В. М. Крейтера рогова ольга юрьевна конспект
| Вид материала | Конспект |
- Перспективный план проведения мероприятий музыкального руководителя Рогова, 31.42kb.
- Казьмина Ольга Юрьевна 2009 г Содержание программа курса, 225.02kb.
- Черненко Ольга Юрьевна, архитектор-дизайнер, педагог дополнительного образования доклад, 39.73kb.
- Кондрашина Ольга Владимировна, Назаров Дмитрий Владимирович, Галкина Людмила Владимировна,, 287.36kb.
- Устюжанина Ольга Юрьевна учитель английского языка первой квалификационной категории,, 128.25kb.
- Конкурс творческих работ «Три поколения женщин: история моей семьи», 212.53kb.
- Лабунец Ольга Юрьевна мытищи 2009 г. Оглавление Введение 3 Использование видеофильмов, 263.17kb.
- Калимулина Ольга Юрьевна Председатель родительского комитета 309 11 72 заседание, 1214.06kb.
- Осипенкова Ольга Юрьевна литература, 796.82kb.
- Основной образовательной программы (уровень бакалавра) Елькина Ольга Юрьевна, доктор, 178.18kb.
РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ
КАФЕДРА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
ИМ. В. М. КРЕЙТЕРА
РОГОВА ОЛЬГА ЮРЬЕВНА
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ К КУРСУ
«МИНЕРАЛОГИЯ»
(ЧАСТЬ II)
Москва
2010 г.
ЛЕКЦИЯ 8. Тип 2. Кислородные соединения. Раздел 4. Оксиды и гидроксиды Класс 2. Гидроксиды.
Раздел 5. Соли кислородных кислот. Класс 1. Нитраты. Класс2. Карбонаты.
Класс 2. Гидроксиды
Гидроксиды - простейшие соединения элементов с гидроксилом, атомной группировкой ОН-. Обычно наиболее устойчивы гидроксиды металлов, имеющих высокую валентность и малый ионный, радиус. Для простых гидроксидов характерны слоистые структуры.
Большинство гидроксидов связано с приповерхностными (экзогенными) процессами: осадконакоплением при участии коллоидных растворов (оолитовые руды железа, гидроксидов марганца и алюминия) или выветриванием горных пород (железные и марганцевые «шляпы», латериты, бокситы). Некоторые гидроксиды могут образовываться в результате низкотемпературной гидротермальной переработки полевых шпатов, нефелина и других минералов.
Гидроксиды чаще всего образуют мелкокристаллические, листоватые, оолитовые, натечные массы, а в виде кристаллов встречаются в экзотических случаях. Твердость и плотность, этих минералов невысокая. Окраска обычно вызывается механическими примесями, в связи, с чем может быть очень пестрой.
Гетит. Водосодержащий гётит (гидрогётит) FeOOH•nН2О имеет выраженный охристо-жёлтый цвет и называется лимонитом. Наиболее распространённые минералы железа в экзогенных условиях.
Выделения гётита - натечные агрегаты, почковидные, сталактитовые, охристые разности, кавернозные и массивные с колломорфной структурой. Кристаллы гетита редки, призматические, игольчатые кристаллы образуются, как правило, в гидротермальных жилах. Цвет - темный коричнево-черный в натечных массах, бурый, желтоватый - в охрах, черта бурая. Блеск алмазный в массивных разностях и кристаллах.
Гётит и лимонит являются типоморфными минералом «железной шляпы» на сульфидных месторождениях. Образуются за счёт любого железосодержащего сульфида, например пирита, по схеме:
FeS2+O2 →FeSO4→Fe2(SO4)3→Fe(OH)3 илиFe2O3•nH2O
Из коллоидных растворов лимонит выпадает при показателе рН среды, превышающем 3. При этом образуются болотно-луговые руды или осадочно-морские оолитовые бурые железняки.
Гидраргиллит (гиббсит). Al2O3•3H2O и диаспор-бёмит Al2O3•H2O. В минералогической литературе можно встретить иное написание формул этих минералов: Аl(ОН)з и А1OOН соответственно. Это связано с более точной расшифровкой структуры данных минералов.
Гидраргиллит (гиббсит). Аl(ОН)з.
Выделения лучисто-листоватые, сплошные массы, натечные агрегаты, очень редко - толстотаблитчатые кристаллы, ограненные пинакоидами и призмой. Цвет белый, серовато-белый. Блеск стеклянный, перламутровый. В тонкокристаллических массах точная диагностика требует применения рентгеновских или оптических методов. Единичные кристаллы описаны на Баженовском месторождении, в Шишимских горах.
Диаспор. А1OOН. Встречается в виде чешуйчатых, тонкочешуйчатых скоплений. Кристаллы редки, имеют столбчатый, таблитчатый облик. Цвет желтовато-белый, бурый (от примесей гетита), блеск стеклянный. Высокая твердость, даже в агрегатах, является диагностическим признаком.
При латеритном выветривании полевошпатовые породы (сиениты, габбро) или глинистые породы разлагаются в щелочной среде с образованием гиббсита или бёмита по схеме:
K2O•Al2O3•6SiO2 + nH2O → Al2O3•nH2O + K2O•6SiO2•mH2O
кпш гиббсит раствор
Кремнезём и щёлочи выносятся в виде растворимых соединений. Оолитовые бокситы осадочного происхождения образуются на мелководье, обычно на известняках при коагуляции (сворачивании) коллоидных растворов
Манганит и псиломелан. Оба эти минерала входят в состав «смесей» окислов и гидроокислов двух- и четырёхвалентного марганца. При этом существует зависимость – чем больше в составе такой смеси четырёхвалентного марганца, тем в более окислительной обстановке она образовалась. Подобные смеси гидроксидов и оксидов марганца яволяются типичными для так называемых «марганцевых шляп» (Индия, Гана, Южная Америка) и осадочных оолитовых руд (железо-марганцевые конкреции). При изменении окислительно-восстановительного потенциала среды, эти минералы преобразуются один в другой и в оксиды марганца, часто образуя псевдоморфозы.
Манганит. МnООН. Встречается в виде скрытокристаллических масс, оолитов, натечных форм, сложенных волокнистыми, лучистыми агрегатами. Кристаллы редки, чаще - игольчатые, образуют двойники прорастания. Цвет черный, черта бурая, в тонких сколах просвечивает. Диагностическими признаками являются удлиненные выделения, цвет черты, хрупкость.
Псиломелан - это смесь сложных и непостоянных по составу соединений. Собственно псиломелан (номенклатурное название - романечит) (Ва,Н2O)(Мn3+,4+)5O10. В виде кристаллов не встречается, обычно образует дендриты, концентрически-зональные колломорфные выделения, натечные агрегаты (черная стеклянная голова). Цвет и цвет черты черный, буровато-черный.
Брусит. Mg(OH)2. Изоморфные примеси - Fe, Zn, Mn. Выделения: сплошные листоватые массы, кристаллы толстотаблитчатые, ограненные пинакоидом, призмой, редко - ромбоэдром. Цвет белый, зеленоватый, черта белая. Брусит образуется в результате низкотемпературного метасоматоза. Значительные скопления формируются в результате гидротермальной переработки магнезиальных силикатов, прежде всего - серпентина. В поверхностных условиях минерал не устойчив, преобразуется в карбонаты магния.
Гидроксид кремния опал. SiO2 • nH2O . Согласно ранее данному определению, опал не является минералом в силу аморфного строения. Однако традиционно опал рассматривается в минералогических курсах. Опал является очень распространённым минералоидом. Обычно содержит от 1 до 4 % воды им различные примеси, в том числе окислы и гидроокислы железа, которые придают ему разнообразные окраски.
Образуется опал путём осаждения из горячих и холодных вод, содержащих кремниевую кислоту. Главная причина осаждения опала – испарение воды или работа усваивающих кремний микроорганизмов (биохемогенное осадконакопление). В результате такого процесса накапливаются трепелы, диатомиты. В ходе деятельности подводных вулканов и последующего хемогенного осадконакопления также накапливается аморфный кремнезём, при метаморфизме которого формируются плотные кремнистые породы – яшмы. Возможно также образование опала в корах выветривания силикатных пород различного состава и генезиса. Красивые разновидности опала, образовавшегося за счёт выветривания, имеют собственные названия – огненный опал, кахолонг (белый опал), чёрный опал, благородный опал.
Практическое значение имеют кремнистые осадочные и метаморфические породы (яшмы, трепелы, опоки, диатомиты) и красивые разновидности ювелирно-поделочного опала.
Раздел 5. Соли кислородных кислот
Класс 1. Нитраты.
В этот класс объединяются соли азотной кислоты. Поскольку нитраты являются хорошо растворимыми соединениями, практически все минералы этого класса распространены в современных образованиях в жарких пустынях (в аридном и полуаридном климате). Наибольшее распространение имеют нитраты щелочных металлов – натрия, калия. Несколько менее распространены нитраты щелочноземельных металлов - кальция, магния и бария.
Натриевая селитра. Na[NO3] . Синоним – чилийская селитра. Минерал белого цвета со стеклянным блеском. Легко растворяется в воде, придавая её слегка солоноватый вкус. Образуется в условиях аридного климата при биохимическом разложении азотсодержащего органического вещества. Крупные залежи натриевой селитры известны в Чили.
Калиевая селитра К[NO3]. Синоним – индийская селитра. Процесс её образования аналогичен процессу образования натриевой селитры. В значительных количествах она добывалась в Индии. Промышленные скопления известны также в Казахстане и Средней Азии.
Класс2. Карбонаты.
В этот класс объединяются соли угольной кислоты. Чаще других в природе встречаются карбонаты Са, Mg, Fe, Mn, Cu, Sr, Ba, Pb, Zn поскольку карбонат-анион способен образовывать устойчивые структуры с двухвалентными катионами больших или средних радиусов. Одновалентные катионы (Na, K) могут образовывать карбонаты только при условии дополнительного вхождения в структуру катионов водорода. Карбонаты трёхвалентных катионов распространены весьма незначительно. Некоторые представители карбонатов являются породообразующими минералами. Общими физическими свойствами карбонатов являются их невысокая твёрдость (3-5), повышенная растворимость в воде. За исключением карбонатов меди и марганца, все карбонаты имеют неяркие окраски (белую, серую, бежевую). Класс карбонатов подразделяется на подклассы безводных и водных карбонатов. По происхождению карбонаты делятся на экзогенные (малахит, азурит, смитсонит, церуссит, натрон, арагонит и аморфный магнезит), гидротермальные (витерит, анкерит) и карбонаты, которые могут образовываться как при гидротермальном, так и при экзогенном процессе (кальцит, доломит, магнезит, родохрозит).
Температура термической диссоциации карбонатов около 650 0С. Следовательно, карбонаты могут быть устойчивыми при пегматитовом процессе. Вопрос о возможности магматического генезиса некоторых карбонатов долгое время был дискуссионным. Однако, П. Вилли и О. Таттл экспериментально доказали существование карбонатного расплава при температурах в 700 0C и давлении 2000 бар. В северной части Танзании были обнаружены карбонатные лавы, излившиеся из вулкана Керимасы.
В зоне окисления сульфидных месторождений образуются карбонаты меди, свинца и цинка. Известно, что в зоне окисления сульфиды меди, свинца и цинка окисляются, переходя в растворимые и нерастворимые сульфаты, а затем в более устойчивые в экзогенных условиях минералы – карбонаты:
CuFeS2 → CuSO4 → Cu3(OH)2(CO3)2 → Cu(OH)2(CO3)
халькопирит халькантит азурит малахит
PbS → PbSO4 → PbCO3
галенит англезит церуссит
ZnS → ZnSO4 → ZnCO3
сфалерит смитсонит
Гидротермальные карбонаты образуются в условиях низких температур (<1500C), так как для их выпадения из растворов необходима высокая концентрация карбонат-аниона. Диссоциация угольной кислоты увеличивается с понижением температуры, поэтому карбонаты являются самыми низкотемпературными минералами и завершают гидротермальный процесс минералообразования.
Группа 1. Безводные карбонаты
Подгруппа кальцита. В эту подгруппу входят простые карбонаты кальция, магния, железа и марганца. Кальцит СаСОз, сидерит FеСОз, родохрозит МnСОз, магнезит MgCO3. Имеется ограниченная смесимость между членами группы. Изоморфные примеси - Zn. Для группы кальцита характерно сходство основных физических свойств. Все минералы группы тригональные. Твердость 3-3,5 у кальцита и 3,5-4,5 у остальных членов группы. Кальцит и родохрозит часто образуют кристаллы, ограненные различными ромбоэдрами и призмой, однако встречаются и сплошные агрегаты карбонатов. Цвет, в основном, белый, сероватый, розовый - у родохрозита, бурый - за счет окисления двухвалентного железа в сидерите и железосодержащих магнезитах.
Кальцит. СаСОз В качестве породообразующего минерала образуется как и другие карбонаты в условиях щелочной среды в многочисленных жильных гидротермальных, скарновых месторождениях, а также в виде «известкового туфа» - продукта минеральных источников. Особый интерес представляет образование крупных кристаллов прозрачного кальцита – так называемого исландского шпата, встречающегося в жеодах среди эффузивных пород или известняков.
Главная масса кальцита образуется путём осаждения в морских бассейнах. Осадочные карбонатные породы составляют почти 20% всех осадочных пород земной коры.
Арагонит является полиморфной модификацией кальцита. В виде примеси, совершенно необходимой для устойчивости структуры арагонита, в восстав минерала входит стронций.
Происхождение арагонита в основном хемогенно-осадочное, из горячих и холодных вод. Раковины моллюсков состоят из арагонита. В пещерах арагонит образует натечные формы - сталактиты и сталагмиты. В обычных условиях арагонит метастабилен и переходит в кальцит.
Магнезит MgCO3 . Минерал известен с глубокой древности. Синоним – магнезиальный шпат. Чаще распространён в виде крепнозернистых агрегатов. Для магнезита из кор выветривания ультраосновных пород характерны фарфоровидные скрытокристаллические массы, напоминающие по форме цветную капусту.
Магнезит может также образовываться гидротермальным путём и в результате осаждения в засолонённых морских бассейнах.
В гидротермальных условиях кристаллический магнезит образуется метасоматически за счёт магния доломитов или серпентинитов, подвергшихся воздействию углекислых низкотемпературных вод по схеме:
CaMg(CO3)2 + Mg(HCO3)2 → 2MgCO3 + Ca(HCO3)2
доломит раствор магнезит раствор
CaMg(CO3)2 + MgCl2 → 2MgCO3 + CaCl2
Доломит раствор магнезит раствор
При химическом выветривании серпентинизированных ультраосновных пород (дунитов, перидотитов) образуется аморфный магнезит в нижней части коры выветривания, в зоне застоя грунтовых вод. При этом магнезит выпадает из образовавшегося коллоидного раствора совместно с опалом в виде скрытокристаллических плотных масс.
Седиментационные магнезиты могут образоваться в морских лагунах, если в морской бассейн поступает магний с континента, а парциальное давление углекислого газа в атмосфере будет повышенным.
Сидерит Fe(CO3) В качестве изоморфных примесей присутствуют магний и марганец. Кристаллическая структура аналогична структуре кальцита. Агрегаты обычно зернистые или кристаллические. Однако описаны и натёчные массы, и шаровидные конкреции и оолитовые формы. Сидерит может образовываться только в восстановительных условиях. В гидротермальном процессе он образуется при невысоких температурах. Является минералом-спутником в жильных месторождениях полиметаллических руд. Встречаются также самостоятельные сидеритовые залежи-жилы. В осадочном процессе месторождения сидерита формируются в лагунах или заливах морских бассейнов. Осадочные сидеритовые руды часто обладают типичным оолитовым строением. Сидерит распространён также в корах выветривания железистых кварцитов (Михайловское месторождение). Однако в условиях зоны окисления коры выветривания сидерит не устойчив и преобразуется в лимонит, гётит, реже – в гидрогематит. Сидерит используется в качестве железной руды, однако не является основным промышленным минералом железа.
Родохрозит MgCO3. Изоморфные примеси – железо, магний, кальций. Цвнет кррсталлов розовый или малиновый. На воздухе с течением времени минерал буреет. Агрегаты обычно кристаллические, зернистые, почковидные и шарообразные с радиально-лучистым и сферолитовым строением. Несмотря на существование непрерывного изоморфного ряда MgCO3- Fe(CO3), родохрозит встречается в природе самостоятельно. В гидротермальных жильных или метасоматических месторождениях марганца родохрозит встречается совместно с силикатами двухвалентного марганца. В гораздо больших количествах родохрозит образуется в результате морского осадконакопления в условиях недостатка кислорода. Родохрозитсодержащие руды известны, например, на Чиатурском месторождении (Грузия), на месторождениях Северного Урала
Витерит BaCO3 и стронцианит SrCO3 являются редкими минералами, промышленных скоплений почти не образуя. Обычно встречаются в гидротермальных образованиях. Витерит – в ассоциации с баритом, кальцитом, доломитом, сульфидами свинца и цинка и а стронцианит – в ассоциации с целестином, кальцитом и сульфидами. Стронцианит обнаруживается также в осадочных комплексах в виде более поздних прожилков в пустотах и трещинах. Барит-витеритовые меторождения в виде серий жил, приуроченных к крупной тектонической зоне, встречаются в Туркмении.
Церуссит РbСОз и смитсонит ZnCO3
Характерные минералы зон окисления сульфидных месторождений, содержащих галенит и сфалерит. Поскольку растворимость и миграционная способность сульфата цинка значительно выше растворимости и миграционной способности сульфата свинца, то обнаружение церусситовой залежи практически всегда указывает на нахождение под ней первичных сульфидных руд, а обнаружение смитсонитовой залежи – нет.
Подгруппа доломита-анкерита. Подгруппа включает двойные соли углекислоты.
Доломит CaMg(CO3)2 и анкерит СаFе(СО3)2. Между этими минералами существует непрерывный изоморфный ряд. В обоих минеральных видах отмечается изоморфная примесь марганца. Цвет светлый, белый с различными оттенками.
Доломит широко известен в гидротермальных образованиях как минерал околорудных изменений карбонатных пород. Доломитизация часто служит поисковым признаком свинцово-цинковых, так называемых телетермальных (удалённых от магматического очага) месторождений. Доломит образуется в этом случае по схеме замещения кальция магнием:
2СaCO3 + Mg(HCO3)2 → CaMg(CO3)2 + Ca(HCO3)2
известняк раствор доломит раствор
Доломит является также обычным жильным минералом сульфидных месторождений, залегающих в карбонатных породах и породообразующим минералом карбонатитовых массивов.
Главная масса мелкозернистых доломитов образовалась в процессе седиментации осадков прежних геологических эпох. Дело в том, что в современных морских водоёмах осаждения доломита не происходит, вероятно, потому, что парциальное давление углекислого газа в современной атмосфере низкое. В прежние геологические эпохи парциальное давление СО2 в атмосфере было, по-видимому, выше, так как известны осадочные толщи доломитов докембрийского и палеозойского возрастов. В искусственных условиях доломит получается либо при повышенных температурах (около 200 0С) либо при повышении парциального давления СО2 относительно существующего в условиях современной атмосферы.
Первично-осадочное происхождение доломита оспаривается некоторыми исследователями, полагающими, что первичным минералом карбонатного осадконакопления является кальцит, а доломит образуется позже, в результате диагенеза за счёт привноса органогенного магния.
В отличие от доломита, анкерит встречается редко. В качестве второстепенного минерала он наблюдается, например, в сидеритовых рудах Бакальского месторождения (Южный Урал), в ряде полиметаллических месторождений Алтая. Выделяется обычно обособленно от сульфидов.
Подгруппа малахита. К этой подгруппе относятся основные безводные карбонаты.
Малахит Сu2(СО3)(ОН)2 и азурит Сu3(СО3)2(ОН)2. Эти основные карбонаты меди отличаются по соотношению одно- и двухвалентной меди, гидроксид-аниона и карбонат-аниона. Малахит встречается, в основном в виде радиально-лучистых, натечных агрегатов, кристаллы редки, цвет - зеленый различных оттенков и обусловлен строением агрегата. Азурит ультрамариново-синий, образует землистые агрегаты, кристаллы, в отличие от малахита, встречаются часто: пластинчатые, таблитчатые, ограненные пинакоидами и призмой. В отличие от других синих и зеленых медьсодержащих минералов азурит и малахит вскипают с соляной кислотой. Происхождение обоих минералов исключительно экзогенное, в зоне окисления сульфидных месторождений, содержащих медь.
Группа 2. Водные карбонаты
Среди карбонатов, имеющих в своём составе молекулы H2O, наиболее распространены карбонаты Na, Mg, U.
Натрон Na2(CO3)· 10H2O. В отечественной литературе фигурирует под названием «сода». Бесцветный, белый или серый за счёт механических примесей минерал. Легко растворяется в воде. В значительных количествах образуется на соляных озёрах. Все известные содовые озёра сосредоточены в зонах с сухим и жарким климатом. Крупные содовые озёра распространены в Египте, Иране, в Северном Казахстане.
ЛЕКЦИЯ 9. Раздел 5. Соли кислородных кислот. Класс 3. Сульфаты. Класс 4. Хроматы. Класс 5. Вольфраматы, молибдаты. Класс 6. Фосфаты, арсенаты, ванадаты. Класс 7. Бораты.
Класс 3. Сульфаты
К этому классу относятся соли серной кислоты, простые и сложные, безводные и водосодержащие. Возможен изоморфизм между сульфат-ионом и арсенат-ионом, фосфат-ионом, что сближает эти два класса.
Так же как и в классе карбонатов, среди сульфатов отсутствуют минералы с высокой твёрдостью. Для безводных сульфатов максимальная твёрдость не превышает 3, 5, а для водных – 2. Сульфаты – минералы, не имеющие зачастую ярких окрасок (за исключением сульфатов железа и меди).
Сульфаты могут образовываться в условиях высокого кислородного потенциала на поверхности земли или вблизи поверхности на малой глубине (первые сотни метров), так как сера входит в состав сульфатов в высшей степени окисления. В соответствии с этим сульфаты образуются: 1) в низкотемпературных приповерхностных гидротермальных процессах, связанных с интрузивной или эффузивной деятельностью (барит, целестин, гипс, ангидрит, алунит). 2. в зоне окисления сульфидных месторождений (ярозит, мелантерит, халькантит, гипс, барит). 3) в морских засолонённых лагунах или озёрах (группа сульфатных солей магния, кальция, калия и натрия, которые совместно с соответствующими галоидными соединениями называются эвапоритами).