Промышленные типы месторождений полезных ископаемых (неметаллические)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовании

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Геолого-географический факультет 2009 г.

Рассмотрено и рекомендовано на заседании кафедры месторождений полезных ископаемых

СЕМЕСТРОВЫЙ КУРС ЛЕКЦИЙ

учебной дисциплины «Промышленные типы месторождений полезных ископаемых (неметаллические)»

цикла СД по специальности 130301 ПОИСКИ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Составитель

Профессор МАЙСКИЙ Ю.Г.

Ростов-на-Дону 2009



АННОТАЦИЯ

Майский Ю.Г. Семестровый курс лекций на модульной основе по учебной дисциплине «Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых».

Ростов на Дону. ЮФУ. 2009г. 152 с.

В настоящем курсе лекций обобщены материалы по месторождениям неметаллических полезных ископаемых. Приводятся данные о физических, химических и технологических свойствах неметаллических полезных ископаемых, областях их применения, а также их промышленная классификация. В лекциях рассматриваются вопросы генезиса промышленных месторождений неметаллических полезных ископаемых и приводятся примеры наиболее значимых из них. Уделяется внимание вопросам обеспеченности России различными видами нерудного сырья и распределением его месторождений по различным регионам страны.

Курс лекций предназначен для углублённого изучения дисциплины «Промышленные типы месторождений неметаллических (нерудных) полезных ископаемых», входящей в программу подготовки горных инженеров по направлению «Прикладная геология».

Илл. 6. Табл. 4. Библ. 51.



ВВЕДЕНИЕ

«Промышленные типы месторождений неметаллических (нерудных) полезных ископаемых является частью базовой дисциплины «Геология твёрдых полезных ископаемых» при подготовке горных инженеров по направлению «Прикладная геология» и изучается на 4 курсе в 7 семестре. Её значение в образовательном процессе определяется необходимостью подготовки высококвалифицированных кадров для геологической отрасли, способных использовать полученные знания при поисках и разведке месторождений полезных ископаемых.

Цель преподавания дисциплины - получение студентами сведений о значимости и различных типах промышленных месторождений неметаллических полезных ископаемых.

Задачи изучения дисциплины:

- приобретение знаний о применении различных видов неметаллического сырья в промышленном производстве;

- изучение генетических особенностей различных типов месторождений и примеры наиболее промышленно значимых месторождений неметаллических полезных ископаемых;

- получение сведений о ресурсах различных видов полезных ископаемых.

Перечень дисциплин, необходимых для усвоения данного курса: «Химия», «Общая геология», «Минералогия», «Петрография магматических и метаморфических пород», «Литология», «Геология твёрдых полезных ископаемых».

Основные компетенции студента при освоении данной дисциплины разработаны с учётом его будущей практической работы в геологических организациях и научных учреждениях. Студент, изучивший данную дисциплину, должен знать:

- физико-химические и технологические свойства различных видов неметаллических полезных ископаемых;

- области их применения в промышленности;

- промышленно-генетические типы месторождений;

- размещение на территории России и примеры наиболее промышленно значимых месторождений;

уметь:

- на основе имеющихся геологических материалов определять принадлежность месторождения к тому или иному типу;

- выбирать наиболее приемлемые способы разведки и оценки месторождений;

- определять возможность комплексной отработки месторождения;

- оценивать возможность использования сырья данного месторождения в различных производствах.

иметь представление:

- о важнейших экономических показателях определяющих промышленную ценность месторождений;

- о современных потребностях в конкретных видах сырья;

-о степени обеспеченности России различными видами неметаллических полезных ископаемых.

Объём дисциплины и виды учебной работы показаны в таблице 1.

Таблица 1 - Виды учебной работы по дисциплине «Промышленные типы месторождений неметаллических (нерудных) полезных ископаемых

Вид работы	Трудозатраты в кредитах(часах)	Семестр
Общая трудоемкость дисциплины	2 (56)	7
Аудиторные занятия	1 (28)
Лекции	1 (28)
Самостоятельная работа	1 (28)
Вид итогового контроля	экзамен



Лекции по дисциплине «Промышленные типы месторождений неметаллических (нерудных) полезных ископаемых» подразделяются на 4 модуля (раздела), которые показаны в таблице 2.

Таблица 2 - Модули дисциплины

Наименование модуля	Лекции, кредиты (часы)
Вводный раздел	0,05 (2)
Индустриальное сырьё	0,50 (14)
Месторождения химического и агрономического сырья	0,25 (6)
Месторождения строительных материалов и сырья для их производства	0,20(6)

В предисловии к каждой лекции, помимо её названия и трудозатрат студента в часах, приводится перечень главных вопросов темы лекции.

В конце каждого модуля (раздела) приводятся проектные задания студентам для самостоятельной работы и рубежные тесты самоконтроля знаний.

Календарно-тематический план лекций имеет следующий вид

Тема занятия/модуль	Тип занятий	Индивидуальные консультации	Самостоятельная работа	Неделя
1	2	3	4	5
МОДУЛЬ 1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ
Неметаллические полезные ископаемые	Лекция	0,5	2	1
Тест рубежного контроля				1
МОДУЛЬ 2. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНДУСТРИАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Алмаз	Лекция	0,5	2	2
Ювелирные и поделочные камни	Лекция	0,5	2	3
Пьезооптический кварц и исландский шпат	Лекция	0,5	2	4
Флюорит. Барит	Лекция	0,5	2	5
Слюды. Графит	Лекция	0,5	2	6
Магнезит. Тальк.	Лекция	0,5	2	7
Асбесты. Цеолиты.	Лекция	0,5	2	8
Тест рубежного контроля				8
МОДУЛЬ 3. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО И АГРОНОМИЧЕСКОГО СЫРЬЯ
Фосфатное сырьё	Лекция	0,5	2	9
Минеральные соли	Лекция	0,5	2	10
Серное и борное сырьё	Лекция	0,5	2	11
Тест рубежного контроля				11
МОДУЛЬ 4. МЕСТОРОЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СЫРЬЯ ДЛЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА
Пески и глины.	Лекция	0,5	2	12
Карбонатные породы. Гипс и ангидрит	Лекция	0,5	2	13
Естественные строительные и облицовочные камни	Лекция	0,5	2	14
Тест рубежного контроля				14
ИТОГО:	28	7	28	14

МОДУЛЬ 1. ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

Комплексная цель - ознакомление с основными свойствами и значением неметаллических полезных ископаемых.

Лекция 1. (2часа). Неметаллические полезные ископаемые

Общие сведения, значение, промышленная и генетическая классификации.

Общие сведения.

К неметаллическим полезным ископаемым относятся минералы и горные породы, из которых не извлекают в качестве главного компонента металлы и которые не являются энергетическим сырьём.

Термины неметаллическое и нерудное полезное ископаемое рассматриваются как синонимы, но такие выдающиеся геологи, как А. Е. Ферсман и П. М. Татаринов, отдавали предпочтение первому из них как более точно отражающему сущность предмета. В последние годы по отношению к отдельным видам неметаллических полезных ископаемых все чаще стал использоваться термин руда. Выделяют апатитовые, фосфоритовые, серные, асбестовые, графитовые, баритовые, калийные и многие другие руды. В то же время к таким неметаллическим полезным ископаемым, как гранит, пески, глины, каменная соль и другие, этот термин не применяется. Можно называть рудами те неметаллические полезные ископаемые, которые представлены минералами и минеральными агрегатами, образующими вкрапленники, прожилки, жилы, пластообразные и неправильные залежи, их извлекаются из вмещающих пород либо избирательной отработкой, либо с применением методов обогащения.

В настоящее время насчитывается свыше 130 видов неметаллических полезных ископаемых, используемых в естественном или переработанном виде.

Одной из наиболее характерных черт неметаллических полезных ископаемых является наличие определённых физических, химических и технических свойств, которые влияют не только на технологию переработки, но и на качество конечных промышленных изделий. Многообразие состава и свойств неметаллического полезного ископаемого может играть главную роль в использовании его в том или ином производстве; оно приводит к исключительной специализации данного сырья и к выработке очень точных и строгих стандартов, технических условий, кондиций и сортификации, применяемых лишь для узких и строго определённых производств. Сортификация неметаллических полезных ископаемых по их различным физическим и механическим свойствам предопределяет сложность геолого-экономичекой оценки их месторождений. Кроме определения запасов полезного ископаемого, его содержания, горнотехнических условий необходимо знать требования соответствующих отраслей промышленности к данному сырью. Например, применение хризотил-асбеста в текстильной, картонно-шиферной или асбоцементной промышленности зависит от длины волокна, прочности его на разрыв, эластичности (гибкости); слюды в электротехнике -- от величины пластин-кристаллов, диэлектрической проницаемости, термической стойкости и отсутствия дефектов.

Многие неметаллические полезные ископаемые могут применяться в различных отраслях производства, которые используют те или иные их свойства. Например, флюорит является важным сырьем для металлургического, химического, стекольного, ювелирного и оптического производства; тальк применяют в огнеупорной, бумажной, резиновой, кабельной, строительной и фармацевтической отраслях производства, серу -- в химической, резиновой, бумажной, пищевой отраслях и в сельском хозяйстве.

Важная особенность неметаллического сырья - его взаимозаменяемость, в силу тождественности тех или иных свойств для одной и той же цели используются различные виды сырья. Так, в качестве электроизоляторов могут применяться не только слюды, но и мрамор, асбест, тальковый камень; в качестве смазочных веществ наряду с графитом могут применяться тальк и слюдяной порошок.

Промышленная классификация.

Промышленная классификация неметаллических полезных ископаемых, предложенная П.М. Татариновым, основывается на их свойствах и главных направлениях применения в промышленности. По этим признакам выделены три группы неметаллических полезных ископаемых.

1. Индустриальное сырье: драгоценные, технические и поделочные камни -- алмаз, рубин, сапфир, изумруд, гранаты, агат, яшмы; графит; слюды -- мусковит и флогопит; асбесты хризотиловые и амфиболовые; тальк и тальковый камень; магнезит и брусит; пьезооптический кварц и кварц для плавки; флюорит; барит и витерит; исландский шпат; цеолиты и др.

II. Химическое и агрономическое сырье: минеральные соли; фосфатное сырье--апатит и фосфориты; серное и борное сырье.

III. Минеральные строительные материалы и сырье для их производства: керамическое сырье - пегматиты, фарфоровый камень, высокоглиноземистые силикаты, волластонит; глины и каолины; песок и гравий; карбонатные породы; гипс и ангидрит; активные минеральные добавки - диатомиты, трепелы, опоки, трассы и пуццоланы; породы для получения легких строительных материалов - шунгит, перлит, вермикулит; естественные строительные камни.

Эта классификация достаточно условна, так как один и тот же вид сырья в силу многообразия свойств может применяться в разных областях и относиться к разным группам. Например, флюорит может быть отнесен и к индустриальному и к химическому сырью; карбонатные породы - к химическому сырью и к природным строительным материалам.

Индустриальное сырье представлено минералами, обладающими исключительными физическими свойствами (высокая твердость, мягкость, огнеупорность, волокнистость, оптические и пьезоэлектрические, диэлектрические эффекты). Они используются в естественном виде, подвергаясь в основном механической обработке.

К химическому сырью относятся горные породы и минеральные агрегаты (соляные породы, фосфориты, апатит-нефелиновые, апатит-магнетитовые и серные руды, бораты), из которых путем химической переработки извлекают элементы и химические соединения.

В группу природных строительных материалов и сырья для их производства входят широко распространенные горные породы, большая часть из которых применяется в естественном виде или после термической или технологической переработки.

Значение неметаллических полезных ископаемых.

Роль и значение неметаллических полезных ископаемых в экономике трудно переоценить, и практически невозможно найти отрасль промышленности или техники, где не использовалось бы неметаллическое сырье. Применение неметаллических полезных ископаемых возрастает с каждым годом, что обусловлено вовлечением в сферу промышленного освоения новых видов дешевого и широко распространенного в природе неметаллического сырья, резким увеличением потребностей сельского хозяйства в минеральных удобрениях, интенсивным ростом жилищного, промышленного и дорожного строительства, широким внедрением химических методов обработки разных видов сырья.

Применение неметаллического сырья существенно расширилось в современную эпоху, особенно в XX в., когда начали использовать новые виды минерального сырья в сельском хозяйстве, химии, в производстве огнеупоров, кислотоупорных изделий, фильтровальных и изоляционных материалов, а также в керамике, металлургии, оптике, бумажной, резиновой и пищевой промышленности. Особенно роль его возросла, во-первых, с применеяием новых видов неметаллического сырья (например, высокоогнеупорных форстеритов и силлиманитов, вспученных перлитов и вермикулитов с высокой емкостью поглощения), во-вторых, с новыми областями использования традиционных материалов (например, применение химически чистого графита в качестве замедлителя быстрых нейтронов в атомных реакторах, кремния -- в качестве полупроводников в электронных устройствах, в которых нуждаются автоматические и кибернетические системы) и, в-третьих, с использованием технологических достижений нашего атомного и космического века. При создании ракет, отдельные части которых должны выдерживать высокие температуры при запуске и возвращении на Землю (прохождение через плотные слои атмосферы), используются покрытия из керамических материалов совместно с органическими полимерами, Zr02 или металлическими порошками для авиационных двигателей и тепловых экранов (так называемая металлокерамика). В атомной промышленности огнеупоры используются как конструкционные материалы для замедлителей и отражателей нейтронов (например, стержни из В4С и BN); эти же материалы применяются для изготовления легких керамических плит для самолетов и вертолетов. Для изготовления различных лазеров применяются такие минералы, как альмандин, апатит, флюорит и рубин.

По объёму производства неметаллические полезные ископаемые занимают первое место среди всех видов минерального сырья. Даже в экономике такой страны, богатой рудными месторождениями, как США, ресурсы неметаллов в два раза превышают количество руд в общем национальном продукте, и это различие продолжает возрастать.

Особенно это проявляется в стоимостном выражении. Так ценность балансовых (разведанных) запасов в России неметаллических полезных ископаемых сравнима по стоимости руд металлов и алмазов. На нерудные полезные ископаемые (НИИ) приходится 15 %, а на черные, редкие, благородные металлы и алмазы -- 14,3 % валовой потенциальной стоимости. Если же убрать из этого ряда стоимость алмазов, которые тоже относятся к неметаллам, то разница будет ещё более значительной.

В настоящее время экономика России (с позиции ряда важнейших видов неметаллов) оказалась в критической зависимости от превышения 50%-ного порога доли экспорта от всего производства (калийные соли, апатит, асбест), а также почти полной зависимости рынка (на 60--90 %) от импорта по ряду неметаллов (щелочные бентониты, барит, каолин, кристаллический графит и др.). Это объясняется тем, что основные горнодобывающие предприятия и ранее подготовленные в бывшем СССР промышленные запасы остались за пределами России: свыше 90 % барита -- в Казахстане и Грузии, более 80 % фосфоритов -- в Казахстане и Узбекистане, каолина -- на Украине и в Казахстане, 70 % высококачественных бентонитов -- на Кавказе и в Средней Азии, 60 % кристаллического графита -- на Украине и др.

Генетическая классификация неметаллических полезных ископаемых.

В этой связи возникла необходимость расширения поисковых и разведочных работ, которые должны базироваться на фундаментальных знаниях о генезисе различных видов полезных ископаемых. Советскими геологами П.М. Татариновым и В.И. Смирновым и др. обобщены данные о генезисе месторождений неметаллических полезных ископаемых. Предложенная ими классификация приводится ниже.

А. Эндогенные месторождения

I. Собственно магматические

1. Раннемагматические.

2. Позднемагматические.

3. Ликвационные.

К классу собственно магматических месторождений (ранне- и позднемагматических) относятся некоторые месторождения алмаза, графита и апатита, а главным образом многочисленные и широко используемые промышленностью в качестве естественных строительных камней месторождения различных изверженных пород (гранит, базальт, диабаз, лабрадорит, вулканический туф, пемза, перлит и т. д.).

II. Пегматиты

К этому классу относятся месторождения полевых шпатов, нефелина, мусковита, кварца, письменного гранита, горного хрусталя (преимущественно морион), драгоценных, цветных и поделочных камней (изумруд, топаз, турмалин и др.), корунда и наждака, оптического флюорита.

III. Карбонатиты

В генетической и пространственной связи с карбонатитами встречаются некоторые месторождения апатита, флогопита и вермикулита.

IV. Постмагматические

1. Скарновые.

2. Гидротермальные:

а) глубинные (больших и умеренных глубин) -- высоко-, средне- и низкотемпературные;

б) близповерхностные (малых глубин и поверхностные) -- высоко-, средне- и низкотемпературные.

3. Эксгаляционные и вулканогенно-осадочные.

Скарновыми являются некоторые месторождения андалузита, корунда, графита, силикатов бора и боратов.

К классу гидротермальных глубинных относятся некоторые месторождения флогопита, апатита, хризотил-асбеста и амфибол-асбестов, талька и талькового камня, магнезита, горного хрусталя, плавикового шпата.

Гидротермальными близповерхностными являются месторождения плавикового шпата, барита, витерита, агата, алунита, исландского шпата, серы.

К классу эксгаляционных и вулканогенно-осадочных принадлежат весьма крупные месторождения серы и боратов.

Б. Экзогенные месторождения

I. Месторождения выветривания

1. Обломочные: элювиальные и делювиальные россыпи. Сюда относятся некоторые месторождения алмаза, графита, барита, корунда и андалузита.

2. Остаточные:

а) глины, каолины и латериты;

б) типа железной шляпы.

К классу остаточных относятся некоторые месторождения глин, каолина, фосфоритов, стекольных песков, боратов, талька, гипса, серы, алунита, вермикулита.

3. Инфилътрационные.

К ним относятся месторождения фосфоритов, барита, магнезита, боратов, исландского шпата, гипса, серы.

II. Осадочные месторождения

1. Механические осадки:

а) аллювиальные россыпи и конгломераты;

б) переотложенные осадки тонкодисперсных продуктов выветривания.

Механическими осадками являются многие месторождения гравия, глин, каолинов, песка и песчаника, алмаза, фосфоритов.

2. Химические осадки:

а) из истинных растворов;

б) из коллоидных;

в) биохимические.

К классу химических осадков относятся месторождения солей натрия, калия и магния, гипса, боратов, доломита, известняков, мергелей, фосфоритов, диатомита, трепела и опок, серы.

В. Метаморфогенные месторождения

I. Метаморфизованные

II. Метаморфические

В классе метаморфогенных месторождений находятся многие месторождения андалузита, силлиманита, кианита, мрамора, кварцита, талька и талькового камня, графита, кровельного сланца, корунда, наждака, гнейса.

Литература: [1]* с.4-8; [2] с.5-11; [3] с.346-348.

Проектные задания студентам для самостоятельной работы.

По литературным данным сделать подборку форм тел неметаллических полезных ископаемых.

* Номера по списку литературы, выделена основная литература

Рубежные тесты к модулю 1

Тест	Вопрос	Варианты ответов
Тест 1	Какие из перечисленных полезных ископаемых относятся к неметаллическим?	а)железная руда б)нефть в) уголь г)слюда д)золото
Тест 2	Какие полезные ископаемые из перечисленных не относятся к индустриальному сырью?	а)графит б)сера в)тальк г)флюорит д)пьезокварц
Тест3	Какие полезные ископаемые из перечисленных не относятся к магматическим?	а)алмаз б)графит в)апатит г)гранит д)фосфорит
Тест 4	Какие месторождения не относятся к эндогенным?	а)магматические б)метаморфические в)осадочные г)гидротермальные д)пегматитовые



МОДУЛЬ 2. МЕСТОРОЖДЕНИЯ ИНДУСТРИАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Комплексная цель: показать значение различных видов индустриального сырья для промышленного производства и промышленные типы месторождений,

Лекция 2. (2 часа) Алмаз

Общие сведения, свойства, применение в промышленности, генетические типы месторождений, мировые ресурсы.

Алмаз (С) является полиморфной модификацией углерода, кристаллизующейся в кубической сингонии.

Большая часть алмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо оформленных кристаллов или их обломков. Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Так их и называют - плоскогранными. Реже встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако в некоторых месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаются друг с другом или же, как бы «прорастают» друг друга, образуя соответственно так называемые двойники срастания и прорастания. Практически во всех алмазных месторождениях присутствуют микро- и скрытокристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся мельчайших зерен алмаза.

Уникальные свойства алмаза обусловлены особенностями его кристаллического строения. Элементарная кристаллическая ячейка алмаза представляет собой гранецентрированный куб. Атомы углерода (С) расположены в вершинах куба, в центрах его граней, а также в центрах 4-х несмежных октаэдров. Каждый атом углерода связан с четырьмя ближайшими атомами, симметрично расположенными по вершинам тетраэдра наиболее «прочной» химической связью - ковалентной. Идеальный кристалл алмаза можно представить себе как одну гигантскую молекулу. Этим и объясняются многие, исключительно ценные свойства алмаза.

Алмаз является самым твёрдым из всех известных веществ и превосходит по абсолютной твёрдости корунд в 150 раз и кварц в 1000 раз. Сильный блеск и игра цвета у алмаза объясняются высокими показателем преломления и дисперсией. Для алмаза характерны совершенная спайность по октаэдру, хрупкость, высокая плотность, люминесценция в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, высокая теплопроводность. Он является диэлектриком, химически стоек- не растворяется ни в кислотах ни в щелочах. Температура плавления алмаза 3700 - 4000°С. Сгорает алмаз на воздухе при 850 - 1000°С, а в кислородной среде горит слабо-голубым пламенем при 720 - 800°С полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до 2000 - 3000°С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

Большинство природных алмазов бесцветно, однако, нередки камни самых разнообразных цветов и оттенков. Хотя алмаз может быть почти любого цвета, алмазы синего цвета наиболее редки и потому наиболее ценны. Однако ослепительная игра их открывается лишь тогда, когда камень огранен в форму бриллианта. Такие алмазы ценятся очень высоко, но опять же выше всех среди прочих ценится алмаз, обладающий голубоватым оттенком. Наиболее часто встречаются алмазы со слабым желтоватым оттенком, а также зеленоватые. В США, Великобритании и ряде других странах искусственное окрашивание природных алмазов производят в лабораторных условиях путём бомбардировки их электронами высоких энергий.

Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.е. не смачивается водой. В то же время алмазы способны прилипать к некоторым видам жиров, на чем основаны некоторые способы извлечения алмазов из раздробленной алмазоносной породы.

Вес алмазов измеряется в каратах: 1 карат равен 0,2 грамма.

Применение алмазов.

В зависимости от качества алмазы делятся на ювелирные и технические. К ювелирным относят достаточно крупные кристаллы совершенной формы, окраски, исключительной прозрачности, без трещин, включений и иных дефектов. Минимальный размер ювелирных алмазов 0,05 карата (0,01 г); крупными считаются камни более 10 каратов; если масса алмаза превышает 50 каратов -- ему присваивается имя.

Крупные алмазы распиливают, подвергают огранке и шлифовке с получением бриллиантов, при этом теряется более 50% их массы. Назначение огранки -придать камню наибольший блеск и игру цветов. Стоимость бриллиантов достигает очень большой величины (более 10000 долларов за карат).

Самый крупный алмаз Куллинан (масса 3106 карат, размеры 10X6,5X5 см) голубого цвета был обнаружен в 1905 г. в южноафриканской трубке Премьер; он представлял обломок октаэдрического кристалла. После распиловки из него было получено большое количество мелких бриллиантов и два очень крупных: Звезда Африки (530,2 кар) и Куллинан-2 (317,4 кар). Общая масса бриллиантов, полученных из этого алмаза, составила 1063,65 кар.

Но в 2007 году в Африке был найден самый крупный в истории человечества алмаз ювелирного качества массой около 6000 карат.

Существенное изменение технологии огранки алмазов произошло в связи с внедрением лазерной техники: использование луча лазера для распиловки кристаллов экономично и почти неограниченно расширяет ассортимент форм огранки.

В общей массе алмазного сырья свыше 75% приходится на долю технических алмазов, среди которых различают борт, баллас, карбонадо и конго. Борт -- мелкие неправильные кристаллы, сростки, непригодные для ювелирных целей. Баллас -- шарообразные мелкозернистые агрегаты с более твердой, чем ядро, оболочкой. Карбонадо -- тонкозернистые, пористые агрегаты черного, серого или зеленоватого цветов. Конго -- наиболее низкосортные мелкие алмазы, пригодные лишь в качестве абразивного материала.

Технические алмазы используются для армирования буровых коронок, изготовления режущих инструментов и свёрл, для изготовления метчиков, твердомеров, фильеров, подшипников, износостойких покрытий в точных приборах, кювет и окошек в химическом производстве. Алмазные порошки используются для изготовления шлифовальных кругов, обрезных дисков, шлифовальных паст.

В связи со всё возрастающими требованиями к точности и скорости обработки металлов технические алмазы широко применяются в машиностроении, электронной, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

В последние годы во многих странах налажено промышленное производство синтетических алмазов не уступающих по технологическим показателям. природным техническим алмазам (в США, ЮАР, Ирландии, Швеции, Японии, России). Мелкие кристаллы синтетических алмазов получают при перекристаллизации графита в присутствии железа в качестве катализатора при высоких температурах и давлениях. Мировое производство синтетических алмазов технических сортов сопоставимо с объёмом добычи природных.

Промышленно-генетические типы месторождений алмазов.

I коренные:

кимберлитовый (трубки Мир, Юбилейная, Удачная, Нюрбинская - Якутия; Премьер - ЮАР);

кимберлит - лампроитовый (трубки им. Карпинского 1 и 2 - Архангельская область);

лампроитовый (трубки Аргайл - Австралия, Прейри-Крик-США, Карелия, Полярный Урал);

метаморфогенный (Кумбыкальское -Казахстан);

импактный - взрывной (Попигайское - Россия).

II Россыпные (россыпи Намибии, Бразилии, ЮАР, Индии, бассейна р. Конго, бассейна р. Вилюй в Якутии).

Коренные месторождения алмазов.

Коренные месторождения алмазов, связанные с кимберлитовыми трубками взрыва, успешно эксплуатируются на протяжении более 120 лет. На их долю приходится около 80% добычи всех природных алмазов в мире. Кимберлитовые и лампоитовые тела приурочены к разломам активизированных древних платформ. Часто процессы активизации протекают на одной и той же платформе в несколько этапов. Так на Сибирской установлено три этапа: девонский, триасовый и юрско-меловой.

Кимберлитовые трубки - конусообразные, суживающиеся вниз рвущие тела округлой, реже более сложной формы в плане, прослеживаемые на большую глубину (до 2 км и более) среди пород платформенного чехла и кристаллических образований фундамента. Трубообразные тела имеют сечение от нескольких метров до нескольких сот и даже тысяч метров. Так, наиболее крупная трубка в мире Камафука - Камазамбо в Анголе имеет площадь 150 га. При этом поперечные сечения резко сокращаются с глубиной (трубка Мир в Якутии на глубине 600 м уменьшается в 5 раз). Часто трубки на глубине переходят в дайки. В разрезе в трубках различают кратерную, диатремовую и канальную части.

Алмазоносные кимберлитовые магматические тела сложены богатой летучими калиевой ультраосновной порфировой породой, которая носит название кимберлит. Ксеноморфные минералы, принесенные из мантии (оливин, флогопит, пикроильменит, гранат,хромдиопсид, алмаз) погружены в более тонкозернистую цементирующую массу. Породы обычно изменены постмагматическими процессами и превращены в серпентин -хлорит -карбонатную массу. Собственно кимберлиты слагают только отдельные участки кимберлитовых трубок, а большая часть их образована эксплозивными и эруптивными брекчиями, а также автолитовыми брекчиями (обломки кимберлитов ранних фаз внедрения). Кимберлитовые трубки являются многофазовыми образованиями, формировавшимися в результате многократного прорыва кимберлитовой магмы. Однофазовые трубки менее алмазоносны, чем многофазовые. Кратерные части трубок выполнены обломочным материалом сносимым с бортов после образования трубок,. Они фиксируются только в слабоэродированных районах.

Рис. 1 - Модель алмазоносной кимберлитовой трубки Зимнего Берега (Архангельская алмазоносная провинция)

Диатремовые части трубок, наибольшие по длине, сложены эксплозивными брекчиями и туфами кимберлитов. А канальные их части образованы массивными кимберлитами. Алмазоносны все части трубок, но максимальная алмазоносность отмечается в диатремовых частях. Алмазы заключены в основном в мелкозернистой кимберлитовой массе.

Кимберлитовые алмазоносные трубки обычно встречаются группами и выделяются как кимберлитовые поля (районы). Кимберлитовые провинции состоят из десятков кимберлитовых полей, содержащих сотни кимберлитовых тел.

Добыча алмазов из кимберлитовых трубок в ЮАР ведется уже более 100 лет. Например, известная трубка Премьер разрабатывается с 1903 года. Здесь было добыто большое количество камней ювелирного качества, в том числе алмазы чернильно-синего цвета и крупнейший алмаз Кулинан.

В Якутской алмазоносной провинции, являющейся основным алмазодобывающим регионом России выделяется 7 алмазоносных районов. В них сосредоточены наиболее крупные разрабатываемые кимберлитовые трубки: Удачная, Интернациональная, Айхал, Юбилейная, Нюрбинская. На давно эксплуатирующихся трубках Мир и Айхал ведётся строительство подземных рудников.

К последней четверти XX в. относится обнаружение новой Архангельской алмазоносной провинции на севере Русской платформы (месторождения имени Ломоносова и Гриба).

Лампроиты - новый источник промышленных алмазов, открытый в конце 70-х годов в Австралии (месторождение Аргайл). Это - богатая калием и магнием основная или ультраосновная порода вулканического или интрузивного гипабиссального происхождения. Лампроитовые тела по сравнению с кимберлитовыми имеют большие размеры. По своему строению лампроитовые трубки в целом аналогичны кимберлитовым, но, судя по месторождению Аргайл, они быстрее выклиниваются на глубину переходя в дайки. Обычно лампроиты содержат мелкие технические алмазы. Из высокопродуктивной лампроитовой трубки Аргайл, открытой в 1979 году, уже в 1983 году было добыто 6,2 млн карат алмазов.

Существует пять гипотез о происхождении алмазов в кимберлитах и лампроитах: 1) алмазы кристаллизуются на мантийных глубинах, захвачены расплавом и вынесены магматическими потоками к поверхности; 2) они кристаллизовались в самой кимберлитовой или лампроитовой магме как ее естественные породообразующие минералы; 3) это результат ассимиляции ультраосновной магмой углеродсодержащих пород; 4) алмазы образуются в постмагматическую стадию в связи с пневматолитовыми и даже гидротермальными процессами; 5) формируются из глубинных подкоровых флюидных потоков. Первые две гипотезы поддерживаются многими геологаим.

Другой тип коренных месторождений алмазов связан с импактитами - породами, образовавшимися в результате ударов космических тел о поверхность Земли. В результате сверхвысоких давлений, возникших при ударе, произошел твёрдофазовый переход содержащегося в этих породах графита в алмаз. Алмаз представлен мелкими поликристаллическими агрегатами, нередко с примесью гексагональной модификации алмаза - лонсдеелита. В настоящее время этот тип месторождений не имеет промышленного значения. Примером подобного типа месторождений является Попигайская астроблема.

Новый тип коренных месторождений алмазов, открытый в 60-х годах, приурочен к кристаллическим породам метаморфического комплекса Кокчетавского массива Казахстана. Алмазы установлены в биотитовых гнейсах, биотит-кварцевых, гранат-пироксеновых, пироксен- карбонатных породах. Преобладающий размер алмазов не превышает 100 мкм., поэтому они могут использоваться в качестве абразивного материала. В настоящее время месторождения этого типа не разрабатываются.

Россыпные месторождения.

Месторождения алмазов этой генетической серии представлены разнообразными россыпями, которые сформировались в результате либо выветривания (обломочные месторождения), либо осадконакопления (механические осадки) и представляют собой вторичные концентрации алмазов. Эксплуатация россыпей алмазов технически и экономически более выгодна по сравнению с эксплуатацией коренных месторождений. Она осуществляется в основном открытым способом. Во многих россыпях концентрации алмазов превышают десятки каратов на 1 м3 рыхлой породы.

Элювиальные россыпи

Обломочные месторождения кор выветривания образуются при выветриванли алмазоносных кимберлитовых трубок, алмазоносных песчаников и конгломератов (древние ископаемые россыпи), вскрытых эрозией. Они сложены рыхлыми продуктами химического и физического выветривания алмазоносных пород, в которых повышается концентрация алмазов и облегчаются условия их извлечения.

Наиболее продуктивная кора выветривания возникает в самых верхних горизонтах кимберлитовых трубок во влажном и теплом климате. Она выделяется под названием «желтая земля» и представляет собой глиноподобную массу желтого цвета, состоящую из карбонатов, опала, барита и глинистых минералов. Алмазы в ней находятся в «свободном» состоянии и извлекаются промывкой. Мощность «желтой земли» достигает десятков метров. В арктическом климате элювий кимберлитов сформирован дресвой и мелкой щебенкой, распространяющейся на глубину 3--5 м.

Аллювиальные россыпи являются наиболее распространенными и важными в промышленном отношении среди экзогенных месторождений алмазов. Они приурочены к речным отложениям и в возрастном отношении подразделяются на древние и современные (молодые).

Древние россыпи не эксплуатируются, за исключением докембрийских конгломератов в Индии и ЮАР -- Витватерсранд (в последнем случае алмазы извлекаются попутно при добыче золота). Первичный источник алмазов - денудированные кимберлиты. Древние россыпи являются важным источником алмазов современных элювиально-делювиальных россыпей.

Современные россыпи подразделяют на долинные, террасовые, пойменные и русловые Долинным россыпям свойственна концентрация алмазов в грубозернистых отложениях.

Прибрежно-морские россыпи алмазов образуются на пологих океанических берегах при выносе алмазов реками из глубин континента и разносе вдоль побережья. Наиболее промышленно значимые россыпи этого типа находятся в Намибии и ЮАР. Содержание алмазов в них достигает 100 и более карат на кубометр породы, причем практически все они (90 -95%) ювелирных сортов, Экономическая ценность месторождений такого типа велика, так как разработка их достаточно дёшева.

Рис. 2 - Распределение мировой добычи алмазов по массе и стоимости в 2004 г.

Мировая добыча алмазов постоянно растёт: в 1970 г. она составила 33,5 млн.карат, в 2000 г. - 136 млн. карат стоимостью в 7,8 млрд. дол., а в 2004 г.- достигла 160 млн.кар. суммарной стоимостью 10,9 млрд дол.; повышается доля более качественных и дорогих алмазов. Большая часть алмазов добывается на Африканском континенте (Рис2).

Россия занимает первое место в мире по запасам и добыче алмазов. В 2008 году в России добыто 36,9 млн. кар. стоимостью 2,2 млрд.дол. Сырьевая база России сосредоточена в 3 алмазоносных провинциях: Республике Саха (Якутия), Архангельская область, Пермский край. На долю коренных месторождений приходится 95 % разведанных запасов.

Литература: [3] с.349-358; [2] с.26-42; [1] с.195-211; [4] с.178-192; [16,23].

Лекция 3.(2 часа). Ювелирные и поделочные камни

Общие сведения, свойства, классификация, генетические типы месторождений, краткая характеристика камней первого порядка, ресурсы.

К ювелирным и поделочным камням (камнесамоцветное сырье) относятся минералы и горные породы, которые обладают рядом свойств, определяющих эстетическую ценность изготовляемых из них изделий. Наиболее важные из этих свойств: цвет, прозрачность, яркий блеск, высокое лучепреломление и светорассеяние, иризация, опалесценция, химическая устойчивость, большая твердость. У различных драгоценных камней, как правило, наиболее интенсивно проявлен какой-либо один из перечисленных признаков. Например, обычно бесцветный алмаз отличается очень высокой дисперсией, а рубин и сапфир, наоборот, характеризуются низким коэффициентом дисперсии, но великолепно окрашены. Некоторые яркоокрашенные ювелирные камни полупрозрачны (благородный жадеит, хризопраз) или даже непрозрачны (бирюза).

Для максимального выявления всех достоинств драгоценных камней им придают правильную многогранную или сфероидальную форму с полированной поверхностью. В настоящее время применяются три основных типа огранки: бриллиантовая, ступенчатая и кабошоном, а также всевозможные смешанные формы. Бриллиантовая огранка придаёт прозрачному камню совершенный блеск и световую игру. Драгоценным и поделочным камням принадлежит выдающаяся роль в истории мировой культуры. Академик А.Е. Ферсман писал: « Среди изменчивых и умирающих форм живой природы вечными и незыблимыми остаются художественные произведения, выполненные в камне. Для изобразительного искусства он основной, незаменимый и вечный материал, в котором воплощались вековечные достижения человеческого вдохновения».

В зависимости от сочетания физических свойств, определяющих эстетический облик минералов, частоты их встречаемости и, соответственно, стоимости ювелирные и поделочные камни подразделяются на ряд групп по классификации Е.Я. Киевленко.

Ювелирные (драгоценные) камни:

1 порядок. Алмаз, изумруд, синий сапфир, рубин, александрит.

2 порядок. Благородный жадеит, оранжевый, желтый, фиолетовый и зеленый сапфир, благородный черный опал.

3 порядок. Демантоид, благородная шпинель, благородный белый и огненный опал, аквамарин, топаз, родонит, лунный камень, красный турмалин.

4 порядок. Синий, зеленый, розовый и полихромный турмалин, благородный сподумен, циркон, берилл, бирюза, хризолит, хромдиопсид, аметист, хризопраз, пироп, альмандин, цитрин.

Ювелирно-поделочные камни:

1 порядок.Раухтопаз, гематит-кровавик, янтарь, горный хрусталь, жадеит, нефрит, лазурит, малахит, чароит, авантюрин.

2 порядок. Агат, цветной халцедон, кахолонг, амазонит, родонит, гелиотроп, розовый кварц, иризирующий обсидиан, обыкновенный опал., лабрадор, беломорит и другие непрозрачные иризирующие полевые шпаты.

Поделочные камни: Яшмы, письменный гранит, окаменелое дерево, мраморный оникс, лиственит, обсидиан, гагат, джеспилит, селенит, флюорит, авантюриновый кварцит, агальматолит, цветной мрамор, серпентинит и др.

Ювелирные (драгоценные) камни используются для изготовления дорогих украшений и предметов роскоши. Это главным образом редкие, эффектные, преимущественно прозрачные кристаллы. Их отличают три главных достоинства: красота, долговечность, редкость. Сюда следует добавить также особое экономическое свойство этих камней -- их высокую стоимость, сосредоточенную в небольшом физическом объеме. Поэтому наряду с благородными металлами они служат валютным эквивалентом государственного достояния, а наиболее совершенные и крупные из них являются национальными сокровищами. Как правило, ювелирные камни подвергаются самой разнообразной огранке; единицей их измерения является карат (0,2 г),

Ювелирно-поделочные камни по своим стоимостным характеристикам значительно уступают ювелирным. Ювелирно-поделочные камни в виде плоских вставок и кабошонов применяются в массовых ювелирно-галантерейных изделиях, а также представляют собой великолепный материал для камнерезных поделок. Оправлены они обычно серебром или простыми металлами, имитирующими драгоценные. Лучшие образцы камней этой группы, например, малахита, лазурита и янтаря, вполне сопоставимы с драгоценными камнями четвертого порядка. Большое значение имеют художественные достоинства изделий и мода на них. Масса ювелирно-поделочных камней измеряется в граммах и килограммах.

Поделочные камни отличают яркие окраски и всевозможные рисунчатые текстуры, они являются сырьем для изготовления разнообразных художественных предметов и сувениров. Некоторые из них иногда используются как декоративно-облицовочное сырье, а твердые с мелким рисунком -- в ювелирно-галантерейном производстве. Масса поделочных камней измеряется в килограммах и тоннах.

Многие ювелирные и поделочные камни благодаря своим особым свойствам (высокая твердость и абразивность, однородность, вязкость и прозрачность) применяются не только в ювелирном деле, но и в различных отраслях промышленности.

Генетические типы промышленных месторождений

Магматогенные: алмаз, рубин, сапфир, хризолит, циркон (Якутия - Россия, ЮАР, Индия, Шри-Ланка, Бразилия, Тайланд);

Пегматитовые:, аквамарин, александрит, топаз, турмалин, горный хрусталь, морион и раухтопаз, флюарит, аметист, письменный гранит, амазонит, солнечный и лунный камень (Бразилия, Казахстан, Украина, Забайкалье - Россия);

Контактово-метасоматические: изумруд (Урал), рубин (Ю-В Азия), хризолит, благородная шпинель, александрит, гранат (Таджикистан);

Высокотемпературные пневматолито-гидротермальные: аквамарин, топаз, дымчатый кварц, турмалин (Забайкалье и Казахстан);

Гидротермальные средне-низкотемпературные: изумруд (Колумбия), горный хрусталь, аметист, розовый кварц, агат (Урал, Кольский полуостров, Армения и др.);

Метаморфогенные: рубин, сапфир, благородная шпинель, альмандин, лазурит, нефрит, жадеит, яшмы, родонит (Урал, Алтай);

Месторождения кор выветривания и зон окисления: опал, бирюза (Афганистан, Иран, Армения,); зона окисления меднорудных месторождений - малахит и азурит (Урал, Заир);

Биохимические месторождения: жемчуг, перламутр, кораллы, гагат, янтарь.

Россыпные месторождения - образующиеся при разрушении коренных месторождений: алмаз, изумруд, рубин, сапфир, шпинель, гранат, корунд, нефрит, агат, циркон и др. Крупнейшие россыпные месторождения рубинов и сапфиров находятся в Индии (Кашмир) и Ю-В Азии (Тайланд, Камбоджа, Бирма).

В настоящее время налажено массовое производство синтетических аналогов многих природных ювелирных камней, полностью идентичным им по физическим и химическим свойствам (алмаз, рубин, сапфир, изумруд, цветные разновидности кварца, шпинель, александрит, бирюза и др.). Стоимость синтетических камней обычно в десятки, а иногда в сотни раз меньше природных. Кроме того существуют имитации драгоценных камней, изготавливаемые из свинцового стекла - страза. Внешне они похожи на природные камни, но отличаются от них по составу и основным физическим свойствам.

Краткая характеристика ювелирных камней первого порядка.

Благородный корунд (рубин и сапфир), отличающийся высокой твёрдостью (9 по шкале Мооса) и абразивностью, а также значительной гаммой цветов и оттенков, Рубином принято называть прозрачные корунды от светло-красного до густо-малинового цвета. К сапфирам относятся не только традиционные голубые или синие разновидности благородного корунда, но и зелёные, желтые, фиолетовые, бесцветные, за исключением красных. Химически чистый корунд бесцветен. Красная окраска рубинов обусловлены наличием примеси хрома, а сапфира - примесями титана, железа, марганца, меди, ванадия и др. Известны камни с проявлением астеризма в виде 6-лучевой звезды или эффекта «кошачьего глаза», обусловленных закономерно ориентированными включениями иголочек рутила или трубчатыми пустотами.

Главным промышленным типом месторождений благородного корунда являются элювиально-делювиальные и аллювиальные (террасовые и долинные) россыпи, широко представленные в Бирме, Австралии, Индии, Шри-Ланке, Таиланде, Камбодже и др. Коренные источники этих россыпей генетически разнообразны, представляя вкрапленность кристаллов сапфира или рубина в базальтах (Австралия, Камбоджа, Таиланд), щелочных лампрофирах, силикатных флогопит-скаполит-плагиоклазовых скарнах (Шри-Ланка, Бирма), слюдитовых грейзенах (Танзания и др.), сиенитовых и миаскитовых пегматитах (Россия, Канада, Шри-Ланка, Бирма), кристаллических сланцах и гнейсах.

Кроме того, выделяются в качестве геолого-промышленных типов: жилообразные, гнездовые скопления рубина в магнезиальных скарнах среди доломитовых мраморов гнейсовых толщ, интрудированных гранитоидами (месторождения Могокского района Бирмы, Афганистана и Таиланда); жилы и линзы гранитных пегматитов с крупными кристаллами сапфира и рубина в контактовой с доломитами и мраморами зоне (Индия).

Всемирно известный Могокский рубиноносный район в Бирме является источником самого высокосортного карминово-красного рубина цвета «голубиной крови».

Шри-Ланка является единственным поставщиком на мировой рынок наиболее ценных голубых звёзчатых сапфиров, которые котируются наравне с небесно-синими кашмирскими сапфирами (Индия). Их добыча производится из многочисленных аллювиальных россыпей. Вместе с сапфиром они содержат шпинель, циркон, цветной турмалин, топаз, гранат, аквамарин, александрит и др. Здесь в 1981 г. был нйден крупнейший в мире кристалл сапфира голубого цвета массой 6033,4 г и размерами 28х18 см.

Благородный берилл.

Кристаллы берилла отличаются призматическим габитусом, стеклянным, чуть жирноватым блеском, прозрачностью, высокой твёрдостью (7,5-8).Окраска берилла весьма разнообразна: травяно-зелёный изумруд, голубой, иногда с зеленоватым оттенком аквамарин, розовый воробьевит, золотисто-желтый гелиодор, землянично-красный биксбит, сапфирово-синий аквамарин-максис и др.

Главнейшие типы промышленных месторождений берилла следующие:

1. Жильные и линзообразные пегматиты в базитах, ультрабазитах и биотитовых сланцах с кристаллами аквамарина, гелиодора и воробьевита (Бразилия, Норвегия и др.).

2. Жилы и жильные зоны флогопитовых слюдитов с вкрапленностью изумрудов среди ультрабазитов, прорванных гранитоидами. Совместно с изумрудами нередки александрит, берилл, турмалин, флюорит. Примером данного типа месторождений являются в нашей стране группа месторождений Урала, объединенных под общим названием «Изумрудные Копи Урала (Малышевское, Черемшанское и др.) Рудные зоны месторождений приурочены к телам ультраосновных пород и располагаются вблизи их контакта с гранитами и диоритами. Они представлены сюдитовыми жилами сложной формы, сложенными флогопитом (Рис 3). В них и содержится основная масса изумрудов. Месторождения такого типа имеются также в Зимбабве, ЮАР, Индии, Пакистане, Австрии.

3. Кальцитовые и доломит-кальцитовые прожилки, жилы и штокверки с вкрапленностью кристаллов изумруда в черных глинистых сланцах и углистых известняках.

Призматические кристаллы изумруда ассоциируют с кальцитом, кварцем, альбитом и баритом, образуя скопления в полостях. Представителями данного типа являются знаменитые телетермальные месторождения Колумбии, которой принадлежит большая часть мировой добычи изумрудов.

В настоящее время в Колумбии известно около 180 месторождений изумруда, основная добыча приходится на месторождение Музо.

Средняя длина кристаллов изумрудов из месторождений Колумбии составляет 2-3см, иногда достигая 10-15см.

Форма кристаллов - шестигранная приз ма, преобладает светло-зелёный цвет, густоокрашенные камни встречаются реже. К этому же типу принадлежит ряд месторождений Бразилии и Афганистана.

4. Аллювиальные россыпи с окатанной галькой ювелирного зелёного берилла, аквамарина и гелиодора являются существенным источником промышленной добычи в Бразилии, Зимбабве,.Австралии, Мадагаскаре и Шри-Ланке.



Рис. 3

Александрит (хризоберилл).

Александрит - разновидность хризоберилла изумрудно-зелёного цвета при дневном освещении и фиолетово-красного при электрическом. Кристаллы призматической формы, блеск стеклянный, твёрдость 8,5.

Основная масса александритов добывается совместно с турмалином, гранатом, топазом из аллювиальных россыпей Бразилии, Шри-Ланки и Мадагаскара, где коренными источниками александрита являются бериллоносные пегматиты. Кроме того александрит встречается в изумрудоносных флогопитовых слюдитах (Изумрудные Копи Урала, месторождения Зимбабве, ЮАР, Индии и Пакистана.

Мир ювелирных и поделочных камней настолько обширен и разнообразен, что подробное рассмотрение их в рамках данного курса не представляется возможным. Этим занимается специальная наука - ГЕММОЛОГИЯ.

Литература: [2] с.12-26; [3] с.393-396; [1] с.211-233; [4] с.248-267;205-228; [24, 9,10]

Лекция 4. (2 часа). Пьезооптический кварц и исландский шпат

Свойства и области применения, генетические типы промышленных месторождений и их расположение.

Пьезокварц и оптический кварц (SiO2).

Кварц является одним из наиболее распространённых в земной коре минералов. Известны четыре модификации кварца. Кристаллы в- кварца тригональной сингонии, обладают высокой твёрдостью (7 по шкале Мооса) и прочностью на разрыв и на сжатие, прозрачностью, в т.ч. в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра. Плотность 2,65 г/см3, термостоек, пьезоэлектрик. При + 5730 переходит в гексагональную б - модификацию кварца, устойчивую до 870 С. Имеет высокую температуру плавления (17100С). Химически стоек и растворяется только в плавиковой кислоте. Кристаллы часто сдвойникованы. Различают правые и левые формы кристаллов кварца, которые обусловлены отсутствием плоскостей и центра симметрии. При прохождении через его пластинку вдоль оптическойоси поляризованного луча происходит поворот плоскости поляризации на определённый угол, причём правый кристалл вращает плоскость поляризации вправо, левый - влево.

Сущность пьезоэлектрического эффекта кристаллов кварца заключается в том, что при сжатии или растяжении пластинки, выпиленной параллельно двойной оси, на ее концах возникают электрические заряды разного знака, а при воздействии электрического тока она начинает упруго колебаться. Это явление резонанса между механическими колебаниями пластинки и колебаниями переменного тока лежит в основе применения кварца в радиотехнике. В качестве пьезокварца применяются бесцветный горный хрусталь и окрашенные разности - лимонно-жёлтый цитрин, дымчатый раухтопаз и смоляно-чёрный морион, фиолетовый аметист.