Материал: Betekhtin

Общая часть

96

и, помимо изоморфизма, обычно бывают обусловлены мельчайшими
включениями посторонних минералов, в том числе пузырьков газа и
жидкостей.

Различие в удельных весах минералов широко используется при обо

гащении руд различными гравитационными методами с целью отделе
ния нерудных минералов (кварца, кальцита, барита и др.) от рудных ми
нералов (галенита, сфалерита, касситерита и др.) При обогащении
получаются концентраты с повышенным содержанием полезных мине
ралов.

Магнитность

Существует очень немного минералов, которые обладают явно вы

раженными магнитными свойствами. Минералы со слабыми парамаг
нитными свойствами легко притягиваются магнитом (бедные серой раз
ности пирротина). Но имеются и такие минералы, которые сами
представляют собой магнит, т. е. являются ферромагнитными и притя
гивают к себе железные опилки, булавки, гвозди. Таким свойством об
ладают магнетит, никелистое железо, некоторые разности ферроплати
ны. Наконец, известны диамагнитные минералы, отталкивающиеся
магнитом (самородный висмут).

Так как число минералов, обладающих магнитными свойствами, не

велико, то этот признак имеет важное диагностическое значение. Испы
тание на магнитность производится c помощью свободно вращающейся
магнитной стрелки, к концам которой подносится испытуемый образец.
Допускается и употребление магнита, при этом предпочтительно исполь
зовать мелкие зерна минерала, а магнит прикрывать бумагой.

Слабыми магнитными свойствами, не устанавливаемыми с помощью

магнитной стрелки, обладает довольно большое количество минералов.
На различии этих слабо выраженных магнитных свойств основано раз
деление минералов на фракции с помощью электромагнита при исследо
вании так называемых шлихов, т. е. тяжелой фракции минералов, полу
чающейся при промывании.

Радиоактивность

В самом конце периодической системы Менделеева располагается

группа радиоактивных элементов урана — радия, представляющих со
вершенно особый интерес. Явления радиоактивности были открыты
А. Беккерелем еще в 1896 г. Дальнейшее изучение их привело к откры
тию общих законов строения атома и к развитию так называемой ядер
ной физики.

Как известно, образование ионов, химических соединений и вообще

все химические процессы обусловлены почти исключительно строением

наружных электронных оболочек

 атомов и той энергией, которая выделя

Глава 2. Конституция и свойства минералов

97

ется при перегруппировках электронов; ядра атомов при этом не претер
певают никаких изменений. Явления же радиоактивных превращений,
наоборот, связаны с превращениями, происходящими в самих ядрах.
В связи с этим необходимо напомнить о строении атомных ядер.

Установлено, что в строении атома принимают участие три основных

вида частиц: протон и нейтрон — в ядре, электрон — в окружении ядра.
Число протонов равно атомному номеру, а число нейтронов — разности
между массовым числом (близким к атомному весу) и атомным номером.
Рассматривая Периодическую систему элементов (см. табл. 2), легко ви
деть, что в первых рядах элементов числа протонов и нейтронов ядра ато
ма обычно равны друг другу. По мере перехода к более тяжелым элементам
мы замечаем, что число нейтронов по сравнению с протонами постепенно
возрастает (так полагается для достижения минимума энергии, а следова
тельно, и устойчивости ядра). В последнем ряду устанавливается уже весь
ма значительный избыток нейтронов по отношению к протонам. Например,
ядро тяжелого урана U

238

 содержит 92 протона и 146 нейтронов (238 – 92),

а ядро изотопа U

235

 — на три нейтрона меньше (при том же числе протонов).

Эти последние элементы периодической системы обладают не впол

не устойчивыми ядрами атомов. Для таких элементов весьма характерны
явления так называемого радиоактивного распада, выражающиеся в 

не'

прерывном испускании

:

1)

α

частиц, т. е. ядер атомов гелия, обладающих атомным номером 2

и массовым числом 4; они выбрасываются с громадной скоростью
и ионизируют воздух, т. е. делают его проводником электричества;
испускание этих частиц приводит к тому, что атом данного эле
мента последовательно превращается в атомы более легких эле
ментов, причем атомный номер при вылете каждой частицы умень
шается на две, а масса — на четыре единицы;

2)

β

частиц, равнозначных электронам; испускание одной такой час

тицы, естественно, приводит к 

увеличению заряда

 ядра на единицу

(при сохранении массового числа); следовательно и атомный но
мер продукта превращения увеличивается на единицу;

3)

γ

лучей, представляющих собой электромагнитное излучение, по

добное рентгеновским лучам.

Это непрерывное превращение атомов, сопровождающееся большим

расходом энергии, протекает вне зависимости от температуры и давления.
Конечными продуктами, образующимися в результате последовательных
испусканий 

α

 и 

β

частиц, являются устойчивые изотопы свинца. Скорость

распада образующихся промежуточных атомов колеблется в весьма широ
ких пределах от долей секунды до миллиардов лет. Время, необходимое
для распада половины всего количества атомов данного изотопа, называ
ется «периодом полураспада». Оно постоянно для каждого изотопа.

Общая часть

98

Установлены три ряда последо

вательных радиоактивных превра
щений: 1) ряд урана, начинающий
ся с изотопа урана U

238

 (рис. 32),

где в числе промежуточных про
дуктов распада образуется и радий
с периодом полураспада 1600 лет;
2) ряд актиния, начинающийся с
другого изотопа урана — U

235 

и

включающий в числе промежуточ
ных продуктов превращений акти
ний; 3) ряд тория, начинающийся
с изотопа Th

232

.

Радиоактивность минералов оп

ределяется по производимой ими
ионизации воздуха с помощью элек
троскопов, ионизационных камер и
различных систем счетчиков. Уран
содержащие минералы, способные
излучать химически активные лучи,
оказывают сильное воздействие
также на фотографическую плас
тинку. Этим пользуются для полу
чения так называемых радиогра
фий. С этой целью отполированный
образец руды в темной комнате или
в ящике для проявления кладут на

фотопластинку на определенное время. Активные лучи в светочувствитель
ном слое производят обычное химическое действие. После проявления мес
та сильного почернения будут указывать на наличие урансодержащих ми
нералов. На позитивном изображении радиографии, т. е. на фотобумаге,
светлые участки будут отвечать минералам, богатым радиоактивными эле
ментами, черные — минералам, не содержащим их.

Явление радиоактивного распада, протекающего в течение огромных

периодов времени, используется при определении абсолютного геологи
ческого возраста различных пород, в которых в свое время образовались
радиоактивные минералы. Такое определение возраста возможно преж
де всего потому, что скорость распада каждого радиоактивного вещества
не только постоянна, но и не зависит ни от температуры, ни от происхо
дящих химических реакций. Вторым важным обстоятельством является
то, что содержание конечных продуктов распада (гелия и свинца) мине
рала находится в прямой зависимости от времени, истекшего с момента
образования радиоактивных минералов.

Рис. 32.

 Начальные участки трех рядов

естественных радиоактивных превра

щений и искусственно полученные

трансурановые элементы —

нептуний и плутоний

Глава 2. Конституция и свойства минералов

99

Прочие свойства минералов

Из многочисленных других свойств минералов (теплопроводность, элек

тропроводность, пироэлектрические и пьезоэлектрические свойства, детек
торные свойства, плавкость, растворимость и пр.) укажем лишь те, которые
имеют наибольшее диагностическое значение, т. е. в ряде случаев помогают
определить минерал или проверить сделанное определение. Упомянем так
же о тех свойствах, которыми пользуются в своей практике рудокопы.

Такие свойства, как 

растворимость

, 

плавкость

, 

окрашивание пламени

,

перлов буры

 и др., требуют специальной постановки их исследований. Они

подробно рассматриваются в курсе паяльной трубки, и потому здесь мы на
них останавливаться не будем. Укажем некоторые другие свойства мине
ралов, которыми иногда пользуются поисковики, горнорабочие и старате
ли при поисках или разведке месторождений полезных ископаемых.

Запах

, издаваемый некоторыми минералами при ударе или разломе, иног

да указывает на присутствие тех или иных элементов в руде. Например, са
мородный мышьяк, арсенопирит (Fe[AsS]) и другие арсениды металлов при
резком ударе издают характерный чесночный «запах мышьяка», особенно
сильно чувствующийся при нагревании и прокаливании на огне. Иногда
жильный кварц, с которым бывают связаны минералы редких металлов, при
раскалывании выделяет своеобразный неприятный запах, что в рудокопной
практике в некоторых случаях является руководящим признаком. У ряда
полезных ископаемых различают «глинистые запахи» и т. д.

Некоторые минералы, особенно в порошковатых массах, могут легко

узнаваться на 

ощупь

. Например, всем известный тальк на ощупь кажется

жирным, чем отличается от похожего на него пирофиллита. Точно так же
порошковатые разности ярозита — KFe

3

[SO

4

]

2

(OH)

6

 при растирании меж

ду пальцами дают ощущение жирного, салящего вещества, что отличает
ярозит от охристых, похожих по цвету масс лимонита HFeO

2 

.

 aq

, кажу

щихся при той же манипуляции жесткими, песчанистыми.

При определении качества некоторых полезных ископаемых, употреб

ляемых в пищу, прибегают к 

вкусовым

 ощущениям, например, при поис

ках и разведке поваренной соли, артезианских питьевых вод и др.

Наконец, некоторую помощь, особенно в рудокопной практике, оказы

вают 

звуковые

 явления. Забойщики в этом отношении нередко обладают

виртуозными способностями. Известно, например, что массы церуссита
(Рb[СО

3

]) при падении на пол издают звук, похожий на звук, производи

мый падением стекла. Точно так же звуки, которые издают в забоях различ
ные по крепости породы и руды при ударах горными инструментами, отли
чаются друг от друга, что можно заметить лишь при большой практике.

Таким образом, как мы видим, в определении минералов в полевой

практике могут принимать участие все пять чувств: зрение, осязание, обо
няние, вкус и слух. Исключительную роль играют, конечно, зрение и раз
вивающаяся при опыте зрительная память.

Глава 3

О МЕТОДАХ ДЕТАЛЬНЫХ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В студенческой практике, для того чтобы научиться простыми метода

ми определять распространенные в земной коре минералы, приходится
иметь дело с более или менее крупными кристаллами или же с однородны
ми минеральными массами. Для этой цели обычно пользуются внешними
диагностическими признаками изучаемых минералов, описанными в гла
ве 2. Многие из минералов, особенно те, которые могут содержать ценные
для промышленности металлы, требуют дополнительных исследований с

помощью паяльной

 трубки и элементарных 

качественных химических

 реак

ций, излагаемых в специально составленных определителях.

Однако более редко встречающиеся или трудно определимые простыми

методами минералы, обнаруживаемые при систематических минералогиче
ских исследованиях, могут быть достоверно определены лишь при условии
применения более совершенных методик. Необходимость этих детальных
исследований появляется во всех случаях, когда возникает потребность бо
лее полно познать состав природных соединений: 1) при петрографическом
изучении горных пород, необходимом для составления геологических карт;
2) при освоении какоголибо нового месторождения, в связи с чем ставится
задача всестороннего изучения вещественного состава руд с целью решения
вопросов о комплексном использовании всех компонентов сырья; 3) при
специальных исследованиях в районах, особо интересных в минералогиче
ском отношении; 4) при решении вопросов геохимии, требующих углублен
ных исследований минерального вещества, и т. д.

При детальном изучении минералов в случае необходимости приме

няют обычно следующие методы исследования: кристаллохимический,
рентгенометрический, кристаллооптический, термический, химикоана
литический совместно со спектральным и рентгеноспектральный элект
роннозондовый анализ. Все эти методы подробно излагаются в специ
альных руководствах. Здесь мы лишь укажем, к чему они сводятся и когда
применяются.

Кристаллохимический анализ

, разработанный Е. С. Федоровым, мо

жет быть применен в тех случаях, когда мы имеем дело с кристаллами. Сущ
ность этого анализа, помимо измерения углов между гранями, сводится к
определению в какойто мере внутреннего строения кристаллов по внеш
ним формам, поскольку наиболее развитые и часто встречающиеся грани
обычно отвечают плоскостям плотнейшей упаковки структурных единиц.