ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
_____________________________
Руководитель ООП по
направлению 130101 зав. кафедрой МКП профессор Ю. Б. Марин
|
Утверждаю
___________________________
Зав. кафедрой МКП,
Профессор Ю.Б. Марин
| РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Лабораторные методы изучения минералов, пород и руд
Специальность: 130101 «ПРИКЛАДНАЯ ГЕОЛОГИЯ»
Специализации: Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых
Квалификация (степень) выпускника: специалист (специальное звание "горный инженер")
Составитель: доцент кафедры МКП Морозов М.В.
Санкт-Петербург 2012
1. Цели и задачи дисциплины:
Цель преподавания дисциплины – формирование понимания, позволяющего рассматривать минералы и другие природные тела с позиций характеристики их изменчивого химического состава и структурных особенностей; выработка понимания взаимосвязи физико-химических параметров минеральных объектов с реальной геолого-геохимической обстановкой процессов минералообразования; развитие представлений о современных методах изучения вещества и комплексного планирования количественных минералогических исследований для различных целей.
Задачи дисциплины: обучение студентов выбору рационального комплекса минералогических исследований; освоение студентами методик подготовки препаратов, обслуживания методов исследования, проведения экспериментов и принципов интерпретации полученных лабораторных данных.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Курс «Лабораторные методы изучения минералов, пород и руд» входит в состав базовой части дисциплин профессионального цикла подготовки специалистов по направлению «Прикладная геология» и специализации «Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых» и изучается студентами данной специальности в течение 6 и 7 семестра после прохождения курсов «Минералогия», «Кристаллография и кристаллогенезис», «Кристаллооптика», «Информатика» и «Статистические методы в геологоразведочной практике» и параллельно с курсами «Петрография», «Литология», «Математические методы моделирования в геологии» и «Общая геохимия».
Для освоения дисциплины обучающийся должен обладать устойчивыми знаниями по физике, химии, математике и указанным выше дисциплинам в объёме 5 семестра.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-1, ОК-2, ОК-3, ОК-4, ОК-5, ОК-6, ОК-9, ПК-2, ПК-3, ПК-4, ПК-5, ПК-6, ПК-8, ПК-10, ПК-11, ПК-12, ПК-16, ПК-19, ПК-20, ПК-21, ПК-22, ПК-23, ПК-24, ПК-25, ПК-26, ПК-27, ПК-28, ПК-29, ПК-30, ПСК-1.1, ПСК-1.2, ПСК-1.3, ПСК-1.4, ПСК-1.5.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: теоретические основы методов и распространенные методики изучения вещества; приборно-аппаратурное обеспечение точных минералогических исследований; методику выделения минеральных концентратов и сепарации минералов принципы работы аналитической аппаратуры и возможности современных методов анализа вещественного состава минералов, горных пород и руд; способы определения оптических, физических химических свойств рудных минералов, методику диагностики рудных минералов по совокупности свойств, петрографические свойства природных углей.
Уметь: выбирать рациональный комплекс исследований, применительно к задачам точной диагностики минеральных фаз, их химического состава и структурного состояния,, оценки условий образования, качества или технологических, экологических свойств минералов и ассоциирующих с ними образований и веществ; подготовить исходный материал и провести исследования по выбранным методикам; оценить природу эффектов, зафиксированных в эксперименте; находить справочные данные, позволяющие интерпретировать результаты эксперимента; использовать экспериментальные данные при решении поставленной задачи.
Владеть: навыками работы со специальной, учебой, справочной, монографической и периодической литературой; подготовки проб к эксперименту, проведения гранулометрического анализа, выделения мономинеральных фракций и приготовления препаратов для исследований; работы на малых обогатительных лабораториях, по разделению минералов в тяжелых жидкостях, пониманием принципов работы аналитической аппаратуры и возможности современных методов анализа вещественного состава минералов, горных пород и руд; проведения валового и локального анализа химического состава методами атомно-абсорбционной, оптической эмиссионной, рентгенофлуоресцентной спектрометрии и ИСП-спектрометрии, проведения рентгенофазового и термического анализа; расшифровки спектров оптической и колебательной (инфракрасной и комбинационного рассеяния) спектроскопии, люминесценции; основами теории отраженного света, навыками работы с аппаратурой, используемой при проведении минераграфических исследований, основами минераграфического метода изучения рудных минералов и понимать его возможности, основами структурного и парагенетического анализа руд; основами углепетрографии, навыками работы с аппаратурой, используемой при проведении исследований и пониманием задач, решаемых в ходе углепетрографического анализа..
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц.
Вид учебной работы
|
Всего часов
|
Семестры
|
|
6
|
7
|
|
Аудиторные занятия (всего)
|
83
|
|
32
|
51
|
|
В том числе:
|
-
|
|
-
|
-
|
-
|
Лекции
|
0
|
|
0
|
0
|
|
Практические занятия (ПЗ)
|
0
|
|
0
|
0
|
|
Семинары (С)
|
0
|
|
0
|
0
|
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
83
|
|
32
|
51
|
|
Самостоятельная работа (всего)
|
93
|
|
32
|
61
|
|
В том числе:
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Курсовой проект (работа)
|
|
|
|
|
|
Расчетно-графические работы
|
64
|
|
24
|
40
|
|
Реферат
|
|
|
|
|
|
Другие виды самостоятельной работы:
|
|
|
|
|
|
Работа с литературой
|
29
|
|
8
|
21
|
|
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)
|
|
|
зачет
|
зачет
|
|
Общая трудоемкость час
зач. ед.
|
176
|
|
64
|
112
|
|
10
|
|
2
|
3
|
|
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п
|
Наименование раздела дисциплины
|
Содержание раздела
|
1
|
Задачи курса, его соотношение с прочими геологическими дисциплинами и обзор методов исследования.
|
Задачи минералогических исследований: получение качественных и количественных характеристик, диагностика, выявление типоморфных особенностей, оценка комплексности сырья, пространственной и временной изменчивости минералов, выявление признаков, определяющих или влияющих на технологические свойства, экологическую безопасность или направленное изменение свойств минералов.
Решаемые при лабораторных испытаниях вопросы: диагностика фаз, химический состав фаз, структурно-текстурные характеристики минеральных агрегатов, определение тонких конституционных, физико-химических, морфологических точечных, объемных т поверхностных особенностей отдельных и (или) сосуществующих минеральных индивидов, а также минеральных ассоциаций. Направления и задачи исследований, обзор методов исследования. Методология работ, минералогическое опробование.
Методы изучения:
Химического состава минералов методами аналитической химии (гравиметрические, титрометрические, электрохимические и др.);
Элементного состава минералов физическими и физико-химическими методами (оптическая эмиссионная, рентгеноспектральная флуоресцентная, атомно-абсорбционная и ИСП-спектрометрия, нейтронно-активационный анализ, масс-спектрометрия и др.);
Структуры минералов и их дефектов (рентгенография, спектроскопия и др.);
Физико-химических свойств минералов (микротвердость, плотность и др.);
Морфологии минеральных индивидов и агрегатов (электронная микроскопия, морфометрия агрегатов и др.);
Спектроскопия и ее значение. Шкала длин волн (или частот) электромагнитного излучения и классификация методов. Способы возбуждения и регистрации излучения. Области применения: аналитическая спектроскопия, изучение свойств, структуры веществ и исследование электронной структуры, состояния атомов.
Элементный анализ. Классификация методов. Разрушающие и неразрушающие методы. Валовые и локальные, количественные, полуколичественные и качественные анализы. Метрологические параметры: точность (предел или порог обнаружения - чувствительность и относительная воспроизводимость) и правильность - близость к нулю систематических погрешностей; диапазон определяемых химических элементов, производительность (экспрессность) методов; равноправильность результатов по отношению к другим лабораториям; степень локальности (обеспечение изучения форм вхождения элемента в минералы, межзернового пространства, газово-жидких и расплавных включений); предельные отношения (специфичность) и разбавление. Погрешности (систематические, аналитические, пробоотбора и пробоподготовки) и их оценки (воспроизводимости, систематических и аналитических погрешностей), оценка центра распределения.
Методы и аппаратура определения количественного содержания минералов в шлифах, шлихах, протолочках, продуктах обогащения и передела (ручные, полу- и автоматические).
Подготовка материала к лабораторным испытаниям. Сепарация минералов. Шлиховой анализ.
Полевые, лабораторные и специальные исследования. Совершенствование и комплексирование методов исследования.
|
2
|
Подготовка проб для исследования и сепарация минералов. Шлиховой анализ.
|
Колка и распиловка штуфов и керна. Полевые и лабораторные приборы. Дробление и истирание проб. Отмывка и отмучивание проб. Гранулометрический анализ. Магнитная и электромагнитная сепарация. Разделение минералов по плотности. Методы контроля чистоты минеральных фракций.
Назначение шлихового анализа. Методы диагностики минералов, количественный минералогический анализ сыпучих образцов, построение шлиховых карт.
|
3
|
Основы классической и инструментальной аналитической химии (оптический эмиссионная, атомно-абсорбционная, рентгеноспектральная флуоресцентная спектрометрия) и масс-спектроскопии (включая спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой).
|
Обзор методов химического анализа: элементный анализ, изотопный анализ, анализ химических соединений и минеральных фаз. Понятие качественного, полуколичественного и количественного анализа.
Классическая аналитическая химия, ее основные методы.
Сущность методов, аппаратурное обеспечение, метрология, пробоподготовка, ограничения. Пробирный анализ, его пирометаллургическая химическая природа. Аналитические навески, определяемые содержания. Опробование на пробирном камне, пробирные иглы и реактивы.
Методы инструментальной аналитической химии: оптическая эмиссионная спектрометрия, атомно-абсорбционная спектрометрия, рентгеноспектральная флуоресцентная спектрометрия, спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой. Чувствительность методов, требования к подготовке образцов. Принцип получения эмиссионного (атомного) спектра. Устройство спектрометра. Подготовка проб для анализа. Эталоны. Полуколичественный и количественный анализ.
Физическая сущность методов масс-спектроскопии. Способы ионизации вещества и разделения ионов.
Газовая и твердофазовая масс-спектроскопия. Масс-спектрометры (спектрометры и спектрографы). Виды и геометрия масс-спектрограмм. Чувствительность анализа, аналитические навески. Использование масс-спектроскопии для целей изотопного, элементного и молекулярного структурного масс-спектрального анализов.
Изотопно-геохронологические методы (U-Th-Pb, Rb-Sr, K-Ar, Sm-Nd) и изотопно-геохимические (S, C, O, Pb, H) исследования.
|
4
|
Комплексный термический анализ (включая дифференциальную сканирующую калориметрию и термогравитационный анализ).
|
Эндо- и экзотермические реакции, их природа в нагреваемых минералах. Термопары, их виды и особенности применения. Регистрация дифференциальных термических кривых (дифференциальная сканирующая калориметрия - ДСК, ДТА), потерь массы вещества при нагреве (кривые ТГ, ДТГ) Области применения и значение термического анализа. Установки для термического анализа, принципиальные схемы. Запись кривых ДТА и ТГ, расшифровка термограмм минералов. Факторы, влияющие на результаты термического анализа. Комплексирование методов (комплексный термический анализ): термодилатометрия, термомагнитометрия, термоволюметрия, дифференциальная сканирующая калориметрия, эманационный термический анализ, анализ газообразных продуктов.
|
5
|
Методы рентгеновской дифракции (рентгенография).
|
Сущность метода. Закон Брэгга-Вульфа. Рентгеновские трубки для рентгеноструктурного анализа. Способы регистрации рентгеновских отражений. Метод порошка (Дебая-Шеррера), дифрактометрический, монокристальные методы (метод Лауэ). Рентгеновская топография. Аппаратурное обеспечение. Получение, измерение (индицирование) и расчет рентгено- и дифрактограмм. Фазовый анализ, расчет параметров элементарных ячеек и упорядоченности кристаллических структур, изучение изоморфизма и дефектности кристаллических структур. Диагностика минеральных видов. Рентгеновский определитель минералов и Американская рентгенометрическая картотека. Автоматизация процесса обработки рентгено- и дифрактограмм.
|
6
|
Микрорентгеноспектральный и другие методы электронно-рентгеновского элементного анализа, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия.
|
Просвечивающая (трансмиссионная) и растровая (сканирующая) электронная микроскопия. Электронный зонд - источник возбуждения в твердом теле.
Проходящие, отраженные, поглощенные, вторичные электроны, Оже-электроны, рентгеновское излучение, катодолюминесценция, как сигналы от вещества. Области применения.
Физическая сущность просвечивающей электронной микроскопии. Упругое рассеяние электронов проходящих через объект-мишень. Зависимость рассеяния от атомного номера и неоднородности вещества. Дифракционные картины. Блок-схема микроскопа. Толщина образцов. Приготовление препаратов методами суспензий, тонких металлических пленок, ультратонких срезов, ионного утонения; реплики.
Физическая сущность растровой электронной микроскопии. Возникновение вторичных электронов и зависимость изменения их эмиссии от свойств и рельефа поверхности образца. Принципиальная схема микроскопа. Преимущества перед оптическими и просвечивающими микроскопами. Препараты.
Ускоряющие напряжения, увеличения, разрешающая способность электронных микроскопов. Применение просвечивающей и растровой электронной микроскопии при изучении минерального вещества.
Совмещение принципов просвечивающей и растровой электронной микроскопии. Сканирующая просвечивающая микроскопия. Достоинства приборов. Микродифракция. Объемные изображения. Локальность.
Аналитическая спектроскопия с использованием комбинированных приборов "просвечивающий электронный микроскоп - растровый электронный микроскоп"
Способы химического анализа по характеристическому рентгеновскому излучению (рентгеновский спектрометр) и по проходящим электронам (энергетический анализатор), квантометры. Блок-схема электронного микроанализатора. Эталоны. Выбор оптимальных условий анализа. Локальность, чувствительность.
Закон Г.Мозли. Рентгеновские спектры поглощения (абсорбционная спектроскопия) и испускания (эмиссионная спектроскопия). Способы получения рентгеновских спектров. Рентгеновские трубки для рентгеноспектрального анализа. Сдвиги рентгеновских линий.
|
7
|
Оптическая спектроскопия. Люминесценция.
|
Видимый, ИК и УФ диапазоны оптической области. Методы спектроскопии твердого тела и их особенности. Электронные и колебательные спектры поглощения. Получение и измерение спектров излучения, поглощения (пропускания), рассеяния, спектров диффузионного и зеркального отражения. Серийная аппаратура, способы и техника получения спектров. Возможности оптической спектроскопии при исследовании конституции минералов. Природа и типы окрасок минералов.
Оптически активные центры в ближнем УФ, видимом и ближнем ИК диапозоне (180-2500 нм). Принципы количественной оценки цвета и расчет колориметрических параметров. Типоморфное и диагностическое значение надежно идентифицированных центров окраски, их комбинаций и колориметрических параметров.
Люминесценция минералов: природа и виды. Резонансная, рекомбинационная и спонтанная люминесценция. Люминогены. Неспособные люминесцировать минералы. Аппаратура для выявления визуального наблюдения и для получения спектров люминесценции. Спектры возбуждения и излучения. Препараты. Эталоны и стандартные люминофоры. Термостимулированная люминесценция естественная и индуцированная. Интерпретация спектров. Техника исследования. Практическое использование полученных данных: диагностика минералов, люминесцентный минералогический и сортовой (обогащение) анализы, типоморфный анализ.
|
8
|
Колебательная спектроскопия (инфракрасная и комбинационного рассеяния).
|
Колебательные спектры поглощения. Получение и измерение спектров излучения, поглощения (пропускания), нарушенного полного внутреннего и зеркального отражения. Серийная аппаратура, способы и техника получения спектров. Возможности колебательной спектроскопии при диагностике минеральных фаз и исследовании конституции минералов.
Инфракрасная спектроскопия (ИКС) твердого тела и ее разновидности. Характеристики ИК-спектров. Монохроматорные ИК-спектрофотометры и Фурье-спектрофотометры, аппаратура скоростного сканирования. Препараты. Применение методов ИКС для определения класса соединений, диагностики минералов, фазового анализа полиминеральных смесей, для выявления кристаллохимических особенностей минералов и фазовых переходов, для оценки поверхностного состояния, формы и размеров минеральных частиц. Использование установленных особенностей строения минералов в качестве типоморфных признаков и для характеристики технологических свойств минералов.
Спектроскопия комбинационного рассеяния света (рамановская). Лазерный рамановский микроанализ и минеаралогическое картирование в микрон-субмикронной области.
|
9
|
Микротвердость минералов.
|
Теоретические предпосылки количественных определений твердости тел. Сопоставление методов. Твердость "микровдавливания". Приборы, поверки, выбор нагрузки и точки наблюдения, проведение эксперимента, расчеты. Области использования экспериментальных данных.
|
10
|
Принципы комплексного применения методов.
|
Совместное использование различных методов анализа в геологической практике. Выбор и совместимость методов. Выбор последовательности этапов исследования. Взаимное согласование результатов.
|
11
|
Устройство микроскопа для работы в отраженном поляризованном свете
|
Практическое знакомство с устройством рудного микроскопа и его основных элементов. Сравнительная характеристика петрографического и рудного микроскопа. Рассмотрение оптической схемы опак-иллюминатора и особенностей его функционирования в различных режимах работы. Объекты исследований, их отбор и изготовление. Правила работы при минераграфических исследованиях.
|
12
|
Физические свойства рудных минералов
|
Особенности оптики отраженного света. Основные оптические свойства рудных минералов: отражательная способность, анизотропия, явление двуотражения, цвет, поведение минералов в сходящемся свете, вращательные свойства минералов.
Особенности определения физических свойств при изучении рудных минералов под микроскопом. Основные физические свойства рудных минералов: твердость, микротвердость, ковкость, спайность.
|
13
|
Определение рудных минералов
|
Основные морфолого-анатомические свойства рудных минералов, наблюдаемые под микроскопом и методы их выявления: форма индивидов и агрегатов, зональность и секториальность минеральных индивидов, двойниковое строение. Практическое определение важнейших рудных минералов под микроскопом.
|
14
|
Структурно-текстурный анализ руд
|
Пространственно-временные взаимоотношение минералов, наблюдаемые под микроскопом. Морфологические элементы минеральных агрегатов и их использование для решения вопросов последовательности образования минералов, выявления способа их образования и преобразования. Структуры, отражающие кристаллизацию минералов из расплавов и растворов, их перекристаллизацию и метасоматическое замещение, структуры распада твердых растворов, морфологические особенности проявления хрупкой и пластической деформации минеральных агрегатов. Использование структурно-текстурных особенностей минералов для решения технологических задач.
|
15
|
Документация минераграфических исследований
|
Порядок описания аншлифа. Привязка места отбора аншлифа. Группа, тип, разновидность руды - критерии их выделения. Методика зарисовок и микрофотографирования.
Сводка описаний отдельных прозрачных и полированных шлифов и увязка этих описаний с полевыми данными. Подготовка отчетов.
|
16
|
Углепетрография
|
Макроскопический метод. Макроскопические свойства углей. Признаки диагностики ингредиентов угля.
Микроскопический метод. Специфика изучения углей под микроскопом. Номенклатура микрокомпонентов углей и их диагностика под микроскопом. Определение степени углефикации по цвету микрокомпонентов и микротекстуре. Определение петрографических типов углей по соотношению микрокомпонентов и структуре.
|
|
