностей химической связи и пр. пользуются методом инфракрасной спектроскопии (ИКС). Этот метод основан на изучении спектров поглощения и спектров отражения инфракрасных лучей (длин волн от 2 до 100 ммк), обусловленных колебанием атомов, которые входят в состав минералов.
Для определения гафния, циркония, ниобия и тантала в минералах, а также урана в водных растворах применяется рентгенофлюоросцентный анализ. Быстрота анализа (10—20 мин) и возможность автоматизации всего аналитического процесса обеспечили ему широкое практическое применение.
Химические свойства минералов изучаются и физико-химическими методами. Из них отметим электродиализ, помогающий устанавливать связь редких элементов с определенными минералами в минеральных комплексах и судить о растворимости труднорастворимых минералов в нейтральных, слабокислых и слабощелочных средах, и электрохимический метод, основанный на электрофорезе и используемый для определения и разделения элементов, содержащихся в небольших количествах в горных породах и рудах.
К физико-химическим методам принадлежит также термический анализ, рассмотренный в связи с термическими свойствами минералов, и минералотермометрический анализ, положенный в основу изучения включений минералообразующей среды.
Методы структурного исследования минералов. При структурном исследовании минералов отдают предпочтение рентгенографическому и электронографическому методам.
В основе рентгенографического исследования минералов лежит явление дифракции рентгеновских лучей при прохождении их через минерал. Отраженные лучи, соответствующие плоским сеткам минерала, могут быть переданы на фотопленку и записаны дифрактометром (прибор для регистрации рентгеновской дифракционной картины). В первом случае мы имеем дело с фотографической рентгенографией, а во втором — с рентгеновской дифрактометрией. Сфотографированные на фотопленку лучи, отраженные от плоских сеток минерала, называются рентгенограммами, а записанные дифрактометром — дифрактограммами. Рентгенограммы и дифрактограм-мы могут быть использованы для диагностики минералов путем сравнения их с эталонными, а также для определения структуры, в частности параметров элементарной ячейки.
Электронографическое исследование основано на дифракции электронов в вакуумных приборах — электронографах и электронных микроскопах. Формально явления дифракции электронов и рентгеновских лучей аналогичны, но природа их различна: электроны взаимодействуют с веществом примерно в миллион раз сильнее, чем рентгеновские лучи, и поэтому их путь в минерале очень короток. Это позволяет исследовать тонкодисперсные вещества толщиной 10в-5—10в-6 см. Кроме того, при электронографическом исследовании достаточны чрезвычайно малые количества вещества — порядка 10в-5 г. Дифракционная картина отражается на фотопленке, которая называется электронограммой. Электронограмма может быть использована для диагностики минералов и расчета их кристаллической структуры.
Изучение физических свойств минералов производится различными методами, которые упоминались при рассмотрении самих свойств. Здесь мы обратим внимание лишь на новые возможности точной оптической характеристики прозрачных и рудных минералов.
Для исследования прозрачных минералов пользуются федоровским столиком. Этот метод позволяет решать многие вопросы, связанные с оптическими свойствами минералов, которые не могут быть решены на обычном поляризационном микроскопе. Например, определение ориентировки оптической индикатрисы, измерение углов между оптическими осями в разных разрезах и др.
В последнее время метод федоровского столика сочетается с коноскопическим исследованием, а также фокальным экранированием для измерения показателей преломления.
Для рудных (непрозрачных) минералов благодаря применению фотометров могут быть получены числовые характеристики для оценки отражательной способности, а в инфракрасном микроскопе устанавливается их осность, углы между оптическими осями, углы погасания и другие оптические свойства. Эти исследования основаны на том, что многие минералы, непрозрачные или полупрозрачные в проходящем видимом свете, становятся прозрачными в инфракрасных лучах.
Кристаллографические свойства минералов изучаются при помощи гониометров, прикладных для крупных кристаллов минералов и отражательных — для кристаллов размером до 0,1 мм. В основе гониометрических измерений лежит закон постоянства углов, по которому для одного и того же минерала, независимо от разнообразия его форм, углы между соответствующими гранями остаются постоянными. Кроме измерения углов, одной из важных задач гониометрических исследований является изображение кристалла. На гониометрах исследуются кристаллы размером не менее 0,1 мм.
Электронный микроскоп, дающий увеличение более чем в 100 000 раз, позволяет изучать морфологию микрокристаллических и тонкодисперсных минеральных индивидов размером менее 0,1 мк, причем не только форму и пространственные соотношения между индивидами, но и их формы роста, замещения и растворения. Кроме того, в электронном микроскопе можно наблюдать кристаллографическую ориентировку индивидов, а также особенности структуры, связанные с плоскими сетками, дефектами и пр.
Таким образом разнообразные методы минералогического исследования дают возможность точно определять химические, структурные, физические и кристаллографические свойства минералов, а на их основе устанавливать взаимосвязь между этими свойствами и условиями минералообразования. Следовательно, одной из важнейших задач методов минералогического исследования является также установление типоморфных свойств каждого минерала.

title-icon Подобные новости