Дәріс 1. Шағылған жарықта руданы зерттеудің микроскопиялық әдісі

Руда – құрамында бағалы компоненттері жеткілікті, өнеркәсіпте бөлініп алынатын минералды агрегат. Руда моно- және поликомпонентті болуы мүмкін. Оның құрамында технологиялық зиянды заттар немесе экономикалық пайдалы заттар болуы мүмкін, сол сияқты улы заттар болуы немесе экологиялық таза болуы мүмкін.

Өнеркәсіптік концентрат (өндірістік өнім) – руданы өңдеу мен байыту өнімі. Тастандылар – руданы байыту және қайта өңдеуден қалған қалдық. Пайдалы қазба кенорындары – минералдық шикізаттың табиғи немесе техногендік жиналуы, ол сапасы, мөлшері, тау-кен техникалық, география-экономикалық және геоэкологиялық параметрлері бойынша ұтымды пайдалануға жарамды.

Рудалы кенорындар қара, жеңіл, түсті, сирек, радиоактивті және бағалы металл кенорындарына, сол сияқты шашыранды және сирек топырақтық элементтерге бөлінеді.

Бейрудалы кенорындарға химиялық, агрономиялық, металлургиялық, техникалық және құрылыстық минералдық шикізаттар жатады.

Жанғыш пайдалы қазба кенорындары мұнай, жанғыш газ, көмір, жанғыш тақтатас және шымтезекке бөлінеді.

Гидроминералды кенорындарына жерасты ауызсуы, техникалық, бальнеологиялық немесе минералдық және құрамындағы бағалы элементтерді (бром, йод, бор, радий және т.б.) бөліп алуға жеткілікті мұнайлы кенорындары жатады.

Металдарды микроскопиялық әдіспен зерттеуді 1831 жылы Златоуст қаласында тау-кен инженері П.П. Аносов қолданған, ол микроскоптың көмегімен «болаттың» құрылысының құпиясын анықтап, жоғары сапалы қылыш жасауды түзеткен.

1868 жылы Обухов зауытында Д.К. Чернов болаттың сындарлы нүктеге айналуын ашты, металлография ғылымының негізін қалады, кейінірек осыдан минераграфия дамыды.

Екі жүз жыл бұрын геолог Е.Д. Стратанович Е.С. Федоровтың айтуымен Турьин кенішінде беті тегістеліп лакпен жабылған руда үлгісін макраскопиялық әдіспен зерттеудің әдісін шығарған.

Бірінші рет бұрынғы ҚСРО да минераграфиялық әдісті қолдануды профессор К.И. Висконт ұсынған «Рудном вестнике», 1918 жылы «О методе металлографического анализа непрозрачных рудных минералов» деген мақаласы шыққан. 1922-1924 жылдар аралығында Ленинград тау-кен институты мен Москва тау-кен академиясының студенттерін минераграфиямен таныстыра бастады. 1929 жылы профессор Н.А. Шадлун және басқалары Орал политехникалық институтында минераграфиядан сабақ жүргізе бастады.

1930 жылы минераграфиядан Ф.А. Абрамовтың «Микроскопическое исследование руд в отраженном свете» деген қысқаша әдістемелік ұсынысы шықты.

1933 жылы А.Г. Бетехтин және Л.В. Радугиннің «Определение рудных минералов под микроскопом» деген кітабы басылып шықты.

1934 жылы С.А. Юшконың «Методы изучения руд в отраженном свете» деген кітабы жарық көрді. Ол қысқаша әдістемелік бөлімнен, кестелер, руда құрылымдарының сипаттамасынан және санды минералогиялық талдаудан тұрады. Ал 1949 жылы осы жұмыс екінші рет толықтырылып және өңделіп басылып шықты.

1934 және 1937 жылдары баспадан А.Г. Бетехтиннің «О текстурах и структурах руд» атты еңбегі шықты, онда рудалардың бітімі мен құрылымының қалыптасуы қарастырылған. Ал 1958 жылы А.Г. Бетехтиннің редакциясымен «Текстуры и структуры руд» оқулығы шықты.

1937 жылы И.С. Волынский рудалық минералды минераграфиялық зерттеудің анықтамасын ұсынды.

1941 жылы А.А. Глаголевтің «Геометрические методы количественного анализа агрегатов под микроскопом» деген оқулығы шықты.

1947-1949 жылы И.С. Волынскийдің үш томдық «Определитель рудных минералов под микроскопом» атты жұмысы жарияланды.

АҚШ-та рудалық микроскопты қолдануды бірінші болып У.Кемпбелл и К.У. Найт, У.Л. Уайтхед, Ф.Н. Гилд, И.С. Бастин, У.М. Дэви, К.М. Фарнхем и Дж. Мердоч бастады. Ерекше аталып өтілетін американдық ғалымдар И.С. Сэмпсон, М.Н. Шорт, Л.К. Грейтон, И.И. Фэрбенкс, Х.И. Мак-Кинстри, Дж.У. Вандервильт және тағы басқа елдің ғалымдары Л. Капдеком, И. Томсон, Р. Галопин, Дж.А. Дэнн, А.Ф. Халлимонд және т.б. Оптиканың теориясын негізінен П.Друде, Ж.Орсел, Ф.И. Райт және М. Берек атты ғалымдар дамытты.

1964 жылы М.П. Исаенконың «Определитель текстур и структур руд» атты кітабы шықты. Кейінірек (1984 және 1986 жылдар) С.А. Юшконың «Методы лабораторного исследования руд» атты және М.П. Исаенко және басқалардың «Определитель главнейших минералов руд в отраженном свете» кітаптары шықты.

Минераграфия – бұл әдіс шағылған жарықта жалтыратылған үлгітаста рудалық немесе жалпы мөлдір емес минералды микроскопиялық зерттеу. Бұл әдістің көмегімен руданың (сапалық және сандық) минералдық құрамын және құрылымдық ерекшелігін анықтауға болады.

Минераграфия минералогиямен және пайдалы қазбалар туралы іліммен тығыз байланысты. Минералогияны білу минераграфия курсын өтуге жеңіл болады. Минераграфиялық әдіспен макроскопиялық әдіспен анықтауға келмейтін минералдың өте ұсақ түйірлерін анықтауға болады.

Әсіресе рудалы кенорындарды зерттегенде минераграфияның маңызы зор. Минераграфиялық зерттеу руданың заттық құрамын және рудалы дененің бөліктеріндегі өзгерістерді анықтауға көмектеседі. Руданың құрылымдық ерекшелігін зерттеу минералжаралудың жағдайын білуге көмектеседі. Петрографиялық және геологиялық зерттеулермен қатар кенорынның генетикалық типін анықтауға және геологиялық барлау жұмыстарын тиімді жүргізуге көмектеседі.

Руданы механикалық байытуда және оны технологиялық өңдеу минераграфияның маңызы зор. Кенбайытушы сандық және сапалық минералогиялық құрамын білуі қажет.

Руданы минералогиялық зерттеу әртүрлі пайдалы қазба кенорнында келесі негізгі тапсырманы шешуге әкеледі:1) руданың минералдық құрамын зерттеу; 2) руданың типке бөлінуі және парагенетикалық минералдық ассоциация; 3) руда типінің орналасуы; 4) негізгі рудатүзуші минералды анықтау, олардың типоморфтық ерекшелігін және оларға кіретін элементтерді зерттеу; 5) бағалы компоненттердің таралу заңдылығын анықтау; 6) руданың бітімі мен құрылымын зерттеу; 7) минералжаралу процесінің сұлбасын құрастыру және кенорынның қалыптасу жағдайын анықтау; 8) минералогиялық зерттеудің нәтижесі бойынша руданың байытылғыштығын бағалау.

Жоғарыдағы мәселелерді шешу үшін барлау жұмыстарын жүргізген кезде бағалы элементті анықтау үшін немесе руданың заттық құрамын, технологиялық қасиетін анықтау үшін арнайы сынамалар алынады. Сынамалар келесідей болып бөлінеді: химиялық, минералогиялық, технологиялық. Химиялық сынамалар руданың химиялық құрамын анықтауға және ондағы пайдалы компоненттердің мөлшерін білуге қолданылады. Минералогиялық сынамаларға – кесек үлгі, жалтыратылған және мөлдір тастілімдер жатады. Руданың сандық сипаттамасына минералогиялық сынамалар алынады. Соңғысы түйір өлшемдік талдау жасау үшін ұсақталады. Технологиялық сынамалар пайдалы қазбаның технологиялық қасиетін, руданы байыту процесінің сапалық және сандық көрсеткішін анықтауға және концентратты қайта өңдеуге пайдаланылады. Басқа әдістер сияқты рудалық микроскопия басқа әдістермен бірге қолданған өте тиімді, оның ішінде спектрографиялық, химиялық, рентгенқұрылымдық және қазіргі әдістер- микрорентгеноспектрлік микроталдау, электрондық микроскоп және басқалар.

Минералдардың көпшілігі, әсіресе құрамында өнеркәсіп үшін құнды металдар бар минералдар дәнекерлеуші түтікше көмегімен және элементар сапалық химиялық реакциялармен қосымша зерттеулерді қажет етеді. Бұл әдістер арнайы құрастырылған анықтамалықтарда берілген. Бірақ сиректеу кездесетін немесе қарапайым әдістермен қиын анықталатын жүйелі минералогиялық зерттеулер кезінде ғана байқалатын минералдар тек жетілдірілген әдістемелерді қолдану арқылы ғ ана дә л анықтала алуы мүмкін. Осындай түбегейлі зерттеулердің қажеттілігі табиғи қосылыстардың құрамын толығ ырақ білуге қажеттілік пайда болғ ан кездегі жағдайлардың барлығында білінеді: 1) геологиялық карталарды құрастыру үшін қажет таужыныстарды петрографиялық зерделеуде; 2) қандай да бір жаң а кенорынды игерген кезде, осыған байланысты шикізаттың барлық компоненттерін комлпексті пайдалану мә селелерін шешу мақсатында рудалардың заттық құрамын жан-жақты зерделеу мәселесі қойылады; 3) минералогиялық жағынан айрықша қызық аудандарда арнайы зерттеулер үшін; 4) минералдық затты тереңдете зерттеулерді қажет ететін геохимиялық мәселелерді шешкен кезде. Минералдарды түбегейлі зерделеген кезде қажеттілігіне қарай әдетте келесі зерттеу әдістерін қолданады: кристалхимиялық, рентгенметриялық, кристалоптикалық, термикалық, спектрлік және рентгенспектрлік электрондық-зондылық талдаумен бірге химиялық-аналитикалық. Осы әдістердің барлығы арнайы жетекшіліктерде толық мазмұндалады.

Кристалхимиялық талдау – оны Е.С. Федоров әзірлеген. Бұл әдіс біз кристалдармен жұмыс жасағ ан жағдайлар кезінде ғана қолданыла алады. Бұл талдаудың мәнісі кристалл жақтары аралығ ындағ ы бұрышты өлшеумен қатар, қандай да бір шамада кристалдардың сыртқы пішіні бойынша ішкі құрылысын анықтауда жатыр. Өйткені ең жақсы дамығ ан әрі жиі кездесетін кристалл жақтары әдетте құрылымдық бірліктердің ең тығыз жайласқан жазықтықтарына сәйкес келеді.

Осындай жолмен кристалдардың сингониясы мен симметрия түрі ғана анықталып қоймайды, сондай-ақ минералдың құрамы да анықталады. Е.С. Федоров «Царство кристаллов» (1920 жылы) монументтік еңбек жазып, мұнда кристалхимиялық талдау бойынша арнайы кестелер келтірген.

Айта кететіні, кристалл затты зерттеудің рентгендік әдістердің практикада кең ендіру барысында, кристалхимиялық талдау диагноздау әдісі ретінде қазір біртіндеп өзінің мәнін жоғалтты және тек тарихи жағ ынан ғана қызық болып қалды. Біра қ кейбір кең таралғ ан минералдар (кальцит, пирит, циркон) кристалдарының әр түрлі келбеттерінің типін олардың жаралу жағдайына байланысты зерделеу кристалдар пішінінің типоморфтық мәнін анықтауғ а әкелді және іздеу лік кристалморфологияның маңызды ережелерін сипаттау ғ а мүмкіндік берді.

Рентгенметриялық талдау (рентгенография) (оны рентгенқұрылымдық талдаумен араластырмау керек. Рентгенқұрылымдық талдаудың мә селесіне заттың кристалдық құрылымын анықтау жатады) –кристалл затты алынатын рентгенограммаларды эталондықтармен салыстыру жолымен анықтау үшін қолданылады. Ол әр түрлі әдістермен жүргізілуі мүмкін, олардың ішінде ең көп қолданылатыны: кристалды айналдыра бұру (Поляни әдісі), рентгендік гониометр әдісі (Вейссенберг әдісі) және ұнтақ (Дебай-Шеррер) әдісі.

Бастапқы екі әдіс біз монокристалдармен жұмыс жасаған жағдайларда қолданылады. Кристалды айналдыра бұру әдісі деп айналдыра бұрған кристалды монохромалық рентген сә улесімен рентгенге түсіруді айтады. Осығ ан керісінше Лауэ әдісінде кристалл қозғалмайды, рентген түтікшесінің ұдайы спектрімен сә улелендіріледі. Кеңдеу қолданылатын рентген түсіруде Вейссенберг әдісі бойынша кристалды айналдырудан басқа сондай -ақ цилиндр үлдірді кристалды бұру осіне параллель, яғни рентген сә улесіне перпендикуляр бағ ытта үнемі қозғ ап отырады.Дебай-Шеррер әдісінің басымдығына оны минералдың агрегаттық массаларын жасырын кристалды және майда дисперсиялы заттармен қосазерделеуге мүмкіндік беретіні жатады. Сондықтан ол минералогтар практикасында диагноздау мақсатында кең қолданылады. Рентгенграмма, ол әдетте дебаеграмма деп аталады, арнайы камерада жарыққа сезімтал үлдірдің жолағында алынды. Дебаеграммада білінімдегеннен кейін әр түрлі қарқындылықты сызықтар – доғашықтар (үгітілген сыналатын зат кристалл сынығының ең тығыз жайласқан жазықтықтарынан шағылғ ан ренген сәулесінің конустары жасайтын сақиналар бөліктері) көрінеді. Алынған дебаеграмманы сыналатын затқа сыртқы белгілері бойынша ұқсас басқа белгілі заттар дебаеграммаларымен салыстырып (сызықтарының қарқындылығы бойынша және есептеп шығ арылған жазықтық аралық қашықтықтары бойынша), берілген минералды дәл анықтауға болады. Ол үшін спектрлік зерттеулер нәтижесі және ең болмағанда кейбір оптикалық константалар болу керек. Бұл әдістің лайықтылығына дебаеграмма алу үшін бар болғаны ұнтақ түріндегі 1 мм³ заттың жеткілікті екендігі жатады. Бұл айтылған толық химиялық талдау жүргізу үшін жеткілікті материал мүмкін болмағ ан жағдайларда айрықша маңызды. Бірақ, айта кететіні, өте майда дисперсиялы заттар шамалы білінген, анық емес дебаеграмма берсе, ал аморфтық денелер рентген сә улесінде тіпті білінбейді.

1.Минераграфияның дамуына үлестерін қосқан ғалымдар.

2.Минераграфияға түсінік

3.Рудалық микроскоппен шешілетін негізгі мәселелер