Сульфидтер класының жалпы сипаттамасы

Сульфидтердің 250 аса түрлері белгілі, ал жер қойнауында оның мөлшері 0,15 % құрайды. Кен тарағандары 20- ға жуық. Ең көп кездесетін пирит пен пирротин болады, олардың үлесіне барлық белгілі сульфидтердің арасынан 4/5 бөлігі кіреді.

Сульфидтердің рөлі өте маңызды, олар түсті, асыл және көптеген сирек металдардың шикізаты болады. Олардың электрофизикалық және оптикалық қасиеттеріне ерекше көңіл бөлінеді. Оларды өткігіштер ретінде пайдалану үшін монокристалдар түрінде өсіреді. Химиялық көз қарастан, олар күкірт сутегінен жаралған болады. Нақты күкіртпен қоспалар түзетін темір, мырыш, қорғасын, мыс, сурьма, молибден, сынап, күшәла, кобальт, никель, және т.б. Сульфидтердің құрамына изоморфты қоспалар түрінде кіретіндер: кадмий, индий, галлий, рений, таллий.

Сульфидтердің барлығына металша жылтырлық, үлкен тығыздықтән, электр-жәнежылуөткізгіштік пе нсипатталады, олар мортты болады. Жиі түйіршекті агрегаттар түрінде кездеседі және сеппелер түзеді.

Жаратылыстары (генезистері): гидротермалық, магмалық (халькопирит, пирит, пирротин, пентландит), скарндық (халькопирит, галенит, сфалерит, пирротин), экзогендік (галенит, сфалерит, пирит).

Сульфидтер тотыққан кезде бұзылады, олар тотығу белдемді сипаттайтын біріншіден сульфаттарды, кейін гидроксидтерді, оксидтерді, карбонаттарды және сомтума металдарды түзеді.

Сульфидтер маңызды кендер болады, олардан қорғасын (галенит PbS), мырыш (сфалерит ZnS), мыс (халькопирит CuFeS₂), сынап (киноварь HgS), сурьма (антимонит Sb₂S₃), күшәла (арсенопирит FeAsS, аурипигмент As₂S₃, реальгар AsS), молибден (молибденит MoS₂), никель (пентландит (Fe,Ni)₉S₈), кадмий, германий (сфалерит), рений (молибденит, халькопирит) шығарады. Одан басқа, сульфидтер күкірт қышқылын шығаратын көз болады (пирит FeS₂) және бояу өндіруге пайдаланылады (аурипигмент, киноварь).

Сульфид минералдары мен кендерді зерттегенде, оларды мөлдірлігінің нашарлығына және металша жылтырлығының күштілігіне қарай айырады. Дәл диагностика жасай алмаған кезде микроскопты қолданып зерттейді.

Оксидтер, гидроксидтер класы. Ауыр өнеркәсіпте көп пайдаланатын металдар (темір, хром, марганец, алюминий т.б.) оттекпен қосылып табиғатта химиялық құрамы күрделі, маңызы зор тотықтар минералдарын құрайды. Оттек – өте активті элемент және Жер шарына көп тараған (49 %). Сулы тотықтардың құрамына ОН- тобы, косымша аниондар және (немесе) су H₂O кіреді, немесе барлығы бірге болады. Тотықтардың 300-ге таяу минералдық түрлері бар, ал сулы тотықтардың 80-нен аса. Осы кластағы минералдардың кен тарағаны кремнезем тобының минералдары (кварц, опал, аметист, халцедон және т.б.), оларға литосфера көлемінің 12,6 % тиісті, ал темір тотықтарымен, сулы тотықтарға – 3,9 % тиесілді.

Оксидтердің кристалдық құрылысына аниондардың ішінен О^2-, ал сулы тотықтарда ОН^- кіреді. Екеуінің де иондық радиустары 1,36 Å жуық. Кейбір минералдардың құрамына О^2- және ОН^- иондары бірдей кіреді. Тотықтар мен сулы тотықтарда адсорбциялық және кристаллизациялық су бар. Катиондар ретінде басты рөл ойнайтын элементтер: Si, Ti, Fe, Al, Mn. Химиялық тұрғыдан қарағанда минералдар жай және күрделіге бөлінеді.

Минералдар келбеттері изометриялық, ұзын призмалық, жалпақ, такталы, жапырақша-қабыршақша болады. Тотықтардың көпшілігі түссіз немесе сәл түсті, ал түстері иондар-хромофорлармен байланысты. Мысалы, корундтың құрамына Cr³⁺ кірсе ол жарық-қызыл түске боялады (рубин). Минералдар құрамына Fe, Mn, Ti, Nb, Ta кірсе олар қара немесе қарауытты-қоңыр түске ие болады.

Жоғарғы қаттылық кварц, корунд, шпинель, касситериттерге тән. Басқа көпшіліктерінде қаттылығы орташа 5-6. Сулы тотықтар құрамындағы төмен валентті ОН^- кіргеннің нәтижесінде тығыздығы мен қаттылығы төмендейді.

Оттекті қосылыстардың көпшілігі Жер қабатының жоғарғы бетінде, атмосфера мен литосфера арасында, бос оттек бар жерде тараған. Грунттық сулардың деңгейі, бос оттектін Жер қыртысына өтетің тереңдігін белгілейді. Мору қыртысында және сульфидтік кенорындарының тотығу белдемдерінде химиялық реакциялар жүру нәтижесінде тотықтар және сулы тотықтар пайда болады, тағыда сулы алқаптарда – саз батпақтарда, көлдерде және теңіздерде.

Оттекті қосылыстардың көпшілігі Жер қабатының жоғарғы бетінде, атмосфера мен литосфера арасында, бос оттек бар жерде тараған. Грунттық сулардың деңгейі, бос оттектін Жер қыртысына өтетің тереңдігін белгілейді. Мору қыртысында және сульфидтік кенорындарының тотығу белдемдерінде химиялық реакциялар жүру нәтижесінде тотықтар және сулы тотықтар пайда болады, тағыда сулы алқаптарда – саз батпақтарда, көлдерде және теңіздерде.

Оксидтер эндогендік, экзогендік процестерде түзіледі. Эндогендік процестерде тотықтар және сулы тотықтар азырақ пайда болады, бірак олардың кейбіреулері байқалады. Бұл магмалық кварц, хромит, магнетит, шпинель; пегматиттік – корунд, ильменит, пирохлор; скарндық – кварц, магнетит (жиі гематитпен), шпинель; гидротермалық – гематит, кварц, сирек касситерит.

Тотықтар Fe, Cr, Mn, Ti, Al, Nb, Ta, U, Th, Re және басқа металдардың маңызды кендері болып табылады, тағыда көптеген бейметалдық пайдалы қазбалардың. Оксидтер зергерлік істе қолданады (сапфир, рубин, аметист, агат, халцедон, ысталған кварц), оптикада (мөлдіртас – тау хрусталі); жоғарыда айтылғандай кендер болып табылады, олардан темір (магнетит, лимонит), марганец (пиролюзит), алюминий (гидраргиллит) өндіріледі; ступкалар және кішкене келсаптар шығарылады (агат); түрпілер ретінде (корунд, наждак); шынының бояуын кетіру үшін (пиролюзит).

Галогенидтер класы.

Химиялық тұрақтан қарағанда галогендік минералдар (тұз қышқылы), (фтор қышқылы), HBr (бром қышқылы), HJ (иод қышқылы) қышқылдардың тұздары (грекше «галос» – тұз) болады. Олардың белгілі қышқылдардағы сутек орнына бір металл орналасатын болса, сол галоид минералдар қатарына жатады. Бұл элементтердің минерал құрау жағынан ең көп кездесетін маңыздысы – хлор мен фтор, ал қалған екеуі сирек кездеседі. Фтордың тұздары қасиеттерінің көптігі жағынан басқаларына қарағанда өзгешелеу тұрады. Фтор тұздары (фторидтер) суға жөнді ерімейді, ал хлоридтер өте жақсы ериді. Фторидтер табиғатта аз тараған минералдар болып келеді, олардың саны 15, ал ішіндегі ең бастысы флюорит болады.

Галогенидтерге 100 шақты минерал жатады, солардың ішіндегі біз қарастыратын фторидтер (флюорит) және хлоридтер (галит, сильвин) болып табылады.

Карбонаттар класы

Карбанаттар класына 80- нен аса минерал кіреді, олардың көпшілігі табиғатта кең тараған. Латынша «карбо, карбон» – «көмір» деген сөз, сондықтан карбонаттар көмір қышқылының тұздары болып табылады, ең басты Ca⁺², Mg⁺², Ba⁺², Mn⁺²,Fe⁺², Zn⁺², Na⁺², Cu⁺², Pb⁺² және сирек жерлердің. Бір валентті металдардың карбонаттары сиректеу кездеседі. Карбонаттар сусыз және сулы болып бөлінеді, құрамына қосымша аниондар ОН^-, F^- сирек Cl^- кіреді.

Карбонаттардың көпшілігінің жымдастығы жетілген. Жақтарына және жымдастық жазықтарына шыныша жылтырлық тән. Қаттылықтары орташа 3, тек доломиттікі 3,5-4,0 болады. Көпшілігі түссіз немесе ақ түсті, ал карбонаттардың түсі минералдардың құрамына кіретін хромофор-иондарымен байланысты. Cu кіретін болса карбонаттар жасыл немесе көк түсті; Fe – құрамдылар ашық-сарыдан қоңырқай түске дейін боялады. Карбонаттардың басқа түстері құрамына басқа заттардың және минералдардың механикалық кірмелерімен байланысты: қара кальцит – битум кірмелерімен; жасыл – хлоритпен; қызыл – гематитпен байланысты және т.б. Карбонаттар – тұз қышқылда едәуір ерігіш минералдар боп табылады, олар еріген кезде CО² бөлініп шығады. Қалыпты жағдайда кальцит, арагонит, малахит, азурит жылдам ерігіш боп табылады. Басқалары тұз қышқылында тек қана қыздырғанда немесе ұнтағында ериді.

Сульфаттардың жаратылысы негізінде шөгінді – олар хемогендік теңіздік және көлдік шөгінділер боп табылады. Сульфаттар тотығу белдемдердің минералдары және жанартаулық түзілімдері боп келеді. Олар тағыда гидротермалық минералжаралу процестерінде пайда болады, желелік басты минералдар (барит, сирек целестин, ангидрит) боп келеді. Метаморфтық процестерде гипстің қабаттарының дегидратациясы нәтижесінде ангидриттің пайда болуы байқалады. Сульфаттардың қатарындағы көпшілігі ірі денелер құрайды және құрылыс пен химиялық өндірістерге маңызды үлес кіргізеді.

Фосфаттар және арсенаттар класы. Бұл класқа фосфор және күшәла қышқылдырының тұздары біріктірілген, олардың саны 300 минералдан асады. Көбірек кездесетіндер фосфаттар, бірак көпшілігі аз тараған және олар сирек ірі жиынтықтарды құрайды. Құрамдарында басты боп табылатын катиондар Ca²⁺, Fe²⁺, UO₂²⁺, Cu²⁺, Al³⁺, Fe³⁺. Қосымша аниондар боп басты OH^- - иондары, F^-, сирек Cl^- кездеседі. Сипаттайтын минералдардың құрамында H₂O басты рөл ойнайды. Ол бөлігінің 50 %- дан аса құрайтын фосфаттардың, тағыда UO₂ кіретін минералдарының барлығының құрамына кіреді. Р және As көбінесе өздеріне тән тетраэдрлік оттекті топтар [PO₄]^3- и [AsO₄]^3- құрайды. Фосфор және күшәла қышқылының қалдығына катион ретінде бір немесе бірнеше металл қосылса, онда ол фосфор және күшәла қышқылының тұздары болады, олар фосфаттар және арсенаттар класына жататын минералдары боп табылады.

Фосфаттар қатарына жататын минералдар саны көп. Бірақ олардың басым көпшілігі өте сирек кездеседі де, олардың ешқандай практикалық маңызы болмайды. Олардың көпшілігі ұзынша және ине тәріздес кристалдар түзеді, кейде кристалдар тақталы, жалпақ болады. Осы класқа кіретін минералдардың көпшілігіне жер тәріздес, колломорфты агрегаттар, қабықтар, тығыз жасырын кристалды жиылымдар тән. Минералдардың көбі түрлі-түсті бояуымен ажыратылады ол құрамындағы иондар-хромофорлармен байланысты; Co – қызғылттан күрен-қызылға дейін; Fe – қоңырқай, сары, көк; Mn – қызғылт. Минералдардың көпшілігіне төмен және орташа қаттылық тән, сирек ол 5 жетеді. Минералдардың басым бөлігі Жер бетінде өтетін экзогендік процестерімен байланысты. Ал аздаған минералдар магмалық пегматиттік процесте жаралады (апатит, монацит). Апатит барлық минерал жаратылатын процестерде түзіледі.

Вольфраматтар мен молибдаттар класы. Бұл класқа 20- дан аса минералдардың түрі кіреді. Олардың көпшілігі вольфрам және молибден қышқылдарының тұздары боп табылады, молибдаттар саны вольфраматтардан басым келеді. Катиондардан басты рөл ойнайтындар Ca²⁺, Fe²⁺, аз дәрежеде Pb²⁺, Mn²⁺, және Cu²⁺ (UO₂)²⁺. Mo мен W бір-бірін изоморфты ауыстырады, және оларда аз дәрежеде V мен Cr - ға ауысуы мүмкін. Минералдардын бір бөлшегінің құрамына конституциялық (OH^-) немесе кристаллизациялық су кіреді. Молибден мен вольфрам жоғары дәрежеде тотыққан, тетраэдрлік радикалдары (MoO₄)^{2 -} және (WO₄)^2-.

Зарядтардың және аниондық топтардың өлшемі бірдей болуына байланысты, кейбір минералдарда бір-бірін ауыстырады. Мысалы, мұндай ауысу шеелит-повеллит қатарына тән. Минералдардың кристалдарына және кристалдық түйірлеріне изометриялық келбет тәрізді. Қаттылықтары 3-4,5. Олардың жақтарына немесе жіктілік жазықтарына қүшті алмасша жылтырлық тән, түзу емес жарылымдарында – майша. Түстері құрамына кіретін хромофор-иондарымен байланысты. Қоспасыз кальций молибдаттар мен вольфраматтар түссіз, бірақ сирек жерлермен, марганец, темір қоспалары немесе радиациялық деффектер барда олар әртүрлі түсті болады. Вольфраматтар (вольфрамит (Mn,Fe)[WO₄]) гипогенді минералдар боп табылады, олар жапсар-метасоматиттік (скарндық) түзілімдерде, грейзендерде және жоғары температуралы Sn-W гидротермалық желілеріңде шеелит Са[WO₄] кездеседі. Ал молибдаттар өзгеше – Жер бетіндегі процестерде, Mo мен Pb кенорындарының тотығу белдемдерінде пайда болады. Бұл минералдардың көптеген жиынтықтары вольфрам мен молибден өңдіруіне пайдалынатын құнды шикізат болады.

Силикаттар классы

Ең төменгі қаттылыққа қабатты силикаттар ие. Қаттылық, ионды байланысы бар алюмосиликаттардан (слюдалардан) ван-дер-ваальстық байланысы бар силикаттарға (хлориттер, тальк, сазды минералдар) дейін, заңды түрде төмендейді. Қабатты силикаттарға жиі аса жетілген жымдастық тән. Бұл кремний оттекті тетраэдрдің атом арасындағы байланыстың өте берік болуымен, ал қабаттар арасында – әлсіздеу болғанымен байланысты. Сонымен осы минералдарды қабат бойынша ажыратуға жеңілірек болады, осы қасиет оның аса жетілген жымдастығын белгілейді.

Генезис (жаратылысы). Силикаттар магмалық, метаморфтық, метасоматиттік, шөгіндік таужыныстар құраушы минералдары болады. Қабатты силикаттар (тальк, серпентин, хлориттер) – гидротермалық-метасоматитті өзгерген (метасоматиттік) таужыныстардың әдеттегі минералдары, олар бұл жағдайда аралдық және қаңқалы минералдардың гидролизденуінен пайда болады. Жер бетіндегі жағдайларда қабатты силикаттар және алюмосиликаттар (каолинит, монтмориллонит) пайда болады. Метаморфтық таужыныстарда – тақтатастарда және гнейстерде силикаттар кең тараған (анартас, дистен, хлорит және т.б.). Эндогендік силикаттар, әсіресе қаңқалы алюмосиликаттар (дала шпаттары), Жер бетіндегі жағдайда тез морыйды, қабатты силикаттарға және алюмосиликаттарға өтеді, ал содан кейін сәйкес элементтердің тотықтарына және сулы тотықтарына айналады.

Қолданылуы. Силикаттар және алюмосиликаттар барлық кенорындарының минералдық құрамында маңызды рөл ойнайды, және тек қана кен минералдардың серіктесі болмайды, олар кейбір жағдайларда құнды металдар сыйыстырғыш болады (Ni, Zn, Be, Zr, Li, Cs, Ru, U, TR және т.б.). Силикаттармен құрастырылған бейметалдық пайдалы қазбаларда аз емес. Солардың қатарына, мысалы, асбест – ыстыққа төзімді материалдар; каолинит – керамикада; мусковит, флогопит – радио- және электротехникада; дала шпаттары – керамикада; анартастар – түрпілі материалда және т.б., әртүрлі құрылыс материалдар. Бір қатар силикаттар (зүбәржат, аквамарин, турмалин, топаз, родонит, нефрит, жадеит және т.б.) ежелден асыл тастар және зергерлік тастар ретінде пайдаланады. Цеолиттер – молекулярлық сүзбелер болады.