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