Лабораторная работа № 3
Неразрушающая диагностика минерального сырья
и изделия получаемые из него
Цель работы: изучить основные горные породы и минералы, их химический состав, структуру и область применения.
Оборудование и принадлежности: набор образцов основных горных пород и минералов, применяемых в промышленном производстве.
Основные положения
Горная порода (ГП) – природный материал, состоящий из минералов. ГП образуют слой земной коры мощностью от 15 до 60 км. Минерал – неорганическое химическое соединение или химический элемент (например, графит, алмаз), природный или выращиваемый искусственно, однородного химического состава и структуры. Всего известно около 2-4 тысяч минералов, но в образовании горных пород участвует 25-40 минералов. Их называют породообразующими или основными минералами. Остальные встречаются в виде примесей и называются второстепенными минералами.
По агрегатному состоянию горные породы делят на твёрдые (гранит, мрамор и др.) и жидкие (нефти). Твёрдые ГП классифицируют по плотности и размеру частиц на твёрдые монолитные ГП (гранит, мрамор и др.) и твёрдые рыхлые ГП. Твёрдые рыхлые ГП различаются по размеру и форме частиц и делятся на: валуны (размером более 300 мм), булыжники (размером от 100 до 300 мм), галька, щебень (размером 100-10 мм, галька по форме окатанная, щебень - остроугольный); гравий, дресва (размером 10-1 мм); песок (размером 1-0,1 мм); лёсс (размером 0,1-0,01 мм); глина (размером 0,01-0,001 мм).
По количеству входящих минералов, бывают:
1) одноминеральные ГП – горные породы, которые состоят из одного минерала (рис. 1).
Примеры одноминеральных ГП:
- кварцевый песок (рис. 1.б, А – минерал кварц, SiO2);
- кварцит (рис. 1.а, А – минерал кварц);
- гипс (рис. 1.а, А – минерал гипс, CaSO4·(H2O)2);
- каменная соль (рис. 1.а, А – галит, NaCl);
- мел (рис. 1.б, А – кальцит, CaCO3);
- мрамор (рис. 1.а, А- кальцит)
- известняк (рис. 1.а, А - кальцит)
(а) (б)
Рис. 1. Виды структур одноминеральных ГП: а) плотная горная порода; б) рыхлая горная порода. А – вид минерала.
Примечание: Разные горные породы могут состоять из одного и того же минерала и отличаются друг от друга структурой. Наример, горные породы песок и кварцит состоят из кварца SiO2, но песок – рыхлая ГП, кварцит – монолитная ГП. Точно так же горные породы мел, известняк и мрамор состоят из одного минерала - кальцита CaCO3, но отличаются структурой.
2) многоминеральные ГП – горные породы, которые состоят из двух и более минералов (рис. 2).
(а) (б)
Рис. 2. Виды структур многоминеральных ГП: а) плотная горная порода; б) рыхлая горная порода. A,B,C,D – виды минералов.
Примеры многоминеральных ГП: гранит (табл.1), пески полимиктовые (табл. 2), глины смешанные (табл. 3).
Таблица 1
Состав гранита
| Минерал | Формула, класс химических соединений | Содержание, % | |
| А | Полевые шпаты | Алюмосиликаты Na,K,Ca Пример: ортоклаз K(AlSi3O8) | 40-60 |
| В | Кварц | SiO2 | 20-40 |
| С | Слюды | Алюмосиликаты KAl2(OH)2(AlSi3O12) | 5-20 |
| D | Роговая обманка | Силикаты: Si+О+Na,Ca,Mg,Fe |
Структура гранита плотная. Из гранита могут быть образованы различные рыхлые ГП: галька, щебень, булыжник, гравий и т.д.
Существует достаточно много монолитных ГП по своему минералогическому составу близких к граниту, например, сиенит (состав аналогичен составу гранита, но не содержит кварц), габбро (состав аналогичен составу гранита, но вместо слюды содержит оливин).
Таблица 2
Состав песка полимиктового
| Минерал | Формула, класс химических соединений | Содержание, % | |
| А | Кварц | SiO2 | 90-10 |
| В | Полевые шпаты | Алюмосиликаты | 10-90 |
Таблица 3
Состав глины смешанной
| Минерал | Формула, класс химических соединений | Содержание, % | |
| А | Каолинит | Алюмосиликаты Al2(Si2O5)(OH)4 | различное соотношение |
| В | Монтмориллонит | Алюмосиликаты (Al,Mg)2(OH)2(Si4O12) |
Рыхлые ГП появляются в результате старение первичных (массивных) горных пород: обветривание приводит к механическому разрушению ГП, ее измельчению и превращению в рыхлую горную породу. При соединении рыхлой ГП с природным цементом образуется сцементированная ГП. Так, например, в результате цементации песка образуется песчаник. Далее под действием высокой температуры и/или высокого давления возможно образование метаморфических ГП, например, мрамора из известняка (мела), или гнейса из гранита.
Основные изделия, получаемые из минерального сырья, представлены в таблице 4.
Таблица 4
| № | Сырьё минеральное | Производство | Изделия |
| Рудные ГП Руда – минеральное сырьё, содержащее металлы в количестве, пригодном для их промышленного получения | а) Металлургическое производство б) Машиностроительное производство | а) Металлы и сплавы б) Металлические изделия | |
| Нерудные ГП: 2.1. Рыхлые ГП: а) Щебень, гравий, галька, песок, известняк, глина и др. | а) Строительное производство | а) Строительные материалы (цемент, бетон и др.) | |
| б) Песок (+добавки) | б) Стекловарение | б) Стекло | |
| в) Глина (+добавки) | в) Спекание | в) Керамика (посуда, раковины, унитазы, черепица, кирпичи и др.) | |
| 2.2 Плотные ГП (граниты, кварциты, мрамор и др.) | Механическая обработка | Облицовочные, конструкционные строительные материалы |
Методические указания
Лабораторная работа предусматривает изучение состава и структуры основных горных пород и минералов, применяемых в промышленном производстве Беларуси. Для изучения подобран специальный комплект образцов, включающий массивные и рыхлые горные породы, первичные, вторичные и метаморфические.
Порядок выполнения работы
1. Изучить основные понятия лабораторной работы: горная порода, минерал, состав многоминеральных горных пород.
2. Научиться распознавать основные горные породы и породообразующие минералы.
3. Заполнить таблицу 5 с указанием названия горной породы образца, предложенного преподавателем, его минерального состава и назначения.
4. Составить отчет
Таблица 5
| № Образца | Название ГП | Минералы, входящие в ГП образца | Назначение ГП |
| Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 |
Содержание отчета
1. Наименование, цель работы.
2. Теоретическая часть, включающая основные определения (в том числе определения горной породы, минерала), классификацию горных пород.
3. Описание структуры образцов горной породы, предложенных преподавателем.
4. Таблица 5 с указанием названия ГП образца, предложенного преподавателем, его минерального состава и назначения.
5. Выводы.
Контрольные вопросы
1. Описание ГП.
2. Описание минерала.
3. Классификация рыхлых ГП по размеру частиц.
4. Классификация ГП по количеству минералов. Примеры.
5. Примеры ГП, одинаковых по составу, но разных по структуре.
6. Последовательность преобразования ГП.
7. Основные изделия, получаемые из минерального сырья.
8. Гранит. Его минералогический состав и возможная трансформация (в результате каких процессов и во что может трансформироваться гранит).