wykłady z przedmiotu surowce mineralne - …home.agh.edu.pl/~pwysz/wyklad-01.pdfpostacie...

Wykłady z przedmiotuSUROWCE MINERALNE

dla studentów WIMiC AGH (kierunki: Technologia Chemiczna

i Ceramika) w roku akademickim 2013/2014

SUROWCE MINERALNE

Wykład 1

��ĘĆ��ł �� ę��ą��

� ��Ŝ��ść ��ę��ć ��

��ą ��ś��

��

� ��ś��ę��Ŝ ��ę��

��ł�ś��ł��

� ��ść ��ś��

� ��Ŝ��ś��

��ś��ą��

��ł�ś�� ą��ę��

� !��ę ��ą "#$%&��ą �Ŝ ��$�� ę��ą

� �� "��ś��ą��&��'��

� ��

#�(��Ŝ��ć ��ą��

��$�� ść�

)��ą ��

� ��*��"��ść ��ę��$��

��ę��&�

+��,��ęć ��ą��ę��

-��(�� ą��ł�ść ��ę��ł��ę��ęć��"��ę��$�� $��

��$��&��(��ę�ą

��ł��

.��/�� *��

��Ŝ��ć ��-��ń ��ł�� ęć��0�� 1%��

2��ą��ą��ę ��

��ę �� ą��ś��(��Ŝ��ć ��ą��

�� ź��!��

*��Ŝ��ć ��ł��ę ��

��Ę��

�� 3 �� Ł��

�� Ł��Ą��3�� !""!�

3��Ń��#$%&�'� �� (��

3�� Ń�� !"�)�

3��

��(��

��Ł � $*&+,-. /.+. 0$123.4,5+6. 7*823.ł. 8 816,09 7$*5%2:8;%*4*;,5+615< 49= 0*2-*4*;,5+615< , 23.6*8,ą5. 20ł.&6,0 20*$971+,%-20,%>�

,% *=>ę3% 7*81Ŝ2+ą &%/,6,5>ą 20ł.&6,0, �,%-, , ,6615< 5,.ł 0*2-,5+615<�3>� =%+7*23.5,*8% 5,.ł. 23.ł%� 5,%0ł% , ;.+*8%� 6.+18.-1 ��

��Ł�� 3*5,.ł*>%&6*$*&6%,.6,+*3$*7*8%7*&8+;4ę&%-5*6.>-6,%>>%&6%>8ł.ś5,8*ś5,�

��Ł 3* 3.0,% 5,.ł* 0$123.4,5+6%� 03:$% 810.+9>% 7$.8,&ł*8ą�8,%4*ś5,%66ą 7*23.ć +%86ę3$+6ą 2.-*$+936,%8102+3.ł5*6ą�

��Ł� � $*&+,-1 938:$ 8,%4*-,6%$.461� $+.&+,%> -*6*-,6%$.461� 7*823.ł18816,09&+,.ł.6,.7$*5%2:8;%*4*;,5+615<49=� 2+%$+%>� 0*2-*4*;,5+615<, 23.6*8,ą51 ;%*4*;,5+6,% 81*&$ę=6,*6ą >%&6*230ę 23$9039$.46ą 20*$971+,%-20,%>�

��(�� #5�&�'

�,6%$.ł1 , 20.ł1 7$+1&.36% &* 3%5<6,5+6%;* 810*$+123.6,. *0$%ś4. 2,ę >.0*��Ł�� Ł�� ś�� 49= �� ś�� #8 20$:5,%�� '�

�Ł�ś�� #820$:5,%�Ł�ś�' >%23 3* 3.0,%6.39$.46%6.;$*-.&+%6,%-,6%$.ł:8�20.ł *$.+,6615<29=23.65>,23.ł15<�;.+*815<,5,%0ł15<�03:$15<81&*=18.6,%-*Ŝ%7$+16,%ść 0*$+1ść ;*27*&.$5+ą�

�0274*.3.5>. +ł:Ŝ 3* +.&.6,% ;:$6,538.� 03:$%;* 7$*&903 � ��!��#��' "#�� 8 8,ę02+*ś5, 7$+17.&0:8 6,% 6.&.>% 2,ę &*=%+7*ś$%&6,%;* 810*$+123.6,.� . *;:ł >%23 *6 7$+%$.=,.61 8 $�%ł�&� '�(�$��)%��%*(��

(,6.461-,7$*&903.-,+.0ł.&:87$+%$:=0,0*7.4,62ą ��+��

G. Agricola (1494-1555) – DE RE METALLICA

�+.;.&6,%6,%-29$*85:8-,6%$.4615<+8,ą+.6%2ą3%Ŝ-,6%$.46%29$*85%*&7.&*8%�

*5<*&+ą *6%+�

? ;:$6,538.,7$+%$:=0,0*7.4,6�

? %4%03$*86,�%4%03$*5,%7ł*86,,5,%7ł*86,#;ł:86,%7*7,*ł14*36%�&%294/*;,721'�

? <936,538.Ŝ%4.+.,-%3.4,6,%Ŝ%4.+615<#-�,6�Ŝ9Ŝ4%8,%40*7,%5*8%,23.4*86,5+%'�

? 7$+%-12ł95<%-,5+6%;*#67�/*2/*;,721'�

Minerał Wielkość[cm]

Masa Miejsce występowania Geneza

Diament

(Cullinan)

≈ 9 3025,75 ct

≈ 605 g

Kop. Premier Kimberley, RPA roztwory pomagmowe

w kimberlicie

Siarka 14x13x4 Cianciana, Sycylia, Włochy osadowa

Piryt 50 Crysa k/Xánthe, Macedonia pneumatolityczna

Halit ≈100 Allertal, Niemcy; Detroit, USA osadowa

Fluoryt 200 dystrykt Petaca, Nowy Meksyk,

USA

pegmatytowa

Spinel 26,8 kg Amity, Orange Co., Nowy York,

USA

metamorficzna

Kwarc 70 t Kazachstan pegmatytowa

Kalcyt 600x200 Eskifjord, Islandia pomagmowa (pustki w

bazaltach)

Dolomit 15 Trepča, Serbia hydrotermalna

Baryt 45 kg Dufton, Westmorland, Anglia hydrotermalna

Kryształy o skrajnie dużej wielkości (Metz 1964; fide Rösler 1984)

Minerał Wielkość[cm]

Masa Miejsce występowania Geneza

Gips 800x300 Kop. Braden, El Teniente,

Chile

hydrotermalna

Cyrkon 7 kg Brundell, Ontario, Kanada Pegmatytowa

Topaz 270 kg Minas Geras, Brazylia pegmatytowa

Muskowit 300x230x990 Prudy Mines, Ontario,

Kanada

pegmatytowa

Biotyt 700 Evje, Norwegia pegmatytowa

K-skaleń 1000 Moss, Norwegia pegmatytowa

Kryształy o skrajnie dużej wielkości (Metz 1964; fide Rösler 1984)

(c.d.)

W przeciwieństwie do tego kryształy

o skrajnie małej wielkości są reprezentowane przez minerały ilaste. Wśród nich wyróżniają sięminerały grupy smektytu (np. montmorillonit), których ziarna niejednokrotnie mają wielkośćsubmikroskopową, a nawet nanometryczną.

.+81-,6%$.ł:87*5<*&+ą 6.>5+ęś5,%>*&�

�6.+81+ł*Ŝ[email protected]*8,20.�803:$1--,6%$.ł *&0$13*�

�6.+8,20.*&0$185149=+6.6%>*2*=,23*ś5,�

�20ł.&95<%-,5+6%;*�

�2ł:8+$:Ŝ615<>ę+10:8#;ł:86,%;$%50,%;*,ł.5,ń20,%;*'7$+%+.49+>ę &*02+3.ł39�7*0$*>9�5%5</,+15+615<�*7315+615<�5+15<%-,5+615<#=.$8.�7*ł120�ł974,8*ść�$%.05>.87ł*-,%6,9&-95<.80,,37�'�

�6,%03:$15<7$+17.&0.5<;%6%+.6.+8-,6%$.ł:86,%>%2387%ł6,>.26.�

Geneza nazw minera łów; przyk łady:

• diament C: od gr. adamas –niepokonany, niezniszczalny, przez aluzj ę do wyj ątkowej twardo ści,

• piryt FeS 2: od gr. pyr –ogień, przez aluzj ę do powstawaniaiskier po uderzeniu stal ą,

•halit NaCl: od gr. hals – sól,

Pochodzenie fot.: A. Manecki i in. 2011- Glosariusz Minerałów


• kalcyt CaCO 3:od łac. calx – wapno,

• dolomit CaMg(CO 3)2: od nazwiska francuskiego mineraloga D.Dolomieu,

• baryt BaSO 4: od gr. barys –cięŜki, przez aluzj ę do wysokiej g ęsto ści,




gips CaSO 4·2H2O: od gr. gypsos – gips, przez aluzj ę do podstawowego zastosowania,

• muskowit:od łac. vitrum muscoviticum

– szk ło moskiewskie,

• biotyt: od nazwiska francuskiego fizyka i chemika J.B.Biota,



• kaolinit: od chin. Kao-Ling– nazwy wzgórz, gdzie wyst ępuj ą złoŜa kaolinu,

• illit: od typowej lokalizacji w stanie Illinois (USA),

• montmorillonit:od miejscowo ści

Montmorillon (Francja),

Geneza nazw minera łów; przyk łady:• kwarc SiO 2:przypuszczalnie od starosakso ńskiego Quererzgänge– Ŝyły bia łej ska ły p łonnej, sko śnie przecinaj ącej kruszce.


Nieod łączną cech ą stanu krystalicznego jest symetria . Pod tym poj ęciem rozumiemy prawid łowe powtarzanie si ę w przestrzeni pewnego motywu wed ług okre ślonego przepisu. W przypadku kryszta łu takim motywem mo Ŝe być atom lub grupa atomów, gdy bierzemy pod uwag ę jego sie ćkrystaliczn ą, bądź teŜ element jego postaci zewnętrznej, np. ściana.

Proste elementy symetrii sąąąą reprezentowane przez:

�Oś symetrii (L) to kierunek w czasie obrotu wokół którego następuje powtórzenie identycznych elementów powierzchni kryształu.

n = 360o/αα =360o, 180o, 120o, 90o, 60o

a więc n przyjmuje wartości równe 1, 2, 3, 4, 6Wynikające stąd oznaczenie osi symetrii jest następujące:L1, L2, L3, L4 i L6

�Środek symetrii (P wzgl. π) (inaczej centrum symetrii) to punkt położony wewnątrz kryształu, który łączy na przeciwległych końcach identyczne elementy kryształu znajdujące sięw jednakowej od niego odległości.

�Płaszczyzna symetrii (C) dzieli kryształ na dwie jednakowe części mające się względem siebie jak przedmiot i jego odbicie w lustrze.

Wyró żżżżnia si ęęęę ponadto złłłłożżżżone elementy symetrii .Ich przyk łłłładem mo żżżże byćććć ośśśś zwierciadlana (Ls).

Ośśśś symetrii, która łąłąłąłączy ró żżżżne elementy powierzchni kryszta łłłłu (np. naro żżżże ze śśśśrodkiem przeciwleg łłłłej śśśściany) to ośśśś polarna (Lp).

Oś polarna występuje np. w czworościanie(inaczej: w tetraedrze)

PODSTAWOWE PRAWA KRYSTALOGRAFICZNE

�Zasada paralelizmu ( prawo sieciowe ):

KaŜdej ścianie kryształu odpowiada zbiór równoległych do niej płaszczyzn sieciowych, a kaŜdej krawędzi – zbiór równoległych prostych sieciowych.

�Prawo sta łości k ątów (Niels Stensen vel Nicolaus Stenius, 1669):

Analogiczne ściany róŜnych osobników krystalicznych tego samego minerału tworzą ze sobą zawsze jednakowe kąty.

�Prawo wymierno ści wska źników (René Juste Haüy, 1789):

Wskaźniki wszystkich ścian kryształu są liczbami wymiernymi, całkowitymi i prostymi.

Układ krystalograficzny grupuje kryształy o pewnych wspólnych cechach symetrii geometrycznej

Postacie krystalograficzneKryszta łłłły ograniczone śśśścianami jednoznacznymi stanowi ąąąąposta ćććć prost ąąąą. W wyniku kombinacji dwóch lub wi ęęęęcej postaci prostych powstaje posta ćććć złłłłożżżżona.

Posta ćććć prosta jest to zespó łłłł śśśścian symetrycznie równowa żżżżnych, tzn. daj ąąąących si ęęęę przeprowadzi ćććć jedna w drug ąąąą dzia łłłłaniem elementów symetrii tworz ąąąących dan ąąąągrup ęęęę punktow ąąąą.Dominuj ąąąąca posta ćććć prosta nadaje kryszta łłłłowi charakterystyczny wygl ąąąąd zewn ęęęętrzny, zwany jego pokrojem . Przyk łłłładowo, silnie rozwini ęęęęte śśśściany s łłłłupów amfiboli i apatytu nadaj ąąąą tym minera łłłłom pokrój s łłłłupkowy lub igie łłłłkowy.

Dwa ośmiościany ograniczone ścianami nale Ŝącymi do postaci {111}:•jednakowo wykształconymi,•róŜnie wykształconymi.

Projekcja kryszta łłłłów

•Konsekwencj ąąąą prawa sta łłłłośśśści k ąąąątów jest specyficzny sposób przedstawiania kryszta łłłłów na p łłłłaszczy źźźźnie. Polega on wykonaniu rzutu kulistego, który nast ęęęępnie zostaje przekszta łłłłcony w projekcj ęęęę stereograficzn ąąąą lub –rzadziej - gnomoniczn ąąąą.

•Na podstawie prawid łłłłowo wykonanej projekcji i dyspo-nuj ąąąąc odpowiedni ąąąą siatk ąąąą projekcyjn ąąąą (siatka Wulfa) możżżżna odczyta ćććć warto śśśści k ąąąątów pomi ęęęędzy dowolnymi śśśścianami kryszta łłłłów. To za śśśś definiuje jednoznacznie dany kryszta łłłł.

Rzut kulisty (sferyczny) kryształu stanowiącego postać złoŜonąz sześcianu, ośmiościanu i dwunastościanu rombowego.

Wskaźźźźniki śśśścian kryszta łłłłuChcąąąąc okre śśśślićććć po łłłłożżżżenie śśśścian kryszta łłłłów

w przestrzeni nie musimy zna ćććć warto śśśści parametrów a, b, c, jakie odcinaj ąąąą one na osiach uk łłłładu odniesienia. Wystarczy znajomo śćśćśćśćstosunków parametrów śśśściany jednostkowej a, b, c do parametrów dowolnej śśśściany kryszta łłłłu a', b', c'. Stosunki te okre śśśślająąąą tzw. wska źźźźniki śśśścian kryszta łłłłu (wska źźźźniki Millera h, k, l ).

h = a/a', k = b/b', l= c/c'

a – ściana jednostkowa HKL,b – połoŜenie ściany wskaźnikowanej H’K’L’ w stosunku do ściany jednostkowej

Na podstawie wska źźźźników Millera mo żżżżna wnioskowa ćććć o orientacji śśśścian kryszta łłłłu w przestrzeni.

b

Kryształy rzeczywiste

Prawidłowe zrosty kryształów

Wśród nich mo Ŝna wyró Ŝnić:

•Prawidłowe zrosty kryształów tego samego rodzaju:

•zrosty równoległe (np. kryształów kwarcu),

•zrosty bli źniacze (np. gipsu, plagioklazów),

•Prawidłowe zrosty kryształów ró Ŝnego rodzaju, tj. zrosty epitaktyczne.

ortoklaz

kwarc

Epitaktyczne narastanie kwarcu SiO2 na ortoklazie K[AlSi 3O8]

RóŜne przykłady minerałów i syntetycznych faz dendryto wych

Płatki śniegu H2O.

Cristobalit SiO2powstający w procesie odszklenia szkła.

Tlenkowe minerały manganu

Wybrane fizyczne wła ściwo ści minerałów i faz syntetycznych

•Gęstość

•Twardo ść

•Łupliwo ść

Wstępna identyfikacja faz wyst ępuj ących w surowcach mineralnych jest przeprowadzana przy wykorzystaniu niektórych wła ściwo ści fizycznych i makroskopowo

dostrzegalnych cech optycznych.

Gęstość minerałów (przykłady)

Ciecze ci ęŜkie (przykłady)

Twardo śćJest to opór jaki sie ć krystaliczna jakiego ś cia ła stawia zewnętrznym bod źcom mechanicznym, staraj ącym si ę to cia ło zarysowa ć lub zetrze ć.

Łupliwo śćJest to zdolno ść kryszta łów do p ękania lub rozdzielania si ę

pod wp ływem uderzenia lub nacisku wzd łuŜ płaskich powierzchni, tj. p łaszczyzn łupliwo ści. Wyró Ŝnia si ę łupliwo śćdoskona łą, bardzo dobr ą, dobr ą, wyra źną, niewyra źną. Są teŜminera ły pozbawione łupliwo ści; wykazuj ą one tzw. prze łam.

Niektóre optyczne wła ściwo ści minerałów widoczne makroskopowo:

•Barwa

•Luminescencja

Barwa minera łówWyró Ŝniamy:•minera ły idiochromatyczne, tj. o barwie w łasnej spowodowanej struktur ą elektronow ą wchodz ących w ich sk ład atomów,•minera ły allochromatyczne, tj. o barwie zapo Ŝyczonej spowodowanej obecno ścią domieszek .

wykłady z przedmiotu surowce mineralne - …home.agh.edu.pl/~pwysz/wyklad-01.pdfpostacie...

Documents