Реферат: Передмова

ПЕРЕДМОВА

Прикладна мінералогія – новий науковий напрям у сучасній мінералогічній науці, що виник і сформувався у XX столітті. Їй належить велика роль у майбутньому у зв’язку зі зростаючим впливом мінералів і виготовлених з них продуктів на розвиток сучасної новітньої техніки, високих технологій, металургії, хімічної промисловості, сільського господарства, індустрії синтетичних мінералів тощо.

Прикладна мінералогія охоплює весь комплекс мінералогічних досліджень, спрямованих, перш за все, на залучення в промислове використання нової мінеральної сировини: детальне вивчення фізичних, фізико-хімічних і технологічних властивостей мінералів, розробку для цього нових методів дослідження, визначення мінералогічних критеріїв для розшуків та оцінки родовищ корисних копалин, створення раціональних технологічних схем збагачення й переробки мінеральної сировини. Для цього потрібна сумісна робота геологів, мінералогів, геохіміків, збагачувальників і технологів.

Сучасні методи дослідження мінералів, що ґрунтуються на новітніх досягненнях фізики і хімії, дають змогу одержувати надзвичайно багату інформацію про типоморфізм кожного мінералу і мінеральної асоціації, яку можна використати не тільки для вирішення різноманітних геологічних проблем, а й для важливих завдань господарського значення. Все це, звичайно, змінило уявлення про мінералогію взагалі та її практичну спрямованість зокрема.

Сьогодні прикладна мінералогія охоплює широке коло питань, пов’язаних із типоморфними особливостями мінералів: прогнозування, розшуки й оцінку мінеральної сировини, її комплексне використання, технологічну переробку і безвідвальне виробництво, залучення у промислове виробництво нових видів мінеральної сировини, синтезу мінералів і матеріалів – аналогів природних сполук, вивчення і використання відходів гірничорудного, металургійного та інших видів виробництва тощо.

Цей навчальний посібник написаний на підставі курсів і спецкурсів, прочитаних авторами для студентів старших курсів геологічних спеціальностей Львівського національного університету імені Івана Франка (проф. О.І. Матковський) і Криворізького технічного університету (проф. Б.І. Пирогов). Для його підготовки використано довголітні оригінальні наукові дослідження з питань регіональної, розшукової та технологічної мінералогії, а також численну монографічну, довідкову й навчальну літературу, зокрема випущені авторами цикли лекцій з прикладної мінералогії: Структура і теоретичні основи прикладної мінералогії (1994), Регіональна і розшукова мінералогія (1998), Технологічна мінералогія руд (1999).

Посібник складається з шести розділів: загальні відомості про прикладну мінералогію; типоморфізм мінералів як теоретична основа прикладної мінералогії; регіо­наль­на мінералогія і мінералогічне картування; розшуково-оцінна мінералогія; техно­логічна мінералогія; виявлення нових видів мінеральної сировини. Всі вони стосуються вивчення і використання мінералів надр Землі, що є прямими об’єктами мінералогії.

Потреба такого видання зумовлена тим, що сучасних підручників з мінералогії нема, а в загальних курсах мінералогії прикладні питання спеціально не розглядають. Винятком є підручники А.Г. Булаха “Минералогия с основами кристаллографии” (1989) та “Общая минералогия” (1999), у яких вперше виділено невеликий розділ, присвячений елементам прикладної мінералогії і практичного використання мінералів.

Під час підготовки до видання цього посібника велику допомогу надали працівники кафедри мінералогії ЛНУ В.Дяків, Л.Ланчак, Є.Сливко, Л.Волкова, Н.Гриньків, за що автори їм щиро вдячні.

Всі зауваження і поради до посібника автори просять направляти за адресою: 79005, Львів, вул. Грушевського, 4, геологічний факультет Львівського національного університету імені Івана Франка, кафедра мінералогії.


^ 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПРИКЛАДНУ МІНЕРАЛОГІЮ


У надзвичайно розгалуженій структурі сучасної мінералогії особливу роль відіграє прикладна мінералогія. Адже сьогодні найважливіше завдання цієї науки полягає у сприянні розширенню мінерально-сировинної бази та виявленню нових видів мінеральної сировини. Прикладна мінералогія покликана вирішувати завдання практичного використання мінералів  для прогнозування та оцінки родовищ корисних копалин, виявлення економічно прибуткових і екологічно чистих технологій переробки мінеральної сировини, створення нових видів мінеральної сировини, синтезу корисних кристалів  аналогів мінералів, з’ясування корисних та шкідливих для людини властивостей, декоративних якостей тощо.


^ 1.1. Сучасне уявлення про мінерал та об’єкти мінералогії


Протягом останніх десятиріч мінералогія як фундаментальна дисципліна в системі геологічних наук переживає новий досить бурхливий етап розвитку, стимульований двома важливими чинниками: по-перше, інтенсивним розвитком методів дослідження; по-друге, виробленням нових сучасних підходів до вивчення мінералів та відкриттям нових галузей використання мінералів і виявлення нових видів мінеральної сировини.

З цими чинниками, особливо з першим, пов’язана зміна наших уявлень про сам мінерал, його значне відхилення від класичного ідеалу. Сьогодні немає загально­прийнятого, універсального визначення поняття мінерал, адже воно, як і зміст самої мінералогії, змінюється з часом. Тому фактично дуже важко дати досить точне і водночас стисле визначення цього терміна. Найзручнішим для використання в навчальному процесі є визначення, запропоноване А.Г. Булахом: мінерали  природні хімічні сполуки кристалічної будови. Таке визначення досить вичерпно відображає головні ознаки мінералу  природний матеріал, однорідний, твердий, кристалічний, постійного або змінного складу. Саме такі мінерали є головними, або прямими, об’єктами мінералогії. До об’єктів мінералогії належать і так звані мінералоїди  опал (твердий колоїд), аморфні продукти само­розпаду мінералів, що містять радіоактивні елементи (метаміктні мінерали),  усі вони є закономірними продуктами процесів утворення, життя і руйнування мінералів, хоча й не мають кристалічної будови, а тому їх не можна вилучити з явищ мінералоутворення. Ці об’єкти мінералогії пропо­нуємо називати ускладненими.

Суперечним і досі є питання щодо положення хімічних сполук кристалічної будови, які одержують штучним шляхом і які утворюються внаслідок перетворень у різних техногенних продуктах і у відходах техно­логічної переробки. Більшість дослідників трактують ці процеси як негеологічні, і такі сполуки до мінералів не зачислюють або ж вважають їх другорядними (сумнівними) об’єктами мінералогії. До таких, очевидно, належать і спо­лу­ки (каміння), що утворюються в організмі людини. Всі ці неземні продукти рекомендують називати так: техногенні мінерали, штучні (синтетичні) мінерали, біомінерали. З огляду на те, що ці речовини є аналогами природних мінералів і мають важливе господарське та життєве значення, ми схильні вважати, що вив­чення таких сполук є завданням прикладної мінералогії.

Сучасні досягнення в мінералогії пов’язані з широкомасштабним застосуванням низки нових методів дослідження: електронної мікроскопії і електронографії, рентгено­спектрального мікрозондування, інфрачервоної спектроскопії (ІЧС), мессбауерівської спектроскопії, електроннопарамагніт­ного резонансу (ЕПР), ядерномагнітного резонансу (ЯМР), ядерноквадро­пульного резонансу (ЯКР), а також дифрактометричних, електростатичних, магнітостатичних, люмінесцентних, квантово-оптичних та ін. Дослідження, особливо із застосуванням високолокальних методів, допомогли проникнути в надзвичайно тонкі деталі будови, складу та властивостей мінералів і відкрити перед нами світ нових явищ. З’ясовано, що реальні мінерали мають такі головні особливості.

1. Більшість мінералів неоднорідні, мікрогетерогенні і складаються з головної матриці мінералу, в якій є численні мікрофази з досить характерними мікропарагенезисами.

2. Не всі складові частини мінералу (головні й елементи-домішки) є ізоморфними. Навіть у деяких класичних ізоморфних рядах виявлено розриви змішуваності (плагіоклази, піроксени та ін.).

3. Багатьом мінералам властива нестехіометричність складу. Особ­ливо це стосується мінералів, у яких аніони містять леткі компоненти (сірку, арсен, стибій, фтор).

4. У структурах мінералів часто виявляється різний ступінь упорядкування (упоряд­кованість і невпорядкованість), наявність домішкових і електронно-діркових центрів.

5. Одні й ті ж катіони у кристалічній структурі мінералів можуть мати не тільки різне координаційне число, а й займати різні позиції в одних і тих самих координаційних поліедрах.

6. Багатьом мінералам, особливо шаруватої будови, властиве явище політипії і змішаношаруватості.

Поряд з цим розширились наші знання про кристаломорфологію й онтогенію мінералів, про роль включень у мінералах. Усе це збагачує поняття типоморфізму мінералів, яке разом з топомінералогією (вчення про про­сторово-часові мінералогічні закономірності) становить теоретичну основу прикладної мінералогії.

Названі вище дослідження дали змогу не тільки виявити тонкі особливості реальних мінералів, що трапляються в різних типах родовищ, а й розшифрувати ту величезну інформацію, яка в них закладена. На думку А.І. Гінзбурга, ця інформація зводиться до такого [16]:

мінерал має в собі відображення того середовища й умов, у яких утворювався і в подальшому змінювався. Ця інформація закладена в особливостях його кристаломорфології, в характері структур і текстур його агрегатів, у появі в ньому різних елементів-домішок, в ізотопному складі елементів, що складають мінерал, у наявності в ньому численних газо­рідинних та твердих включень, у явищах невпорядкованості його кристалічної структури, в політипії, наявності в ньому різноманітних дефектів, домішкових центрів і дислокацій, у різних фізичних властивостях;

мінерал настільки чутливо реагує навіть на дуже незначні зміни зовнішніх умов, що в межах одних і тих же геологічних мінеральних утворень можна вловлювати деякі дуже тонкі його відмінності, яких мінерал набуває залежно від просторового положення, тобто від того, чи є він в апікальних чи в кореневих частинах рудних тіл, у центрі або на флангах, у самих рудних тілах чи над ними тощо;

мінерал завжди виникає в певному поєднанні з іншими мінералами. Такі мінеральні асоціації є строго закономірні і характеризують певні процеси мінералоутворення взагалі, і рудоутворення зокрема;

більшість мінералів містить дуже багато дрібних включень (простежуються тільки під електронним мікроскопом), вивчення яких дає змогу отримати додаткову інформацію про умови утворення мінералів і форми входження елементів до їхнього складу;

піддаючи мінерали різним діям – температурним, механічним, акустичним, хімічним, опромінюючи їх частинками різної енергії, створюючи або знижуючи різні дефекти, – можна змінювати в заданому напрямі їхні фізичні властивості, що відкриває нові перспективи практичного використання;

вивчення нових властивостей мінералів – лазерних, радіаційних, напів­провід­никових, п’єзо- і сегнетоелектричних, трибоелектричних, електро­стати­ч­них і магнітних, ізобарних, термічних та інших, а також явищ взаємодії з різними реагентами і бактеріями – значно розширює можливості використання мінералів у промисловості і приводить до залучення нових видів мінеральної сировини у промислове виробництво.

Отже, сьогодні в мінералогії відкриваються надзвичайно широкі перспективи для вирішення на засадах детальних досліджень мінералів низки прикладних завдань як геологічного, так і господарського характеру. Розвиваючи все нове, що з’являється в мінералогії, можна на вищий рівень підняти і деякі інші науки геологічного циклу, зробити їх точнішими, характеризувати природні процеси числом і мірою. Зокрема, інформацію, одержану різними методами з мінералів та їхніх асоціацій, можна використати для вирішення багатьох загальногеологічних питань (тектонічна активність, кореляція осадових товщ і магматичних утворень, розчле­нування фацій метаморфізму та ін.), для одержання об’єктивних даних щодо умов утворення мінералів і мінеральних комплексів, а також безпосередньо в практиці геологорозвідувальних та експлуатаційних робіт. Дослідники мінералів повинні максимально використати всі можливості, які відкриваються перед наукою для вирішення цих завдань.


^ 1.2. Господарське використання мінералів


З практичним застосуванням мінералів і продуктів, вироблених на їхній основі, тісно пов’язаний розвиток нашого суспільства. Без такого використання фактично неможливе життя і науково-технічний прогрес суспільства. Сьогодні, по суті, немає жодної галузі господарства, яка б не ґрунтувалась на мінеральній сировині.

Практичне використання мінералів дуже різноманітне. Часто їх застосовують у природному і близькому до нього вигляді завдяки специфічним або цінним властивостям. До таких мінералів належать: коштовне і напівкоштовне каміння (алмаз, берил, топаз, турмалін, родоніт, лазурит тощо), мінерали з особливими пластичними й абсорбційними властивостями (так звані глинисті мінерали  каолініт, монтморилоніт та ін.), мінерали з тепло- і звукоізоляційними властивостями (слюди, вермикуліт) тощо. Багато подібних мінералів застосовують у найрізноманітніших галузях. Наприклад, алмаз високо цінують за його красу і водночас завдяки високій твердості широко використовують для нарізання каменю й металу, цеоліти (водні алюмосилікати каркасної будови) можна використовувати як молекулярні сита (очищення високомутних вод, у тім числі стічних, очищення природного газу, очищення побічних газів від оксидів сірки), як поглиначі радіоактивних елементів (застосовували під час ліквідації аварії на Чорнобильській АЕС), у сільському господарстві для підвищення врожайності сільськогосподарських культур і збільшення продуктивності тваринництва.

Багато мінералів є носіями хімічних компонентів, що мають надзвичайно важливе практичне значення. Адже у складі мінералів виявлено майже всі хімічні елементи періодичної системи, які сьогодні застосовують у народному господарстві, серед них – мінерали благородних, кольорових і чорних металів, рідкісних елементів тощо. Причому різні хімічні елементи можуть бути головною складовою частиною мінералу (видоутворювальні) або ж другорядною (незначною) ізоморфною домішкою (розсіяні). Відповідно, мінерали можуть слугувати рудою тільки головних компонентів, основних і другорядних або тільки другорядних. Наприклад, халькопірит CuFeS2 містить майже 34 % міді, його видобувають з метою вилучення цього цінного металу, який використовується переважно для виготовлення деталей до електроприладів: сфалерит ZnS є рудою не тільки головного компонента, тобто цинку (вміст його досягає 67,1 %), який застосовують для виготовлення оцинкованого заліза й одержання різних сплавів, а й таких цінних рідкісних елементів (з вмістом від сотих часток відсотка до 5 %), як кадмій (використовують у гальванопластиці для покриття виробів зі сталі й заліза, для одержання легкоплавких сплавів та ін.), індій (застосовують для покриття металевих виробів, а також у виробництві рефлекторів для прожекторів і автомобільних фар), галій (виготовлення галієвих ламп, що дають світло, близьке до сонячного).

Нарешті, чимало мінералів, які можна використовувати у природному вигляді, а також як носії тих чи інших елементів. Зокрема, такий поширений і добре відомий мінерал, як гематит Fe2O3 зі вмістом у його суцільних рудах до 70 % заліза, є, насамперед, рудою заліза – головного компонента сталі й чавуну. Крім того, чисті відміни порошкуватого гематиту застосовують для виготовлення червоної фарби й червоних олівців. Мінерал флюорит CaF2 широко використовують у металургії для одержання більш легкоплавких шлаків, а також у хімічній промисловості, де з нього одержують низку фтористих сполук, зокрема плавикову кислоту. Прозорі й безбарвні різновиди кристалів флюориту застосовують в оптиці для виготовлення лінз, що ліквідовують сферичну і хроматичну аберації, а гарно забарвлені флюорити можна використати як коштовний камінь. Значна кількість мінералів слугує сировиною для керамічної та скляної промисловості, зокрема, андалузит Al2SіO5 – для виготовлення жаро- і кислостійкого фарфору, барит Ba[SO4] – для виготовлення спеціального скла і керамічних фероелектриків; воластоніт Ca3[Sі3O9] – у виробництві кераміки для зварювальних електродів; борати – для виготовлення металокераміки, емалей, високостійкого скла; кварц SіO2 – для виробництва скла, фарфору, силікатної цегли; з доломіту CaMg[CО3]2 виробляють вогнетривку цеглу, фарфорову глазур тощо.

Зазначимо, що є низка мінералів, практичне використання яких з часом змінювалося. Наприклад, циркон Zr[SіO4] у давнину цінували як напівкоштовний ювелірний камінь, тепер його здебільшого використовують як сировину для одержання діоксиду цирконію ZrO2 і мета­лічного цирконію. Крім того, він слугує джерелом гафнію, який міститься у ньому в невеликій кількості (до 5 %) і потрібний у ядерних реакторах.

Мінерали також використовують у сільському господарстві. Зокрема, вирощування сільськогосподарських рослин потребує великої кількості різних мінеральних добрив (фосфорних, калійних, азотних тощо); врожай збирають за допомогою різних складних механізмів, для виготовлення яких потрібні відповідні метали; перевозять врожай транспортом, по шосейних дорогах і залізницею, для будівництва яких використано різноманітні будівельні матеріали.

Нові галузі виробництва – лазерна, киснева, мікробіологічна, атомна промисловість і ракетобудування, засоби зв’язку, промисловість напівпровідників і п’єзоелементів, а також стара металургійна і металообробна промисловість – усі вони ґрунтуються на мінеральній сировині. Без мінералів не було б ні шкіл, ні лікарень, ні концертних залів, не можна було б насолоджуватися фотографією і греблею; транспорт і зв’язок залишились би примітивними. Слід зазначити, що завдяки використанню мінералів людина проникла в космічний простір, у глибини океанів, одержала можливість переміщуватися зі швидкістю, яка в тисячі разів перевищує призначену їй природою.

Сумарна кількість мінералів, зокрема їхній видобуток і споживання, часто слугують головною ознакою могутності і процвітання держави. Саме на цій підставі ми поділяємо держави на високорозвинуті (США, Великобританія та ін.), які є головними виробниками і споживачами мінеральної сировини; розвинуті (наприклад, Чилі, Мексика та ін.), що виробляють мінеральну сировину і помірно її споживають; слаборозвинуті (наприклад, Нігерія або Малаві), у яких і виробництво, і споживання є обмеженим.

Видобуток та використання мінералів і мінеральних продуктів дуже нерівномірні. Є мінерали, які добувають і використовують у великих кількостях (табл. 1.1). Вони належать до головних видів мінеральної сировини, видобуток якої становить мільйони тонн. Інші мінерали й мінеральні продукти використовують у менших кількостях, їхній видобуток – тисячі тонн (табл. 1.2).

Таблиця 1.1

Видобуток і використання головних видів мінеральної сировини у 1982 р., за [20]

Мінеральна сировина

Видобуток, млн. т

Головне застосування

Азбести

4

Ізоляція

Барит

7

Бурові розчини

Бентоніт

8

Наповнювач

Боксити

79

Одержання алюмінію

Хромовмісні концентрати

8

Одержання хрому

Мідні руди – розрахункова кількість (вихід металу 8,2×106 т)

820

Електропровідник

Польовий шпат

4

Кераміка

Флюорит

4

Металургія

Золоті руди – розрахункова кількість (вихід металу 1300 т)

130

Ювелірна справа

Гіпс

65

Пластичні матеріали

Залізні концентрати

783

Одержання заліза

Каолін

16

Наповнювачі, кераміка

Магнезит

11

Вогнетриви

Руди мангану

23

Одержання мангану

Фосфати

123

Добриво

Платинові руди – розрахункова кількість (вихід металу 200 т)

200

Каталіз, ювелірна справа

Поташ

26

Добриво

Кухонна сіль

170

Розморожування, хімія

Пірит (і сірка)

50

Сірчана кислота

Тальк

7

Наповнювач

Олов’яні руди – розрахун­кова кількість (вихід металу 213 000 т)

213
^ Олов’яні пластини
Титанові концентрати

6

Фарба, папір

Цинкові руди – розрахункова кількість (вихід металу 7×106т)

70

Злитки

Примітка: Дані взяті з World Mіneral Statіstіcs, 1978–1982. Британська геологічна служба.

Таблиця 1.2

Видобуток і використання малопоширених мінеральних продуктів, за [20]


Матеріал

Видобуток, тис. т

Головне застосування

Стибій

50

Легувальна домішка

Арсен

20

Інсектициди

Кобальт

21

Металізація, домішки до сплавів

Діатоміт

15000

Ізолятор, абразив, наповнювач

Графіт

535

Вогнетриви, змазка, фарба

Літієвмісні мінерали

5

Піротехніка

Ртуть

6

Детонатори, фунгіциди

Молібден

91

Змазка

Нікель

623

Металізація, домішки до сплавів

Рідкісноземельні мінерали

47

Фосфор для телевізійних трубок

Силіманіт

437

Вогнетриви

Вольфрам

46

Домішки до сплавів, нитки в лампах розжарювання

Ванадій

33

Домішки до сплавів

Циркон

724

Металічний цирконій, вогнетриви


Для того, щоб одержати потрібну кількість мінералів, світова добувна промисловість повинна щорічно видобувати з надр не менше 1010 т сирої породи. Ця цифра зростає, що пов’язано з постійним збільшенням кількості населення земної кулі, а також зі зростанням потреб суспільства в мінеральній сировині, особливо нових її видах. Адже, за скромними оцінками в перерахунку на готовий продукт (наприклад, сталь, мідь, свинець, цинк, будівельні матеріали, енергетична сировини тощо), кожний житель Землі за прожиті роки використовує біля 1,5–2,0 тис. тонн різних продуктів. За даними М.П. Джонса, за рік на одного жителя Землі припадає в середньому понад 5 т видобутої породи, а в розвинутих країнах цей показник сягає 50 т на особу [20]. О.Й. Бент зазначає, що в середньому у світі цей показник становить 8 т за рік. В Україні, за даними цього вченого, у 1992 р. він сягав 17 т за рік, проте у 1993 р. знизився до 10,4 т, що зумовлене економічними труднощами переходу до ринкових відносин. Ці обсяги в майбутньому зростатимуть, бо у балансі світових мінеральних ресурсів значну роль почали відігравати нові промислові типи родовищ (магматичні, метасоматичні, штокверкові, стратиформні та ін.) з дрібнозернистою нерівномірно розсіяною, часто навіть непомітною на око вкрапленістю рудних мінералів. Для того, щоб зробити їх придатними для використання (надати товарного вигляду), потрібно виконати велику копітку роботу з їхнього збагачення, що є завданням технологічної мінералогії.

Зазначимо, що потреби в мінеральній сировині також зростають нерівномірно. Якщо зростання попиту на залізо, манган, хром, вольфрам є досить помірним, то потреби в таких металах, як алюміній, нікель, кобальт, молібден і ванадій, тантал і ніобій, уран і рідкісноземельні (особливо ітрій і європій), збільшуються за експоненціальним законом. Усе це спонукає геологічну службу постійно приділяти увагу нарощуванню запасів відповідної мінеральної сировини, що є одним із важливих завдань і прикладної мінералогії.

Досить високі показники видобутку і споживання мінералів та мінеральних продуктів характерні для України, територія якої займає площу 603,7 тис. км2 (0,4 % світової суші). В її надрах виявлено понад 700 мінеральних видів, багато з яких (кварц, оксиди й гідрооксиди заліза і мангану, кіновар, самородна сірка, каолініт, топаз, ільменіт, карбонати, галоїди та ін.) мають важливе господарське значення. На жаль, сьогодні забезпеченість мінеральною сировиною та її видобуток в Україні є нерівномірним. Це пов’язано з тим, що геологорозвідувальні роботи за радянських часів були спрямовані переважно на розшуки великих і унікальних родовищ для потреб економіки колишнього СРСР. Тому в Україні виявлена потужна сировинна база руд мангану і заліза, урану, титану, цирконію, ртуті, берилію, багатьох видів нерудної сировини, коштовного та виробного каміння, будівельних матеріалів.

Сьогодні є значними обсяги видобутку залізної, манганової, титанової, уранової, ртутної руди, антрациту й енергетичного коксівного вугілля, кам’яної і сульфатно-калієвої солей, графіту, самородної сірки, брому, каоліну, вохри, нерудної металургійної сировини, облицювального каменю, склопіску та ін. Крім того, із глибин видобувають буре вугілля, нафту, газ, цементну сировину, будівельні матеріали, карбонатну сировину для хімічної і харчової промислової, мінеральні води, йод, польові шпати, торф, коштовні і напівкоштовні камені, п’єзокварц, кварц для плавлення тощо. Порівняно невеликі обсяги видобутку нікелевої руди, цеолітів, бурштину. У надрах України також виявлені промислові родовища флюориту, алуніту, золота, берилію, літію, ніобію, скандію, рідкісноземельних металів, горючих сланців, фосфоритів, родоніту, нефелінових сієнітів та інших корисних копалин, освоєння яких передбачають у майбутньому. На особливу увагу заслуговує проблема вивчення й освоєння нових для України видів мінеральної сировини, зокрема, використання вторинних мінеральних ресурсів (териконів, відвалів, хвостів збагачення, золошлаків ТЕЦ і ТЕС, металургійних шлаків), освоєння вже створених техногенних (антропогенних) родовищ корисних копалин.


^ 1.3. Зародження і сучасна структура прикладної мінералогії


Прикладна мінералогія є одним з найважливіших наукових напрямів сучасної мінералогії, що охоплює шляхи і способи ефективного практичного використання мінералів та мінералогічних знань у господарській діяльності. Вона сформувалася на початку ХХ століття. Засновником його був відомий російський мінералог М.М. Федоровський – учень нашого співвітчизника В.І. Вернадського. У 1920–1930 рр. він опублікував низку монографій і у 1923 р. організував на базі невеликого інституту “Литогеа”, створеного В.В.Аршиновим, інститут прикладної мінералогії (зараз Всеросійський інститут мінеральної сировини) у Москві.

Однак витоки прикладної мінералогії є значно глибшими і корінням сягають сивої давнини. Як і інші науки, мінералогія виникла і сформувалася завдяки практичній діяльності людини. Сотні тисяч років тому, у стадний період життя суспільства, людина вперше ознайомилася з каменем, і вся наступна історія мінералогії – це, по суті, історія пізнання людиною каменю, його складу, властивостей, походження.

Мінералогія як наука формувалася відповідно до потреб практики розшукової та гірничодобувної справи, металургії та мінеральної технології. Сама ж назва науки походить від латинського слова mіnera, що в перекладі означає руда. Зацікавленість мінералами як корисними копалинами виникла ще задовго до початку історичного (писемного) періоду. Вона тісно пов’язана з історією розвитку матеріальної культури людини, у якій суттєву роль відіграв гірничий промисел, особливо після переходу від кам’яного віку до культури міді, бронзи та заліза.

У мінералогічних зведеннях Авіценни, аль-Біруні й особливо Г.Агріколи почали з’являтися спеціальні параграфи про корисність мінералів, їхнє використання тощо. В ті часи саме визначення мінералогії та опис мінералів відображали, насамперед, практичний інтерес, що, зокрема, видно з праць “Мінералогія” Г. Лемана (1772) і “Ориктогнозія” В.Г. Фішера (1818–1820). Практичну спрямованість мають мінералогічні праці М.В. Ломоносова. В.М. Севергін, а після нього й інші мінералоги виділяють такі напрями цієї науки, як економічна, технологічна і навіть лікувальна мінералогія. А.Штурм, якому належить глибокий аналіз теоретичних основ мінералогічної науки, пише про господарську і технічну мінералогію, звертає увагу на значення мінералів як предметів мистецтва.

Високого піднесення і якісних змін прикладна мінералогія зазнала у XX ст. Саме в цей час закладено наукові основи прикладної мінералогії, тісно пов’язані з іменами М.М. Федоровського, В.І. Вернадського, О.Є. Ферсмана, А.І. Гінзбурга, В.І. Ревнівцева, М.П. Юшкіна, О.П. Іванова та ін. В Україні у розвиток прикладної мінералогії вагомий внесок зробили Є.К. Лазаренко, З.В. Бартошинський, В.М. Квасниця, В.І. Павлишин, О.М. Платонов, Ю.О. Полканов та інші вчені.

М.М. Федоровський обґрунтував потребу комплексного підходу до вивчення родовищ корисних копалин, який полягає у спільній роботі геологів, мінералогів, геохіміків, збагачувальників і хіміків-технологів над єдиною проблемою освоєння нових видів мінеральної сировини [69]. В.І. Вернадський підтримав виділення прикладної мінералогії як науки і трактував її як мінералогічну основу вчення про родовища корисних копалин. З цього приводу він писав: “Учення про корисні копалини є сьогодні у своїй основі прикладною мінералогією... Їх вивчення не може проводитись лише геологами, лише мінералогами, потрібна робота одних і других, як і хіміків, але все-таки дослідження обов’язково повинні вестися на мінералогічній основі” [6]. На жаль, ці слова В.І. Вернадського часто забувають, на що, зокрема, особливу увагу звертав видатний знавець прикладної мінералогії А.І. Гінзбург.

Правильним є твердження В.І. Вернадського про стимулювальну роль прикладної мінералогії для розвитку всіх напрямів мінералогічної науки. Справді, як зазначає М.П. Юшкін, усі періоди різкого розвитку мінералогічних знань, періоди розвитку мінералогії як науки збігаються в часі з найвагомішим її внеском у розвиток економіки, вирішення сировинних і господарських проблем. Можна згадати часи Катерини ІІ, коли блиск і краса природного каменю, що задовольняв потреби аристократії у яскравих при­красах, пробудили з новою силою інтерес до мінералогії. У середині й наприкінці XІX ст. мінерали стали одним із головних дже­рел сировини для розвитку капіталістичної промисловості, у передвоєнні роки XX ст. сформувалася мінерально-сировинна база соціалістичної індустрії, у 50-ті роки розпочали вироб­ництво синтетичних мінералів і штучних кристалів. Сучасний період – це період широкого впро­вадження мінералогічних методів для задоволення потреб не тільки гірничогеологічних і мінералого-технологічних, а й практично усіх галузей людської діяльності від техніки до медицини і мистецтва.

Важливу роль у розвитку прикладної мінералогії відіграє діяльність спеціальної Комісії з прикладної мінералогії при Міжнародній мінералогічній асоціації і Міжнародної ради з прикладної мінералогії, керівництво якої знаходиться в Південно-Африканській республіці, а також видання відповідних збірників та монографій під загальною назвою “Applіed Mіneralogy”.

Незважаючи на значні досягнення у розвитку прикладної мінералогії, сьогодні нема єдиного визначення цього терміна. З огляду на це є різні варіанти структури прикладної мінералогії. Зокрема, 1991 р. у російському видавництві “Недра” вийшов переклад з англійської книги М.П. Джонса “Прикладная минералогия. Количественный подход”, у якій термін “прикладна” мінералогія ототожнено з “промисловою” і “технологічною” мінералогію.

Ми вважаємо, що прикладна мінералогія має ширше значення. У її структурі (рис. 1), з урахуванням даних А.І. Гінзбурга, М.П. Юшкіна та інших дослідників, виділяємо такі її головні розділи:


Прикладна мінералогія
















Регіональна мінералогія і мінералогічне картування




Розшуково-оцінна мінералогія




Техноло­гічна мінералогія




Мінералогія нових видів мінеральної сировини








Медична мінералогія




Технічна мінералогія і мінералогічне матеріалознавство





Мінералогічна експертиза






Рис. 1. Структура прикладної мінералогії.


1. ^ Регіональна мінералогія (топомінералогія) і мінералогічне картування – основа для складання мінералогічних і прогнозних карт різних масштабів з метою визначення мінералогічних критеріїв виділення перспективних площ і попередньої оцінки рудопроявів.

2. ^ Розшуково-оцінна мінералогія – комплекс мінералогічних досліджень, спрямованих на підвищення ефективності розшуково-розвідувальних і оцінних робіт.

3. ^ Технологічна мінералогія – розвивається на стику мінералогії і технології мінеральної сировини й охоплює комплекс мінералогічних досліджень, спрямованих на створення найраціональніших схем переробки мінеральної сировини з повним її комплексним використанням.

4. ^ Мінералогія нових видів мінеральної сировини – вивчення складу, властивостей і поширення мінералів з метою залучення їх у промислове виробництво.

5. Технічна мінералогія і мінералогічне матеріалознавство  дослідження різноманітних техногенних продуктів-аналогів мінералів, що утворюються в захоронених відходах виробництва і відвалах пустих порід, в агло­мератах і шлаках металургійного процесу, унаслідок розкристалізації опти­чного і спеціального скла, під час виробництва абразивів, цементів, кераміки, вогнетривів тощо, синтез мінералів – аналогів природних сполук, гемологія.

6. ^ Медична мінералогія – комплекс досліджень, спрямованих на виявлення лікувальних властивостей мінералів, на вивчення мінералів і мінера­лотворних процесів в організмі людини (печінкових і жовчних каменів тощо), визначення корисних і шкідливих мінералів у навколишньому середовищі (мінералогічна екологія).

7. ^ Мінералогічна експертиза – дослідження, пов’язані з діагностикою міне­ралів та виробів з них, судовою експертизою, історичними подіями, катастрофами, повторною оцінкою перспективності родовищ тощо.

З погляду інтенсифікації геолого-знімальних, розшуково-розвідувальних і експлуатаційних робіт та процесу збільшення запасів корисних копалин важливе значення мають перші чотири розділи. Вони безпосередньо пов’язані з природними продуктами надр і їм присвячений пропонований посібник.


^ 2. ТИПОМОРФІЗМ МІНЕРАЛІВ – ТЕОРЕТИЧНА ОСНОВА
^ ПРИКЛАДНОЇ МІНЕРАЛОГІЇ

Типоморфізм мінералів – важливе досягнення мінералогії XX ст., однак його коріння сягає давнини. Адже ще з часів зародження гірничої справи поставало питання: де шукати мінерали і як пізнати їхні корисні властивості.

Поступово у процесі видобування та практичного використання мінералів і гірських порід почали нагромаджуватися дані, потрібні для шукання тих чи інших мінералів. Перші такі згадки є у працях видатних учених раннього середньовіччя (Авіценни і аль-Біруні) та епохи Відродження (Г. Агріколи). З пізнішого періоду треба назвати праці М.В.Ломоносова про ознаки мінералів, В.М. Севергіна про суміжність мінералів і О. Брейтгаупта про парагенезис мінералів. У праці “Первые основания металлургии или рудных дел” М.В. Ломоносов перелічив надійні ознаки місця залягання мінералів : “... вісмут називають гірники кришкою руд, яка показує часто дорогу до срібних, золотих і олов’яних руд”. Його висновки про ознаки можна вважати зародком вчення як про парагенезис, так і про типоморфізм мінералів.


^ 2.1. Відомості з історії типоморфізму мінералів


Уперше термін типоморфний увів у геологічну літературу Ф. Бекке в 1903 р. На підставі даних дослідження мінералів з різних глибин він визначив закономірні зміни (глибинні зони Бекке) мінерального складу земної кори і запропонував називати типоморфними мінерали гірських порід, типові для конкретної зони. Через рі