Министерство образования и науки РФ ГОУ ВПО Тюм

Министерство образования и науки РФ ГОУ ВПО Тюм. ГАСУ Кафедра СПОФ ГЕОЛОГИЯ 150 тематических слайдов Автор: ИГАШЕВА С. П. , ст. преп. каф. СПОФ

МИНЕРАЛ – это физический и химический индивидуализированный неорганический продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии.

В настоящее время известно более 2000 самостоятельных минеральных видов (вместе с разновидностями около 10 000), ежегодно открывают ещё несколько новых минералов.

МИНЕРАЛОГИЯ – наука о происхождении, составе и свойствах минералов. (от лат. minera – руда; mineral – камень, рождающий металл, logos - учение)

ГЕНÉЗИС (происхождение) влияет на свойства минерала и его внешний вид: а) ПРИРОДНЫЕ минералы формируются в земной коре в результате различных физико-химических процессов:

• эндогéнные (глубинные) (от греч. эндо - внутри; ген, генос – рождённый) образуются в недрах Земли при застывании магмы. Они обычно обладают высокой твёрдостью и плотностью, стойкостью к растворению водой, щелочами и кислотами (кварц, алмаз и др. ) (фото 1. 1):

Фото 1. 1 Алмаз

• экзогенные (поверхностные) (от греч. экзо - снаружи) формируются на суше или в водной среде за счёт выветривания каких-либо минералов (глинистые), в процессе выпадения осадка из водных растворов (галит и др. ) или за счёт жизнедеятельности организмов (опáл) (фото 1. 2):

catalogmineralov. ru Фото 1. 2 Малахит [9]

Экзогенные минералы разнообразны по свойствам, но большинство имеет малую твёрдость, активно взаимодействует с водой;

• метаморфические (преобразóванные) (от греч. метаморфосис – превращение, изменение) минералы, изменившие первоначальное состояние за счёт изменения температуры, давления и поступления химических веществ. Перекристаллизация без переплавления (серпентин и др. ) (фото 1. 3):

cnso. ru Фото 1. 3 Асбéст [9]

• космогéнные минералы космического происхождения, имеют огромное значение для науки, но в строительстве не применяются (фото 1. 4).

catalogmineralov. ru Фото 1. 4 Метеорит [9]

б) ИСКУССТВЕННЫЕ минералы созданы человеком в результате производственной деятельности. Они выгодно отличаются от природных отсутствием примесей, но процесс их создания длительный и трудоёмкий, требующий применения специальной аппаратуры.

• анáлоги – повторяют природные минералы, ресурсы которых ограничены или их добыча сложнее и дороже, чем синтез (алмаз, пьезокварц) (фото 1. 5):

Фото 1. 5 Искусственные минералы [8]

• техногенные – вновь созданные минералы с заранее заданными свойствами. Самостоятельно не встречаются (алит, муллит, периклáз, карборỳнд и др. ) (фото 1. 6, 1. 7):

Фото 1. 6 Изделие из карборунда [9] Фото 1. 7 Фильтры из муллита [9]

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ минералов является их главной характеристикой, так как определяет свойства минералов и их внешний вид.

Состав выражается химическими формулами, индивидуальными для каждого минерального вида. Это позволяет их классифицировать:

I САМОРОДНЫЕ минералы (сéра S, графит C), являются ценными ископаемыми. II СУЛЬФИДЫ (пирит Fe. S 2 , галенит Pb. S), снижают качество строительных материалов.

III ГАЛОИДЫ (галит Na. Cl, флюорит Ca. F 2), являются вредными примесями в строительных материалах и грунтах.

IV ОКИСЛЫ и ГИДРООКИСЛЫ (кварц Si. O 2 , магнетит Fe 2 O 3). Одни являются вредными примесями, другие применяются для получения стройматериалов.

V КАРБОНАТЫ (кальцит Ca. CO 3 , доломит Ca. Mg[CO 3]2), применяются для получения естественных и искусственных строительных материалов. V ФОСФАТЫ (апатит Ca 5(F, Cl, OH) [PO 4]3). являются вредными примесями в грунтах и строительных материалах.

VII СУЛЬФАТЫ (гипс Ca[CO 4]2 H 2 O, ангидрит Ca. SO 4) – ценное сырьё в производстве стройматериалов. VIII СИЛИКАТЫ (лабрaдóр (Na, Ca)[Al. Si 3 O 8]) большинство так или иначе применяется в строительстве.

Минералы с различным химическим составом проявляют разные химические свойства. Наиболее важными для строителей являются:

РАСТВОРИМОСТЬ В ВОДЕ, ухудшающая свойства грунтов. Исключает применение минерала в качестве естественного строительного камня (галит, гипс) (фото 2. 1, 2. 2):

Фото 2. 1 Галит [9]

Фото 2. 2 Гипс [9]

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ с НСl (10%) свидетельствует о химической активности, способности выщелачиваться водой, а так же помогает отличить внешне похожие, но разные по составу минералы (кальцит, доломит) (фото 2. 3):

Фото 2. 3 Кальцит вскипает от действия 10%-ной соляной кислоты

МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ (от греч. морфэ – форма)

Минералы встречаются в природе во всех агрегатных состояниях: жидкие (вода), газообразные (природные газы), но большинство минералов – твёрдые тела.

Иногда минеральное вещество представляет собой беспорядочное скопление молекул, атомов или ионов (рисунок 1). Эти минералы АМОРФНЫ, и внешне напоминают стекло или пластмассу. Такие вещества в каждой точке образца проявляют одинаковые свойства (амóрфный магнезит, опáл) (фото 3. 1):

Рисунок 1 Строение аморфного вещества

catalogmineralov. ru Фото 3. 1 Опал [9]

В большинстве случаев минеральные частицы располагаются в строгом порядке и образуют КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЁТКИ (рисунок 2). Свойства таких минералов однородны только по параллельным направлениям.

а) б) Рисунок 2 Кристаллические решётки алмаза (а) и графита (б)

Такие вещества более устойчивы к внешним воздействиям (алмаз и др. ) (фото 3. 2): catalogmineralov. ru [9] Фото 3. 2 Кристалл алмаза

ВНЕШНЯЯ ФОРМА минеральных проявлений а) КРИСТАЛЛЫ выглядят как более или менее симметричные замкнутые многогранники. Они растут с разной скоростью по разным направлениям, поэтому по внешнему виду - гáбитусу, разделяются:

ИЗОМЕТРИЧНЫЕ – равномерно развитые по трём направлениям – длине, ширине и высоте (рисунок 3) (галит, флюорит и др. ) (фото 3. 3): Рисунок 3 Изометричная фигура

[9] Фото 3. 3 Изометричные кристаллы

УПЛОЩЁННЫЕ развиты в двух направлениях (полевые шпаты, слюды, тальк) – чешỳйчатые, пластинчатые, листовáтые, таблитчатые (рисунок 4, фото 3. 4) : Рисунок 4 Уплощённая форма

[9] Фото 3. 4 Кристалл уплощённой формы

• УДЛИНЁННЫЕ наиболее развиты по одному направлению (рисунок 5) - стóлбчатые, игóльчатые, волокнистые (гипс-селенит, асбéст, кварц и др. ) (фото 3. 5): Рисунок 5 Удлинённая форма

fmm. ru Фото 3. 5 Удлинённые кристаллы [9]

Каждому минеральному веществу присущи несколько определённых форм кристаллов, которые растут и самоограняются, а при изменении параметров среды – растворяются (фото 3. 6):

Фото 3. 6 Кристаллы пирита

Каждый кристалл имеет определённое число элементов симметрии (плоскостей, осей, центр симметрии). Все возможные их комбинации – 32 гáбитуса, - сгруппированы по степени симметричности в 7 сингóний (от греч. syn – вместе; gonia –угол) (рисунок 6):

Рисунок 6 Формы кристаллов различных минералов

б) при стабильности условий (температуры, давления, поступления химических веществ) грани растут пропорционально. Но в природе чаще получаются неправильные искажённые формы – ЗЁРНА (фото 3. 7):

catalogmineralov. ru [9] Фото 3. 7 Кристалл и зерно одного минерала [3]

Как и кристаллы, зёрна делят на изометричные, удлинённые , и уплощённые.

в) кристаллы и зёрна минералов редко бывают одиночными, чаще они образуют закономерные или случайные сростки – АГРЕГАТЫ : зернистые, землистые, волокнистые, дендриты, оолиты, дрỳзы, щётки, жеóды, натёчные формы, сферолиты, псевдоморфóзы – «ложные формы» минералов и т. д. (фото 3. 8 -3. 20):

Фото 3. 8 Зернистые агрегаты [9]

[9] Фото 3. 9 Землистые агрегаты

catalogmineralov. ru [9] Фото 3. 10 Волокнистые агрегаты

[2] Фото 3. 11 Дендриты (от лат. дендрóн – дерево )

Фото 3. 12 Друза [7]

Фото 3. 13 Щётка

catalogmineralov. ru Фото 3. 14 Жеода [9]

Фото 3. 15 «Роза» [2]

[3] Фото 3. 16 Почка

catalogmineralov. ru Фото 3. 17 Натёчные формы [9]

[9] Фото 3. 18 Оолиты (от греч. óо - яйцо; литос - камень)

Фото 3. 19 Сферолит (от греч. сфера - шар; литос - камень) изнутри▼ и снаружи►

[9] Фото 3. 20 Псевдоморфóза пирита по аммониту (от греч. псевдос – ложь; морфэ – форма)

ОКРАСКА (цвет) минерала зависит от цвета химических элементов, входящих в его состав, но резко изменяется от примесей (фото 4. 1 -4. 3):

[8] [9] [8] Фото 4. 1 Окраска разных образцов одного минерала catalogmineralov. ru

В ряде случаев окраска минералов определяется не химическим составом минерала, а другими причинами, поэтому считается случайной.

На поверхности рудных минералов со временем появляется разноцветная плёнка окисления ПОБЕЖÁЛОСТЬ, которой не бывает на свежем сколе (фото 4. 2):

[9] [9] Фото 4. 2 Случайная окраска (побежáлость)

Эффект ОПАЛЕСЦÉНЦИИ (от названия минерала – опáл Si. O 2·n. H 2 O ) связан с обилием воды в составе минерального вещества. Некоторые минералы обладают ИРИЗÁЦИЕЙ (от «iris» – радуга) – игрой цветов, вызванной интерференцией света в тонких пластинках минерала (лабрадóр) (фото 4. 3):

◄ опалесцéнция иризáция▼ catalogmineralov. ru [9] Фото 4. 3 Случайная окраска [9]

ЦВЕТ ЧЕРТЫ – цвет тонкого порошка минерала, полученного при царапании краем образца по керамической плитке. Это свойство более постоянно, чем окраска самого минерала (фото 5):

Фото 5. 1 Цвет черты минералов определяют на плитке

Цвет черты может совпадать с окраской минерала (магнетит чёрный и черта у него чёрная), Фото 5. 2 Цвет черты совпадает с окраской минерала

или не совпадать (пирит латунножёлтый, а черта у него зеленовато-чёрная); Фото 5. 3 Цвет черты отличается от окраски минерала [9]

БЛЕСК – способность поверхности минерала отражать свет. Блески определяют на свежем сколе, их делят на две большие группы, которые имеют подразделения:

а) МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ блеск минерала напоминает блеск металлического изделия: • СОБСТВЕННО МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ – поверхность минерала блестит как новое, полированное металлическое изделие (свежая поверхность пирита) (фото 6. 1):

fmm. ru Фото 6. 1. Блеск собственно металлический [9]

• ПОЛУМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ или МЕТАЛЛОВИДНЫЙ напоминает потускневшую металлическую поверхность (магнетит) (фото 6. 2); Фото 6. 2 Блеск полуметаллический (металловидный) [2]

б) НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ассоциируется не с металлическими изделиями, а с другими веществами: СТЕКЛЯННЫЙ (кальцит) (фото 6. 3); АЛМАЗНЫЙ (алмаз, галенит) (фото 6. 4); ЖИРНЫЙ (кварц молочный) (фото 6. 5); ПЕРЛАМУТРОВЫЙ (слюды) (фото 6. 6); ШЕЛКОВИСТЫЙ (гипс) (фото 6. 7); ВОСКОВÓЙ (тальк, серпентин)(фото 6. 8):

Фото 6. 3 Блеск стеклянный [9] catalogmineralov. ru

catalogmineralov. ru [9] Фото 6. 4 Блеск алмазный [9]

fmm. ru [9] Фото 6. 5 Блеск жирный

Фото 6. 6 Блеск перламутровый [9]

[9] Фото 6. 7 Блеск шелковистый

[9] Фото 6. 8 Блеск восковой

Поверхность минерала, не отражающая свет (фото 6. 9) МАТОВАЯ; Фото 6. 9. Поверхность матовая fmm. ru [9]

ПРОЗРАЧНОСТЬ определяется наблюдением какого-либо предмета через тонкую пластинку минерала: • сквозь ПРОЗРАЧНЫЙ минерал предметы видны во всех деталях (горный хрусталь, мусковит) (фото 7. 1):

. catalogmineralov. ru Фото 7. 1 Прозрачными слюдами в старину стеклили окна [9]

• ПОЛУПРОЗРАЧНЫЙ минерал позволяет увидеть лишь контуры предметов (кальцит) (фото 7. 2): [9] Фото 7. 2 Полупрозрачный минерал

• Некоторые минералы пропускают через себя свет, но разглядеть какие-либо предметы сквозь них нельзя. О таких минералах говорят, что они ПРОСВЕЧИВАЮТ В ТОНКИХ СКОЛАХ (халцедóн) (фото 7. 3):

[9] Фото 7. 3 Минерал просвечивает в тонких сколах

• НЕПРОЗРАЧНЫЕ минералы совсем не просвечивают (железные руды) (фото 7. 4): Фото 7. 4 Непрозрачный минерал [2]

ТВЁРДОСТЬ – степень сопротивления минералов механическому воздействию. а) АБСОЛЮТНАЯ твёрдость измеряется в лабораторных условиях с помощью склерометра, вдавливая в образец алмазную пирамидку.

б) в полевых условиях определяют ОТНОСИТЕЛЬНУЮ твёрдость, используя шкалу Моóса. Она состоит из 10 МИНЕРАЛОВ - ЭТАЛОНОВ твёрдость которых известна и постоянна, а сами они широко распространены.

Эталоны расположены в шкале по возрастанию твёрдости: так, что каждый последующий минерал оставляет царапину на всех предыдущих, а его царапают все последующие.

Поочерёдно царапая исследуемый образец, находят два соседних минерала-эталона, один из которых не оставляет царапину, а следующий за ним оставляет. В этом интервале находится относительная твёрдость изучаемого образца.

Удобным дополнением к шкале Мооса является шкала Разумовского. В ней минералы-эталоны заменены предметами со сходной твёрдостью (фото 8):

Относительная твёрдость, балл Абсолютная твёрдость, кг/мм 2 Минералэталон Предметы-заменители 1 2 ТАЛЬК ГИПС 2, 4 Мягкий карандаш 36, 0 109, 0 Ноготь, алюминиевая проволока Медная проволока 3 4 КАЛЬЦИТ ФЛЮОРИТ 189, 0 Гвоздь 5 6 АПАТИТ ОРТОКЛАЗ 536, 0 Стекло оконное 795, 0 Нож стальной 7 8 КВАРЦ ТОПАЗ 1120, 0, Напильник 1427, 0 Нет заменителя 9 10 КОРУНД АЛМАЗ 2060, 0 Сплав победитовый 10160, 0 Нет заменителя

Фото 8 Кварц (твёрдость 7) оставляет царапину на стекле (твёрдость 5)

ХРУПКОСТЬ и КОВКОСТЬ два взаимно исключающихся свойства. • ХРУПКИЙ минерал при ударе молотком разбивается на куски, а при царапании ножом крошится (гипс, галит и др. ) (фото 9. 1):

[9] Фото 9. 1 Актинолит и кварц - хрупкие

• КОВКИЙ минерал при ударе молотком получает вмятину, а от ножа на его поверхности остаётся гладкая блестящая черта (самородные металлы, руды) (фото 9. 2):

[9] catalogmineralov. ru Фото 9. 2 Самородное золото - ковкое

• ВЯЗКИЙ минерал очень устойчив против раскалывания, но и вмятина на нём не остаётся (нефрит, халцедон) (фото 9. 3):

Фото 9. 3 Халцедон [9]

СПÁЙНОСТЬ – способность минерала раскалываться по определённым направлениям с образованием зеркальных граней. Степень её проявления зависит от внутреннего строения минерала:

ВЕСЬМА СОВЕРШЕННАЯ – образец легко расщепляется на тонкие блестящие пластинки (слюды) (фото 10. 1): catalogmineralov. ru [9] Фото 10. 1 Спайность весьма совершенная

СОВЕРШЕННАЯ – образец легко раскалывается по параллельным плоскостям (гипс) (фото 10. 2): catalogmineralov. ru Фото 10. 2 Спайность совершенная [9]

СРЕДНЯЯ – при ударе минерал одинаково часто раскалывается как по плоскостям спайности, catalogmineralov. ru так и по другим направлениям (полевые шпаты) (фото 10. 3): [9] Фото 10. 3 Спайность средняя

• НЕСОВЕРШЕННАЯ – проявляется только в виде редких небольших площадок на неровном фоне (нефелин) (фото 10. 4): [9] Фото 10. 4. Спайность несовершенная

ВЕСЬМА НЕСОВЕРШЕННАЯ (отсутствует) – образцы всегда раскалываются по неопределённым направлениям (кварц, опал) (фото 10. 5):

Фото 10. 5 Спайность отсутствует

Спайность может проявляться по одному (слюды), двум (полевые шпаты), трём (галит), четырём (флюорит) и шести (цинковая обманка) направлениям.

ИЗЛОМ характеризует поверхность разрыва при разрушении минерала (фото 11):

• РОВНЫЙ (кальцит, полевые шпаты); [9] Фото 11. 1. Излом ровный

• НЕРОВНЫЙ (нефелин, опал); . catalogmineralov. ru Фото 11. 2 Излом неровный [9]

• ЗЕРНИСТЫЙ (апатит, галит); Фото 11. 3 Излом зернистый [9]

• ЗЕМЛИСТЫЙ (глинистые минералы); Фото 11. 4. Излом землистый [9]

• ЗАНОЗИСТЫЙ (гипс-селенит, актинолит); Фото 11. 5 Излом занозистый [9] . catalogmineralov. ru

• РАКОВИСТЫЙ – на поверхности минерала есть гладкие или ребристые впадины, похожие на отпечаток ракушки (халцедон, магнезит, опал); Фото 11. 6. Излом раковистый

• СТУПЕНЧАТЫЙ (исландский шпат, полевые шпаты); Фото 11. 7 Излом ступенчатый [9]

ОСОБЫЕ СВОЙСТВА характерны только для одного или нескольких минералов, поэтому являются важнейшими диагностическими признаками: • ВКУС (галит, рудные); • ЗАПАХ (глинистые минералы) и др.

• ГИБКОСТЬ – способность минеральных агрегатов менять форму под действием внешней механической нагрузки и сохранять её после снятия нагрузки (волокна асбеста) (фото 12. 1): Фото 12. 1 Гибкие волокна [9]

• УПРУГОСТЬ – способность менять форму от внешней нагрузки, но после. catalogmineralov. ru её снятия возвращаться в прежнее положение (листочки слюд) (фото 12. 2): Фото 12. 2 Упругие листочки [9]

• МАГНИТНОСТЬ – способность минерала притягивать намагниченные предметы (магнетит) (фото 12. 3): Фото 12. 3 Магнитный минерал

[9] • ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ – способность минерального вещества проводить электроток (самородные металлы) (фото 12. 4): Фото 12. 4 Электропроводный минерал

• ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ эффект (от греч. «piezo» – давлю) способность вещества (фото 12. 5) преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот: Фото 12. 5 Кварц [9]

• РАДИОАКТИВНОСТЬ – способность одного минерального вещества (фото 12. 6) постепенно переходить в другое с выделением некоторого количества энергии (урановые руды): Фото 12. 6. Отенит [9]

• ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ – свечение минерального вещества под действием света, тепла, трения, бомбардировки частицами (кальцит, флюорит) (фото 12. 7): Фото 12. 7 Флюорит [9]

• ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ способность кристалла минерала разделять проходящий через него луч света на два луча – поляризованный и неполяризованный (текст, подложенный под кристалл исландского шпата, начинает «раздваиваться» ) (фото 12. 8):

Фото 12. 8 Исландский шпат

МЕСТОРОЖДЕНИЯ (М. П. И) – это участки земной коры, на которых произошло накопление минерального вещества, пригодного для промышленного использования (фото 13):

Фото 13 Карьер строительного камня [9]

При этом учитывается количество, качество, условия добычи и переработки минерального сырья в соответствии с требованиями современных технологий.

ВМЕЩАЮЩИЕ ПОРОДЫ (фото 14): Фото 14 Кристаллы апатита во вмещающей породе [9]

ПРИМЕНЕНИЕ МИНЕРАЛОВ Человек использует камень более 2 млн. лет. И даже после изобретения разнообразных искусственных материалов, роль камня в жизни человека не только не уменьшилась, а многократно возросла.

Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где в том или ином виде не использовались бы минералы.

а) СТРОИТЕЛЬСТВО: • ШТУЧНЫЙ КАМЕНЬ – применяется в виде облицовки, стеновых блоков и т. д. (лабрадор, серпентин) (фото 15); • ПРОИЗВОДСТВО КИРПИЧА (глинистые минералы); • ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛА (кварц, полевые шпаты);

[8] Фото 15 Поделочный и облицовочный камень [8]

• ФАРФОР, ФАЯНС (полевые шпаты, глинистые минералы); • ПРОИЗВОДСТВО ЦЕМЕНТА (опал, гипс, глинистые минералы); • ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (слюды); • ПРОИЗВОДСТВО ОГНЕУПОРОВ (асбест, доломит) (фото 16):

Фото 16 Огнеупорные материалы

б) ДРУГИЕ отрасли: • ЭНЕРГЕТИКА (урановые руды); • МЕТАЛЛУРГИЯ (магнетит, гематит, лимонит, галенит; кальцит, графит); • СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО (апатит, монтмориллонит); • ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ (флюорит, пирит);

• различные виды ТЕХНИКИ (флюорит, кварц); • ОПТИКА (кальцит, флюорит); • ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ (монтмориллонит, галит); • БУМАЖНАЯ И РЕЗИНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ (сера, каолинит, тальк); и т. д.

Всё бόльшее количество минералов, ранее считавшихся «бесполезными» находят применение, благодаря новым технологиям и развитию транспорта.