Реферат: Методические указания Издательство тпу томск 2007

Министерство образования и науки Российской Федерации Томский политехнический университет
_____________________________________________________


Е.Г. Язиков


ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

К КУРСУ

«МИНЕРАЛОГИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ»


Методические указания


Издательство ТПУ

Томск 2007
УДК 553.495: 549
Я 41


Язиков Е.Г.

Я 41 Лабораторный практикум по курсу «Минералогия радиоактивных элементов». Методические указания.  Томск: Изд-во ТПУ, 2007.  35 с.


ISBN


В методических указаниях представлены материалы по выполнению трех лабораторных работ. Рассмотрен порядок проведения исследования первичных и вторичных минералов, а также редких и редкоземельных элементов. Приведены основные методы диагностики минералов, включая радиометрические, люминесцентные, микрохимические, а также лазерного микроанализа. Даны основные химические реакции по определению катионного и анионного состава минералов. В работе кратко изложена последовательность исследований и рассмотрены вопросы генезиса месторождений. Лабораторный практикум предназначен для магистров по направлению «Урановая геология».


УДК 553.495: 549


Рекомендовано к печати Редакционно-издательским советом

Томского политехнического университета


Рецензент


Доктор геолого-минералогических наук, профессор ТГАСУ

^ А.В. Мананков


 Томский политехнический университет, 2007

ISBN  Оформление. Издательство ТПУ, 2007

Оглавление


Введение 6

1. Лабораторная работа № 1 «Диагностика первичных урановых минералов» 8
^ 1.1. Цель и задачи 8
1.2. Схема исследования рудного штуфа и аншлифа 16

1.3. Содержание и оформление работы 24

1.4. Рекомендуемая литература 29

2. Лабораторная работа № 2 «Диагностика вторичных урановых минералов» 44
^ 2.1. . Цель и задачи 8
2.2. Схема исследования рудного штуфа 16

2.3. Содержание и оформление работы 24

2.4. Рекомендуемая литература

3. Лабораторная работа № 3 «Диагностика минералов редких и редкоземельных элементов» 74
^ 3.1. Цель и задачи 8
3.2. Схема исследования рудного штуфа 16

3.2.1. Минералы редких элементов ………………………………....

3.2.2. Минералы редкоземельных элементов ……………………

2.3. Содержание и оформление работы 24

2.4. Рекомендуемая литература


Введение


Минералогия урана имеет почти двухвековую историю. Первые описания минералов урана – настурана (урановой смоляной руды) и торбернита – относятся к XVIII в. Около 20 минералов было обнаружено в XIX в. Однако большая часть минеральных видов и разновидностей открыта уже в XX веке, веке особого внимания к урану как энергетическому сырью. Отечественная и зарубежная литература насчитывает большое число публикаций по отдельным разделам минералогии урана и тория. Работами А.Г. Бетехтина, В.Г. Мелкова, В.И. Герасимовского, В.В. Щербины, Л.Н. Беловой, Г.А. Сидоренко, Е.С. Макарова, Я.Д. Готмана, Ю.М. Дымкова, П. Рамдора и др. внесен большой вклад в минералогию радиоактивных элементов. Полные сводные работы представлены справочником «Минералы урана» М.В. Соболевой и И.Л. Пудовкиной, ставшим настольной книгой геологов, и «Руководством по определению урановых минералов» Р.В. Гецевой и К.Т. Савельевой. Из зарубежных работ наиболее значима монография К. Фронделя и Э. Хейнриха.

Со времени издания основной справочной литературы по минералогии урана и тория прошло около тридцати лет. За эти годы в печати появились многочисленные публикации о вновь открытых минералах, об уточнениях и дополнениях характеристик известных минералов. Значительно пополнились сведения о химическом составе, кристаллохимических структурах, плотности, оптических свойствах и условиях образования.

Урановые и ториевые минералыц характеризуются сложным и переменным химическим составом, что обуславливает изменчивость их физических свойств. Многие из этих минералов имеют сходные внешние признаки и оптические свойства, метамиктны и рентгеноаморфны, легко подвергаются преобразованиям под воздействием наложенных процессов (метастабильны), находятся в тонких срастаниях с другими минералами. Оценка внешних свойств и признаков, даже дополненная оптической характеристикой, для отдельных минералов может оказаться недостаточной. В таких случаях диагностика и характеристика минералов проводятся на основе комплекса современных методов анализа.

Собственные минералы урана часто подразделяют на минералы четырехвалентного урана, которые традиционно относят к так называемым первичным, и минералы шестивалентного урана, называемые вторичными. Данными терминами обычно стремятся подчеркнуть преимущественно эндогенный генезис первой группы минералов и экзогенный – второй группы. Очевидно, что такое деление по генезису условно, имеет исключения, но удобно при практическом изучении минералогии урана.

Создание лабораторного практикума по курсу «Минералогия радиоактивных элементов» вызвано необходимостью изложения последовательсти диагностики первичных и вторичных минералов урана, основанных на различных физических и химических свойствах. Правильная последовательность выполнения исследований позволит более грамотно использовать имеющийся потенциал методов исследований для диагностики. Универсального метода диагностики не существует, поэтому у каждого метода есть свои положительные и отрицательные моменты, которые позволяют в совокупности решать вопросы диагностики минералов.

Важным обстоятельством явилось и то, что диагностика минералов с использованием простейших методов позволяет геологу в полевых условиях правильно с ориентироваться и наметить дальнейший порядок проведения исследований. Современные методы исследования с использованием электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа не всегда доступны в короткий срок и требуют более длительного времени. Соответственно специалисты должны получать оперативную информацию и быть готовыми к ее применению в практической деятельности.

В основу лабораторного практикума положен курс лекций по минералогии радиоактивных элементов и материалы практических исследований, которые осуществлялись автором в течение многих лет работы на кафедре полезных ископаемых и геохимии редких элементов Томского политехнического университета для студентов по специальности «Геологическая съемка, поиски и разведка полезных ископаемых». При обучении студентов, а также в ходе выполнения курсовых работ, автор приходил к мысли о необходимости создания лабораторного практикума. При обучении геологов «уранщиков» крайне важно ознакомить их с практикой проведения различных видов исследований при диагностике минералов радиоактивных элементов.

В процессе подготовки лабораторного практикума автор пользовался литературными источниками, которые приводятся в методических указаниях. В решение технического оформления работы автор благодарен И.Н. Нойбауэр и И.А. Титовой.


^ Лабораторная работа № 1

«Диагностика первичных минералов урана»

^ 1.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ


Цель предлагаемой работы – закрепить теоретические знания, которые были изложены в курсе «Минералогия радиоактивных элементов», глубже разобраться в процессах образования урановых руд и научиться правильно применять необходимые методы исследования радиоактивного сырья.

Материал по теме «Диагностика первичных минералов урана» предлагается для решения в виде задачи. В задачу входит штуф руды и один-два аншлифа. Выполняется работа на реальных материалах и представляет собой самостоятельное исследование природного объекта.


^ 1.2. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ РУДНОГО ШТУФА И АНШЛИФА


I этап – I) определение общей радиоактивности штуфа и природы радиоактивности;

2) изучение люминесценции вторичных минералов урана в образце;

3) макроскопическое исследование штуфа с использованием

бинокулярной лупы;

II этап - I) исследование аншлифа методом макрорадиографии (на рентгеновской плёнке или фотобумаге с целью определения характера распределения радиоактивных минералов;

2) выявление урановой минерализации с возможным предварительным определением отдельных минералов методом отпечатка;

III этап - I) микроскопическое исследование аншлифа под рудным микроскопом;

2) составление схемы минералообразования.


^ На первом этапе определяется мощность экспозиционной дозы (МЭД) образца гамма-радиометром СРП-68-01, затем уточняется природа радиоактивности (урановая, ториевая или смешанная) с помощью гамма-спектрометра РКП-305 или РКП-305М. В случае видимой вторичной минерализации изучается люминесценция минералов на приборе ЛСП-101. После этого под бинокулярной лупой МБС-2, МБС- I выполняется детальное микроскопическое описание штуфа. Устанавливаются текстурно-структурные особенности руды, её состав, взаимоотношения отдельных минералов и минеральных групп, количественное соотношение минералов и т.д. Производится предварительная диагностика минералов с помощью простейших физических свойств. На основании изучения указанных особенностей дается детальное описание штуфа.

^ На втором этапе изучается характер распределения радиоактивных минералов в аншлифе с помощью макрорадиографического метода. Для этого на лист рентгеновской пленки или фотобумаги при красном свете укладывается полированной поверхностью аншлиф. Фиксируют положение образца путём засвечивания светом неприкрытой части пленки, что необходимо для последующего сопоставления радиографий и аншлифа. Затем пленку или фотобумагу с аншлифом убирают в контейнер. Время экспозиции зависит от степени радиоактивности минералов и от чувствительности плёнки или фотобумаги. Обычно она колеблется от нескольких часов до 15 суток. Проявляют и закрепляют плёнку или фотобумагу обычным способом.

Метод отпечатка или контактный метод определения элементов в минералах детально разработан С. А. Юшко. Здесь он приводится с некоторым дополнением к способу определения урана. Этот метод прост и доступен и позволяет даже в полевых условиях обнаруживать урановые минералы в руде, определять характер распределения их в руде и при необходимости может заменить радиографический метод.

Метод отпечатка основан на получении нерастворимого осадка соли уранила при действии на раствор проявителем. Растворителем являются минеральные кислоты различных концентраций, переводящие уран в раствор в виде уранилнитрата UO2(NO3)2. Проявителем служит 5 %-ный раствор ферроцианида калия K4[Fe(CN)6]. Взаимодействуя с нитратом уранила, он дает не растворимый в воде красновато-коричневый осадок комплексной соли K2UO2[Fe(CN)6], фиксирующийся на фотографической, чертежной или фильтровальной бумаге. На последней получаются менее чёткие отпечатки, но она незаменима в полевых условиях, когда нужно определить распределение урановых минералов в штуфе без пришлифовки последнего.

Для получения отпечатка фильтровальную бумагу надо смочить растворителем, завернуть в нее штуф так, чтобы она плотно прилегала к его поверхности, подержать 2 – 3 минуты и, не разворачивая, покапать проявителем. Красновато-коричневые пятна, выступившие на фильтровальной бумаге, указывают на участки штуфа, содержащие урановые минералы. Этот способ помогает легко ориентироваться при отборе материала для изготовления шлифов.

Отпечаток с аншлифа (или пришлифовки) получают следующим образом: фотографическую (для удаления бромистого серебра фотобумага заранее обрабатывается раствором гипосульфита, прормывается водой и просушивается) или чертёжную бумагу смачивают азотной кислотой (10%; 25%; 50% и конц.), излишки которой приблизительно через 1 минуту удаляют фильтром. Фотобумагу смачивают азотной кислотой начиная с меньшей концентрации. К влажной поверхности бумаги при помощи пресса или руки прижимается аншлиф на время, продолжительность которого находится в прямой зависимости от растворимости испытуемого минерала (обычно 1-1,5 мин.). Находящаяся в порах бумаги HNO3 растворяет урановые минералы, которые после проявления бумаги в 5-20%-ном растворе желтой кровяной соли дают коричневый отпечаток, строго соответствующий их контурам. Отпечаток тщательно промывается в воде и высушивается. Последовательно опыт проводится с 25%, затем 50% кислотой, на основании чего определяют группу вторичных урановых минералов или фазу окисленности первичных окисных минералов урана.

Открытию урана мешают молибден и медь, которые дают несколько похожие цветные отпечатки. Влияние молибдена может быть устранено промывкой отпечатка в 20%-ном растворе ацетата натрия (CH3COONa), от которого жёлто-бурое окрашивание молибдена исчезает, а красновато-коричневая окраска от урана сохраняется.

Отпечаток меди, входящей в состав вторичных минералов (малахит, халькозин и борнит), заметно отличается от отпечатка урана своим фиолетово-розовым тоном на фотобумаге и розовато-бурым – на чертёжной бумаге. Медь, содержащаяся в халькопирите, не растворимая в азотной кислоте в условиях опыта, отпечатка не дает. В отдельных случаях, когда затруднительно дать однозначный ответ, необходимо сделать проверку на медь. Для этого полученный отпечаток промывают в 20%-ном растворе иодида калия или 5%-ном растворе едкого калия, в результате чего окраска от меди в первом случае сильно темнеет, а во втором случае переходит в голубую; красновато-коричневая окраска от урана остаётся без изменения, а через некоторое время становится более светлой. Этим методом можно проводить фазовый анализ с целью выявления разновидностей настурана.

Практически установлены следующие оптимальные условия получения отпечатков для различных разновидностей уранинита и настурана:

Наиболее окисленный, разрушенный настуран, богатый шестивалентным ураном, а также урановые черни дают чёткие отпечатки при растворении их азотной кислотой слабой (5%-ной) концентрации.

Менее окисленные минералы окислов урана в зависимости от степени окисления дают чёткие отпечатки с азотной кислотой обычно 10−20, реже 50%-ной концентрации. Такие минералы обладают средней твердостью и отражательной способностью и характеризуются наличием примерно равного количества закиси и окиси урана.

Минералы окислов урана, характеризующиеся высокой твердостью и отражательной способностью, обогащённые четырехвалентным ураном, чёткие отпечатки дают только с концентрированной азотной кислотой.

^ На третьем этапе проводится детальное микроскопическое исследование аншлифа. Микроскопическое изучение препарата проводится с помощью рудного (ПОЛАМ Р-312) и бинокулярного (МБС-2, МБС-1) микроскопов. Диагностируются все минералы, представленные в аншлифах. Параллельно с диагностикой минералов следует изучать текстурно-структурные особенности руд, описывать и делать зарисовки установленных взаимоотношений минеральных агрегатов и отдельных минералов. Определяются размеры выделений (агрегатов), отдельных минералов (группы минералов) и оценивается количественное соотношение минералов в штуфе (в %).

Из окислов урана наиболее интересными и промышленно ценными являются минералы групп уранинита и настурана. Окислы урана, ради временного удобства их описания и систематики, В. Г. Мелков предлагает рассматривать как члены тройной системы [ThO2 – UO2 – UO3], состав их изображать (учитывая и находящийся в них свинец) эмпирической формулой общего вида: k(U, Th)O2 • nUO3 • mPbO. Главной составной частью окислов урана являются закись (UO2) и окись (UO3) урана. Как для минералов группы уранинита, так и для минералов группы настурана величина молекулярного отношения UO2 : UO3 представляет собой функцию времени существования минерала. Для упрощения эту величину заменяют величиной атомного отношения кислорода к урану, называемой кислородным коэффициентом (х).

Общая формула минералов окислов урана, выраженная через кислородный коэффициент, может быть представлена в виде UOх, где значение х для искусственных соединений колеблется от 2,00 до 3,00, а для известных природных соединений – от 2,17 до 2,92. Такая формула окислов урана является наиболее простой и удобной.

В минералах группы уранинита молекулярное отношение UO2 : UO3, по Мелкову, колеблется в пределах 4,0 – 0,1. При этом по мере увеличения содержания ThO2 в минерале диапазон вариации молекулярного отношения UO2 : UO3 сокращается. Так, например, в брёггерите при содержании ThO2 от 7,8 до 11,4 молекулярное отношение UO2 : UO3 колеблется от 2,7 до 1,3. Если величину молекулярного отношения UO2 : UO3 пересчитать на кислородный коэффициент, то получим, что химический состав уранинита колеблется от UO2,20 до UO2?9l,a бреггерита – от иО2,28 до UO2?50.

Минералы группы настурана в отличие от уранинита почти не содержат ThO2 или, в редких случаях, содержат его до 1 – 1,5%. Являясь преимущественно бесториевыми кислородными соединениями, эти минералы могут рассматриваться как члены одной из частных двойных систем [UO2 : UO3] общей тройной системы [ТhO2 – UO2 – UO3]. Химический состав минералов этой группы может быть выражен такой же общей эмпирической формулой (kUО2 • nUO3 • mРbО), какой обозначается и безториевый уранинит. Величина молекулярного отношения UO2 : UO3 в минералах группы настурана колеблется в более широких пределах, чем в минералах группы уранинита, – от 0,08 до 5,00, что в переводе на кислородный коэффициент соответствует соединениям от UO2,16 до UO2,92.

Сходный по химическому составу и основным физическим свойствам настуран отличается от уранинита по форме выделения. Последнее, обусловленное, по-видимому, генетическими особенностями этих минералов, и послужило основанием для раздельного их описания.

Общим для минералов группы уранинита является кристаллическая форма их выделений. Наиболее распространённые формы: кубы, октаэдры, ромбододекаэдры. Размеры кристаллов: от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Встречаются чаще в виде неравномерной вкрапленности, реже – агрегатов или сплошных выделений неправильной формы. В последних при наблюдении под микроскопом обнаруживается обычно агретное строение, выявляемое иногда лишь при травлении.

Уранинит известен как минерал различных пегматитовых жил. Значительным распространением он пользуется также в контактово-метаморфических и метасоматических породах. Часто его присутствие отмечается в гидротермальных жилах высоких, реже средних температур. За последнее время отмечаются находки уранинита в низкотемпературных гидротермальных жилах. Экспериментально установлено, что выпадение уранинита из растворов возможно при температуре 5000C.

Ниже приводятся некоторые примеры парагенетического комплекса минералов. В мусковитовых пегматитах уранинит встречается в ассоциации с дымчатым кварцем, микроклином, клевеландитом, турмалином, бериллом, сподуменом, колумбитом. В полевошпатовых пегматитах уранинит ассоциирует с альбитом, кварцем, мусковитом. В микроклинплагиоклазовых пегматитах он находится вместе со слюдой (биотит, мусковит, флогопит) и часто бывает замещён вторичными урановыми минералами, нередко наблюдается в виде включений в кварце или полевом шпате и характеризуется хорошей сохранностью. Иногда образует тесное срастание с тухолитом.

Минералы группы настурана образуются главным образом в гидротермальных месторождениях средних и низких температур. За последнее время они обнаружены в метаморфических и осадочных месторождениях. В отличие от уранинита настуран наблюдается преимущественно в виде почек и неправильных форм. Выполняя трещинки, он часто образует в породе самостоятельные прожилки мощностью от 1 мм до нескольких сантиметров. Иногда цементирует зёрна породообразующих минералов или неравномерно распределяется в цементе в виде неправильных форм или тончайших «шариков»-стяжений, образующих часто сплошные участки. Иногда образуют петельчатую структуру выделения, обволакивая отдельные зёрна минералов вмещающих пород. Нередко настуран образует богатые рудные скопления, имеющие важное промышленное значение.

По результатам микроскопического исследования самостоятельно составляется схема последовательности минералообразования. Приводится описание процесса рудообразования с анализом фактического материала и использования литературных источников.


^ 1.3. СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА


По выполненной лабораторной работе представляется отчёт. Рукописный текст помещается на стандартных листах (297х210 мм). Объём текста 10–15 страниц.

Работа должна иметь следующие разделы:

Введение

Общая радиоактивность штуфа и природа радиоактивности. Макроскопическая его характеристика

Методы исследования радиоактивного вещества

Минеральный состав и микроскопическая характеристика образца. Схема последовательности минералообразования

Генезис руд

Список использованной литературы

Во введении указать цель работы, исходный материал и основные задачи исследования.

Во втором разделе первоначально следует определить радиоактивность (мощность экспозиционной дозы) образца и его природу, а затем изучить общую люминисценцию штуфа. Описать породу: цвет – структура – текстура. Перечислить все минералы, причём, для каждого рудного минерала следует дать детальное его описание по схеме: распространенность минерала (количество в штуфе, %), характер агрегатов (выделений), форма зерен (кристаллов).

В третьем разделе указывается цель применения определенного метода исследования радиоактивного вещества, излагаются поочередно полученные результаты и дается их интерпретация.

В четвертом разделе приводятся результаты диагностики минералов с использованием различных методов и микроскопического исследования. В этом случае для каждого рудного минерала приводится детально его описание по схеме: распространенность минерала в аншлифе (в %), характер распределения, размеры выделений и характерные диагностические свойства, размеры зерен. Отражаются текстурные особенности руд, агрегативное состояние отдельных минералов, взаимоотношения между минералами, причём, всё это иллюстрируется рисунками (фотографиями). Описываются результаты структурного травления. Приводятся данные микрохимических испытаний с приложением отпечатков.

На основании всего имеющегося материала составляется схема последовательности минералообразования.

В пятом разделе приводятся соображения об условиях образования объекта. Они делаются на основе изложенного выше материала. Указывается промышленный тип оруденения.

В конце работы приводится список использованной литературы в процессе выполнения задачи.

Завершенная работа сдается для проверки преподавателю в срок, указанный в календарном плане. Образец оформления титульного листа стандартен.


^ 1.4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА


Бурьянова Е.З. Определитель минералов урана и тория. – М.: Недра,1972. – 51 с.

Галюк В.А. Руководство к лабораторным занятиям по курсу «Минералогия и геохимия радиоактивных элементов». – М.: Высшая школа, 1964. – 137 с.

Гецева Д.В., Савельева К.Т. Руководство к определению урановых минералов. – М.: Госгеолтехиздат, 1956. – 254 с.

Соболева М.В., Пудовкина И.Л. Минералы урана. –М.: Госгеолтехизат, 1957. – 408 с.

Текстуры и структуры урановых руд эндогенных месторождений. – М.: Атомиздат, 1977. – 207 с.

Текстуры и структуры урановых руд экзогенных месторождений. – М.: Атомиздат, 1977. – 201 с.

Минералогия и геохимия редких и радиоактивных металлов. –М.: Энергоатомиздат,1987. – 257 с.

Девиво Б., Ипполито Ф. и др. Геология, геохимия, минералогия и методы оценки месторождений урана. – М.: Мир,1988. – 330 с.




Лабораторная работа № 2


«Диагностика вторичных минералов урана»

^ 2.1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ


Цель работы – закрепить теоретические знания, которые были изложены в курсе «Минералогия радиоактивных элементов», более детально разобраться в процессах образования вторичных урановых минералов и получить навык правильно применять необходимые методы исследования для изучения гипергенных урановых минералов.

Материал по теме «Диагностика вторичных минералов урана» предлагается для решения в виде задачи. В задачу входит штуф руды. Выполняется лабораторная работа на реальных материалах.


^ 2.2. Схема исследования рудного штуфа


I этап - 1) определение общей радиоактивности (мощности экспозиционной дозы) штуфа и природы радиоактивности;

2) изучение люминесценции вторичных минералов урана в образце;

3) макроскопическое исследование штуфа и отбор мономинеральных фракций под бинокулярной лупой.

II этап - Определение природы радиоактивности минералов (урановая или ториевая).

III этап – 1) растворимость в кислотах;

2) определение химического состава группы минералов с выделением подкласса;

3) определение катионного и анионного состава минералов.

IV этап – 1) микроскопическое исследование зёрен минерала под микроскопом;

2) составление модели месторождения с её специфической зоной окисления.

^ На первом этапе определяется общая радиоактивность (МЭД) образца гамма-радиометром СРП-69-01, а затем уточняется природа радиоактивности (урановая, ториевая или смешанная) с помощью гамма-спектрометра РКП-305 или РКП-305М. Люминесценция минералов изучается на приборе ЛСП-101. При изучении люминесценции следует обратить внимание на интенсивность и цвет, по которым выделены следующие группы:

Люминесцирующие очень сильно

а) Голубовато-зелёное свечение (типа шрёкингерита)

Лигибит (ураноталлит)

Люминесцирующие очень сильно

а) Голубовато-зелёное свечение (типа шрёкенгирита)

Шрёкенгерит

Андерсонит

б) Желтовато-зелёное свечение (типа отенита)

Отенит

Уранопилит

Ураноспинит

Урансодержащий гиалинт

Люминесцирующие умеренно

а) желтовато-зелёное свечение (типа отенита)

Смешанные слюдки медно-кальцитывые

Урансодержащий гиалит

б) желтоватое свечение

Уранопилит

Люминесцирующие слабо

а) голубовато-зелёное свечение (типа шрёкингерита)

Раббиттит

Швартцит

б) желтовато-зелёное свечение (тип отенита)

Урансодержащий гиалит

в) буровато-жёлтое свечение

Соддиит

Бергенит

Люминесцирующие очень слабо

а) Грязно-желтовато-зелёное свечение (типа уранофана)

Склодовскит

Уранофан

Циппоит

Карнотит

б) тускло-зелёное свечение

Болтвудит

Виксит

В данной классификации (Бурьянова, 1972) приведены только наиболее распространённые минералы. Для получения более яркого спектра люминесценции используется жидкий азот. В этом случае образец погружается в сосуд с жидким азотом, выдерживается несколько минут до полного охлаждения (температура жидкого азота –1970С) а затем наблюдается свечение. При работе с жидким азотом необходимо соблюдать технику безопасности, чтобы жидкость не попала на открытые части тела.

Макроскопическое исследование образца проводится под бинокулярной лупой МБС-2 или МБС-1. Устанавливаются агрегаты минералов, их габитус и форма выделений, процентное содержание. Приводится описание породы с её диагностикой. При макроскопическом исследовании проводится также отбор мономинеральных фракций для последующих микрохимических реакций.

^ На втором этапе производится определение природы радиоактивности с помощью качественных реакций на уран и торий.

Реакции на уран:

Реакция с K4Fe(CN)6 + KJ + гипосульфат. Каплю солянокислого раствора уранового минерала помещают на полоску фильтровальной бумаги, прибавляют каплю водного раствора жёлтой кровяной соли, при этом фильтр окрашивается в бурый цвет вследствие выпадения железисто-синеродистого уранила. В присутствии железа, меди, молибдена и других элементов, мешающей этой реакции, каплю крепкого раствора KJ помещают на полоску фильтровальной бумаги, прибавляют каплю испытуемого раствора. Бумага окрашивается в тёмно-коричневый до черного цвет за счёт воды; затем каплей гипосульфата обеспечивают густо окрашенное пятно; последующее прибавление раствора K4Fe(CN)6 при наличии урана даёт красно-бурое окрашивание (выпадение железисто-синеродистого уранила). Рекомендуется использовать минимальные количества реактивов, так как избыток их может привести к неясному результату.

^ Реакция с жёлтой кровяной солью. Наиболее простая и широко распространённая реакция проводится следующим образом: в фарфоровый тигель или чашечку помещают несколько крупинок минерала, затем добавляют до полного растворения 50 % азотной кислоты. После этого прибавляют 2-3 капли 5 – 20 % жёлтой кровяной соли. Наличие урана, а также элементов (медь, титан, хром, молибден) вызывает образование красно-бурого осадка или красно-бурое окрашивание раствора. Дальнейшая диагностика бурого ферроцианида должна производиться разложением его слабым раствором едкой щёлочи (NaOH). При этом все бурые осадки разлагаются: ферроцианид урана переходит в жёлтый осадок биураната натрия, медь – в голубоватую гидроокись, молибден – в бесцветный раствор, титан – в белый студенистый осадок гидроокиси, хром – в зелёный раствор щелочного хромита.

^ Реакция с перекисью водорода. Несколько зёрен испытуемого минерала растворяют на часовом стекле в 3 – 5 каплях концентрированной HCl, затем добавляют несколько крупинок Na2CO3 до полной нейтрализации раствора (прекращения шипения). Влажный остаток растворяют в 3 – 5 каплях воды и прибавляют 1 – 2 капли H2O2. Наличие урана вызывает жёлтое окрашивание раствора. Открытию урана мешают ванадий и редкие земли, которые в случае необходимости высаживаются фосфоркислым натрием.

Реакция на торий:

1) Реакция с «тороном». К слабокислому раствору минерала или раствору сплава минерала с содой прибавляют 1 – 2 капли 0,05 – 0,1 % - ного водного раствора реактива «торон». В случае присутствия тория и в зависимости от его количества раствор приобретает розовую окраску или выпадает малиново-красный осадок. Реакцию рекомендуется вести в фарфоровом тигле или крышке.

^ На третьем этапе:

1) Растворимость в кислотах. Растворимость урановых минералов имеет большое значение при их определении и позволяет делать предварительные выводы о характере минерального соединения.

Относительно легкая растворимость главной массы урановых минералов в кислотах положена в основу микрохимического метода определения урана и метода отпечатка.

Все соединения шестивалентного урана растворимы в минеральных кислотах, даже в разбавленных (5−10 %-ных), причём степень растворимости различных химических групп минералов различна. Соединения четырёх- и шестивалентного урана полностью растворимы только в азот­ной кислоте, причём растворению предшествует окисление UIV до UVI.

При определении урановых минералов, в частности при проведении качественных химических реакций, нужно учитывать следующие данные о растворимости минералов:

Некоторые сульфаты (например, иоганнит, частично уранопилит и отдельные разновидности циппеита) растворимы в воде, другие − в разбавленной соляной кислоте.

Шрёкингерит (сульфат-карбонат) частично растворим в воде и полностью в соляной кислоте слабой (5%-ной) концентрации. При растворении в кислоте выделяются многочисленные пузырьки углекислоты.

Карбонаты легко растворимы в разбавленной соляной и других кислотах, также с выделением многочисленных пузырьков углекислоты.

Фосфаты, арсенаты и ванадаты растворяются в слабой соляной и других минеральных кислотах. При воздействии крепкой соляной кислоты на ванадаты раствор окрашивается в густой вишнёво-красный цвет.

Простые и сложные гидроокислы урана растворяются в разбавленной соляной кислоте при подогревании с выделением редких пузырьков хлора.

Силикаты разлагаются в разбавленной соляной кислоте при слабом нагревании с переходом урана в раствор и выделением геля кремнезема.

Окислы урана растворяются в минеральных кислотах, причём степень растворимости их находится в прямой зависимости от содержания в них шестивалентного урана и редких земель.

Титанаты, танталониобаты и торосиликаты лишь частично растворяются при длительном кипячении с серной кислотой, некоторые из них разлагаются только с поверхности. Перевод этих соединений в растворимое состояние осуществляется главным образом сплавлением с пиросульфатом калия, фторидом натрия или калия, селитрой (пять весовых частей Na2CO3 и одна часть KNO3).

^ 2) Определение химического состава группы минералов с выделением подкласса. Проводится определение химического состава группы минералов с выделением подкласса. Для этого используется свойство растворимости урановых минералов с кислотами. Выделяются следующие подклассы минералов:

Карбонаты. Минералы растворяются в HCl и HNO3 с бурным вскипанием. Реакция с BaCl2 на SO4 отрицательная. Реакция с BaCl2 на SO4 положительная – сульфат-карбонаты.

Силикаты. Минералы растворяются в HCl и HNO3 обычно с медленным выделением пузырьков, при растворении выделяются хлопья или студенистый кремнезём.

Фосфаты. Минералы спокойно и полностью растворяются в НСl и HNO3. Азотнокислый раствор с молибденово-кислым аммонием даёт обильный жёлтый осадок; реакция на мышьяк отрицательная.

Арсенаты. Минералы спокойно и полностью растворяются в НСl и HNO3. Азотнокислый раствор с молибденово-кислым аммонием даёт обильный жёлтый осадок; реакция на мышьяк положительная.

Ванадаты. Минералы спокойно и полностью растворяются в НСl и HNO3. Солянокислый раствор + Н2О2 даёт красное окрашивание.

Сульфаты. Минералы спокойно и полностью растворяются в НСl и HNO3. Солянокислый раствор + BaCl2 – выпадает нерастворимый обильный белый осадок BaSO4.

Молибдаты. Минералы растворяются в НСl и HNO3 при нагревании. Солянокислый раствор + ксантогенат калия дают малиновое окрашивание.

Селениты. Минералы растворяются в HN03 с выделением красного порошка селена. При нагревании в закрытой трубке дают возгон селена вишнёво-красного цвета.

Теллуриты. Минералы растворяются в концентрированной H2SO4, окрашивая раствор в пурпурный цвет.

Окислы, гидроокислы и уранаты. Минералы растворяются в НСl и HNO3 с медленным выделением пузырьков. Все испытания на анионы отрицательные.

Сложные окислы с титаном. Минералы в кислотах почти не рерастворимы, после сплавления с содой дают положительную реакцию на титан.

Органические соединения. Минералы в кислотах почти не растворимы, чёрные минералы дают золу при прокаливании.

Определение катионного и анионного состава минералов


^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНИОНОВ


Для выяснения принадлежности минерала к определенной химической группе (например, силикатов, арсенатов и т. д.) следует определить анионную часть минерала. Реакции проводятся с тщательно отобранным минералом.

Определение кремнезема. Зерно минерала размером около 1−2 мм осторожно обрабатывают на часовом стекле несколькими каплями разбавленной соляной кислоты при подогревании. Реакция считается положительной, если минерал обесцвечивается и при этом остается бесцветный скелет кремнезема, сохраняющий первоначальную форму минерала. Можно также обрабатывать минеральный порошок в пробирке, наблюдая затем при встряхивании белые хлопья, а иногда при большей навеске после выпаривания − студень кремнезема.

Определение фосфора. Открытие фосфора с молибдатом аммония и бензидином основано на получении в кислом растворе жёлтой комплексной соли фосфорномолибденовой кислоты Н7[Р(Мо2О7)б]. Последняя легко окисляет бензидин с образованием синих продуктов вос­становления молибденовой кислоты и окисления бензидина. Одно - два зерна минерала растворяют в нескольких каплях концентрированной азотной кислоты на часовом или предметном стекле; затем на фильтровальную бумагу наносят каплю этого раствора, каплю молибдата аммония и каплю уксуснокислого раствора бензидина, после чего её держат некоторое время над склянкой с аммиа