Úvod do mineralogie pro TM -...

[email protected]

Ústav skla a keramiky VŠCHT Praha

+42- 0- 22044- 4151

Úvod do mineralogie pro TM

7. přednáška - Mineralogie pro TM I

Osnova přednášky

Postup při studiu materiálů pomocí mikroskopie

Mineralogie - obecná a speciální

Základní pojmy mineralogie

Systematická mineralogie

Příklady


Postup při studiu materiálů v polarizačním mikroskopu

- určují se jednotlivé nerostné fáze, mikrostruktura a textura

- často se vychází ze známého chemického a surovinového složení nebo známých procesů vzniku - odhady podle fázových diagramů

Postup:

1) malé zvětšení v PPL

- počet fází, mikrostruktura, textura (zrnitost, homogenita, orientace, póry)

2) střední či velké zvětšení v PPL

- reliéf krystalů, tvar průřezů, vývin a stavba, uzavřeniny, štěpnost, barva, pleochroismus - nástřel určování nerostů a krystalografických soustav

- více řezů - reprezentativní vzorky

3) pozorování v XPL

- anizotropie, zhášení (+ úhel), počet optických os. (+ úhel), optický charakter, ráz délky a výše dvojlomu - vše je tabelováno


Postup při studiu materiálů v polarizačním mikroskopu

4) měření indexů lomu

- výběr se zpravidla zužuje na několik kandidátů

- následuje relativní srovnání indexů lomu, pokud nepomůže pak absolutní vzhledem k imerzní kapalině.

5) kritické zhodnocení, dodatečná měření, vztahy a procesy

- konfrontace s chemickým rozborem, práškovou difrakcí

- vysvětlení vztahu mezi mineralogickým složením, mikrostrukturou a texturou a procesem vzniku materiálu


Vymezení technické mineralogie

Co je mineralogie?

- zkoumá strukturu, fyzikální a chemické vlastnosti nerostů,

jejich vznik a přeměny v přírodě, součást geologie

- klasifikace OBECNÁ × SPECIÁLNÍ

- OBECNÁ - krystalografie, fyz. a chem. mineralogie

- SPECIÁLNÍ - systematická, genetická, ..., technická

Co je technická mineralogie?

- zkoumá suroviny (technicky zajímavé horniny a nerosty)

- technolity - syntetické materiály (keramika, sklo, pojiva, aj.)

- a vady materiálů (vměstky, aj. nehomogenity)

Role TM v předmětu TM!

- demonstrace použití polarizační mikroskopie a analýzy obrazu


Krystalografické soustavy

krychlová (kubická)

šesterečná klencová

(romboedrická)

kosočtverečná

(rombická)

jednoklonná trojklonná čtverečná

- elementární buňka, translační symetrie, krystalová mřížka mřížkové vektory, hrany, úhly a osový kříž



Příklady: diamant, halit, granát, pyrit, zlato

Příklady: apatit, grafit, kalcit



Příklady: chalkopyrit, rutil

Příklady: kalcit, korund, křemen

𝜶 = 𝜷 = 𝜸 ≠ 𝟗𝟎°



Příklady: aragonit, olivín, síra

Příklady: biotit, muskovit, ortoklas, sádrovec



Příklady: albit, plagioklasy, kaolinit, chalkantit


Krystalografické směry a Müllerovy indexy

Krystalografické směry se popisují symbolem [𝑢𝑣𝑤], kde 𝑢, 𝑣, 𝑤 jsou celá

čísla odpovídající složkám vektoru mířícího z počátku do mřížového bodu:

𝑡 = 𝑢𝐚 + 𝑣𝐛 + 𝑤𝐜

- např. [100] kladný směr osy x, [0-10] kladný směr osy y, [111] kladný směr tělesové úhlopříčky

- < 𝑢𝑣𝑤 > symetricky ekvivalentní směry, např. <111> označuje v

kubické mříži 8 směrů [111], [-111], [1-11], [11-1], [-1-1-1], [1-1-1], [-11-1], [-1-11].

Müllerovy indexy jsou celá navzájem nesoudělná čísla udávající, na kolik dílů dělí daná osnova rovin krystalografické osy a, b, c. Dělí-li např. nějaká osnova rovin osu a na 3 díly, osu b na 2 díly a s osou c je rovnoběžná, je Millerův symbol této osnovy (320)

11


Krystalografické směry a Müllerovy indexy

12



Minerál - od lat. "minera" důl - prvek nebo chemická sloučenina, která je za normálních podmínek krystalická a která vznikla jako výsledek geologických procesů - minerálem není látka vznikající jen "uměle" /wiki/

- minerály běžné v přírodě, které nevznikají při obvyklých průmyslových procesech: K-živce, granáty, amfiboly, slídy, jílové min., sulfidy

- minerály běžné v některých materiálech a vzácné v přírodě: mullit, baddeleyit, portlandit, eskolait

- krystalické látky vznikající jen v umělých materiálech: alit, kalciumalumináty, β-Al2O3



- jednoznačné určení: složení a krystalová struktura (prostorová grupa s.)

- je známo 4500 minerálů, asi 60 se podílí na stavbě hornin

- izomorfní řady (slídy, amfiboly: desítky koncových členů) - jednoduché substituce: FeII-MgII (-MnII) olivín (Fe, Mg)2SiO4 - forsterit Mg2SiO4 a fayalit Fe2SiO4

- podvojné substituce: Na-Ca; valenční kompenzace plagioklasy: řada albit NaAlSi3O8 – anortit CaAl2Si2O8



Modifikace - krystalické fáze - stejné chem. složení, ale různá kr. struktura

- mohou se lišit i v rámci jednoho minerálu

- označuje se často řeckými písmeny - α, β... (většinou od nízkoteplotních)

- nízkoteplotní modifikace : nižší souměrnost, vyšší hustota

Polymorfie (polymorfizmus) - chemická sloučenina tvoří krystaly ve dvou nebo více prostorových grupách - různé minerály.

- často zůstávají zachovány metastabilní polymorfy, zvláště po zchladnutí (např. diamant, sillimanit, cristobalit)

Pseudomorfóza - minerál vyskytující se v podobě krystalu jiného minerálu. Příčinou jsou 1. přeměny polymorfních minerálů, jako např. pseudomorfózy kalcitu po méně stálém aragonitu; tento případ se nazývá paramorfóza (polymorfie); 2. náhrady jednoho minerálu druhým, např. pyritu limonitem, živce kaolinitem; 3. rozpuštění krystalů, např. halitu, uvnitř sedimentu a vyplnění dutin sedimentárním materiálem.


Význam a kritéria členění horninotvorných minerálů

Význam horninotvorných minerálů

- klasifikace hornin a jejich systematika - geneze hornin - praktické využití hornin

Geneze minerálů

- magmatogenní m. - krystalizací magmatické taveniny - sedimentogenní m. - zvětrávání povrchu litosféry a sedimentace ve vodě či na souši - metamorfogenní m. - metamorfózou z magmat., sediment. a metamorf.

Parageneze - asociace minerálů vyskytujících se pospolu; k rozlišení paragenezí se někdy užívají typické minerály

Časová posloupnost vzniku

- primární - přímo (viz geneze) - sekundární - z primárních vlivem změny fyzikálně-chemických podmínek



Orientace v horninách

- bez přednostní orientace - např. kalcit, křemen - orientované podle tvaru - např. slídy, chlority, amfiboly

Vliv tlaku, vztah mezi krystalizací a deformací

Barva a vryp

- tmavé (mafické) - např. olivín, biotit; světlé (felsické) - např. křemen

Hustota -

Tvrdost a mikrotvrdost

- stupnice podle Mohse (1-10), Vickersova mikrotvrdost (Pa)

Štěpnost - viz mikroskopie v PPL

Optické vlastnosti - viz mikroskopie v PPL

Lesk - diamantový, skelný, perleťový, mastný, matný, kovový, aj.



Kvantitativní zastoupení

- hlavní (podstatné) - pro klasifikaci horniny > 10 obj.%

- vedlejší (podružné) - význam pro nomenklaturu a genezi horniny 1-10 obj.%

- akcesorické (přidatné) - poznání geneze, < 1 obj.%

Tvar minerálních zrn (habitus) - viz mikroskopie v PPL

Omezení - viz mikroskopie v PPL

Relativní a absolutní velikost zrn

Technické vlastnosti - např. leštitelnost


Mineralogické třídy

1. prvky (+ slitiny, karbidy, nitridy...)

2. sulfidy (+ arsenidy, selenidy apod.)

3. halogenidy

4. oxidy, hydroxidy

5. uhličitany (karbonáty) (+ boráty, nitráty)

6. sírany (sulfáty) (+ wolframany apod.)

7. fosfáty

8. silikáty (křemičitany)

9. organolity


Prvky (+ slitiny, karbidy, nitridy...)

1. grafit (C)


Sulfidy (+ arsenidy, selenidy apod.)

1. pyrit (FeS2)


Halogenidy

1. fluorit (CaF2)


Oxidy, hydroxidy

1. korund (Al2O3)

2. periklas (MgO)

3. rutil (TiO2)

4. spinel (MgAl2O4)

5. brucit (Mg(OH)2)


Korund Al2O3

W. PABST · Department of Glass and Ceramics Institute of Chemical Technology in Prague (Czech Republic)

Trig., n = 1.76 – 1.77, n = – 0.009

korund sklo

nejvyšší IB: žlutá 1. řádu (kvůli vysoké tvrdosti jsou zrna korundu často tlustší než okolí)

Rutil TiO2


Tetr., n = 2.6 – 2.9, n = + 0.287

rutil: štěpnost s úhlem cca 60°, tmavě zlatohnědá absorpční barva; extrémně vysoký lom ani dvojlom

nelze odhadnout kvůli silné absorpční barvě

přeměněný plagioklas

Spinel MgAl2O4


Kub., n = 1.72 – 2.16

spinel olivín

Brucit Mg(OH)2


Trig., n = 1.56 – 1.60, n = + 0.016

brucit (pseudomorfóza po periklasu MgO)

dolomit (vysoký dvojlom, bílé IB vyššího řádu)

serpentin (anomální modré IB)

Uhličitany (karbonáty) (+ boráty, nitráty)

1. dolomit (CaMgCO3)

2. kalcit (CaCO3)


Dolomit (Ca,Mg)CO3


Trig., n = 1.50–1.68, n = – 0.179

odlišení kalcitu od dolomitu zbarvením (na základě skutečnosti, že kalcit je rozpustný jíž ve zředěné HCl,

na rozdíl od dolomitu)

Kalcit CaCO3


Trig., n = 1.49–1.66, n = – 0.172

kalcit: bílé IB vyšších řádu, štěpnost

Sírany (sulfáty) (+ wolframany apod.)

1. sádrovec (CaSO4·2H2O)


Fosfáty

1. Apatit Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)


Apatit Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)


Hex., n = 1.65, n = – 0.001 až – 0.007

ilmenit + titanit nefelín

apatit (jehličky a malé hexagonální krystaly)

Podtřídy silikátů

1. nesosilikáty

2. sorosilikáty

3. cyklosilikáty

4. inosilikáty

5. fylosilikáty

6. tektosilikáty


Významné skupiny silikátových minerálů

1. skupina olivínu - (Mg,Fe)2SiO4 - iz. řada forsterit-fayalit - nesosilikáty

2. granáty - R2+3R

3+2(SiO4)3 - nesosilikáty

3. skupina Al2SiO5 - nesosilikáty

4. pyroxeny - M2M1T2O6 - inosilikáty

5. amfiboly - inosilikáty - dvojitý řetěz

6. slídy - | Ts Os Ts | Ts Os Ts | ... - fylosilikáty

7. skupina chloritů - fylosilikáty

8. jílové minerály - fylosilikáty

9. foidy (zástupci živců) - tektosilikáty

10. živce - K, Na, Ca živce - tektosilikáty

11. zeolity -tektosilikáty


Nesosilikáty

Skupina olivínu

1. izomorf. řada forsterit-fayalit - (Mg2SiO4-Fe2SiO4)

Granáty - R2+3R

3+2(SiO4)3

2. pyrop (Mg3Al2(SiO4)3), almandin (Fe3Al2(SiO4)3), grosular (Ca3Al2(SiO4)3)

Skupina Al2SiO5

3. sillimanit (Al2SiO5)

4. andalusit (Al2SiO5)

5. kyanit (Al2SiO5)

6. mullit (Al6Si2O13) -3Al2O3·2SiO2

Skupina zirkonu

7. zirkon (ZrSiO4)


Olivín Mg2SiO4 – Fe2SiO4


Fe-ruda

jemnozrnná matrix: plagioklas, pyroxen, Fe-ruda

olivín IB: modrá II. řádu

IB: fialová cca. 570 nm

řez opt. ose

Ortoromb., n = 1.65 až 1.85, n = + 0.033 až (–) 0.052

Olivín Mg2SiO4 – Fe2SiO4


Fe-ruda

olivín plagioklas

Ortoromb., n = 1.65 až 1.85, n = + 0.033 až (–) 0.052

Granát např. pyrop Mg3Al2(SiO4)3 až almandin Fe3Al2(SiO4)3


Kub., n = 1.77, n = 0

granát (hypidiomorfní rombododekaedry)

Sillimanit Al2SiO5


Ortoromb., n = 1.67, n = + 0.021

sillimanit (lištovitý, štěpný, nízké IB max. počátku II. řádu)

cordierit (n = 1.55, n = 0.013, dvojčata)

Sillimanit Al2SiO5


Ortoromb., n = 1.67, n = + 0.021

sillimanit (lištovitý, štěpný, nízké IB max. počátku II. řádu)

cordierit (n = 1.55, n = 0.013)

Andalusit Al2SiO5


Ortoromb., n = 1.64, n = (–) 0.009

andalusit: štěpnost, nízké IB, grafitické inkluze tvoří kříž (“chiastolit“)

Andalusit Al2SiO5


Ortoromb., n = 1.64, n = (–) 0.009

andalusit: štěpnost, nízké IB

díra ve výbrusu

muskovit

Disthen / kyanit Al2SiO5


Trikl., n = 1.72, n = (–) 0.014

biotit křemen (výbrus moc tlustý !) disthen

Mullit Al6Si2O13 (“A3S2“)


Ortoromb., n = 1.65, n = + 0.012

mullit (menší krystalky než sillimanit) sklo

dvojčatné lamely plagioklasu

Zirkon ZrSiO4

W. PABST · Department of Glass and Ceramics Institute of Chemical Technology n Prague (Czech Republic)

Fe-ruda

zirkon (vysoký relief a chagrin,vysoké IB)

Tetr., n = 1.97, n = + 0.055

Matrix: jemnozrnný živec

Cyklosilikáty

Skupina turmalínu

1. skoryl (NaFe3Al6(BO3)3Si6O18(OH,F)4

Skupina berylu

2. cordierit (Mg,Fe)2Al3(AlSi5O18)


Turmalín (borocyclosilikát)


Trig., n = 1.66, n = – 0.030

pleochroismus + zonálnost

silné IB 2. řádu

muskovit

křemen a živec

Cordierit (Mg,Fe)Al3(AlSi5O18)


Ortoromb., n = 1.55, n = (–) 0.013

cordierit plagioklas

sericit (“pinitizace“)

cordierit ! (polysyntetická dvojčata)

Cordierit (Mg,Fe)Al3(AlSi5O18) Ortoromb., n = 1.55, n = (–) 0.013

pleochroitický dvůrek sillimanit

(IB 2. řádu)

cordierit s lamelárním dvojčatěním

bubliny


Inosilikáty

Skupina pyroxenů

1. enstatit (MgSiO3), ferosilit (FeSiO3)

2. wollastonit (CaSiO3)

3. diopsid (CaMgSi2O6)

4. augit ((Ca,Na)(Mg,Fe2+,Fe3+,Al,Ti)(Si,Al)2O6)

5. spodumen (LiAlSi2O6)

Skupina amfibolů

6. amfibol Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH,F)2

7. hornblend


Ortopyroxen (Mg,Fe)SiO3 Ortoromb., n = 1.71, n = 0.007 až (–) 0.020

ortopyroxen (barva, silný relief, slabý pleochroismus, nízké IB)

matrix: křemen, sodno-draselný živec, plagioklas

biotit


Wollastonit CaSiO3


Trikl., n = 1.63, n = (–) 0.014

egirin wollastonit (IB až oranž 1. řádu)

jednoduché zdvojčatění

nefelín

Augit Ca(Mg,Fe)Si2O6 Mon., n = 1.70, n = 0.025

olivín živec matrix: analcim

(pseudomofóza po leucitu)

augit (zonálnost, IB až modrá 2 řádu)


Mon., n = 1.75, n = (–) 0.040

Augit (Na,Ca)(Mg,Fe)Si2O6

dokonalá štěpnost + zonálnost, pleochroismus (typický pro augity obsahující Na, tj. egirin)


Amfibol Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH,F)2

Mon., n = 1.66, n = (–) 0.022

tremolit – ferroaktinolit (pleochroismus, jednoduché zdvojčatění, protáhlý tvar)


Hornblend

Mon., n = 1.66, n = (–) 0.020

hornblend (silný pleochroismus, štěpnost s úhlem 124 °, IB nízké až střední – překryty absorpční barvou)

magnetit (vzniklý oxidací železa) matrix:

sodno-draselný živec plagioklas


Fylosilikáty

Skupina kaolinitu

1. kaolinit (Al2Si2O5(OH)4)

2. serpentin (Mg3Si2O5(OH)4)

3. illit, montmorillonit

Skupina mastku

3. mastek (Mg3Si4O10(OH)2)

4. pyrofylit (Al2Si4O10(OH)2)

Skupina slíd

5. muskovit (KAl2AlSi3O10(OH,F)2)

6. biotit (K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH,F)2)


Fylosilikáty


Serpentin Mg3Si2O5(OH)4 Mon., n = 1.55, n = (–) 0.008 až + 0.012

antigorit (lupenitý) / lizardit (lupenitý) / chryzotil (vláknitý) (nažloutlý-nazelenalý, nízký lom a dvojlom, vzniký z olivínů / pyroxenů)


Mastek / talek Mg3Si4O10(OH)2 Mon., n = 1.59, n = (–) 0.050

velmi podobný muskovitu a pyrofylitu, pouze obvykle menší krystaly (nízký lom, vysoký dvojlom, silné IB 2. až 3. řádu)


Pyrofylit Al2Si4O10(OH)2 Mon., n = 1.59, n = (–) 0.050

velmi podobný muskovitu, pouze obvykle menší krystaly (“flekatý“ vzhled, nízký lom, vysoký dvojlom, silné IB 2. až 3. řádu)


Muskovit KAl2AlSi3O10(OH,F)2 Mon., n = 1.59, n = (–) 0.041

křemen muskovit (“flekatý“ vzhled)


Biotit K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH,F)2

Mon., n = 1.65, n = (–) 0.060

biotit (silný pleochroismus, “flekatý“ vzhled)


Biotit K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH,F)2

Mon., n = 1.65, n = (–) 0.060

biotit (silný pleochroismus, zonálnost absorpčních i interferenčních barev

kvůli rozdílům v obsahu Fe, IB 2. řádu)


Tektosilikáty

Skupina SiO2

1. křemen, cristobalit, tridymit (SiO2)

Skupina živců

1. ortoklas, mikroklin (KAlSi3O8)

2. sanidin ((K,Na)AlSi3O8)

3. plagioklasy - albit (NaAlSi3O8) - anortit (CaAl2Si2O8)

Skupina foidů

6. leucit (KAlSi2O6)

7. nefelín ((Na,K)AlSiO4)

Skupina zeolitů

6. -


Křemen SiO2


Trig., n = 1.54 – 1.55, n = + 0.009

velké, částečně resorbované (korodované) krystaly (bílé IB) v ryolitu; oproti živcům má “čerstvý“ vzhled a nemá štěpnost,

oproti cordieritu je jednoosý, nemívá pleochroitické dvůrky a pinitizaci

Křemen SiO2


Trig., n = 1.54 – 1.55, n = + 0.009

agregát krystalů křemene s undulózním zhášením cordierit biotit + sillimanit

Cristobalit SiO2


Tetr., n = 1.48–1.49, n = – 0.003

cristobalit: tašková struktura

(vedle ilmenitu, pyroxenu, plagioklasu)

Tridymit SiO2


Ortoromb.-pseudohex., n = 1.47–1.48, n = + 0.003

dvojčata resp. trojčata

Mikroklin KAlSi3O8 Trikl., n = 1.52, n = (–) 0.007

perthitické odmíšení: lamely albitu mají o něco

větší index lomu (1.53-1.54)

mřížkování mikroklinu: polysyntetické dvojčatění podle

albitového a periklinového zákona


Sanidin KAlSi3O8 Mon., n = 1.53, n = (–) 0.007

jednoduché zdvojčatění podle karlovarského zákona (nejčastější zákon u monoklinických živců)


Plagioklas NaAlSi3O8 – CaAl2Si2O8 Trikl., n = 1.53 – 1.59, n = 0.007 až (–) 0.013

polysyntetické dvojčatění podle albitového zákona (nejčastější zákon u plagioklasů);

z úhlu zhášení 26 ° lze usoudit na složení Ab50An50

Pozn.: všechny tři fotky jsou snímky se zkříženými nikoly !


Plagioklas NaAlSi3O8 – CaAl2Si2O8 Trikl., n = 1.53 – 1.59, n = 0.007 až (–) 0.013

typický znak plagioklasů: (oscilační) zonálnost


Leucit KAlSi2O6 Tetr. – pseudokub., n = 1.51, n = + 0.001

fenokrystaly leucitu v jemnozrnné matrici egirinaugit

nosean


Nefelín NaAlSiO4 Hex., n = 1.54, n = – 0.004

nefelín

cancrinit (v nefelínitických syenitech často srostlý s nefelínem)

egirinaugit


Nefelín NaAlSiO4 Hex., n = 1.54, n = – 0.004

fenokrystaly nefelínu v jemnozrnné matrici

titanit (sfén) CaTiSiO4(OH,F)

matrix: egirinaugit (vyšší index lomu)


Date post:	15-Aug-2019
Category:	Documents
Upload:	haphuc
View:	220 times
Download:	0 times

Úvod do mineralogie pro TM -...

Documents