Полирование хрупких рудных минералов

И наконец, на этот же счет следует отнести трудности полирования некоторых хрупких рудных минералов, возникающие вследствие неумелого предварительного шлифования слишком грубым наждаком.

Если вещество поддается изучению в проходящем свете, то в этом случае упругие напряжения прослеживаются очень легко и во всех стадиях, что подтверждено опытами. Аналогичные исследования в отраженном свете, по-видимому, еще не проводились (для случая сжатых образцов руды или металла). Если учесть некоторые особенности явлений анизотропии, то подобные исследования, по-видимому, не безнадежны.

Шибольд и вслед за ним многие другие с большим успехом применили к таким исследованиям в металлографии съемку лауэграмм. Выводы и методику этих работ было бы целесообразно перенести также на руды.

Гораздо большее значение имеют остаточные деформации при разрыве сплошности, или «течении». С точки зрения понятия деформации и упругости больших различий между ними не существует, однако с кристаллографической точки зрения они представляют собой нечто совершенно различное.

На явлении «разрыва» нет надобности, останавливаться подробнее. Известно, что некоторые минералы, большей частью твердые и «хрупкие», склонны к разрыву, в то время как другим это не присуще. Такое указание должно быть, в сущности, принято, однако в весьма общем виде, поскольку температура, направление давления по отношению к положению определенных плоскостей кристаллической структуры, быстрое или постепенное воздействие давления и особенно условия нахождения в другой среде и свойства последней в значительной мере определяют эту «склонность» к разрыву или безразрывному преобразованию. Происходит раздробление с немедленным образованием мелких обломков или с образованием только нескольких «разрывов», следует ли форма обломков или положение разрывов «спайности», в свою очередь может зависеть от различных факторов; в частности, обусловливается «разрыв» в большей мере сжимающим или растягивающим усилием, трудно проследить, поскольку большинство динамических воздействий проявляется одновременно и в сжатии и растяжении.

Спайность в мономинеральных или полиминеральных агрегатах довольно часто отличается от макроскопически наблюдаемой; «ясная», или «совершенная», спайность может становиться очень неясной; «несовершенная», или вообще едва заметная, — играть существенную роль. Так, например, обстоит дело с весьма совершенной спайностью галенита по (100), которая в деформированных агрегатах едва различима в виде поверхностей разрыва, в то время, как довольно несовершенная спайность пирита по (100) играет большую роль и обычно едва наблюдаемая спайность по (110) часто становится ясной. Число примеров могло бы быть значительно увеличено.

Не очень четко различимую в отдельных кристаллах разницу между «спайностью» и «отдельностью по плоскостям скольжения» как, например, у гематита по (1011) или у магнетита по (111) или плоскости трансляции [как, например, точно так же у гематита по (0001)] особенно трудно или вообще невозможно установить в агрегатах.

«Безразрывные деформации»

«Безразрывные деформации» требуют более обстоятельного рассмотрения. В своих проявлениях они часто сходны с вполне пластическим состоянием, даже совершенным расплавлением, однако их объяснение совсем иное, и поэтому нецелесообразно подчеркивать это сходство. У кристаллов деформация обусловлена кристаллографическими явлениями «трансляции» и «простого сдвига». Иногда разделить оба явления нелегко. Они очень важны и будут рассмотрены особо.

Трансляцией называется такое явление, когда части кристалла при механическом воздействии могут передвигаться вдоль определенных плоскостей, плоскостей трансляции, которые в большинстве случаев представляют собой плоскости кристаллической структуры с различными по заряду ионами, без нарушения единства кристалла. Направление сдвига (/) в плоскости трансляции иногда четко определено, при известных условиях даже однозначно (таким образом, прямое и обратное направления не могут быть спутаны); в других случаях сдвиг хотя и происходит особенно легко в каких-то отдельных направлениях, но возможен также и в других, и особенно в случае некоторых кристаллов высшей симметрии. Например, если (0001)—плоскость трансляции гексагонального кристалла, то, по-видимому, все направления (кристаллографически рациональные и иррациональные) почти одинаково могут фигурировать в качестве направления трансляции.

В том случае, когда амплитуда сдвига отдельных плоскостей в структуре или их пачек, параллельных плоскости трансляции, представляет собой целое, кратное размерам элементарной ячейки в направлении сдвига, кристалл после сдвига остается таким же совершенным, ненарушенным, каким он был ранее (по крайней мере, теоретически). В действительности, однако, так бывает редко или совсем не бывает по причинам, которые не всегда удается установить; подобные явления можно объяснить отчасти начинающимся разделением вдоль плоскостей трансляции, в какой-то мере «отслаиванием» определенных частей кристалла, а также нарушениями, которые обусловливают появление многих одновременных.

Связанное с трансляцией, часто резко бросающееся в глаза, но еще не вполне объяснимое явление, называемое пластинчатостью смятия, проявляется, например, у кристаллов антимонита, волнистых или изогнутых вокруг (100) по (010) и в направлении своего t, причем волнистость или изгиб имеют непостоянную кривизну. Явление изгибания может быть лишь следствием общего впечатления, поскольку внутри изгиб отсутствует и кристалл остается оптически единым.

Такие пластинки смятия, кроме антимонита, дают также графит и молибденит, пирротин, франкеит и несколько других минералов, обычно с довольно четко выраженной слоистой структурой. Часто эти пластинки смятия исключительно трудно отличить от двойниковых пластинок давления, и поэтому в литературу вошли некоторые ошибочные толкования.

Правильное определение природы пластинок

Указание для правильного определения природы пластинок дают клино- или веретенообразные и не совсем плоскопараллельные сечения пластинок смятия, и прежде всего невозможность их четкой кристаллографической обработки, поскольку каждое измерение приводит к изменяющимся, иррациональным поверхностям срастания.

В плоскостях трансляции часто возможно также легкое кручение вокруг t, которое, особенно в агрегатах, будет приводить к значительно более заметным напряжениям, чем при чистой трансляции без кристаллографической переориентировки.

«Простой сдвиг» довольно сходен с трансляцией, однако он отличается от последней возможностью дать кристаллографическую характеристику не только плоскости скольжения и направления сдвига (при трансляциях Г и t при простых сдвигах К, и ст.), но и второй плоскости кругового сечения эллипсоида деформации и направление главного сечения в нем (К2 и О2); другими словами, передвинутая часть находится в двойниковом положении  по отношению к исходному состоянию.

Мюгге подробно рассматривает некоторые сложные компликации, возникающие вследствие того, что, не считая некоторых кристаллов высшей симметрии, в общем кристаллографически рациональными поверхностями могут быть только либо К, либо К2, а ребрами ст, или аг, и поэтому двойники давления полностью соответствуют двойникам кристаллов низшей симметрии.

Наиболее характерный кристаллографический признак «простого сдвига» — наличие «полисинтетических двойниковых пластинок», хорошо известных на примере кальцита, рутила, гематита, пираргирита и многих других. Микроскопически они также легко распознаются, большей частью уже благодаря двуотражению и эффекту анизотропии, а в случае изотропных или слабо анизотропных веществ благодаря протравливанию. Известны такие случаи, причем некоторые из них широко распространены, когда подобное образование двойниковых пластинок (как, например, у многих плагиоклазов) вызывается первоначальным ростом или изменением состояния при понижении температуры, т. е. когда не требуется никакого внешнего механического преобразования. В общем же при всяком наличии полисинтетического пластинчатого строения следует подумать о преобразовании. Впрочем, пластинчатость вследствие превращения является признаком преобразования, причины которого, по крайней мере, в этом случае, нужно искать внутри самого минерала, а не во внешнем воздействии.

Высшая симметрия всегда влечет появление нескольких групп двойников, когда давление в силу определенных закономерностей действует только в направлении ст, единственной из возможных равнозначных плоскостей. Это является причиной усложнений, которые трудно не заметить. Различные группы пластинок влияют друг на друга и мешают друг другу вплоть до полной блокировки; в участках перекрещения образуются прямолинейные «каналы», которые в кальците, где они раньше всего были обнаружены, часто полые. Подобное явление, возможно, имеет место и у некоторых рудных минералов, например гематита, однако при исследованиях этого пока не установлено.

Сжатые участки в кристалле

Согласно наблюдениям под микроскопом (особенно на примере кальцита), эти каналы сначала отнюдь не были полыми, более того, как показали Вебер и позднее Холмквист, представляли собой первоначально наиболее сильно сжатые участки в кристалле. Вследствие того что эти сжатия вызывают перенапряжение кристаллической структуры и, возможно, полную изотропизацию, такие «каналы» особенно легко подвергаются воздействию растворов и часто в самом деле представляют собой «полые каналы».

«Каналы» часто являются предпочтительными пунктами перекристаллизации. В соответствии с этим в участках скрещивания пластин начинается перекристаллизация двойниковых пластин.

Для «простых сдвигов» приведенные примеры составляют небольшую группу особенно характерных и ярких, а отчасти также наиболее основательно изученных случаев.

Нетрудно показать, что среди приведенных сдвигов есть такие, при которых каждый атом (или ион) в кристаллической структуре претерпевает передвижение, полностью аналогичное передвижению, устанавливаемому макроскопически (так называемый «решетчатый сдвиг»), и такие, при которых это положение действительно только для отдельных атомов или групп их, в то время как другие атомы испытывают довольно сложные пути («не решетчатый сдвиг»). Передвижение последнего вида более распространено, чем это предполагалось ранее (например, кальцит, большинство законов для галенита и др.). Предположение, согласно которому не решетчатые сдвиги происходят труднее, чем решетчатые, не подтверждается наблюдениями.

Особое место занимают некоторые передвижения, имеющие место для большинства очень мягких, пластичных минералов. Впервые их описал Мюгге на примере халькозина, а позднее Зейферт  на примере галенита. Характерно, что каждые две поверхности скольжения. Плоскость передвижения остается при этом, смотря по обстоятельствам, та же самая.

Это имеет своеобразные последствия, если кристалл поочередно подвергается обоим передвижениям по первому варианту. Согласно Мюгге, индексы любой поверхности изменяются при этом таким образом, что второй индекс остается тем же самым, первый изменяется от первоначального до равного, но противоположного ему по знаку значения, третий все более увеличивается по абсолютной величине со знаком минус.

Изометрические зерна

В конечном итоге, как это иллюстрирует снимок, взятый из работы Мюгге, приблизительно изометрические зерна могут преобразоваться в тонкопластинчатые, и может возникнуть очень широкое сходство с трансляционным изгибом и трансляцией. Хотя до сих пор передвижения с подобным эффектом были изучены только у галенита и халькозина, аналогичное явление может ожидаться и у многих других минералов.

Всякая деформация минерального агрегата является суммой очень многих и у каждого минерала довольно различных сложных деформаций отдельных зерен; следовательно, к объяснению и точному описанию деформации в целом можно прийти только путем исследования отдельных деформаций. В этой области необходима большая работа.

Перекристаллизация и образование порфиробластов

Термин «перекристаллизация» должен употребляться здесь только в том смысле, в каком он был применен вначале. Металлографы называли рекристаллизацией такое явление, когда металлы в результате прокатки или какого-либо другого процесса подвергались воздействию давления значительно большего, чем предел упругости, и приобрели при этом свойства, несовместимые с их обычным кристаллическим состоянием, затем спонтанно, а гораздо чаще после длительного или кратковременного нагревания выше определенной температуры вновь приобретали «нормальные» свойства. Выдвинутое при этом первоначально предположение, согласно которому металлы в результате воздействия давления становятся полностью или частично «аморфными», а после нагревания вновь «кристаллическими» (так следует понимать термин «рекристаллизация»), оказалось несостоятельным. Однако непосредственно после воздействия давления структура бывает весьма изменена, отдельные «кристаллиты» изборождены двойниковыми пластинками скольжения и подвергнуты сдвигам по плоскостям трансляции, а структура «кристаллитов» так сильно деформирована и напряжена, что свойства становятся совсем иными. Эти состояния напряжения, так же как и обусловленные двойниковыми пластинками большие внутренние поверхности, «неудобны» для кристалла, поэтому он пытается освободиться от напряжения и перестроить в более выгодном отношении поверхность, что и происходит при перекристаллизации.

В металлографии и частично в петрографии термином «рекристаллизация» обозначались, кроме того, совершенно иные процессы, например обычная собирательная кристаллизация в течение длительного времени или при повышении температуры, а также увеличение крупности зерен, происходящее при медленной циркуляции растворов и др. Если и возможны промежуточные случаи, то такое применение термина может ввести в заблуждение и должно быть отклонено.

Для железа, алюминия и других металлов условия перекристаллизации детально изучены, и уже давно путем выбора степени развальцевания и нагрева получают совершенно определенные структурные свойства в перекристаллизованном продукте; о рудах, напротив, мы знаем еще очень мало и вынуждены ограничиваться хотя и многочисленными, но весьма неполными эмпирическими данными, значение которых часто довольно гипотетично.

Длительность перекристаллизации

Однако уже можно выдвинуть некоторые надежные и интересные указания. Приведенные здесь примеры должны лишь побудить к дальнейшим наблюдениям и работам; они составляют лишь небольшую часть имеющегося материала.

Из трех главнейших переменных факторов, действующих при перекристаллизации (степень воздействия давления, температура и длительность перекристаллизации), нам не известен в достаточной мере ни один. Однако в большинстве случаев длительность перекристаллизации можно принимать произвольно большую и в соответствии с этим делать выводы. Температура может быть установлена благодаря «геологическому термометру». Степень воздействия давления в некоторых случаях удается охарактеризовать довольно точно, в других ее невозможно установить даже приближенно. Так, например, известны первоначально вполне шарообразные рудные частицы (от мельчайших до размера вишни) из сланцев или аналогичных пород, которые при метаморфизме были раздавлены и превращены в довольно правильные эллипсоиды вращения или развальцованы в трехосные эллипсоиды; однако это присуще только шарообразным частицам, но не остальным составляющим горной породы, в силу чего можно достаточно хорошо определить степень развальцевания. Другие компоненты могут показать иные соотношения в соответствии с тем, будут они более «хрупкими» или более «пластичными». Исходя из вышеизложенного, легко объяснить положение, согласно которому с увеличением степени развальцевания возрастает склонность к перекристаллизации. Его правильность может быть четко проиллюстрирована на примере «свинчаков», мелкозернистого сфалерита, халькопирита и др. Удачная иллюстрация, приведенная автором в одной из работ, воспроизводится здесь. Части, прилегающие к зальбанду, по которому происходило движение, подверглись особенно сильному воздействию давления и были развальцованы в весьма тонкие пластинки; по мере удаления от зальбанда пластинки становятся постепенно грубее и наконец, преобладает грубозернистый материал, едва ли подвергшийся влиянию давления. Соотношение между толщиной пластинок и поперечными размерами зерен исходного материала может служить масштабом интенсивности развальцевания. Перекристаллизация охватывает в основном только прилегающие к зальбандам части, мощность которых исчисляется немногими сантиметрами; здесь пластинки полностью исчезают, далее на границах пластинок наблюдаются в разном количестве зернистые новообразования и, наконец, пластинки сохраняются невредимыми. У некоторых разновидностей галенита при вполне аналогичных условиях перекристаллизация происходит в сфере значительно более крупных зерен; в данном случае температура перекристаллизации должна быть выше или необходимо действие других факторов, обусловливающих дальнейший ход этого процесса, таких, например, как наличие циркулирующих растворов.

Развальцевание и перекристаллизация халькопирита

Весьма наглядный пример развальцевания и перекристаллизации халькопирита приведен.

Трудно сказать заранее, какие рудные минералы имеют большую или меньшую склонность к перекристаллизации. Экспериментальный материал до сих пор весьма скуден. В общем, легко перекристаллизуются минералы низкой твердости до умеренно твердых (приблизительно от галенита до пирротина), очень мягкие и очень твердые склонны к перекристаллизации в меньшей степени, либо не перекристаллизовываются вообще. Так обстоит дело, например, с молибденитом, кристаллические агрегаты которого претерпели исключительно сильное давление и не подверглись перекристаллизации, точно так же, насколько известно автору, ведет себя графит. Вместе с тем известны прекрасные структуры перекристаллизации ковеллина  (а также слоистая кристаллическая структура), аналогично ведет себя аурипигмент. Если обратиться к особенно твердым минералам, то у таких, как касситерит и хромит, автору практически не удалось наблюдать перекристаллизацию, хотя материал был подвергнут воздействию сильного давления; в то же время пирит проявляет ее, хотя бы в отдельных случаях, а магнетит, ильменит и гематит довольно часто. Температура оказывает наибольшее влияние. О сильвине и металлическом свинце известно, что они могут довольно быстро перекристаллизоваться при обычной температуре; у галенита также непременно наступает перекристаллизация, по крайней мере, при достаточно большом времени и в частях, подвергшихся особенно сильному воздействию давления. Согласно наблюдениям, заметная перекристаллизация наступает во время приготовления шлифов (пропитывания хрупких материалов при 100° в течение 24 час). Таким образом, при исследованиях в данной области необходимо изготавливать препараты без длительного нагревания. Другие рудные минералы перекристаллизовываются только при очень высоких температурах, а в обычных условиях не обнаруживают никаких следов перекристаллизации. К ним относятся пирит (не перекристаллизован в большинстве случаев, но в рудах Сулительмы, напротив, довольно хорошо перекристаллизован), ильменит служит прекрасным примером перекристаллизации в одном участке, подвергшемся особенно сильному воздействию давления; сюда можно отнести, пожалуй, магнетит и арсенопирит, который встречается в перекристаллизованных агрегатах только в виде исключения. Чрезвычайно легко, т. е. уже при 150° и ниже, перекристаллизовываются галенит, сфалерит, халькопирит, бурнонит, борнит, антимонит и аурипигмент.

При явлениях перекристаллизации могут наступить наряду со структурными и текстурными превращениями весьма заметные вещественные изменения. Размер зерен становится равномернее, а у минералов с обычно резко выраженной склонностью к образованию пластинчатых или игольчатых форм зерна приобретают округлые очертания. Прежде всего, на границах зерен и двойников при сильно выраженном воздействии давления часто наблюдаются новообразования тонкозернистых масс, которые затем постепенно затушевывают реликты первоначальных зерен. 

Зернистые агрегаты

Хотя вследствие образования агрегатов округлых зерен параллельная текстура пропадает или затушевывается, определенное упорядочение остается, при этом часто даже впервые устанавливается; оно обнаруживается главным образом в расположении зерен, а не в их форме. У некоторых зернистых агрегатов это явление можно распознать с первого взгляда по оптическим признакам, например по однородному погасанию. Точное микроскопическое исследование возможно прежде всего благодаря методам Шахнер-Корн, указанным в «Erzmikroskopiе». Важным следствием перекристаллизации является разрушение зонального строения даже у тех минералов, у которых оно проявлено постоянно и необычайно сильно (например, у скуттерудита из Гашани в Родезии). Некоторые твердые растворы, образовавшиеся при высокой температуре и способные неограниченно удерживаться, при низкой температуре становятся неустойчивыми и будут исчезать. Так, например, богатый железом сфалерит при перекристаллизации не воспринимает вновь высокое содержание железа, а выделяет его в виде пирротина на границах зерен. Точно так же обстоит дело и с титаномагнетитом некоторых проявлений, в этом случае на его месте возникают магнетитовые и ильменитовые зерна, а часто большое количество шпинели. Это может иметь также важное значение для техники обогащения.

Структуры распада, ориентированные срастания, мирмекиты и др. при перекристаллизации разрушаются и тем самым часто лишают нас признаков, важных для установления первоначального генезиса месторождений. Если температура перекристаллизации была не очень высокой, то магнетит не обнаруживает ильменитовых пластинок или шпинелевых включений, халькопирит теряет сфалеритовые звездочки, сфалерит теряет округлые включения халькопирита и т. д.

С явлениями перекристаллизации, тесно связано образование порфиробластов которые, в рудах иногда так же появляются, как гранат или ставролит в метаморфических сланцах. Особенно склонны к образованию порфиробластов в перекристаллизованных рудных массах пирит, магнетит и ильменит, т. е. минералы, для которых указанное свойство хорошо известно из петрографии. В порфиробластах часты, как это обычно имеет место в кристаллических сланцах, включения посторонних минералов еще в той ориентировке и с такой крупностью зерна («порфиробластовое сито»), которые они имели до деформации и во время нее; они дают возможность сделать полноценные заключения о механизме динамического воздействия.

В рудах, подвергшихся динамическим воздействиям, порфиробласты неоднократно истолковывались неверно. Наиболее известен, пожалуй, случай с округленными зернами пирита в халькопиритовой руде Сулительмы. Этот пирит Фогт принял за корродированные вкрапленники рудной магмы и привел это в качестве доказательства магматического происхождения месторождения. Однако о таком происхождении не может быть и речи по разным причинам, частью общегеологическим, частью структурным; эти кристаллы, несомненно, являются порфиробластами, а округленность вызвана «стесненным ростом кристаллов» в том смысле, как это понимал Мюгге и что характерно для многих порфиробластов. 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.