osnovi mineralogije (h-120-b) -...

OSNOVI MINERALOGIJE (H-120-B)šk. 2017/2018

OAS, izborni, 4 ESPB, 2+1+0+0

Predmetni nastavnik: Doc. dr Nenad S. Krstić

Niš, 2018

Predavanje: 13

2

➢ Mineraloška ispitivanja vrše se u naučne svrhe i u cilju

pronalaženja mogućih nalazišta i ležišta mineralnih

sirovina.

➢ Ona obuhvataju određivanje minerala i njihovih osobina.

➢ Neke od osobina minerala mogu se određivati

jednostavnim postupcima na terenu, tj. njihovom nalazištu.

➢ Potpuno određivanje svih parametara minerala izvodi se u

laboratorijskim uslovima uz primenu različitih

laboratorijskih i ekperimentalnih postupaka.

➢ Primena neke određene metode zavisi od vrste i

raspoložive količine uzorka i opremljenosti laboratorije.

1. Metode određivanja minerala na osnovu njihove

morfologije i strukture

3

1.1 Metoda rendgenske difrakcije

➢ Metodom rendgenske difrakcije može se odrediti struktura

kristala (sastav, klasa, tip i dimenzije elementarne ćelije).

➢ Prema vrsti uzoraka razlikuju se metoda monokristala i

metoda praha.

➢ Za određivanje mineralnog sastava smeša, stena,

primenjuje se metoda praha.

4

➢ Po Debey-Scherrer-ovoj metodi, na osnovu Bragg-ove

jednačine znakova iz difraktograma (rendgenograma), uz

odgovarajuće softverske pakete dobija se mineralni sastav

ispitivanog sistema:

2d∙sinΘ = n∙λ

d – rastojanje između kristalnih ravni,

Θ – ugao upada rendgenskog zraka na kristal,

n – ceo broj,

λ – talasna dužina rendgenskog zračenja sa izvora Cu-

katode.

5

Slika 1. Difraktogrami praha uzoraka zlatonosnih minerala sa

teritorije Srbije

2. Metode određivanja minerala na osnovu njihovih

fizičkih osobina

6

2.1 Optičke i mikroskopske metode

2.1.1 Metoda posmatranja polarizacionim mikroskopom za

propuštenu svetlost

➢ Polarizacioni mikroskop za propuštenu svetlost,

petrografski mikroskop, je instrument pomoću koga se

relativno brzo i jednostavno mogu odrediti providni

minerali malih dimenzija na osnovu oblika njihovih

preseka i optičkih osobina.

7

➢ Takođe, se može odrediti i način njihovog postanka u steni

koja se posmatra, mineralnom agregatu u kome su u

kontaktu jedni minerali sa drugima.

➢ Pod mikroskopom se posmatraju tanke pločine izbrušenih

uzoraka, debljine 0,02 do 0,05 mm.

➢ Minerali se identifikuju prema optičkim osobinama

indeksima prelamanja svetlosti navedenim u

odgovarajućim priručnicima.

8

2.1.2 Metoda posmatranja polarizacionim mikroskopom za

reflektovanu svetlost

Ovaj, tzv. rudni mikroskop, primenjuje

se za posmatranje neprovidnih

minerala, onih čiji polirani šlifovi

debljine 0,03 mm ne propuštaju

svetlost. Minerali se identifikuju na

osnovu stepena refleksije svetlosti

(odnosa reflektovane i upadne

svetlosti).

Mikroskopski preparat gabra

Mikroskopski preparat bazične stene

9

2.1.2 Metoda posmatranja elektronskim mikroskopom

➢ Elektonski mikroskop se primenjuje u mineralogiji za

posmatranje mineralnih čestica nevidljivih optičkim

(svetlosnim) mikroskopom, koji uvećava posmatrani

materijal i do 100 000 puta.

➢ Ovim mikroskopom proučavaju se morfološke osobine

sitnih minerala, posebno minerala glina. Priprema uzoraka

se uglavnom svodi na naparavanje u vakuumu zlatom ili

koloidnim ugljenikom čime on postaje provodan.

➢ Na uzorak se fokusira snop elektrona (1mm širine) koji

izbija elektrone iz elektronskog omotača atoma i

istovremeno pobuđuje karakteristično rendgensko zračenje.

10

➢ Skenirajuća elektronska slika dobija se detekcijom

sekundarnih elektrona čija je količina proporcionalna

neravoj površini uzorka.

➢ Dobijena slika je reljefna, može se posmatrati na ekranu i

dokumentovati.

➢ Iz podataka karakterističnog rendgenskog zračenja dobijaju

se EDS spektri sa tipičnim pikovima K, L, M linija

elemenata, a njihova visina srazmerna je udelu dotičnog

elementa u analiziranjoj površini.

11

SEM mikrografija i EDS spktar argentita identifikovanog u

zlatonosnim mineralima sa Goča (Srbija)

12

EDS spektri mineralnih uzoraka zlatonosnih minerala (Goš,

Srbija) sa: (a) malo sulfidnih minerala i (b) halkopirita i pirita

13

2.2 Metoda merenja fizičkih osobina minerala (gustine,

tvrdoće, boje)

2.2.1 Merenje gustine

➢ Zbog različitog hemijskog

sastava minerala oni se razlikuju

po gustini. Primerci minerala na

slici imaju istu težinu, ali pošto

su atomi u kvarcu i u galenitu

teži (zbijeniji) nego kod liskuna

primerci kvarca i galenita su

mnogo manji. Relativni odnos uzoraka minerala iste

težine a različitih specifičnih težina

14

➢ Metoda merenja gustine

piknometrom primenjuje se u

slučajevima kada se raspolaže

relativno veoma malom količinom

uzorka koji se sme usitniti.

➢ Zasniva se na zakonu da svako telo

uronjeno u vodu istiskuje toliku

zapreminu vode kolika je njegova

zapremina.

piknometar

15

2.2.2 Određivanje tvrdoće minerala

Prema tvrdoži minerali su sitematizovani na Mosovoj skali

tvdoće od 1–10. Mogu se parati noktom...

16

2.2.3 Određivanje optičkih svojstava minerala, boje i ogreba

➢ Kad svetlost prolazi kroz mineral, mogu nastati različiti

optički efekti zbog interakcije svetlosti sa atomima u

kristalnoj rešetki.

Ogreb pirita i rodohrozita

➢ Ogreb je boja praha koja

nastaje nakon grebanja ili

struganja minerala po pločici.

➢ Boja ogreba većinom se ne

podudara s spoljašnjom

bojom minerala.

➢ Tako, na primer, mineral

hematit, koji je tamnosiv do

crn, ima crvenu boju ogreba.

17

2.3 Metode određivanja minerala na osnovu hemijskog sastava

➢ Na osnovu pretpostavljenog sastava, količine uzorka i

potrebne tačnosti primenjuju se različite kvalitativne i

kvantitativne analitičke metode. U edukaciji primenjuju se

klasični analitički postupci i tehnike. Inače, postoje i

primenjuju se raspoložive, brze metode.

✓ kvalitativna analiza mineralnog praha u plamenu,

✓H2O, katjoni, anjoni, perle,

✓ termička analiza,

✓ spektrohemijske metode,

✓metode elektronske mikrosonde.

18

2.3.1 Kvalitativna naliza mineralnog praha

➢ Metodom "duvaljke" i unošenjem uzorka u plamen

Bunzenove grejalice, može se brzo i jednostavno odrediti

kvalitativni sastav nekih minerala suvim postupkom i to:

✓ da li ispitivani mineral sadrži vodu adsorbovanu,

krsitalnu ili konstitucionu;

✓ da li uzorak sadrži neke tipične katjone;

✓ koje anjone sadrži ispitivani mineral.

19

2.3.1a Određivanje sadržaja vode

Određivanje sadržaja vode staklenom cevčicom

➢ Uzorak minerala unosi se u

staklenu cevčicu i lagano

zagreva. Oslobođena voda se

kondenzuje na gornjoj,

hladnoj strani cevčice.

20

Reakcije dokazivanja kristalne vode:

a) u gipsu: CaSO4∙2H2O CaSO4 + 2H2O

b) u haklanitu:

CaSO4∙5H2O CaSO4∙H2O CaSO4 + H2O

c) konstituciona voda u brucitu: Mg(OH)2 MgO + H2O

t100 °C

plav beli

t

t

t

21

2.3.1b Dokazivanje katjona unošenjem praha minerala u

oksidacioni plamen

➢ Unošenjem praha minerala pomoću platinske žice ili

grafitnog štapića u plamen Bunzenove grejalice plamen se

može obojiti.

➢ Na visokoj temperaturi molekuli disosuju i dolazi do izbijanja

elektrona sa unutrašnjih nivoa, ta mesta popunjavaju

elektroni sa viših nivoa, više energije i deo iste emituju. Ako

je emitovana energija talasne dužine iz oblasti vidljivog dela

spektra elektromagnetnog zračenja plamen se boji.

22

Boje plamena za neke elemente:

Element Boja plamena Element Boja plamena

Na Žuta Sr Purpur crvena

K Ljubičasta Ba Žuto zelena

Li Karmin crvena Cu Zelena

Ca Ciglasta

23

2.3.1c Identifikacija katjona pomoću "boraksne" perle

➢ Boraksna perla je prozirna bezbojna kuglica koja se formira

na platinskoj žici ili grafitnom štapiću u oksidacionom

plamenu iz boraksa Na2[B4O5(OH)4]∙8H2O.

➢ Toplom perlom dodirne se prah minerala i žari na perlici.

➢ U plamenu se formiraju oksidi metala koji se otapaju u

boraksu i boje kuglicu karakterističnom bojom oksida, koja

se može razlikovati u redukcionopm i oksidacionom

plamenu.

24

Boja hladne boraksne perle za neke elemente:

Element Boja u oksidacionoj sredini Boja u redukcionoj sredini

Cu Plava Plava

V, Cr, Fe Zelena Zelena

Mo, W Bez boje Smeđa

Ti Bela Žuta

Mn Ljubičasta Bez boje

Ni Smeđa Siva

U Žutosmeđa Zelena

Reakcija:

Na2[B4O5(OH)4]∙8H2O → Na2B4O7 + 10H2O

Na2B4O7 + CuO → Cu(BO2)2 + 2NaBO2

25

2.3.2 Dokazivanje anjona

➢ Karbonati se dokazuju delovanjem HCl kisleine na prah

minerala.

CaCO3 + HCl → CaCl2 + CO2(g) + H2O

CO2(g) + Ba(OH)2 → BaCO3(s) + H2O

✓ Kalcit se rastvara u hladnoj razblaženoj HCl.

✓ Dolomit se rastvara u toploj rzblaženoj HCl, ili u hladnoj

koncentrovanoj HCl.

✓ Siderit se rastvara u hladnoj HCl i boji rastvor zelenkasto

(FeCl2) koji s eoksiduje do FeCl3 žućkasto-braon boje.

26

➢ Hloridi se dokazuju zagrevanjem praha minerala sa KHSO4 u

epruveti pri čemu se oslobađa HCl(g) koji u kontaktu sa

amonijakom iz prinete boce formira beli dim NH4Cl.

NaCl + KHSO4 → Na2SO4 + KCl + HCl(g)

HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl "dimna zavesa“

➢ Nitrati se dokazuju preko crvenkasto-smeđih para azotovih

oksida oštrog mirisa koji se oslobađaju u reakciji sa KHSO4.

NaNO3 + 2KHSO4 → NaHSO4 + K2SO4 + HNO3

4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2

27

➢ Sulfati. Žarenjem minerala sa Na2CO3 na uglju (grafitu)

nastaje Na2S koj ina srebrnim predmetima formira Ag2S

karakteristične zelenkasto-braon boje.

CaSO4 + Na2CO3 + 2C → Na2S + 2CO2 + CaCO3

Na2S + 2Ag + H2O +½O2 → Ag2S + 2NaOH

➢ Sulfidi. Silfidi dejstvom razblažene HCl oslobađaju H2S(g) i

karakterističan miris pokvarenih jaja koji n aovlaženom

filtet papiru olovo-acetatom daje crnu mrlju.

H2S(g) + Pb(CH3COO)2 → PbS + CH3COOH

➢ Silikati se rastvaraju samo u fluoridnoj kiselini.

28

2.3.3 Termička naliza

➢ Termičkom analizom se analiziraju minerali koji u svom

sastavu imaju adsorbovanu, krsitalnu ili konstitucionu vodu.

➢ Pogodna je i za određivanje minerala iz kojih se termičkom

disocijacijom oslobađaju gasovite komponente, kao što je

CO2 iz karbonata, SO2 iz sulfata idr.

➢ Metoda se posebno mnogo primenjuje u istraživanju minerala

glina (kaolinit, montmorionit, boksit (bemit AlOOH,

hidrargilit Al(OH)3) i sirovina za proizvodnju cementa).

29

➢ Primeri endoterminh procesa:

✓dehidratacija dijaspora: 2AlOOH → Al2O3 + H2O

✓razlaganje kalcita: CaCO3 → CaO + CO2

•Primer engzotermni proces:

✓ oksidacija Fe2+ → Fe3+

➢ Kaolinit ima endotermni

efekat 550-650 °C,

montmorionit ima dva

endotermna efekta 170 °C,

660-700 °C, hidralgiritni

boksit ima endotermni efekat

u intervalu 240-450 °C, a

bemitni od 500-650 °C.

Endotermni i egzotermni procesi

30

2.3.4 Spektrohemijske metode

➢ Spektrohemijske metode obuhvataju više optičkih metoda

koje se primenjuju za određivanje kvalitativnog i

kvantitativnog sastava uzoraka. Ovim se metodama najpre

određuje sadržaj elemenata - metala u trgovima i

mikrokoličinama, ali s ene može utvrditi hemijski oblik

jedinjenja.

➢ Spektrohemijske metode se zasnivaju na emisiji ili

apsorpciji elektormagnetnog zračenja od strane uzoraka čiji

se ssastav određuje. Priprem auzoraka zavisi od metode

koja će biti primenjena, a isti mogu biti u čvrstom stanju, u

obliku praha, ili u rastvoru.

➢ U spektrohemijske metode analize spada atomska

apsorpciona spektrometrija (AAS), emisiona

spektrografija, ICP-OES.