Прикладна мінералогія

ПРИКЛАДНА́ МІНЕРАЛО́ГІЯ — комплексний напрям мінералогії, покликаний напрацьовувати наукові засади ефективного викори­ста­н­ня мінералів і мінералогічних знань для пошуку та оцінки родовищ корисних копалин, створе­н­ня високих економічно прибуткових і екологічно чистих технологій збагаче­н­ня та пере­робле­н­ня мінеральної сировини, роз­витку індустрії штучних кри­сталів; виявле­н­ня й об­ґрунтува­н­ня нових видів мінеральної сировини, корисних (лікарських) і шкідливих для здоровʼя людини властивостей мінералів, оцінки декоративних якостей мінеральних індивідів і агрегатів. В. Вернадський, роз­будовуючи в 1918—19 Українську академію наук, водночас із роз­витком фундаментальних установ і наукових напрямів організував прикладні структури — від­діл прикладної мінералогії при Мінералогічному музеї, Кафедру прикладної геології й мінералогії, Комісію з ви­вче­н­ня природних багатств України. У часи його діяльності за­стосува­н­ня П. м. зводили пере­важно до мінералогічного обслуговува­н­ня вче­н­ня про корисні копалини. Нині, як він і мріяв, сучасна П. м. істотно ширша і є складним багатофункціональним роз­ділом мінералогії. Найбільші здобутки в Україні П. м. мала у 1940—90-х рр., особливо в Українському ін­ституті мінеральних ресурсів (Сімферополь). Нині П. м. продовжує інтенсивно та різнопланово роз­виватися, що стимулювано, з одного боку, потужними методичними можливостями дослідже­н­ня мінералів, а з іншого — роз­шире­н­ням галузей викори­ста­н­ня мінеральної сировини. Однак існує досить сут­тєва роз­біжність серед науковців щодо ро­зумі­н­ня структури та термінології П. м. У структурі сучасної П. м. доцільно виділити та роз­вивати від­повід­но до конкретних практичних вимог такі, ще не до­статньо усталені напрями досліджень: мінералогічне ви­вче­н­ня родовищ корисних копалин, мінералогічне картува­н­ня; пошукова (пошуково-оцін­нювальна) мінералогія; технологічна мінералогія й наномінералогічні технології; виявле­н­ня нових видів мінеральної сировини; мінералогічне матеріало­знавство; технічна мінералогія; мінералогія техногенезу; екологічна мінералогія; мінерали як ліки (медична мінералогія); ґемологія і мінералогічна екс­пертиза.

Основна мета мінералогічного ви­вче­н­ня родовищ корисних копалин — якомога ґрунтовніше дослідити морфологію, анатомію, дефектність, хімічний (ізотопний) склад, роз­мір, забарвле­н­ня, властивості і роз­поділ у просторі мінералів, що формують родовище. На засадах цих даних напрацьовується без­від­вальна технологія збагаче­н­ня та пере­робле­н­ня його руд, окреслюється пер­спектива роз­витку й основний показник — рентабельність родовища. В. Вернадський 1928, кажучи про широку базу для ви­вче­н­ня корисних копалин, вважав, що «ці дослідже­н­ня неминуче повин­ні проводитися на мінералогічній основі, а не на геологічній». Ця думка зіграла вагому роль в роз­витку й утверджен­ні П. м. Мета мінералогічного картува­н­ня — систематичне просторово-мінералогічне ви­вче­н­ня регіонів з детальністю, що від­повід­ає мас­штабу картува­н­ня. Науковою основою мінералогічного картува­н­ня є, на думку радянського мінералога М. Юшкіна, взаємоповʼязаний комплекс методичних зав­дань, що вписуються в таку систему: мета — елемент картува­н­ня — мас­штаб — генетичний тип обʼєкта — площове та обʼємне картува­н­ня — сітка опробува­н­ня — число проб (або точок спо­стереже­н­ня) — спосіб від­бору та вага проб — спосіб обробле­н­ня мінералогічних проб — вид кількісного або якісного мінералогічного аналізу — спосіб обробле­н­ня результатів аналізу — спосіб зображе­н­ня результатів аналізу — економічний чин­ник (вартість робіт) і терміни їх викона­н­ня.

Без систематичного й по­глибленого ви­вче­н­ня природної історії мінералів неможливо науково об­ґрунтувати пошук корисних копалин. Цю ідею тривалий час продуктивно роз­вивав радянський мінералог А. Ґінзбург, з іменем якого повʼязано впровадже­н­ня в мінералогію терміну «Пошукова мінералогія». За­пропоноване ним ви­значе­н­ня зро­зуміле, але громіздке. Доцільнішою є стисліша дефініція: пошукова мінералогія — вче­н­ня про мінералогічні критерії й методи пошуку та оцінки родовищ корисних копалин. Звідси випливає, що термін «Пошукова мінералогія» потрібно спри­ймати як «пошуково-оцінювальна мінералогія».

Під мінералогічними критеріями рудоносності необхідно ро­зуміти особливості мінералів і мінеральних асоціацій, що свідчать про дію чин­ників, що могли сприяти концентрації металовмісних мінералів або утворен­ню досконалих кри­сталів у конкретних геологічних обʼєктах. Мінералогічні ознаки зрудені­н­ня — це без­посередні показники наявності цін­них мінералів або їх по­стійних супутників. Технологічна мінералогія й наномінералогічні технології покликані інтенсифікувати викори­ста­н­ня мінеральних ресурсів, що може здійснюватися декількома шляхами — вилуче­н­ня з надр максимальної кількості сировини, залуче­н­ням до засвоє­н­ня вже роз­ві­даних в минулі роки родовищ, але ви­знаних тоді забалансовими, а також сприяти роз­робці техноген­них родовищ.

Технологічна мінералогія роз­вивається на межі мінералогії, технології й економіки мінеральної сировини. Вона охоплює широке коло питань: проведе­н­ня мінералогічного картува­н­ня для створе­н­ня 3D просторових моделей родовищ та виділе­н­ня типів і сортів руд, комплексне викори­ста­н­ня сировини (без­від­вальні технології), під­вище­н­ня вмісту корисних компонентів у рудах за рахунок по­збавле­н­ня від нерудноносних порід, ви­значе­н­ня мінералого-геохімічними методами основних напрямів технологічних досліджень, мінералогічні основи технологічного про­гнозу, скерованого на максимально можливе вилуче­н­ня рудних компонентів, викори­ста­н­ня направленої зміни властивостей мінералів для покраще­н­ня технологічних схем тощо.

Нанотехнології — це технології 21 ст., які можна ви­значити як комплекс фундаментальних та інженерних наук, що інтегрують досягне­н­ня мінералогії, фізики, хімії й біо­логії в галузі ви­вче­н­ня наночастинок і скеровані в практичне русло — виробництво нановиробів, наноматеріалів, нано­приладів, мікронаномашин, надмалих інтегральних схем, мікроопто­електрон­но-механічних систем, нанобіо­роботів тощо. Пошук нових видів мінеральної сировини — споконвічна традиція. До недавнього часу його здійснювали пере­важно стихійно. Із загальної кількості мінеральних видів нині вважають корисними та використовують на практиці не більше 8 %. На­справді ж більшість поширених природних мінералів може мати практичне значе­н­ня. Немає некорисних мінералів, існує лише невмі­н­ня їх використовувати. На­приклад, цеоліти, ще не так давно непотрібні, нині над­звичайно широко використовують у різних галузях хімічної й нафтохімічної технології, техніці, сільському господарстві, природо­охорон­ній галузі, медицині, науці тощо. За оцінкою закордон­них екс­пертів, широке впровадже­н­ня цеолітів у практику принесло в 2-й половині 20 ст. найбільший прибуток світовій економіці.

Мінералогічне матеріало­знавство — новий споріднений з технічною мінералогією напрям П. м. Обʼєктами його дослідже­н­ня також є мінерали або їхні штучні аналоги, що використовують або можуть бути викори­стані як технічні матеріали різного при­значе­н­ня; методи дослідже­н­ня — насамперед ті, що використовують в мінералогії. Одним з ви­значальних моментів тут є те, що мінералогічне матеріало­знавство зосереджує свою увагу не на традиційних, а пере­важно на нових матеріалах для електроніки, волокон­ної оптики, ядерної енергетики, зокрема композитах, технічній кераміці, кри­сталокераміці, літієвій кераміці тощо. Важливе значе­н­ня в мінералогічному матеріало­знавстві має також конʼюнктурний чин­ник.

У сучасному світі мінерали не лише видобувають, але й штучно вирощують у формі кри­сталів, зернистих агрегатів і матеріалів на мінеральній основі. Мінерали штучні, технологія їхнього вирощува­н­ня, про­блеми під­бору та пошуку шихти (вихідної сировини), обробле­н­ня та ефективного викори­ста­н­ня є предметом технічної мінералогії, що зародилася ще в позаминулому століт­ті. Штучні кри­стали з корисними фізичними властивостями, особливо ті, які дешевше вирощувати, ніж видобувати (без втрати якості), ви­вче­н­ня їхньої структури, напрацюва­н­ня нових методів їхнього синтезу є важливим фактором науково-технічного про­гресу.

Радянський мінералог О. Ферсман за­пропонував називати техногенезом сукупність геохімічних і мінералогічних процесів, спровокованих наслідками діяльності людини. Мінералогія техногенезу як окремий напрям зародився і надалі роз­вивався від 1940-х рр. На­приклад, в Україні на­громаджено у від­валах гірничодобувних під­приємств, збагачувальних фабрик й інших виробництв мільярди тонн гірських порід, золошлакових від­ходів, металургійних шлаків тощо, що за­ймають сотні тисяч гектарів родючої землі. Гігантська природоперетворювальна діяльність людей зумовила сильний пере­розподіл речовини планети. Це при­звело до істотної зміни хіміко-мінерального складу геологічного середовища, створе­н­ня нового, не­звичного для життя геохімічного фону, збільше­н­ня концентрації токсичних компонентів у довкіл­лі. Досвід свідчить, що цілком ліквідувати техноген­ний мінерало­утворювальний чин­ник не вдається. Тим не менше необхідно шукати способи його мінімізації й гармонійного по­єд­на­н­ня з природними чин­никами. Отже, утилізація від­ходів — досить актуальна, перед­усім мінералогічна про­блема комплексного викори­ста­н­ня вторин­них (техноген­них) мінерально-сировин­них ресурсів.

Екологічна мінералогія покликана напрацьовувати зна­н­ня та методологію, які можуть бути викори­стані насамперед для попередже­н­ня й подола­н­ня негативних явищ, повʼязаних з пошуками, роз­відкою, видобутком, пере­робле­н­ням і спожива­н­ням мінеральної сировини. Цей напрям ви­вчає «взаємодію мінералів і людей». З огляду на це екологічну мінералогію можна роз­глядати як частину регіональної й прикладної мінералогії, у межах якої зʼясовують просторові закономірності формува­н­ня та роз­поділу в геологічному середовищі біо­активних мінералів, виникне­н­ня (поява) та дія яких тісно повʼязані з технічною діяльністю. Нині потужна діяльність людства по­ставила під за­грозу саме існува­н­ня життя.

У давні часи, на­приклад у Середньовіч­чі, П. м. була насамперед медичною. Зі­брано чимало ві­домостей, корисних і сумнівних, щодо лікувальних властивостей природного камі­н­ня. Нині стародавня літотерапія у формі медичної мінералогії від­роджується на наукових засадах. Сучасний стан медичної мінералогії, роз­виненої в країнах Сходу, зокрема Китаї, Монголії, Кореї, Індії, неодноразово ілюстрували на різноманітних наукових нарадах (Пекін, 1990; м. Сиктивкар, РФ, 1991 тощо). Китайські мінералоги, які напрацювали чимало рецептів і рекомендацій для сучасної медицини, ведуть пошуки й оцінюють ресурси лікувальних мінералів, вважають, на­приклад, що в Україні доцільно використовувати мінерали для лікува­н­ня людей, хвороби яких спричинені аварією на ЧАЕС. У Казах­стані досить широко використовують лікувальні властивості мінералів чорних металів і особливо ефективно й інтенсивно (1500 медичних препаратів) мінералів галоген­ної формації — галіту, сильвіну, бішофіту, мірабіліту, тенардиту, флюориту тощо. У медичній мінералогії, як і в медицині взагалі, слід дотримуватися дозува­н­ня. На­приклад, слаборадіо­активне коштовне камі­н­ня, що за ви­промінюва­н­ням на­ближене до біо­логічної дози, має лікувальні властивості. Високорадіо­активне камі­н­ня, навпаки, шкідливе для здоровʼя. Сучасна медична мінералогія роз­вивається в таких напрямах: створе­н­ня препаратів на мінеральній основі; транс­формація мінералів для потреб медицини; створе­н­ня імплантатів; викори­ста­н­ня даних біо­мінералогії для синтезу мінералів і конструюва­н­ня агрегатів; від­творе­н­ня біо­мінерального генезису в штучному середовищі. Мінералогічну ґемологію роз­глядають як вче­н­ня про коштовне (ювелірне) та виробне камі­н­ня (каменебарвна сировина), його зовнішню форму та внутрішню будову (анатомію), хімічний склад та фізичні властивості, декоративність, технологію обробле­н­ня. Отже, предмет ґемології — коштовне камі­н­ня; метод — усебічне ви­вче­н­ня фізичних, хімічних та інших властивостей на тлі глибоких знань історико-культурного змісту; мета — обʼєктивне про­гнозува­н­ня якості та вартості коштовностей в їхній повсякден­ній практиці функціонува­н­ня як памʼяток культури та обігу капіталів і цін­ностей.

Мінералогічна екс­пертиза є специфічним напрямом П. м. Вона не має належного методичного забезпече­н­ня, здійснюється хаотично, але часто ефективно зі значним економічним ефектом. Водночас ідеться про високий рівень методичних напрацювань у галузі екс­пертизи камі­н­ня в памʼятниках архітектури. Обʼєкти та мета мінералогічної екс­пертизи дуже роз­маїті — діагностика та походже­н­ня контрабандного колекційного матеріалу, судова екс­пертиза, висновок про природу неві­домих явищ, зʼясува­н­ня певних побробиць історичних подій тощо. Високий рівень сучасної П. м., ефективне викори­ста­н­ня мінералів і мінералогічних знань спроможні не лише забезпечувати пошук, оцінку родовищ корисних копалин, створювати новітні технології збагаче­н­ня та пере­робле­н­ня мінеральної сировини, але виявляти й об­ґрунтовувати нові види мінеральної сировини, роз­вивати індустрію штучних кри­сталів тощо. При цьому напрацьовується єдина методологія прикладних досліджень, збільшується в них вага методів кількісної оцінки рентабельності мінералів, руд, родовищ.

Завантажити статтю