Кольцевые, цепочечные и слоистые типы структур

1. Кольцевые структуры. Данные структуры характеризуются наличием атомов (Si, As, S) или атомных полиэдров (SiO4, PO4, AsO4 и т.д.), прочно связанных между собой в кольца. Эти кольца могут быть трех-, четырех-, шести- и восьмизначными. Кольца скрепляются друг с другом атомами с менее прочными связями или иногда просто остаточными связями. Так, например, в структуре серы обособленные молекулы сочленяются в прочные восьмерные кольца, связь внутри которых ковалентная, а между ними – остаточная.

Кольцевую структуру имеют текже берилл (Be3Al2[Si6O18]), турмалин – Na (Fe, Mg) 3Al3[B3Al3Si6O27(OH)3] и другие минералы.

2. Цепочечные структуры. Такие структуры характеризуются тем, что прочнейшие связи в них имеют резко выраженную линейную направленность (рис. 5.1.1). Отдельные структурные узлы скреплены одинаковым типом связи в бесконечные цепочки, которые могут быть простыми [Se] n, [SiO3] или двойными [Si4O6] n, [Si4O11] n, получающимися путем отражения простой цепочки в плоскости симметрии. В последнем случае образуются ленточные структуры. Отдельные цепочки скрепляются между собой либо остаточными связями, либо с помощью низковалентных атомов (рис.5.1.2).

Цепочную структуру имеют кристаллы самородного селена (Se) и теллура (Te), природные минералы – миллерит (NiS), рутил (TiO2), а ленточную – антимонит (Sb2S3), гетит (Fe2O3) и др.

Рис.5.1.1 – Цепочечные типы структур.

Рис.5.1.2 – Ленточные типы структур.

3. Слоистые структуры. Они получаются при бесконечном отражении цепочки или ленты в параллельных им плоскостях. Атомы или атомные полиэдры группируются в плоскости, и прочнейшие связи имеют, таким образом, двухмерное распределение. Слои могут состоять как из отдельных атомов (графит), так и из полиэдров в виде треугольников (H3[BO3]), пирамидок (AsS3), тетраэдров (силикаты и алюмосиликаты), октаэдров (MoO3) и призм (MoS2). Толщина слоя может быть одноатомной (S) или многоатомной. В последнем случае слой состоит из двух, трех и более слоев атомов: брусит – Mg(OH)2, каолинит – AL4[Si4O10](OH)8 и т.д.

Иногда в слоистых структурах встречаются гофрированные слои (PbO, AsS3 и др.). Они удерживаются ковалентными или ионными связями (включая и гидроксильно-водородные связи). Так как расстояние между слоями превышает расстояние между соседними узлами внутри слоя и поскольку связь между отдельными слоями слабее, чем между узлами внутри слоя, то кристаллы со слоистой структурой характеризуются совершенной спайностью по плоскости слоев.

Рентгеновские методы исследования минералов

Рентгеновская дефектоскопия основана на том, что разные вещества по-разному пропускают рентгеновские лучи. В зависимости от метода регистрации дефектов применяется фотографический, визуальный и ионизационный методы исследования.

1. Фотографический метод

В этом методе лучи от фокуса рентгеновской трубки, пройдя через просвечиваемое изделие, попадают на рентгеновскую пленку. В рентгеновской дефектоскопии самое большое распространение получил фотографический метод исследования, дающий документ, гарантирующий качество изделия, позволяющий определить глубину залегания дефекта.

Рис. 6.1.1 – Схема контроля просвечиванием (а) и схема просвечивания для определения места нахождения дефекта:

1 – фокус рентгеновской трубки; 2 – просвечивае6мое изделие; 3 - “тяжелое” включение; 3 – раковина; 4 - фотопленка

Рассмотрим факторы, влияющие на качество снимка. С увеличением фокуса трубки качество снимка снижается из-за появления полутеней по краям дефекта. Увеличение расстояния от фокуса трубки до просвечиваемого изделия способствует повышению качества снимка, однако при этом интенсивность рентгеновских лучей убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Для выявления в изделии более мелких дефектов необходимо просвечивать его как можно более мягкими лучами. Но на практике жертвуют мягкостью излучения. Применение более высокого напряжения, уменьшение длины волны ведет к появлению вторичного характеристического излучения, снижающего качество снимка. Для уменьшения действия рассеянного излучения просвечивают только ту часть изделия, где возможен дефект, а остальная часть диырагируется или защищается свинцом.

2. Визуальный метод

Дефекты внутреннего строения деталей можно наблюдать при просвечивании их на светящийся экран. Свечение экрана происходит под действием рентгеновских лучей. На экране наблюдается светотеневая картина. Участки экрана, на которые падает менее ослабленное рентгеновское излучение, светятся ярче, чем те, на которые падают более ослабленные лучи.

Рис.6.1.2 – Схема наблюдения дефектов на экране:

1 – рентгеновская трубка; 2 – защитный кожух; 3 – диафрагма; 4 – объект; 5 – светящийся экран; 6 – зеркало; 7 – защитный кожух

В сравнении с рентгенограммой при просвечивании на экране наблюдается обратная картина, т.е. при просвечивании на рентгеновской пленке на месте тяжелых включений наблюдаются светлые пятна, а на месте легких включений и пор – более темные участки. Для просвечивания применяют экраны, покрытые сернистым, кремнистым цинком, или кремнистым кадмием, испускающими зеленый свет, хорошо воспринимаемый глазом.

Визуальный метод контроля экспрессен, экономичен, исключает операции длительной обработки рентгенограммы. В технике применяется ограниченно из-за тяжелых условий работы оператора.

3. Ионизационный метод.

Наиболее прогрессивным методом контроля дефектов является ионизационный. В этом методе регистрация дефектов производится с помощью счетчиков, определяющих сумму всех дефектов. Этот метод экспрессен, позволяет автоматизировать процесс контроля, наиболее чувствителен.

Схема просвечивания деталей при этом предусматривает размещение объектов между источником лучей и детектором. При этом необходимо детали или источник излучения и детектор прермещать с постоянной скоростью. Этот метод целесообразно использовать для выявления трещин и непроваров сварных швов и при контроле непостоянства толщины изделий при прокате листа, труб. Результаты контроля фиксируются на диаграммной ленте. К недостаткам ионизационного метода следует отнести то, что просвечиваемое поле ограничено несколькими квадратными сантиметрами и то, что регистрируется сумма дефектов просвечиваемого поля.

Гидротермальные процессы минералообразования

В составе магматических газов большая роль принадлежит парам воды, находящимся здесь в надкритическом состоянии. Проникая по трещинам в более холодные участки земной коры в смеси с другими газообразными компонентами (C, S, Cl, F, N, B, P, As, Sb), пары конденсируются, образуя горячие водные растворы – гидротермы. Из отложений этих вод и продуктов взаимодействия их с боковыми породами образуются гидротермальные жилы, которые иногда содержат много ценных руд: цинка, свинца, меди, сурьмы, ртути, самородного золота, молибдена, олова, вольфрама и др.