Основні породо- і рудотворні мінерали

Мінерали, що складають гірські породи земної кори, а також місячні породи і породи метеоритів, називаються основними породо- і рудотворними мінералами. Більша частина породотвірних мінералів належить до класу силікатів, карбонатів, оксидів, хлоридів і сульфатів. За процентним відношенням в породі виділяють головні (основні) породотворні мінерали (понад 10%), другорядні (1-10%) і акцесорні (менше 1%). Найбільш розповсюдженими породотвірними мінералами є кварц, польові шпати, слюди, амфіболіти, піроксени, олівін, глинисті мінерали тощо.

Розрізняють породотворні мінерали: світлі (салітичні, лейкократоподібні) – кварц, польові шпати, фельдшпатоїди та інші та темноколірні (мафічні, меланократові) – біотит, амфіболи, піроксени, олівін та інші. За складом головних породотворних мінералів виділяють силікатні, карбонатні і галогенні гірські породи; за парагенезом породотворних мінералів – різні типи гірських порід породотворних мінералів, які визначають найменування породи, називаються кардинальними (наприклад, кварц, мікроклін, олігоклаз в гранатах).

Породотворні мінерали, за якими встановлюється місце породи в петрографічній систематиці, називаються діагностичними або симптоматичними (кварц, олівін, фельдшпатоїди). Розрізняють первинні породотворні мінерали (сингенетичні із формуванням всієї породи) і вторинні породотворні мінерали (виникають при будь-яких перетвореннях породи).

Хімічні елементи, що складають головні породотворні мінерали, називаються петрогенними (Si, Al, K, Na, Ca, Mg, Fe, C, Cl, F, S, O, H).

Згідно з сучасними знаннями природи мінеральної речовини всі мінерали групуються у 6 типів, в кожному з яких за характером кислоти виділяють відповідні класи (табл. 3.1).

Нижче наведено найважливіші породо- і рудотворні мінерали та їх короткі діагностичні ознаки.

3.1 Тип простих речовин (самородних елементів)

Клас мінералів, хімічний склад яких відповідає хімічним елементам, називається самородними елементами. Серед самородних елементів розрізняють близько 80 мінералів, які представлені самородними металами, напівметалами і неметалами.

Серед металів найбільше розповсюджені Cu, Au, Ag, Pt та платиноїди. Рідше зустрічаються самородні Bi, Sn, Hg,. Досить рідкі Pl, Zn, In. Відкрито також самородні Al, Cr, Cd, Co.

Із самородних напівметалів і неметалів найбільше розповсюджені алмаз, графіт, сірка, що утворюють родовища. Дуже рідко зустрічаються самородні As, Sb, Se, Te.

Форми виділення самородних елементів різноманітні – від краплеподібного зерна до кутоватих або пластинчастих утворень на межах супутніх мінеральних індивідів і по тріщинах.

Самородні елементи нерідко асоціюються в гірських породах з карбідами металів, вуглистими речовинами і утворюються у відновлювальних умовах, іноді при участі глибинних флюїдів, збагачених вуглеводнями.

Золото – Au. Природне золото складається із стабільного ізотопу ¹⁹⁷Au. Самородне золото – природний твердий розчин Au=Ag. Існують ознаки перервності цього ряду. Найбільш суттєво розвинуто самородне золото різної проби з переважанням 930-960, 820-780, 650-600 і надзвичайно рідко – 550.

Кристалізується в кубічні сингонії, структура координаційна. Характерною різноманітністю форм кристалів є звичайні октаедри, кубооктаедри, ромбічні додекаедри; відомі більш складні форми.

Самородне золото має дуже яскравий металевий блиск. З пониженням проби колір золота змінюється від червонисто-жовтого (бронзового) до солом’яного і кремового, часто із зеленуватим відтінком.

Густина золота від 19200 до 15600 кг/м³. Твердість за мінералогічною шкалою від 2 до 3, в кг/мм² – від 41 до 80-90, із зменшенням до 60-70 при вмісті Ag вище 35-45%. Домішки Pt, Sn, Cu підвищують твердість самородного золота.

Срібло – Ag. Самородне срібло – мінерал класу самородних елементів. Вміст срібла в рудах може досягати 99%. Часто являє собою твердий розчин Au-Ag або Ag-Hg (до 60%).

Кристалізується в кубічній сингонії. Структура аналогічна самородному золоту і міді. Утворюють вигнуті і скручені, волосоподібні, дротяні (до 10 см), пластинчасті, скелетні та дендритні виділення, тонку вкрапленість у різних сульфідах.

Колір сріблясто-білий, на повітрі темніє. Блиск на свіжій поверхні сильний металевий, спайності немає, злам крючковато-занозистий. Твердість 2-2,5. Густина 10500 кг/м³. Досить ковке. Провідник тепла та електрики. Найбільш крупні виділення характерні для родовищ п’ятиметалевої (Ag-Co-Ni-Bi-U) формації.

Мідь – Cu. Мінерал класу самородних елементів. Може містити домішки Fe, Ag, Au, Zn, Pb, Hg, Bi, Sb, V, Ge. Кристалізується в кубічній сингонії, структура координаційна. Вигляд кристалів кубічний, додекаедричний, рідше октаедричний. Прості кристали дуже рідкі. Переважно двійникового зростання по октаедру, іноді полісинтетичні. Характерні плоскі та об’ємні дендрити, пластини, щільні суцільні маси, дрібні вкраплення, порошкуваті та сферолітові цементні виділення.

Колір на свіжому зламі мінералу світло-рожевий, що переходить у мідно-червоний, а потім в коричневий. Блиск металевий, злам занозистий, крючковатий. Твердість 2,5-3. Густина 8400-8900 кг/м³. Дуже ковка і тягуча. Має високу електропровідність, яка суттєво понижується при наявності домішок.

Алмаз – C – мінерал, кристалічно-кубічної модифікації самородного вуглецю. Елементарні гратки просторової кристалічної решітки являють собою гранецентрований куб з чотирма додатковими атомами, розташованими всередині куба.

Кристали алмазу мають форму октаедра, ромбододекаедра, куба і тетраедра з гладкими і пластинчасто-ступеневими гранями або заокругленими поверхнями, на яких розвинуті різноманітні акцесорії. Характерні плоскі, подовжені і складно-побудовані кристали простої або комбінованої форми, двійники зростання і проростання за шпінелевим законом, паралельні та довільно орієнтовані зростки.

Алмази можуть бути безколірними або із ледве помітним кольоровим відтінком, а також мати ясне забарвлення різного ступеня жовтого, коричневого, рожево-лілового, зеленого, блакитного, молочно-білого і сірого (до чорного) кольорів.

Алмази як найтвердіша речовина в природі використовуються у різноманітних інструментах для розпилювання, свердління та обробки всіх інших матеріалів. Відносна твердість за шкалою Мооса 10, максимальна абсолютна мікротвердість, заміряна індикатором на грані 1111, становить 0,1 ТПа. Твердість алмазу при різних кристалографічних гранях неоднакова. Найбільш твердою є октаедрична грань (1111). Алмаз дуже крихкий, має досконалу спайність по грані 1111. Модуль Юнга становить 0,9 ТПа. Густина прозорих кристалів алмазу 3515 кг/м³.

Графіт – С – мінерал класу самородних елементів, одна із поліморфних модифікацій вуглецю, термодинамічно стабільна в умовах земної кори. Домішки газів (CO₂, CO, H, CH₄), іноді води, бітумів, а також Si, Al, Mg, Ca та ін.

Кристалізується в гексагональній сингонії. Структура шарувата. Добре утворені кристали рідкі, вони мають вигляд шестикутних таблиць із добре розвинутою гранню базопінакоїду. Зустрічаються двійники. Переважно утворюють лускуваті, стовпчасті, масивні, ниркоподібні, сферолітові, сферолітоподібні та циліндричні зональні агрегати.

Природні графіти розрізняють за величиною кристалів та їх взаємним розташуванням на явнокристалічні та прихованокристалічні. Розмір перших перевищує 1 мк, других – менше 1 мк.

Спайність по пінакоїду надзвичайно досконала. Риса темно-сіра до чорної. Масний на дотик, мастить руки. Анізотропний. Твердість за мінералогічною шкалою 1-2. Густина 2250 кг/м³. Вогнетривкий – не плавиться при нормальному тиску, температура сублімації вище 4000 К. Електропровідний – електричний опір кристалів 0,42×10^-4 Ом×м, тонкодисперсний порошок – 8…20×10^-2 Ом×м. Хімічно стійкий.

Сірка – S– мінерал класу самородних елементів. Містить іноді ізоморфні домішки Se (до 1%, рідко до 5,2%), Te, As, а також механічні домішки глинистого намулу або органічної речовини. Найбільш розповсюджена ромбічна модифікація ( сірка), яка при повільному нагріванні до 96-120°С переходить в моноклінну модифікацію ( сірка). Кристалічна структура молекулярна, елементарна комірка складається з 16 електрично нейтральних кільцеподібних молекул S₈, пов’язаних вандерваальсівськими зв’язками.

Сірка утворює кристалічні агрегати, суцільні, іноді землисті маси, натічні, ниркоподібні форми і нальоти. Колір жовтий, різних відтінків. Блиск на гранях алмазний, в зламі масний. Спайність недосконала. Твердість 1-2. Густина 2050-2080 кг/м³. Крихка. Електропровідність і теплопровідність дуже слабкі. Добрий ізолятор. Утворюється при вулканічних виверженнях, при вивітрюванні сульфідів, при розкладанні гіпсоносних осадових порід, а також у зв’язку з діяльністю бактерій.

Тип сульфідів

Природні сірчані сполуки металів та деяких неметалів в хімічному відношенні розглядаються як солі сірководневої кислоти H₂S. Ряд елементів утворюють із сіркою консульфіди, які є солями полісірчаної кислоти H₂S. Головними елементами, які утворюють сульфіди, є Fe, Zn, Cu, Mo, Ag, Hg, Pb, Bi, Ni, Co, Mn, V, Ga, Ge, As, Sb. Кристалічна структура сульфідів зумовлена щільною кубічною та гексагональною упаковкою іонів S, між якими розташовуються іони металів. Основні структури представлені координаційними, острівними, ланцюжковими і шаруватими типами.

Походження переважно гідротермальне, деякі сульфіди утворюються і при екзогенних процесах в умовах відновлювального середовища. Є рудами багатьох металів – Cu, Ag, Hg, Pb, Sb, Co, Ni та ін.

До класу сульфідів належать близькі до них за властивостями антимоніти, арсеніди, селеніди і телуріди.

До типу сульфідів належать похідні H₂S, H₂Se, H₂Te. Серед них виділяють два класи: клас моносульфідів – галеніт, сфалерит, кіновар, піротин, пірит, марказит, молібденіт; клас полісульфідів – халькопірит, арсенопірит.

Галеніт – PbS – мінерал класу сульфідів. Містить 86,6% Pb, часткові домішки Se, Ag, Bi, Sb, Sn, Zn, Fe, Cd та ін. Кристалізується в кубічній сингонії. Структура координаційна. Найбільш часто зустрічається у вигляді зернистих і суцільних мас. Утворює друзи і скелетні форми, а також натічні коломорфні маси, рідше кубічні та октаедричні кристали. Відомі двійники, а також епітаксичні зростки з потьмянілими рудами, арсенопіритом, бурнонітом і золотом.

Колір свинцево-сірий з металевим блиском. Спайність надзвичайно досконала по (100). Твердість 2-3; крихкий. Густина 7400-7600 кг/м³. Діамагнітний, провідник електрики. Відкриває позитивний або від’ємний фотоелектричний ефект.

Сфалерит – ZnS – мінерал класу сульфідів. Як правило, містить домішки Fe (до 26%), Mn (до 8,4%), Cu (до 15%) та багато інших елементів. Кристалічна структура координаційна, алмазоподібна, в її основі – тришарові пакети ZnS-тетраедрів, що мають загальні вершини. Кристали сфалериту переважно тетраедричні або кубооктаедричні, рідше ромбододекаедричні. Часто із штриховкою, ступенями і спіралями росту на гранях. Характерні двійники по октаедру, в т. ч. полісинтетичні. Часто утворюються суцільні зернисті агрегати, іноді також щільні концентрично-зональні сталактити, ооліти, кірки, порошкуваті маси.

Колір різноманітний – від безколірного до чорного, переважно світло-коричневий або бурий, іноді жовтий, червоний, зелений. Світлі малозалізисті сфалерити прозорі, темні просвічуються. Твердість 3,5-4. Густина 4000±100 кг/м³. Крихкий. Спайність досконала по ромбододекаедру (в 6 напрямках). Багаті залізом різновидності парамагнітні, а бідні залізом – діамагнітні.

Кіновар – HgS– мінерал підкласу простих сульфідів. Містить 86,2% Hg, 13,8% S, домішки Se (до 1%), сліди Te. Основа структури – нескінченні ланцюжки, розташовані вздовж гвинтової осі, що зумовлює характерне для кристалів кіноварі обертання площини поляризації. Кристалізується в тригональній сингонії. Утворює товстотаблитчасті, ромбоедричні, інколи призматичні кристали. Характерні зернисті агрегати, часто зустрічаються двійники, у т. ч. двійники проростання.

Колір від яскравого до темно-червоного. Блиск алмазний. Твердість 2-2,5. Густина 8000-8200 кг/м³. Кіновар – типовий мінерал колоповерхневих гідротермальних родовищ, утворених в областях молодого вулканізму.

Халькопірит – CuFeS₂ – мінерал класу сульфідів. Близький за складом до CuFeS₂ (переважно з невеликим дефіцитом S). У вигляді домішок зустрічаються Mn (до 3%), As (до 1,5%), Sb (до 1%), Ag, Zn, In, Tl, Bi (<1%) та інші. Кристалічна структура координаційна, похідна від структури сфалериту. Кристалізується в тетрагональній сингонії, вище 700°С – у кубічній. Складає, в основному, суцільні маси і вкрапленики, досить рідко кристали тетраедричного, іноді також псевдодекаедричного габітусів. На гранях часто зустрічаються ступені росту і штриховки. Характерні двійники. Красиві колекційні кристали халькопіриту величиною до 10 см відомі на родовищах Казахстану, Азербайджану і Примор’я.

Часто халькопірит присутній у сфалериті у вигляді емульсійної вкрапленості – безпорядково розсіяних або закономірно орієнтованих мікровключень. Колір латунно-жовтий з синьою або строкатою відмінностями. Блиск металевий. Твердість 3,5-4. Густина 4200±100 кг/м³. Спайність відсутня. Крихкий. Злам раковистий.

Арсенопірит – FeAsS – мінерал класу сульфідів. Фактичний вміст As – 40-49%. Домішки Co, Ni, Mn, Zn, Sb, Se. Часто зустрічаються дрібненькі включення самородного золота (золотоносний арсенопірит). Кристалізується в моноклінній або триклінній сингоніях. Кристалічна структура координаційного типу, в її основі – щільна упаковка радикалів AsS^3–. Утворюють подовжені, рідше короткопризматичні з характерним ромбічним перерізом кристали, зоряні зростки, шостоватні та зернисті агрегати.

Колір олов’яно-білий, у зламі сталево-сірий. Часто спостерігається жовтуватий відтінок. Блиск металевий. Твердість 5,5-6,0. Густина 6100±100 кг/м³.

Арсенопірит – типовий мінерал високо- і середньотемпературних родовищ, в т. ч. часто золоторудних. Він є головним джерелом одержання миш’яку і його сполук. Із кобальтовміщуючого арсенопіриту видобувають кобальт. Золотоносний арсенопірит входить до складу золотих руд. Основним методом збагачення є флотація. Сорбенти – ксантогенати у кислому середовищі, регулятори середовища – сода, сірчана кислота, вапно, активатори – катіони міді, депресори – окислювачі. Селекція від піриту досягається при активізації арсенопірит іонами міді і флотації у вапняковому середовищі.