Из большого числа рудных минералов можно выделить характерные соединения трех типов: самородные элементы (металлы), сульфиды и подобные им соединения и окислы – соединения металлов с кислородом. Они значительно отличаются по физическим свойствам, что облегчает диагностику .

1. Самородные элементы, такие как, Au, Ag, Fe, Cu, Pt обладают физическими свойствами идеальных металлов, т.е. ковкостью, тягучестью, металлическим блеском (непрозрачностью для света), проводимостью тепла и электричества, высокой плотностью. Свойства их обусловлены, прежде всего, металлическим типом электронной связи между атомами. Тип связи определяет строение кристаллических решеток и оптические свойства. Для рудных минералов важными свойствами являются отражательная способность и твердость. Самородные металлы являются, как правило, наиболее высокоотражающими объектами и имеют низкую твердость. К числу типичных рудных минералов относится также гексагональная модификация самородного углерода – графит, отличающийся низким отражением.

2. Сульфиды, такие как: галенит – PbS, сфалерит – ZnS, миллерит –NiS, киноварь – HgS, пирротин – FeS, ковеллин – CuS – не обладают свойствами металлов. Они в основном хрупкие, слабо проводят электрический ток, обладают средней отражательной способностью, некоторые частично пропускают свет. Электронные связи между химическими элементами, входящими в кристаллические решетки сульфидов, имеют ионный или смешанный типы, что и обусловливает резкое различие их оптических свойств. Многие сульфиды обладают широкой анизотропией физических свойств, в том числе твердости и отражательной способности. В эту группу рудных минералов относятся также многочисленные селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения, среди которых много важных в промышленном отношении минералов.

3. Окислы, например магнетит – Fe²⁺ Fe³⁺₂O₄, гематит – Fe₂O₃, рутил – TiO₂, куприт – Cu₂O, ильменит – FeTiO₃, хромит – FeCr₂O₄, еще больше отличаются от металлов отсутствием пластичности, электропроводности. Окислы, как правило, отличаются низкой отражательной способностью и высокой твердостью. Многие окислы пропускают свет. Типы химических связей в окислах различны, что обусловливает их широкие различия в физических свойствах.

Роль самородных металлов, сульфидов и окислов в образовании месторождений различна. Самородные металлы исключительно редко образуют месторождения, а сульфиды и окислы являются главными компонентами многочисленных месторождений.

Наиболее важные рудные минералы, образующие месторождения:

К эталонным минералам относятся: пирит, галенит, блеклые руды, сфалерит. Диагностические свойства их приведены в табл. 1.

Таблица 1

Диагностические свойства эталонных минералов

Важно усвоить свойства этих минералов, для того чтобы на практике легко их узнавать и использовать для диагностики других минералов. Главное достоинство предлагаемой группы эталонов заключается в широкой распространенности в различных месторождениях, устойчивости их свойств, стандартных цветах, силе отражения и др. Например, уменьшение коэффициента отражения в ряду: пирит-галенит-блеклая руда-сфалерит происходит в интервале 10–15 %, что соответствует интервалу восприимчивости глаза. Это позволяет легко по «методу контакта» ориентироваться в справочных таблицах. Также закономерно возрастает микротвердость в ряду: галенит-сфалерит-блеклая руда-пирит, (от 2.5 до 6.5), что позволяет использовать примитивную схему определения групп твердости по «методу царапания». На примере эталонов усваиваются такие диагностические свойства как эталонные цвета: белый (галенит) и серый (сфалерит), «внутреннее строение» (треугольники выкрошивания у галенита) и «внутренние рефлексы» (сфалерит и блеклая руда) и др.

Свойства других минералов, включенных в курс «Рудная минераграфия» приведены в форме стандартных таблиц-определителей.

Пример работы с таблицей-определителем

В качестве примера рассмотрим таблицу С.А. Юшко и В.В. Иванова (Приложение 4), приведенную в работе С.А. Юшко «Методы лабораторного исследования руд» (1984). Таблица составлена с использованием основных физических свойств рудных минералов, которые студент определяет в лабораторных условиях. Представленные в таблице минералы разбиты на 36 групп в зависимости от свойств.

Рекомендуется, прежде всего, определить характер анизотропии минерала. По этому признаку минералы делятся на две большие группы. Точное определение анизотропности позволит резко ограничить круг поиска минерала.

Далее следует определить степень отражения. В каждой группе как изотропных, так и анизотропных минералов, первая вертикальная графа слева имеет обозначение: «Отражение». Она разделена на три подраздела (снизу вверх): «равная сфалериту и меньше», «равная галениту и меньше» и «больше галенита». Примерное определение коэффициента отражения по эталонам позволяет ограничить поиск минерала до 3-7 групп.

Определение цвета минерала в отраженном свете не представляет большой трудности, но решает еще одну задачу - отделяет «ясно окрашенные» минералы, которых, к примеру, среди анизотропных минералов, не так много. Это свойство обозначено во второй вертикальной графе таблицы: «Окраска минерала».

Следующая вертикальная графа – «Внутренние рефлексы в порошке», позволяет выделить минералы с ясно выраженными внутренними рефлексами, что особено важно в группах бесцветных минералов.

Последняя графа перед определение номера диагностической группы – «Твердость». Определение твердости студентами выполняется в

кабинетных условиях быстро двумя способами. По методу царапания медной и стальной иглами определяется класс твердости: «высокая», «средняя» и «низкая». На микротвердометре МПТ-3 уточняется значение микротвердости.

Определение диагностической группы сужает поиск минерала, но еще не решает окончательно задачу определения. Некоторые группы являются весьма сложными по набору минералов, например №№ 7, 10, 15, 22 и др. Далее следует использовать все дополнительные свойства по справочникам: морфология зерен, внутреннее строение, парагенетические ассоциации, цветовые оттенки, и др. Большую помощь могут оказать микрохимические реации, при наличии набора стандартных реактивов. Определение некоторых минералов может быть уверенным только путем анализа химического состава и рентгенограммы.

Стандартные схемы исследования рудного минерала и аншлифа

Схема исследования минерала:

1. Оценивается коэффициент отражения (относительно эталонов) или измеряется на спектрофотометре.

2. Определяются: цвет, анизотропия, двуотражение, цветные эффекты, наличие внутренних рефлексов, микротвердость методом царапания.

3. Проверяется наличие магнитности.

4. Изучается форма и внутреннее строение зерен.

5. По таблице свойств определяется минерал и группа аналогов.

6. По справочникам уточняются признаки и делается выбор.

7. Если определение затруднено, то уточняется микротвердость на приборе ПМТ-3 и по таблице твердости минералов еще раз определяется минерал.

8. В случае если минерал не удалось определить по табличным данным:

– готовят образец для микрозондового анализа для уточнения химического состава;

– готовят препарат для рентгеновского изучения.

Схема описания аншлифа:

1. Определяется макроскопически текстура образца.

2. Определяется полный минеральный состав под микроскопом.

3. Количество минеральных фаз и их объем:

– главные минералы (> 1 %);

– второстепенные минералы(< 1 %);

– редкие минералы (единичные зерна).

4. Измеряются размеры зерен всех минералов.

5. Выделяются закономерные срастания парагенезисы и ассоциации.

6. Анализируются возрастные взаимоотношения между минералами и ассоциациями.

7.Определяется последовательность образования, составляется ее схема.

8.Определяется структура, тип оруденения.

9.Делается заключение о генезисе.

10. Намечаются места для иллюстрации доказательств.