Минераграфия

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Геолого-геофизический факультет
Кафедра месторождений полезных ископаемых
Минераграфия
Рабочая программа
Новосибирск
2005
Минераграфия – наука о рудах, часть учения о месторождениях
полезных ископаемых. Как учебная дисциплина она включает теорию и
методы
исследования
минерального
состава,
генезиса
и
технологических свойств руд. Главный объем курса составляет рудная
микроскопия, содержащая теоретические основы оптики отраженного
света, методику определения физических свойств и микрохимических
испытаний минералов в полированных шлифах. Излагаются способы
изучения внутреннего строения реальных кристаллов, границ зерен
минералов, даются основы текстурно-структурного анализа руд как
источника генетической информации об условиях зарождения,
последовательности образования и метаморфизма минеральных
индивидов и агрегатов. Обобщаются приемы получения сведений,
необходимых для разработки технологии разделения тонких
минеральных срастаний и выбора эффективных схем обогащения руд.
Обсуждаются рациональные способы документации и представления
результатов минераграфических исследований.
Автор-составитель
д-р. геол.-минер. наук, профессор М. П. Мазуров
© Новосибирский государственный
университет, 2005
1. Организационно-методический раздел
1.1.
Учебный курс «Минераграфия (методы лабораторного
исследования руд)» относится к числу естественно-научных дисциплин
федеральной программы подготовки специалистов по направлению
«Геология» (специальности 011300 и 011100).
1.2. Цели и задачи курса. Дисциплина «Минераграфия» предназначена
для получения студентами теоретических основ и практических приемов
лабораторного исследования руд главных генетических типов рудных
месторождений.
Основной целью освоения дисциплины является приобретение навыков
диагностики рудных минеральных ассоциаций, выявления главных
генетических и технологических свойств с помощью оптической
микроскопии отраженного света.
Для достижения поставленной цели выделяются задачи овладения
основами
рудной
микроскопии,
текстурно-структурного
и
парагенетического анализа руд, выявления технологических свойств руд,
определяющих их промышленное значение.
1.3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины. По
окончании изучения указанной дисциплины студент должен:
– иметь представление о теории оптических явлений в
поляризованном свете, структурно-вещественных особенностях руд
эндогенных
месторождений,
способах
реставрации
условий
кристаллизации минеральных ассоциаций и последовательности их
образования, характерных чертах непрозрачных минералов в горных
породах;
– знать основы рудной микроскопии, парагенетического анализа руд;
– уметь изучать вещественный состав, генетические, технологические
особенности руд, давать квалифицированное заключение о промышленной
значимости рудных объектов.
1.4. Формы контроля.
Итоговый контроль. Для контроля усвоения дисциплины учебным
планом предусмотрен зачет и дифференцированный зачет по курсовой
работе.
Текущий контроль. В течение семестра выполняются контрольные
работы и самостоятельные задания, проводятся коллоквиумы по каждому
разделу курса, обязательные для всех студентов.
2. Содержание дисциплины.
2.1.
Содержание отвечает федеральному стандарту учебной
дисциплины.
2.2. Тематический план курса (распределение часов).
Количество часов
Темы
Рудная микроскопия
Генетическая
минераграфия
Технологическая
минераграфия
Итого по курсу
Лекц
ии
Семин
ары
Лаборат
орные
работы
8
4
8
4
2
18
8
Всего
часов
12
Самостоятель
ная
работа
2
12
6
30
4
2
8
28
10
64
26
2.3. Содержание курса
2.3.1. Вводная часть
Предмет минераграфии. Место минераграфии среди геологоминералогических дисциплин, ее цель, основные задачи и методы. Роль
минераграфии в определении вещественного состава и генезиса рудных
месторождений; обосновании рациональной и эффективной технологии
обогащения руд и извлечения попутных компонентов; исследовании
продуктов агломерации и металлургического передела. История развития
металлографических и минераграфических идей и методов. Обзор
фундаментальных трудов и основных учебных пособий по методам
исследования руд.
2.3.2. Рудная микроскопия
Аппаратура. Минераграфические микроскопы, их конструкция,
оптические схемы. Устройство рудных поляризационных микроскопов
МИН-9, ПОЛАМ Р-312. Источники света, сопряженные с микроскопом и
независимые, монохроматоры и фильтры. Поляризаторы. Осветители типа
ОИ-12. Отражающие устройства с пластинкой и призмой; конструкция
опак-иллюминатора. Объективы воздушные и иммерсионные. Окуляры.
Разрешающая способность объективов и микроскопа, увеличение
микроскопа.
Общие приемы наблюдения. Установка объекта; приспособления для
монтирования и протирания полированного шлифа. Регулировка
освещения, центрировка микроскопа, градуировка (определение цены
деления окулярной шкалы). Уход за микроскопом. Основные правила
техники безопасности при включении осветителя в электрическую сеть и
работе с микроскопом.
Изготовление полированных шлифов. Последовательность процесса:
обдирка или распиловка образца для получения на нем плоскости;
шлифовка полученной плоскости для подготовки шлифа к полировке;
полировка. Станки и вспомогательное оборудование; распиловочный
станок, шлифовальный и полировальный станки со сменными дисками,
стеклянные плиты для доводки, станки-автоматы и полуавтоматы.
Основные приемы работы на станках и требования безопасного
проведения работ на электрическом оборудовании с использованием воды.
Абразивные материалы, их классификация и способы получения;
естественные (корундовые) и искусственные (карборунд, электрокорунд)
шлифовальные порошки. Приготовление полировальных порошков _
оксидов хрома, алюминия, олова, железа и др. Способы восстановления
шлифовальных порошков, консервация и удаление шламов. Подготовка
образцов для изготовления шлифов: выбор размера, маркировка нужной
поверхности, пропитывание мягких и рыхлых образцов смолами и
пластиками на воздухе и в вакууме. Изготовление шлифов из
раздробленного рудного материала, прозрачно-полированных шлифов.
Безрельефная полировка шлифов. Дефекты полировки и способы их
исправления. Требования к полированным шлифам: плоская поверхность;
одинаковый характер полировки одноименных минералов во всех частях
шлифа; отсутствие пустот выкрашивания, царапин, рельефа.
Диагностические свойства и основные приемы определения рудных
минералов в полированных шлифах.
О п т и ч е с к и е с в о й с т в а. Основные понятия теории оптических
явлений в отраженном свете. Естественный и поляризованный свет, ортои коноскопия. Дефекты поляризации падающего света, обусловленные
особыми свойствами поляризатора, отклоняющего приспособления в опакиллюминаторе, и влияние линз (объектива), находящихся на пути лучей
света между поляризатором и полированным шлифом.
Отражение (отражательная способность) – процент света,
отраженного при нормальном падении от плоскополированной
поверхности определенного рудного минерала. Зависимость отражения от
показателей преломления и абсорбции, ориентировки сечения кристалла,
длины волны падающего света, качества полировки. Отличие рудных
минералов от нерудных в отраженном свете. Группировка минералов по
величине отражения: эталонные (галенит, сфалерит, серебро, железо,
арсенопирит и др.). Количественные методы определения величины
отражения и цвета минералов. Прибор МСФП-2, его устройство, техника и
процедура измерений, эталоны, ошибки измерения и их коррекция.
Определение отражения в целях диагностики и характеристики состава
минералов.
Двуотражение (свойство минерала изменять величину отражения при
вращении сечения кристалла определенной ориентировки) и плеохроизм
отражения (свойство изменять при этом цвет и оттенок). Разделение
минералов на сильно двуотражающие (графит, молибденит, ковеллин,
антимонит, валлериит), умеренно двуотражающие (марказит, гематит,
никелин, кубанит, пирротин), слабо двуотражающие (ильменит, энаргит,
арсенопирит). Минералы, обнаруживающие плеохроизм отражения:
ковеллин (темно-синий, голубовато-белый), молибденит (белый, серый),
висмутин (беловато-серый, желтовато-белый), пирротин (розоватокоричневый, голубовато-белый), кубанит (розовато-коричневый, светложелтый), валлериит (коричневато-серый, кремово-желтый), миллерит
(желтый, светло-желтый), графит (коричневато-серый, серовато-черный).
Цвет (дисперсия отражательной способности) как результат
избирательного отражения определенных участков в непрерывном спектре
падающего белого света. Факторы, влияющие на визуальное восприятие
окраски: индивидуальные особенности наблюдателя, фон (ассоциация),
условия освещения, качество полировки. Цветовые оттенки в иммерсии.
Основные группы минералов по их окраске под микроскопом, эталонные
минералы (белый – галенит, светло-серый – теннантит, серый _ сфалерит,
кремовый – пирротин, желтый – халькопирит, кремово-розовый – никелин,
синий – ковеллин).
Внутренние рефлексы – отражение света от трещин и других дефектов
внутри кристалла. Способы их выявления: при косом освещении, с
анализатором, в иммерсии, в порошке. Индикаторные свойства цвета
внутренних рефлексов, дополнительного к оттенку минерала в
отраженном свете. Характерные цвета внутренних рефлексов для
минералов: сфалерит – от желтых до красно-коричневых, киноварь –
кроваво-красные, прустит-пираргирит – рубиновые, анатаз – голубые,
азурит – синие, куприт – красные, малахит – зеленые, вольфрамит – темнокоричневые, гематит – кроваво-красные, алабандин – темно-зеленые.
Анизотропия. Группировка минералов по степени анизотропии:
изотропные, слабо анизотропные (устанавливается только в иммерсии при
больших увеличениях), анизотропные (устанавливается при средних
увеличениях), резко анизотропные (двуотражающие).
Сопоставление макро- и микроскопических оптических характеристик
рудных минералов: блеск – отражение, цвет черты – цвет внутренних
рефлексов, цвет – дисперсия отражения. Сравнение способов наблюдения
и оптических свойств в отраженном и проходящем свете.
М е х а н и ч е с к и е с в о й с т в а. Твердость полировки, шлифования,
царапания, микровдавливания. Способы определения твердости минералов
в полированных шлифах. Визуальное сравнение твердости минералов в
полированных шлифах. Визуальное сравнение твердости минералов по
рельефу при косом освещении, по световой полоске Кальба, по характеру
полированной поверхности и абразивным штрихам. Определение
твердости металлическими иглами: медной, стальной и др. Разделение
минералов на группы низкой, средней и высокой твердости, сопоставление
их со шкалой Мооса. Количественные методы определения твердости
минералов. Измерение микротвердости (твердости по Виккерсу) на
приборе ПМТ-3. Техника инструментального измерения. Источники
ошибок, правильность и точность измерения. Форма микроотпечатков
(прямая, вогнутая, выпуклая, сигмоидная) и характер трещиноватости
вокруг отпечатков (радиально-лучистая, боковая радиальная, спайности,
отдельности, в виде простой раковины, раковистая по спайности,
концентрически-раковистая).
Факторы,
влияющие
на
значение
микротвердости минералов. Изменение твердости в зависимости от
нагрузки, от структуры, состава и ориентировки минерала, от
механических и термальных воздействий на минерал в процессе его
истории. Систематика минералов по величине микротвердости
вдавливания.
М а г н и т н ы е и э л е к т р о м а г н и т н ы е с в о й с т в а.
Магнитность. Испытание минералов при помощи магнитной стрелки в
шлифе и в порошке. Определение магнитности минералов с помощью
ферромагнитных эмульсий. Электромагнитность и электропроводность.
Аппаратура и способы определения.
С т р у к т у р н ы е и м о р ф о л о г и ч е с к и е с в о й с т в а . Форма
сечений кристаллов (изометричная, удлиненная и т. п.) и габитус
(игольчатый, лейстовидный, таблитчатый, ромбический, скелетный,
кубический, октаэдрический и др.). Спайность и отдельность.
Треугольники
выкрашивания.
Двойники
(первичные
ростовые,
превращения, перекристаллизации, механические), включения, выделения,
вторичные изменения, пленки, светотравление.
Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а. Диагностическое и структурное
травление. Качественный микрохимический анализ, метод отпечатков,
микрохимический, кристаллоскопический, капельный, пленочный и др.
Методы количественного определения химического состава минералов в
полированных шлифах: лазерный спектральный, рентгеноспектральный и
др. Принципы и приемы использования сканирующей (растровой) и
просвечивающей (трансмиссионной) электронной микроскопии для
диагностики, определения реальной структуры и состава минералов.
Вспомогательные виды информации, помогающие диагностике рудных
минералов. Исследование минералов как членов характерных
парагенетических ассоциаций, обладающих своими полями устойчивости
на диаграммах состояния. Замещения и изменения.
Порядок определения рудных минералов в полированных шлифах.
Использование диагностических таблиц И. С. Волынского, С. А. Юшко,
Айтенбогардта и Бурке, М. П. Исаенко, Н. И. Шумской и др. Системы
диагностики минералов по спектральным кривым отражения;
автоматизированные анализаторы изображений.
2.3.3. Генетическая минераграфия (текстурно-структурный
анализ руд)
Минераграфия как основа реставрации условий зарождения,
кристаллизации и метаморфизма минеральных индивидов и агрегатов –
генезиса руд. Способы наблюдения и выявления текстур руд
(особенностей пространственного положения и взаимоотношений
слагающих руду минеральных агрегатов), структур руд (степени
кристалличности, абсолютных и относительных размеров, формы и
строения границ зерен рудных минералов), неоднородностей внутреннего
строения зерен – зональности, секториальности, включений, выделений,
двойников, псевдоморфоз, параморфоз и т. п.
Признаки, указывающие на способ образования минералов
(кристаллизация из расплавов, гидротермальных растворов, газовой фазы,
коллоидных масс), скорость кристаллизации и симметрию среды
минералообразования. Морфогенетические типы рудных агрегатов:
однородные, слоистые, пятнистые, удлиненные, друзовые, жеодовые,
натечные,
коллоидные
и
метаколлоидные,
кластические
и
катакластические, органогенные, реликтовые, каркасные. Зернистые,
коррозионные, колломорфные, метазернистые, кристаллобластические и
кристаллокластические группы структур.
Исследование последовательности образования руд и минералов.
Сингенетичные и эпигенетичные руды. Приемы выявления признаков
совместного роста и последовательности кристаллизации минералов по
морфологии зерен, строению их общих границ, зональности роста
кристаллов и минеральных агрегатов, пересечениям, замещениям,
эпигенетическим изменениям минералов. Признаки совместной
кристаллизации минералов и их агрегатов: идиоморфно- и
аллотриоморфнозернистая, графическая, пойкилитовая и гребенчатая
структуры, массивная, нодулярная, вкрапленная, пятнистая текстуры,
эмульсионная, пластинчатая, решетчатая и другие структуры распада
твердых растворов. Структурно-текстурные признаки разновременной
кристаллизации минеральных парагенезисов: явления брекчирования,
дробления ранних минеральных ассоциаций другими, отличающимися по
составу; цементация, пересечение с признаками коррозии, замещения;
явления
разложения,
растворения
более
ранних
минералов,
переотложение, образование новых минералов и минеральных агрегатов
на месте прежних и перекристаллизация последних; регенерация
(дорастание, восстановление) нарушенных зерен и кристаллов минералов.
Парагенетический анализ руд. Зарождения (возрастные группы
минеральных индивидов, обусловленные появлением новых центров роста
и образовавшиеся на фоне непрерывной кристаллизации минерального
вещества) и генерации минералов (разные поколения одного и того же
минерала, разделенные перерывами в кристаллизации). Минеральные
парагенетические ассоциации (совокупность минералов, возникших
одновременно в интервале близких физико-химических условий),
характерные
минеральные
комплексы
(наборы
парагенезисов).
Минераграфические приемы выявления признаков руд, позволяющих
предполагать возможные способы образования рудных минеральных
парагенетических ассоциаций при:
1) отложении в свободных полостях; 2) замещении вмещающих пород с
последовательным или одновременным ростом минералов вследствие
резкого изменения температуры, давления или других параметров; 3)
химических реакциях растворов с ранее образованными минералами с
замещением или разложением последних и заимствованием поздними
минералами ряда компонентов ранних минералов; 4) кристаллизации
сложных гелей;
5) распаде твердых растворов с одновременным выделением минералов;
6) метаморфических преобразованиях руд с различной степенью
изменения химического состава и срастаний минералов вследствие
перераспределения вещества.
Принципы
выделения
хронологических
категорий
процесса
рудообразования (ритм, стадия, этап, цикл, эпоха) и сопоставление их с
вещественными единицами и генетическими группами. Составление
парагенетических диаграмм. Использование данных о фазовых
равновесиях, природных геотермометрах, геобарометрах, материалов
изучения газово-жидких и твердых включений для определения
последовательности и условий рудообразования.
Главные минеральные парагенетические ассоциации руд эндогенных
месторождений. Типоморфные признаки и текстурно-структурные
особенности руд хрома, титана, железа, меди, никеля, цветных, редких и
благородных
металлов
магматического
и
гидротермального
происхождения. Характерные ассоциации и облик руд черных и цветных
металлов
в
осадочных,
вулканогенных
и
метаморфических
месторождениях. Индивидуальные черты непрозрачных акцессорных
минералов изверженных, метаморфических и осадочных пород; рудные
минералы метеоритов и лунных пород.
2.3.4. Технологическая минераграфия
Минераграфический анализ технологических свойств руд. Связь
минераграфии с геологическими и инженерными проблемами добычи руд,
их обогащения и металлургической переработки. Фазовый состав рудных
и сопутствующих минералов, позволяющий выделить металлические и
неметаллические минералы, металлические непромышленные и жильные
минералы. Определение удельного веса, растворимости, магнитных
свойств, твердости, хрупкости, расщепляемости, состояния окисления,
вредных и полезных примесей и других свойств, обусловливающих выбор
наиболее эффективного способа обогащения руды. Определение
изменений, ожидаемых в боковой породе, примыкающих зонах или на
глубине, для прогнозирования операций измельчения по мере
продолжения добычи.
Типы срастаний рудных минералов друг с другом и другими
минералами (особенно с содержащими вредные примеси). Строение
границ
между
срастающимися
минералами.
Определение
количественного содержания минералов, в состав которых входят
полезные и вредные компоненты, относительного количества и размеров
срастаний и прорастаний, определяющих полноту и качество
высвобождения минералов. Методы определения количественного
минерального состава руд: планиметрический, линейный, точечный,
сравнения. Интеграторы, вспомогательные средства и приборы
количественной минераграфии. Фотографирование и изображение
структуры для определения распределения зерен по размерам.
Классификация структур руд для технологических целей, основывающаяся
на геометрии срастаний зерен, величине выделений (зерен и
мономинеральных агрегатов). Благоприятные и неблагоприятные для
обогащения текстуры и структуры руд.
Представление о минералургии – разделении природных смесей на
минералы, основанном на различии их физических и химических свойств.
Гравитационная, магнитная, электромагнитная сепарации, флотация.
Гидрои
пирометаллургическая
доводка
концентратов.
Минераграфическое сопровождение технологического цикла переработки
руд; специфика изучения продуктов обогащения, агломерации и плавки.
2.3.5. Документация минераграфических исследований
Практические приемы отбора препаратов для изготовления
полированных шлифов и пришлифованных образцов, визуального
определения текстурно-структурных особенностей руд. Порядок описания
полированных шлифов. Типы иллюстраций к описаниям руд под
микроскопом. Способы микрофотографирования и зарисовок. Виды
документации материалов исследования руд (таблицы, графики, схемы и т.
п.). Составление обобщённого минераграфического заключения по
изученному месторождению или рудопроявлению (на примере учебноисследовательской курсовой работы или задания).
3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
3.1. Темы курсовых работ
1. Парагенетический анализ железо-титановых руд Качканарского
месторождения (Урал).
2. Минеральные ассоциации железных руд в известковых скарнах
Ирбинского месторождения (Восточный Саян).
3.
Типоморфизм
руд
Таежного
магнезиальноскарнового
месторождения (Алданский щит).
4. Текстурно-структурные особенности колчеданных руд Озерного
месторождения (Забайкалье).
5. Микроструктура магнетитов Тейского месторождения (Кузнецкий
Алатау).
6. Минеральный состав и условия формирования медно-молибденпорфировых руд Сорского месторождения (Кузнецкий Алатау).
7. Характерные парагенезисы редкометалльных руд Джидинского
рудного поля (Забайкалье).
8. Типоморфизм оксидов железа и титана в габбро-долеритах
Талнахского месторождения (Сибирская платформа).
9. Ассоциации самородного золота Синюхинского месторождения
(Алтай).
10. Парагенезисы самородного железа в долеритах горы Озерной
(Сибирская платформа).
11. Типоморфизм полиметаллических руд в скарнах Приморья.
3.2. Библиографический список
Основной
Волынский И. С. Определение рудных минералов под микроскопом.
М.: Недра, 1966. 349 с.
Исаенко М. П. Определитель текстур и структур руд. М.: Недра, 1983.
261 с.
Исаенко М. П. и др. Определитель главнейших минералов руд в
отраженном свете / М. П. Исаенко, С. С. Боришанская, С. Л. Афанасьева
М.: Недра, 1986. 382 с.
Мазуров М. П. Основы рудной микроскопии. Новосибирск: Новосиб.
гос. ун-т, 2002. 64 с.
Мазуров М. П. Парагенетический анализ руд эндогенных
месторождений. Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 2005. 80 с.
Рамдор П. Рудные минералы и их срастания. М.: Иностр. лит., 1962.
1132 с.
Шумская Н. И. Определитель рудных минералов по спектральным
кривым отражения. Л.: Недра, 1985. 231 с.
Юшко С. А. Методы лабораторного исследования руд. М.: Недра, 1984.
389 с.
Craig J. R , Vaughan D. J. Ore microscopy and ore petrography. 2nd ed.
N. Y., 1994. 434 p.
Дополнительный
Галопен Р., Генри Н. Исследование непрозрачных минералов под
микроскопом. М.: Мир, 1975. 336 с.
Структурно-текстурные особенности эндогенных руд / А. Г.
Бетехтин, А. Д. Генкин, А. А. Филимонова, Т. Н. Шадлун. М.: Недра,
1964. 598 с.
Текстуры и структуры руд / А. Г. Бетехтин, А. Д. Генкин, А. А
Филимонова, Т. Н. Шадлун. М.: Недра, 1958. 435 с.