Наукові праці Донецького державного технічного університету.-с.102-106.
УДК 548.3+622.693
Проскурня Ю.А.(ДонГТУ)
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ КРИСТАЛЛОВ И АГРЕГАТОВ НОВООБРАЗОВАННЫХ МИНЕРАЛОВ ГОРЯЩИХ ТЕРРИКОНОВ
На горящих терриконах Донбасса в настоящее время происходят уникальные процессы современного минералообразования, которые представляют собой новый вид геологических процессов литосферы, доступных для непосредственного наблю¬дения и исследования. Изучение этих явлений представляет интерес для понимания процессов образования минеральных индивидов и их совокупностей — минераль¬ных агрегатов, исследования процессов их зарождения, роста, изменения, длитель¬ности формирования, разрушения, физико-химических условий среды образования (температуры, давления, кислотности и др.), выявления парагенезисов техногенных минералов, особенностей распределения, зональности отложений. Все это требует, прежде всего, детального исследования кристаллографических и морфологических особенностей кристаллов и агрегатов новообразованных минералов. С этой целью было проведено опробование 26 породных отвалов различных шахт Донецко-Макеевского района Донбасса: им. М.Горького, «Глубокая», «Заперевальная», им. Газеты «Правда», «Панфиловская», «Лидиевка», им. Абакумова и др. Физико-химические исследования техногенных минералов — рентгеноструктурный анализ (ренгеновский дифрактометр ДРОН-2, CuKa-излучение), сканирующее элек¬тронное микрозондирование (электронный микроскоп-микроанализатор JSM-T300) и другие проводились в лабораториях Института геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины (г. Киев, зав. лабораторией Мельников B.C., аналитик Гречановская Е.Е.) и лаборатории Донецкого научно-исследовательского института черных ме¬таллов (г.Донецк, аналитик Бурховецкий В.В.) В результате проведения этих исследо¬ваний были установлены следующие техногенные минералы: сера, нашатырь, мас¬каньит, пиккерингит, алуноген, тамаругит, летовицит, эпсомит, халькантит, галотрихит, чермигит, квасцы, реальгар, муллит, гематит, аммонистая селитра. Установлено, что минералы образуются в результате возгонки из газов, выделяющихся из глубины отвалов (t=80-300°C) — сера, нашатырь, реальгар, масканьит, летовицит и аммонистая селитра; в результате гипергенного изменения пород под воздействием серной кисло¬ты, образующейся в результате химического и биохимического окисления пирита (t=10-80°C) — пиккерингит, тамаругит, галотрихит, халькантит и др., а также в ре¬зультате высокотемпературного изменения пород (t=450-1000°C) — гематит, муллит, шпинель и др. Морфология кристаллов и агрегатов техногенных минералов угольных шахт Донбасса самая разнообразная. Наиболее характерные формы выделения минера¬лов — налеты, корки, выцветы, отдельные кристаллы и их сростки, землистые массы и зернистые, тонковолокнистые, натечные агрегаты. Естественная форма и огранка кристаллов зависят не только от сингонии соответствующих минеральных образова¬ний, но и в существенной мере от условий отложения (температуры, скорости роста и длительности образования, мест отложения). Состав газов и химический состав исходных пород не оказывают влияния на облик минеральных агрегатов. В слабо парящих фумаролах на открытой поверхности образуются агрегаты в виде пушистого налета, тонких порошкообразных агрегатов, на стенках трещин и пустот — плотные мелко- и среднезернистые агрегаты, иногда друзы. На слабо про¬гретых фумарольных площадках образуются выцветы различных форм. Температу¬ры кристаллизации многих минералов близки между собой, поэтому многие возгоны представлены тонкой смесью различных минералов. Для минералов, образующихся в результате сернокислотного разложения пород терриконов, характерны тоненькие корочки на поверхности отвалов, распространенные на площадях в несколько квад¬ратных метров, а также хлопьевидные, скорлупообразные, гроздьевидные агрегаты. Можно выделить следующие типы агрегатов техногенных минералов: Зернистые агрегаты - сплошные массы произвольно сросшихся зерен одного или нескольких минералов, с приведенными ниже характерными формами: 1) изометрическая — кубические кристаллы нашатыря, чермигита, квасцов; 2) вытянутые в одном направлении (столбчатые, шестоватые, волосовидные, игольчатые) — сера, нашатырь, реальгар, сульфаты (пиккерингит, халькантит, га-лотрихит, мелантерит, ангидрит, чермигит, эпсомит, гексагидрит), муллит; 3) пластинчатые и таблитчатые кристаллы — гипс, агрегаты моноклинной се¬ры, тамаругит, халькантит, гексагидрит, летовицит; 4) сложные формы выделения кристаллов — кристаллические дендриты, ске¬летные формы, скипетровидные агрегаты (нашатырь, сера). Скелеты — это вершинные и реберные формы роста кристаллов, которые об¬разуются из сильно пересыщенных растворов. Дендриты являются также результа¬том вершинного и реберного роста, но идущего при неравномерной диффузии веще¬ства к кристаллу. Основным элементом строения дендритных образований является сочетание отдельных лучей, исходящих из общего центра. В сростках один из лучей основной, вдоль него нарастают отдельные элементы сростков сложного строения [3]. При этом боковые кристаллики развиваются лишь в одну сторону от центра кри¬сталла (в виде «елочек»). Иногда на вершинах дендровидных кристалликов образу¬ются дипирамиды (сера) или октаэдры (нашатырь). Кристаллы некоторых минералов имеют иногда своеобразную морфологию -они расщеплены с краев и образуются в том случае, если в среде имеются чужерод¬ные микрочастицы, размер которых соизмерим с толщиной слоя нарастания кри¬сталлов. В результате формируются расщепленные кристаллы разной морфоло¬гии — розетки, сноповидные образования и т.д. Были встречены образцы кристаллов серы, расщепленные вдоль определенной плоскости, по обе стороны от которой про¬изошло загибание кристаллов, которые часто оканчиваются каплевидными утолщениями. Псевдопирамидальные кристаллы нашатыря, вершины которых не¬редко расщеплены, образуют многоголовые или скипетровидные агрегаты. Плотные корочки образуются в хорошо защищенных местах, в трещинах и каналах истечения газов. Толщина корочек — до нескольких сантиметров (характер¬ны для серы, нашатыря, масканьита, гипса, ангидрита). Рыхлые скопления тонковолокнистых агрегатов широко распространены сре¬ди сульфатов (масканьит, сера, пиккерингит, тамаругит, алуноген, ангидрит, гекса¬гидрит), иногда характерны для нашатыря. Они занимают значительные площади (до нескольких квадратных метров), мощность образований достигает нескольких сантиметров. Волокнистые агрегаты обычно формируются в постепенно приоткрывающих¬ся трещинах, когда скорость приоткрывания меньше или равна скорости роста инди¬видов (мелантерит. галотрихит, гипс). Волоконца мелантерита растут от двух стенок навстречу друг другу. Агрегаты изогнуты или располагаются косо по отношению к стенкам, на которые они наросли, что свидетельствует о перемещениях стенок тре¬щины во время формирования агрегатов. Агрегаты натечной формы характерны для серы, нашатыря, галотрихита, чер-мигита, эпсомита. Это тоненькие, слегка изогнутые сталактиты длиной до 2 мм, сви¬сающие со стенок небольших жеод. Иногда сульфаты образуют скорлуповатые ко¬рочки, розеткоподобные или гроздьевидные сферические образования (пиккерингит, алуноген, гипс). Землистые массы — мягкие мучнистые скопления с неразличимыми кристал¬лическими образованиями. Примером могут служить образования реальгара, гидроксидов железа, сульфатов (халькантит, эпсомит, квасцы). Налеты и примазки встречаются в виде тонких пленок (толщиной до 1-2 мм), покрывающих поверхность горных пород. Характерны для масканьита, нашатыря, халькантита. галотрихита, алуногена, эпсомита, гексагидрита. квасцы. Выпоты встречаются на слабопарящих фумарольных площадках в виде очень тонкой корочки или моховидных или пушистых образований. Характерны для вод¬ных сульфатов (чермигит, эпсомит). Сведения о морфологии некоторых минераль¬ных индивидов и агрегатов приведены в таблице.
Морфология индивидуумов и агрегатов некоторых техногенных минералов угольных шахт Донбасса
Минерал Морфология кристаллов и агрегатов техногенных минералов
Сера — S, моноклинная и ромби¬ческая сингонии Образует плотные корки (толщина 2-5 см), игольчатые, цве-топодобные агрегаты, на поверхности и на глубине до 20-40 см: кристаллы моноклинной серы пластинчатого и листо¬ватого облика, размерами до 2 мм. иногда образуют кресто¬образные сростки. На них выявлены такие простые формы: {001}, (011}, (111}, (110}, {100}. Ромбическая сера образует дендритные сростки, оплавленные и натечные выделения. кристаллы относятся к дипирамидальному и пинакоидному габитусном) типам, на кристаллах обнаружены следующие простые формы: {111}, (001}, {011}. {133}, {115}, {131}, {113}, {ПО}, {117}, {013} 14]. Нашатырь - NH4C1, кубическая сингония Осаждается в местах выходов горячих газов в пиле порошко-ватых налетов, плотных корочек, друзовидных щеток, натеч¬ных, игольчатых дендритных, скелетных, спутанноволокни-стых агрегатов, хорошо образованных кристаллов размерами до 1,5 см. Форма кристаллов нашатыря - изометричные правильные тетрагон-триоктаэдры и их комбинации с ромбо¬додекаэдром и пентагон-гриоктаэдром или псевдопирамиды тетрагонального облика [2]. Масканьит - (NH4)2[S04], ромби¬ческая сингония Представлен в виде порошковатых налетов, пузыристых ко¬рочек толщиной в несколько мм мелкозернистых агрегатов, мелких кристалликов длиной до 1 мм. Менее распространены волокнистые и натечные формы, маслянистые, жирные обра¬зования. Пиккерингит — MgAI2[S04]422H,0, моноклинная сингония Образует корочки, налеты, хлопьевидные и сферические об¬разования толщиной до 2 3 см, состоящие из радиольно-лучистых, спутанноволокнистых и игольчатых агрегатов. Для кристаллов характерна различная степень кристаллизации от слабораскристаллизованных до хорошо огранненых кри¬сталлов изометрического, таблитчатого облика. Часто кри¬сталлы срастаются друг с другом гранями призм, образуя своеобразные неправильные агрегаты. В огранении кристал¬лов участвуют, и основном, комбинации пинакоидов и ромбических призм. Тамаругит NaAl[S04]2•6H20, моноклинная сингония Образует хлопьевидные агрегаты и корочки толщиной до 1 см, состоящие из игольчатых агрегатов таблитчатого, пла¬стинчатого облика, различной степени кристаллизации, обра¬зуют агрегаты ромбической формы, вытянутые по оси в па¬раллельные сростки размерами до 20 мкм с развитыми гра¬нями пинакоидов. Мелантерит — FeS04•7H20. моно¬клинная сингония Образует натечные и зернистые агрегаты, порошковатые массы, щетки мелких кристалликов размерами до 3 мм на стенках трещин почти у самой поверхности. Кристаллы игольчатого, столбчатого облика, часто образуют скрученные и спиральные формы, габитус кристаллов — удлиненно-призматический, ромбоэдрический; характерные формы: пи-коиды {010]. {001}, {101}, ромбические призмы {ПО}, {111}, {011} [1]. Халькантит — CuS045H20, триклинная сингония Представлен в виде порошковатых налетов, корочек и земли¬стых агрегатов с радиальноволокнистым строением, пла¬стинчатого и таблитчатого облика. Габитус кристаллов — короткопризматический, характерные простые формы: {100}, {010}, {ПО}, {111}, {ПО}, {121}. Алуноген CuS04•5H20, трик-линная сингония Минерал образует налеты, натечные образования, сплошные тонкие скорлупоподобные или хлопьевидные корки, мелко¬чешуйчатые агрегаты вблизи очагов горения пород. Облик кристаллов пластинчатый, волокнистый. Кристаллы призма¬тического габитуса с преобладающими простыми формами: {010!. {100}. Гипс - CaS04•2H20, моноклинная сингония Образует плотные щетки, грозди, радиально-волокнистые агрегаты, пластинчатые, таблитчатые формы в виде «розеток», иногда индивиды призматического габитуса размерами до 5 мм. На кристаллах выявлены такие простые формы: пинакоиды {010}, ромбические призмы {ПО}, {111} Ангидрит - СаSO4 ромбическая сингония Распространен в виде зернистых корок (кристаллики разме¬ром менее 1 мм), порошковатых образований. В полостях часто встречаются игольчатые, волокнистые кристаллики и их скопления изометрического, толстотаблитчатого облика 11а кристаллах установлены следующие простые формы: пинакоид {010}, ромбические призмы {101}, {011}. |1] Чермигит - NH4Al[SO4]•12H2 кубическая сингония Распространен в виде небольших сталактитов, пушистых налетов, натечных корок, покрывающих поверхность отва¬лов. Образует столбчатые и волокнистые кристаллы изометрического (октаэдры) габитуса. Встречаются кристаллы с четырехугольным и шестиугольным сечением, которые пред¬ставляют собой, по-видимому, аномально развитые грани куба с подчиненными гранями октаэдра. Размеры кристалли¬ков достигают 1 2 мм в длину и 0,1-0,2 в ширину. Эпсомит - MgS04•7H20, ромби¬ческая сингония Образует пушистый налет, тонкие корочки, стяжения, плот¬ные натечные пли землистые образования, состоящие из мел¬ких игольчатых или волокнистых кристаллов длиной в не¬сколько мм. Натечные выделения минерала образуют бугор¬ки и столбики, часто с боковыми ответвлениями. Обычны также гроздъевидные и клубнеобразные агрегаты на стенках пустот и ниш. Формы кристаллов следующие: призмы {110}, {111}, пнакоиды {100}, {010}, {001}[1]. Минералы встречаются на поверхности или в нескольких сантиметрах ниже по¬верхности отвалов и занимают площади до нескольких квадратных метров, концентри¬руясь в прикрытых площадях, возле отверстий, в трещинах и впадинах, небольших пещерах. Отложение минералов в защищенных от ветра и осадков площадях объясняется негативным воздействием погоды на хрупкие минеральные образования, а также более высокой концентрациии выделяющихся газов в этих местах по сравнению с открытыми площадками. Понижение температуры может привести к прекращению отложения ми¬нералов или их переотложению на уже образовавшихся минеральных видах. Совер¬шенные кристаллы характеризуются правильной внешней симметрией, что указывает на их рост при всестороннем и равномерном подтоке вещества ко всем частям растуще¬го кристалла. Искаженные многогранники, грани которых то ровные блестящие, то не¬ровные, искривленные и тусклые, отражают процесс роста на участках, где эти условия не соблюдаются. Явления замедления или ускорения кристаллизации, прерывистого роста и доращивания кристаллов выразились в разной степени кристалличности и в по¬явлении скипетровидных и других сложных форм выделения минералов. На основании изучения морфологии кристаллов и агрегатов минералов можно определить их относительный возраст, выделить минералы ранние, поздние и одно¬временно образовавшиеся, определить скорость роста, длительность образования, установить физико-химические условия среды минералообразования, что имеет большое значение для решения прикладных и теоретических задач минералогии, при разработке вопросов теории минералообразования и в целом мри изучении мине¬ральных тел техногенного происхождения.
Библиографический список
1. Всртушков Г.Н., Авдонин В.П. Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам. М.: Недра, 1980.- 292 с.
2. Панов Б.С., Дорфман М.Д., Смолянинова Н.Н. О нашатыре из Донецкого бассейна Новые данные о минералах СССР М .Наука, 1974. Вып.23. С.220 21
3. Серафимова Е.К. Минералогия возгонов вулканов Камчатки. М.: Наука. 1979. -168 с.
4. Сребродольский В.И. Типоморфные особенности самородной серы // Минерал, журнал, 1982. - Вып.4. • №6. — С. 48-54.