Качественные микроскопические методы наблюдения оптических свойств рудных минералов

При исследовании полированных шлифов с целью диагностики рудных минералов визуально определяются оптические свойства: отражение, двуотражение, цвет, анизотропия и внутренние рефлексы.

Отражение R — свойство полированной поверхности минерала отражать определенное количество падающего на него света. Это свойство наблюдается без анализатора. Отражение может быть точно измерено с помощью специальных приборов. При обогащении руд степень отражения минерала имеет большое значение. Рудные минералы сильно отражают свет в полированном шлифе, имеют светлую, яркую окраску. Жильные — слабо отражают свет и имеют серую, темно-серую окраску. Яркость рудных минералов в полированном шлифе различная.

Наиболее яркими, блестящими выглядят самородные металлы, прсеииды, антимониды, теллуриды (R> =60%); менее яркими, но очень светлыми — сульфиды (R 30—60 %); светло-серыми и серыми -оксиды (R 10—-30%); темно-серые в полированных шлифах—нерудные минералы (силикаты, оксиды, карбонаты, суль-фfты), у них очень низкое отражение (у кварца R = 4 %).

Отражение рудного минерала представляет собой отношение интенсивности света, отраженного минералом (1_Г), к интенсивности света, падающего на него (I₀):

R= (I_r/I₀)100%.

Показатель отражения зависит от показателей преломления минерала и среды (воздуха или иммерсионного масла) — между минералом и фронтальной линзой объектива, а также от показателя поглощения минерала.

Для прозрачных минералов R может быть вычислено по формуле Френеля:

R= (n-1)² /(n+1)2; R_и=(n-n_и)² /(n+n_и)²,

где п — показатель преломления минерала; п_и — показатель преломления среды (в воздухе n_и =1, в кедровом масле — 1, 516).

Для изотропных непрозрачных минералов R может быть вы-числено по формуле Бера

R = [ (п—п_и) ²+k²]/[ (n+n_и) ²+k²],

где k — показатель поглощения минерала.

Чем выше значения n и k минерала, тем больше его отражение. Отражение минерала в воздухе выше, чем в масле. Для различных волн монохроматического света R имеет разные значения. Так, у галенита в воздухе в зеленом свете (l 546) R равно 43%, в оранжевом (l 589) —41, 6 %, в красном (l 650) — 40 %. Это явление называется дисперсией отражения.

У анизотропных рудных минералов. количественно.определя-ются два показателя отражения для одноосных минералов — R₀, Re, три для двуосных — R_g, R_m, R_p, один — для изотропных — R. У изотропных и анизотропных минералов, кроме того, определяются показатели отражения в воздухе R_B и в иммерсионной среде Rn. В воздухе отражение, минерала наблюдают при, небольших увеличениях (47, 90); небольшие различия, едва заметные в воздухе, часто усиливаются в масляной иммерсии. Для качественной оценки R рекомендуются иммерсионные объективы слабых, увеличений (11).

Качественно оценить R минерала можно на рудном микроскопе путем сопоставлений его с эталонами или с известными рудными минералами в шлифе. За эталоны приняты свежеотпрлированные минералы: пирит, галенит, сфалерит и кварц, R, которых равно соответственно (в %.) 55, 43, 17 и 4, 5. Более тусклый или темный минерал из двух сравниваемых имеет более низкое отражение, наиболее светлый или яркий минерал — более высокое; точность визуального определения R ±5 %.

При определении отражения минерала в полированном шлифе устанавливают в поле зрения минерал-эталон и неизвестный минерал и определяют, какой из них светлее или темнее. Если в шлифе нет эталонов или нет известных минералов, близких к эталонному минералу, то монтируют с помощью ручного пресса два аншлифа, чтобы полированные поверхности их лежали в одной плоскости. В одном шлифе неизвестный минерал, в другом - эталонный.

На изменение отражения влияют следующие факторы.

1. Качество полировки рудного минерала. При большом количестве трещин, царапин, выбоин и пор на полированной поверхности минерала отражение снижается на несколько процентов (например, у гидроксидов: марганца, железа и т. д.). Поэтому выбирают в шлифе зерна без трещин и царапин, устанавливают их и поле зрения и сравнивают с эталоном.

2. Правильно подобранные светофильтры. Визуальное опреде-ление интенсивности отражения ясноокрашенных минералов проводят с помощью соответствующих светофильтров-—синего, зеле-, кого, оранжевого, желтого, красного -(например, для халькопири-HI с желтым; для ковеллина — с синим и т. д.), чтобы при наблюдении цвет минерала не оказывал влияния на величину R. У минерала R будет выше с тем светофильтром, окраска которого близка к цвету минерала, и наоборот. Светофильтр устанавливается в щель опак иллюминатора или накладывается сверху на окуляр микроскопа.

3. Зависимость изменения отражения анизотропных минералов от изменения ориентировки зерен. В этом случае Rmax необходимо оценивать на наиболее ярких и Светлых зернах.

4. Зависимость Изменения отражения минералов от изменения их химического состава. Для некоторых минералов характерно наличие изоморфных примесей различных химических элементов.

Двуотражение ∆ R является одним из характерных свойств ми-нерала и наблюдается у анизотропных рудных и жильных мине-ралов только с помощью поляризатора при вращении^; столика микроскопа на 360°. Наблюдение следует проводить со светофильтром дневного света и при строго определенном Положении поляризатора, соответствующего горизонтальному направлению колебаний падающего света.

Для сильно анизотропных минералов при вращении столика микроскопа характерны отчетливые изменения отражения и реже цвета. При этом зерна минерала разной ориентировки, расположенные в шлифе рядом, заметно отличаются друг от друга по цвету и отражению. Изменение отражения называется двуотраже-цием и численно выражается разностью главных показателей отражения минерала: ∆ R =R_g-Rp. Например, абсолютное значение ∆ R молибденита равно 44—15 = 29%, антимонита 44—30= 14 %, графита 23—4=19 %, ковеллина 20—5=15 %, кальцита 6—2 = = 4 % и т. д. У изотропных минералов двуотражение отсутствует при любой ориентировке их зерен.

Визуально у анизотропных минералов по интенсивности различается сильное и слабое двуотражение.

Сильное двуотражение минерала наблюдается в воздухе с помощью объективов малого увеличения (4, 7; 9) и характеризуется различной яркостью, реже цветовым эффектом. Например, у мо-либденита при вращении столика микроскопа эффект двуотражения выражается в изменении яркости зерен минерала — от белого, светло-серого до серого тонов, у ковеллина — цветовым эффектом двуотражения, плеохроизмом отражения — от светло-голубовато-серого до темно-синего.

Слабое двуотражение наблюдается только в сростках разно-ориентированных зерен исследуемого минерала, в иммерсии, с помощью объективов малого увеличения (11). Слабое двуотражение характерно для марказита, гематита, никелина, кубанита, пирро-тина, ильменита, энаргита, арсенопирита.

Двуотражение выражено как у непрозрачных, так и у полупрозрачных минералов. У некоторых прозрачных минералов с высоким двупреломлением наблюдается сильное двуотражение (например, у карбонатов Са, Mg, Fe, Pb, Zn). Кварц, барит, гипс и полевые шпаты не имеют двуотражения.

При изучении двуотражения минерала в поле зрения микроскопа устанавливается мономинеральный участок, где имеется несколько разноориентированных зерен. Лучше всего изучать дву-отражение на таких минералах, как молибденит, антимонит, ковеллин, пирротин, арсенопирит, кальцит.

Цвет рудного минерала в отраженном свете—важный диагностический признак; наблюдается без анализатора. Ощущение цвета возникает в сетчатке глаза под влиянием световых волн. По длине волны в спектре видимого света выделяют три участка: длинноволновый (красный и оранжевый цвета), средневолновый (желтый и зеленый цвета), коротковолновый (голубой, синий, фиолетовый цвета).

Цвет минерала в отраженном свете зависит от его показателей преломления и поглощения или от дисперсии отражения. Если минерал для какой-то определенной длины волны света имеет наибольшее значение отражения, чем для других длин волн монохроматического света, то этот минерал в отраженном свете будет обладать цветом или оттенком, соответствующим характерной волне. Например, наибольшая величина отражения (23, 7 %) в воздухе для ковеллина измерена в синем свете, а для халькопирита (44, 4 %) — в оранжевом свете.

Визуально цвет минерала определяется в шлифе под микроскопом путем сравнения с цветом окружающих минералов. Обычно цвет исследуемого минерала сравнивается с цветом эталонов -сфалерита, галенита, халькопирита, пирита. С галенитом сравниваются все минералы, со сфалеритом — минералы с отражением меньшим, чем у сфалерита. При этом устанавливается цветовой оттенок минерала. Определение цвета представляет большую трудность для начинающего исследователя. Точность визуального определения цвета минерала приобретается после значительной практики и требует очень опытного глаза. Чем больше работает исследователь с аншлифами, тем лучший он диагност. Каждый наблюдатель должен давать свое собственное описание цвета минерала. Глаз человека обладает большой чувствительностью к очень слабым различиям цвета и яркости двух объектов, расположенных рядом.

По цвету рудные минералы в отраженном свете делятся на две группы: 1) бесцветные и слабоокрашенные; 2) ясноокрашен-ные. К бесцветным относится подавляющая масса рудных минералов. Цвет их белый, светло-серый и серый. Эталонами бесцветных минералов являются следующие: галенит — белый; теннантит — светло-серый; сфалерит — серый; шеелит — темно-серый; кварц — темно-темно-серый. Слабоокрашенные минералы — это бесцветные минералы со слабыми оттенками бледных пастельных тонов: голубоватые, желтоватые, розоватые, коричневатые, зеленоватые. Оттенок цвета минерала определяется на фоне галенита или в масле. Слабоокрашенные минералы меньше распространены, чем бесцветные.

Группа ясноокрашенных, или цветных, минералов самая небольшая. Цвет ясноокрашенных минералов легко устанавливается под микроскопом. Выделяются минералы желтого, розового и синего цвета. Эталонами ясноокрашенных минералов являются: халькопирит — желтый; борнит свежеотполированный — розовый; ковеллин — синий.

При определении цвета исключительно большую роль играет окраска окружающих минералов. Халькопирит с галенитом отчетливо желтый, рядом с золотом воспринимается как зеленовато желтый.

Цвет минерала в воздухе отличается от цвета минерала в масляной иммерсии. Для одних минералов такие различия в цвете незначительны, для других — цветовой оттенок резко усиливается. В крупных кристаллах и грубозернистых агрегатах окраска многих минералов обычно светлее, чем в мелко- и тонкозернистых или коллоидных агрегатах. На некоторых предприятиях по обогащению вольфрамовых руд с помощью фотометрического метода отделяют кварц с вольфрамитом и шеелитом от более темной вмещающей породы.

Анизотропия — основной качественный диагностический признак. Рудные минералы в поляризованном отраженном свете делятся на изотропные и анизотропные. В группу изотропных минералов входят минералы кубической сингонии и аморфные; анизотропных — остальных сингоний.

Изотропный минерал при скрещенных николях становится темным и не просветляется при повороте столика на 360°. Некоторые рудные минералы кубической сингонии (например, кобальтин и борнит) часто слабо анизотропны. Это аномальная анизотропия. Анизотропные минералы при скрещенных николях обнаруживают изменение цвета или яркости. Эффект анизотропии следует на-блюдать без светофильтра синего цвета; наблюдение анизотропии и внутренних рефлексов при скрещенных николях следует произ-водить при включенной призме. Наблюдается четырехкратное погасание анизотропного кристалла через каждые 90° при вращении столика микроскопа. Для одних минералов характерно прямое погасание (мелонит, висмутин, никелин, энаргит и др.), а для других — косое (люцонит, фаматинит, вольфрамит, малахит и др.). Некоторые минералы сопровождаются цветовым эффектом анизотропии.

Поляризационные окраски, наблюдаемые в анизотропном минерале при скрещенных николях, обусловлены главным образом дисперсией двуотражения. Их можно наблюдать как в воздухе, так и в масле, при этом в масле они выражены ярче. Проявляются они в скрещенных николях при наиболее сильном освещении. Например, у. ковеллина цвет, изменяется от красного до синего, у арсенопирита — от голубоватого до розового, у пирротина — от желтого до: фиолетового и т. д. Цветовые эффекты анизотропии различны в зависимости от сечения зерен и полноты скрещивания! николей. Цветовые эффекты не всегда хорошо наблюдаются по следующим причинам:

— поляризационные окраски минералов постоянны только в том случае, когда николи точно скрещены; правильная установка николей контролируется чередованием положений темноты строго через 90° при вращении столика микроскопа; отчетливое изменение цвета происходит при малых поворотах кристалла в обоих направлениях от положения темноты; положением не вполне скрещенных николей пользуются при наблюдении слабого эффекта; анизотропии, незаметного при строго скрещенных николях;

— поляризационные цвета визуально воспринимаются различными наблюдателями по-разному;

— интенсивность и даже оттенки поляризационного цвета минерала изменяются в зависимости от марки микроскопа; необхо-димо также тщательно устанавливать объективы.

У минералов с бесцветовым эффектом анизотропии при скрещенных николях с вращением столика микроскопа изменяется интенсивность освещенности. В результате минералы становятся серыми, светло-серыми (например, вольфрамит, киноварь, рутил, ильменит, гематит). Для минералов гексагональной, тетрагональной, ромбической, моноклинной, триклинной сингонии большинство сечений анизотропно, однако некоторые сечения будут казаться полностью изотропными. Поэтому наблюдение эффекта анизотропии всегда необходимо производить на нескольких зернах минерала. У большинства полупрозрачных и прозрачных минералов эффект анизотропии слишком слаб, за исключением нескольких карбонатов, и маскируется внутренними рефлексами. При скрещенных николях у некоторых минералов отчетливо проявляется двойниковое и зональное строение.

По интенсивности эффекта поляризации анизотропные минералы разделяются на три группы: сильно анизотропные, отчетливо анизотропные, слабо анизотропные.

Сильно анизотропные минералы — эффект анизотропии заметен в монокристаллах при вращении столика микроскопа (молибденит, графит, антимонит, ковеллин, пирротин и др.).

Отчетливо анизотропные минералы — эффект анизотропии наблюдается в агрегате разноориентированных зерен (вольфрамит, киноварь, буланжерит, касситерит, ильменит).

Слабо анизотропные минералы — показывают эффект анизотропии только в агрегате разноориентированных зерен, особенно при наблюдении в иммерсии (халькопирит, бурнонит).

При изучении эффекта анизотропии рудных минералов необходимо проверить установку микроскопа с помощью сильно анизотропного минерала (например, антимонита), для чего шлиф с таким минералом ставится на столик микроскопа, включается анализатор, затем, вращая поляризатор, добиваются более отчетливого эффекта анизотропии этого минерала. После проверки установки микроскопа ставят на его столик шлиф с испытуемым минералом и при одном поляризаторе, без светофильтра дневного света, проверяют правильность установки в горизонтальном положении при вращении столика микроскопа на 180°. Шлиф установлен правильно, если при повороте столика на 180° не произошло

заметного изменения в освещенности всего поля зрения. Затем включают анализатор и определяют эффект анизотропии.

Внутренние рефлексы наблюдаются в группе полупрозрачных и прозрачных минералов с R< 44 %. Внутренними рефлексами называются цветные и бесцветные лучи, отраженные от внутренних элементов минерала (трещин спайности, твердых и жидких включений), а также от границ зерен. Они идут изнутри минерала со всей поверхности или образуют одиночные или групповые световые блики. Различают цветовые рефлексы (красные, коричневые, желтые, зеленые, синие, оранжевые) и бесцветные. Цвет внутренних рефлексов имеет важное диагностическое значение. Например, для киновари характерны красные внутренние рефлексы, для касситерита — желтовато-коричневые, желтые, редко красные и т. д. Цвет внутренних рефлексов сходен с цветом минерала, наблюдаемым макроскопически в штуфах, или с цветом его черты на фарфоровой пластинке. Для выявления внутренних рефлексов применяют методы: поляризованный отраженный свет, косое освещение, наблюдение цвета порошка минерала и наблюдение с иммерсией. Внутренние рефлексы выявляются тем лучше, чем больше увеличение объектива и особенно с иммерсионными объективами.

Бесцветные внутренние рефлексы встречаются главным образом у нерудных прозрачных минералов с R 5—10%. У прозрачных и полупрозрачных минералов в полированных шлифах наблюдают внутренние рефлексы при полностью скрещенных николях с объективами 9^х, 40^х и сильным освещением. При этом просматриваются многие зерна минерала в шлифе. Внутренние рефлексы минерала в шлифе определяют также в косом свете. Для этого вынимают лампочку из осветителя и направляют свет сбоку на полированный шлиф.

Внутренние рефлексы у полупрозрачных минералов слабо выражены и наблюдаются с трудом. Однако их можно выявить в порошке, полученном при царапании полированной поверхности; порошок изучают в скрещенных николях, в косом свете или в масляной иммерсии.

Число внутренних рефлексов зависит от состава минерала. Например, в маложелезистом сфалерите они многочисленны, в сильножелезистом сфалерите с включениями халькопирита и пирротина - редки или совсем отсутствуют.

По интенсивности проявления внутренних рефлексов минералы разделяются на три группы: 1) внутренние рефлексы отсутствуют — главным образом группа непрозрачных рудных минералов с R> 44 %; 2) слабые внутренние рефлексы — группа полупрозрачных рудных минералов с R=10 —44% (вольфрамит, хромит, гематит, ильменит, теннантит и др.); наблюдаются в порошке минерала или в иммерсии при скрещенных николях с объектива- ми 9^х, 40^х и сильном освещении; порошок минерала изучают на поверхности шлифа. Внутренние рефлексы не наблюдаются у ясноокрашенных минералов (например, у борнита и др.); 3) силь-ные внутренние рефлексы — группа полупрозрачных минералов с R=8 —30 % и прозрачных минералов с R< 18 % (киноварь, куприт, аурипигмент, реальгар, гринокит, сфалерит, малахит, гётит, азурит, кальцит и др.); сильные внутренние рефлексы наблюдаются в скрещенных николях с объективами 9^х или под бинокуля-ром, или в косом свете. Хорошо видны рефлексы в плохо приготовленных шлифах и по краям зерен.

Ниже приведены рудные минералы, обладающие цветными внутренними рефлексами, наблюдаемыми в воздухе:

сфалерит—белые, желтые, коричневые; киноварь — кроваво-красные; ру-тил — светло-желтые до темно-красно-коричневых; гаусманит — густо кроваво-красные; гематит — кроваво-красные; гётит — светло-желтые до темно-коричне-вых; малахит — зеленые; азурит — синие; аурипигмент — лимонно-желтые; ре-альгар — желто-красные; хромит — густые очень темно-коричневые.