Лаборатория минералогии

Лаборатория МИНЕРАЛОГИИ

Лаборатория минералогии унаследовал лучшие традиции, заложенные К.И. Сатпаевым и их корни уходят в 50-60-е годы, прошлого века, когда в Институте сформировались сильные металлогеническая и минералогическая школы. У истоков последней стояли минералоги Б.А. Вейц и Т.А. Сатпаева. В то время инструментами минералога были оптический микроскоп, микрохимия и спектральный анализ. Для минералогических исследований на современном уровне необходима мощная аналитическая база. По инициативе директора института Академика К.И. Сатпаева началось приобретение из различных источников современного, самого лучшего на то время лабораторного оборудования, в том числе и импортного. Это было приурочено к окончанию строительства нынешнего здания Института (1961 г.), в проекте которого уже были предусмотрены помещения со всей лабораторной инфраструктурой, полностью оснащённые и готовые для установки крупных приборов.

На первоначальном этапе оборудование концентрировалось в секторах спектроскопии и литологии. Были приобретены в конце 50-х годов рентгеновские установки УРС 60, УРС 70 и ДРОН 0,5, просвечивающий электронный микроскоп УЭМБ 100, позднее в 1964-м году уникальный в то время японский электронно-зондовый микроанализатор JXA-3A, английский рентгенфлюоресцентный спектрометр Sollartron, а также мощные австрийские универсальные оптические микроскопы Reichert. В 1970-м был приобретён японский просвечивающий электронный микроскоп JEM 7A и отечественный ЭМ 100Л, а в 1972-м электронограф ЭР 100.

С 1978-го по 1985-й годы было осуществлено практически полное обновление оборудования. Были приобретены: японский электронно-зондовый микроанализатор Superprobe 733, японский просвечивающий электронный микроскоп JEM 100CX, рентгеновские дифрактометры ДРОН-2 и ДРОН-4, электронограф ЭМР 100М и другие приборы.

Основной задачей аналитических подразделений является обеспечение тематики института достаточным количеством анализов. Лаборатория минералогии проводит анализ всех видов минерального сырья, идентификацию веществ и материалов, выдачу паспортов качества и протоколов испытаний, аттестационный анализ состава стандартных образцов, работает над проблемами повышения извлечения и уменьшения потерь полезных компонентов из «неизвлекаемой» части тонкодисперсной минеральной составляющей руд. Сотрудники лаборатории занимаются методическими разработками, направленными на усовершенствование имеющихся методик анализа применительно к конкретным объектам.

За периоды 2006-2008 гг. и 2009-2011 гг. сотрудниками лаборатории проводились работы по Программе фундаментальных исследований комитета науки Министерства образования и науки РК по теме: «Изучить на микро- и наноуровне формы нахождения в рудах редких, благородных и рассеянных элементов». Конечной задачей исследовательской работы являлась разработка научных основ новых технологических процессов в целях резкого повышения извлечения компонентов из «неизвлекаемой» части тонкодисперсной минеральной составляющей руд. Объектом минералогического изучения стала тонкодисперсная минеральная составляющая руд комплексных месторождений: Верхнеэспинское (Восточный Казахстан), Баласаускандык, Шалкия (Каратау, Южный Казахстан), Акжал (Центральный Казахстан), а в двух последних из указанных промежуточные и конечные продукты обогащения. Не последнюю роль в выборе месторождений (Баласаускандык, Шалкия, Акжал) сыграло сотрудничество с технологами–обогатителями, занимающимися их разработкой, а также наличие предварительно хорошо проработанных минералогами на макроуровне коллекций каменного материала. В эти годы в лаборатории была создана технологическая группа (рук. д.т.н. Ю.П. Еремин), разрабатывающая теоретические основы и пионерные технологии псевдокавитационной селективной флотации природных и образующихся в процессе рудоподготовки микро- и нанодисперсий минералов на примере глобулярно- и эмульсионновкрапленных свинцово-цинковых руд (месторождение Шалкия). Результатами проекта «Разработка технолого–минералогических аспектов эксплуатации открываемых месторождений» (2012-2014 гг.) при грантовом финансировании АО НАТР было получение свидетельства о государственной регистрации прав на объект авторского права (2013 г.) [1] и инновационного патента на изобретение способа обогащения тонкодисперсных сульфидных руд (2015 г.) [2].

Новое время выдвигает новые задачи. Представления о формах организации природного вещества на наноуровне радикально отличаются от известных ранее, основанных на макроуровне. Изучение морфоструктурных и физико-химических особенностей нановещества носит фундаментальный мультидисциплинарный характер, что определяется последними достижениями отраслей науки и требует разработки новых подходов к анализу нановещества. В лаборатории минералогии исследованиям природного вещества на микро- и наноразмерном уровне уделяется особое внимание. Изучение нано- и микроминералов особенно кремнезема и углерода показало их особое влияние на многие типы оруденения, технологии переработки и самостоятельное значение как полезных ископаемых.

Группой микро- и наноминералогии лаборатории минералогии выполнены работы по грантам КН МОН РК «Фундаментальные исследования природных наноформ углерода и кремнезёма» (2012-2014 гг.) и «Фундаментальные исследования природных наноформ углерода и кремнезёма для решения проблем рудообразования, рационального недропользования и новых технологий» (2015-2017 гг.). В исследованных образцах выявлено наложение процессов накопления углерода при внедрении или переотложении углеродных флюидов в породах (процессы науглероживания). Эти процессы соответствуют CVD (осаждение из газовой фазы) – методам синтеза многих наноформ углерода. Соответственно участки проявления подобных процессов (высокобарический метаморфизм, контактовый метаморфизм и т.п.) являются перспективными на обнаружение наноформ углерода, востребованных в промышленности. В результате анализа современных методов синтеза наночастиц, подготовлено теоретическое обоснование возможного генезиса и перспективных геологических обстановок для их поиска. В результате исследования природных объектов обнаружены типичные углеродные наноформы в виде трубок, графеноподобных пленок и т.п. Установлено явление наследования наноструктур, при котором происходит укрупнение частиц от нано- до микро за счет образования специфических упорядоченных структур. Предложен механизм образования и сохранения наноминеральных частиц в природе – «наноразмерная реакционная зона» [3], обосновывающий широкую распространенность и устойчивость минеральных наноформ в природе. Обнаружен гиперфуллерен (Нурназен) – округлая каркасная структура углерода, вероятно – аллотропная форма [4] и необычная плоская частица с округлыми контурами (около 200 – 300 нм) в шунгитоподобных породах [5]. В 2012-2014 гг. при грантовом финансировании КН МОН РК в лаборатории выполнена исследовательская работа «Открытие новых минералов в Казахстане для глубокой переработки природного сырья». Результатом работы было открытие, изучение и описание новых минеральных видов натротитанита [6] и тарбагатаита [7] на Верхнеэспинском месторождении, утвержденных Комиссией по новым минералам, номенклатуре и классификации Международной минералогической ассоциации (КНМНК ММА). За период 2015-2017 гг. при грантовом финансировании КН МОН РК создана база данных по уникальным, редким и недостаточно изученным минералам, встреченных на территории Казахстана, имеющая информативную для пользователей структуру. База данных с разработанным пользовательским интерфейсом для применения в операционных системах семейства Windows и Google Android содержит информацию об уникальных новых минералах (тарбагатаит, никсергиевит, камараит, митряеваит, анкиновичит, натротитанит и др.), встреченных на территории Казахстана, редких минералах (гагаринит, чухровит, нарсарсукит, бафертисита, цзиньшацзянит и др.) и недостаточно изученных минералах (кронштедтит, эльпидит, минералы группы пирохлора и др.).

В настоящее время в секторе изучением минерального состава пород и руд месторождений Казахстана занимаются: к.ф.-м.н. Слюсарев А.П., Парамонов М.Ю. (рентгеновский анализ), д.г.-м.н. Бекенова Г.К. (электронография) и к.г.-м.н. Саматов И.Б. (термический анализ). К.г.-м.н. В.Л. Левин и Усольцева М.О. определяют состав минералов методом рентгеноспектрального микроанализа, д.х.н. Т.А. Шабанова изучает морфологию и структуру наноразмерных минералов методами просвечивающей электронной микроскопии. В.А. Глаголев (геология, металлогения) – изучает аншлифы и осуществляет макро- и микрофотосъемку образцов.

Результатами минералогических исследований на месторождениях Казахстана, проводимых сотрудниками лаборатории, в сотрудничестве с коллегами из Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана, С.-Петербургского государственного университета (Россия) и университета Манитобы (Канада) стали открытия с изучением и описанием 15 новых минеральных видов, утвержденных Комиссией по новым минералам, номенклатуре и классификации минералов Международной минералогической ассоциации, среди которых:
казахстанит Fe3+5V4+3V5+12O39(OH)9·8,55H2O [8];
митряеваит Al5(PO4)2[(P,S)O3(OH,O)]2F2(OH)2(H2O)8·6,48H2O [9,10];
никсергиевит (Ba,Ca)2(Al,Si)7O10(CO3)(OH)6·nH2O [11];
анкиновичит (Ni,Zn,Cu)Al4(VO3)2(OH)12·2H2O [12] (рисунок 4);
чухровит-(Nd) Ca3(Nd,Y)Al2(SO4)F13·12H2O [13];
кыргызстанит ZnAl4(SO4)(OH)12·3H2O [14];
соколовит CsLi2AlSi4O10F2 [15]
карчевскиит [Mg18Al9(OH)54][Sr2(CO3PO4)9(H2O,H3O)11] [16];
новоднеприт AuPb3 [17];
камараит Ba3NaTi4(Fe2+,Mn)8(Si2O7)4O4(OH,F)7 [18];
камарицаит Fe3+3(AsO4)2(OH)3·3H2O [19];
флюороликит NaNa2(Mg2 Fe3+2 Li)Si8O22F2 [20];
орловит KLi2TiSi4O10(OF) [21];
натротитанит (Na0.5Y0.5)Ti(SiO4)O [6];
тарбагатаит (K,)2(Ca,Na)(Fe2+,Mn)7Ti2(Si4O12)2O2(OH)4(OH,F) [7], а также множество новых минеральных разновидностей и первых находок минералов в Казахстане.

Открытия и результаты исследований сотрудниками лаборатории минералогии опубликованы в ведущих минералогических журналах мира (Mineralogical Magazine, Canadian Mineralogist, American Mineralogist и др.) и доложены на Международных симпозиумах и конференциях в минералогических центрах Мира. ЛИТЕРАТУРА 1. Свидетельство о государственной регистрации прав на объект авторского права № 1433 от 28.10.2013 г. Еремин Ю.П., Жарменов А.А., Терликбаева А.Ж., Бекенова Г.К., Ультаракова Д.Д., Загайнов В.Г., Хайруллина С., Чакиртова Н.Н., Денисова Н.В., Айсаутов А.М., Левин В.Л., Сарсенбай А.А. «Явление количественной неограничености селективного газовыделения из водной фазы на гидрофобных макро- и микроповерхностях и дисперсиях гетерогенных систем в колебательном поле частотой 0,7 кГц и выше»;
2. Инновационный патент .№2014/0879.1 от 26.06.2014 Жарменов А.А., Терликбаева А.Ж., Бекенова Г.К. и др. «Способ обогащения тонкодисперсных сульфидных руд»;
3. Nuzhnov J., Shabanova T., Mansurov Z. Hydrodynamic stage of formation of tubular nanostructures. // International Carbon Conferences, Shanghai. Carbon2011.
4. Шабанова Т.А., Глаголев В.А. Каркасная молекула гиперфуллерена.// Извести НАН РК, сер. геологическая, - 2012, № 4г.- с. 33 – 37.
5. Шабанова Т.А., Садыков Б.С., Сабаев Ж.Ж., Мофа Н.Н. Углеродсодержащий минерал Таурит, его механохимическая обработка и структурные изменения. // 8ой международный симпозиум «Физика и химия углеродных материалов наноинженерия», – Алматы, 17–19 сентября, 2014. – С. 290 – 294.
6 Stepanov A.V., Bekenova G.K., Levin V.L., Hawthorne F.C. (2012) Natrotitanite, ideally (Na0.5Y0.5)Ti(SiO4)O, a new mineral from the Verkhnee Espe deposit, Akjailyautas mountains, Eastern Kazakhstan district, Kazakhstan: description and crystal structure // Mineralogical Magazine. Vol. 76(1). P. 37-44;
7 Stepanov A.V., Bekenova G.K., Levin V.L., Hawthorne F.C., Dobrovol’skaya E.A. (2012) Tarbagataite, (K)Ca(Fe2+,Mn)7Ti2(Si4O12)2O2(OH)5, a new astrophyllite group mineral species from the Verkhnee Espe deposit, Akjailyautas Mountains, Kazakhstan: description and crystal structure // Canadian Mineralogist. Vol. 50. Р. 159-168;
8 Анкинович Е.А., Бекенова Г.К., Подлипаева Н.И. Новый водный феррованадиевый минерал казахстанит из углеродисто-кремнистой формации СЗ Каратау (Южный Казахстан)//Записки Всесоюзного минералогического общества. 1989.Вып.5. С.95-100;
9 Ankinovich E.A. Shabanova T.A., Zazubina I.S., Sandomirskaya S.M. Mitryaevaite, Al10[(PO4)8,7(SO3OH)1,3]10Al F3∙30H2O, a new mineral from the Cambrian carbonaceous-cherty formation, North-West Karatau range and Zhabagly mountains, South Kazakhstan// Canadian Mineralogist.1997.35. P.1415-1419;
10 Cahill C.L., Krivovichev S.V., Burns P.C., Bekenova G.K., Shabanova T.A. The crystal structure of mitryaevaite, Al5(PO4)2[(P,S)O3(OH,O)]2F2(OH)2(H2O)8·6,48H2O, determined from a microcrystal using synchrotron radiation//Canadian Mineralogist. 2001. Vol.39. Р.179-186;
11 Saburov S.P., Britvin S.N., Bekenova G.K., Sergieva M.N., Kotelnikov P.E. et al Niksergievite, [Ba1.33Ca0.67Al(CO3)(OH)4] [Al2(AlSi3O10)(OH)2] nH2O, a new phyllosilicate related to the surite-ferrisurite series// American Mineralogist. 2005, 90. 1163-1166;
12 Карпенко В.Ю., Паутов Л.А., Соколова Е.В., Хавторн Ф., Агаханов А.А., Дикая Т.В., Бекенова Г.К. Анкиновичит – никелевый аналог альванита – новый минерал из Курумсака (Казахстан) и Кара-Чагыра (Киргизия)// Записки Всероссийского минералогического общества. 2004. № 2. С.59-70;
13 Паутов Л.А., Бекенова Г.К., Карпенко В.Ю., Агаханов А.А. Чухровит -(Nd) Ca3(Nd,Y)Al2(SO4)F13· 12H2O – новый минерал// Новые данные о минералах. 2005. Вып.40. С.5-10;
14 Агаханов А.А., Карпенко В.Ю., Паутов Л.А., Бекенова Г.К., Уварова Ю.А.; Соколова Е.В., Хавторн Ф. Кыргызстанит, ZnAl4(SO4)(OH)12·3H2O – новый минерал с месторождения Кара-Танги, Киргизия //Новые данные о минералах. 2005. В.40. С.23-28;
15 Паутов Л.А., АгахановА.А., Бекенова Г.К. Соколоваит CsLi2AlSi4O10F2 - новый минерал из группы слюд// Новые данные о минералах. 2006. Вып.41. С. 5-13.
16 Бритвин С.Н., Чуканов Н.В., Яговкина М.А., Антонов А.В., Богданова А.Н., Краснова Н.И., Бекенова Г.К. Карчевскиит [Mg18Al9(OH)54][Sr2(CO3PO4)9(H2O,H3O)11] – новый минерал из семества слоистых двойных гидроксидов// Записки Российского минералогического общества. 2007. №5. С.52-64;
17 Дюсембаева К.Ш., Левин В.Л., Котельников П.Е. Бекенова Г.К. Новоднеприт AuPb3 – новый минерал из месторождения Новоднепровское (Северный Казахстан) // Докл. НАН РК. 2006. №5. С.46-50;
18 Sokolova E., Abdu Y., Hawthorne F.C., Stepanov A.V., Bekenova G.K., Kotel’nikov P.E. Camaraite, Ba3NaTi4(Fe2+,Mn)8(Si2O7)4O4(OH,F)7, 1. A new Ti-silicate mineral from the Verkhnee Espe Deposit, Akjailyautas Mountains, Kazakhstan// Mineralogical Magazine. 2009. October Vol. 73(5). P.521-528;
19 Чуканов Н.В., Пеков И.В., Мёккель Ш., Белаковский Д.И., Левицкая Л.А., Бекенова Г.К. Камарицаит Fe3+3(AsO4)2(OH)3·3H2O – новый минерал, арсенатный аналог тинтикита//Записки российского минералогического общества. 2009, №3. С. 100-108;
20 Camara F., Hawthorne F.C., Ball N.A., Stеpanov A.V., Kotel’nikov P.E. Fluoroleakeite, NaNa2(Mg2Fe3+2Li)Si8O22F2, a new mineral of the amphibole group from the Verkhnee Espe deposit, Akjailyautas Mountains, Eastern Kazakhstan District, Kazakhstan: Description and crystal structure// Mineralogical Magazine. 2010. 74. P. 521-528;
21 Агаханов А.А., Паутов Л.А., Карпенко В.Ю., Уварова Ю.А., Бекенова Г.К. Орловит KLi2TiSi4O10(OF) – новый минерал из группы слюд// Новые данные о минералах. 2011. Вып.46. С. 13-19.

Бекенова Галия Кабешовна

1980 г. - Карагандинский государственный университет (1980 г.).

1982 г. - Институт геологических наук им. К.И. Сатпаева, пройдя все ступени научного роста от инженера до руководителя лаборатории минералогии.

Кандидатская диссертация «Кристаллохимические особенности некоторых минералов ванадиеносного бассейна Каратау» по специальности 04.00.20-«Минералогия, кристаллография» (1991 г.). Докторская диссертация «Микро- и наноминералы дисперсных руд ванадиеносного бассейна Большого Каратау» (2007 г.).

Научный руководитель проектов по Программам фундаментальных исследований (ПФИ 2006-2008 гг.; ПФИ 2009-2011 гг.). 2012-2014 гг. - научный руководитель Инновационного гранта «Разработка технолого-минералогических аспектов эксплуатации открываемых месторождений», научный руководитель гранта МОН РК «Открытие новых минералов в Казахстане для глубокой переработки природного сырья». 2015-2017 гг. - научный руководитель гранта МОН РК «Создание базы данных по уникальным, редким и недостаточно изученным минералам месторождений благородных и редких элементов Казахстана для комплексного освоения минерального сырья».

Автор и соавтор более 100 статей, научных отчетов и 1 инновационного патента. В сотрудничестве с коллегами открыто более 15 новых минеральных видов, утвержденных КНМНиК ММА.

Научный руководитель 2 бакалавров, 1 магистранта и 2 PhD. Член-корреспондент Казахстанской национальной академии естественных наук с 2008 г.

А.П. Слюсарев

СНС, кандидат физ.-мат. наук, специалист по рентгендифрактометрическому анализу (определение фазового состава минералов, пород, руд, концентратов, идентификация минералов и технологических продуктов).

И.Б. Саматов

СНС, кандидат геол.-мин. наук, специалист по термическому анализу (определение минерального состава пород; формы вхождения воды в структуру минералов; определение С органического и С карбонатного).

В.Л. Левин

ВНС, кандидат геол.-мин. наук, специалист по электронно-зондовому микроанализу (исследование морфологии и состава минералов, металлов, сплавов и включений в них; качественный и количественный состав, фотосъёмка в специальных режимах).

Т.А.Шабанова

Cпециалист по просвечивающей электронной микроскопии определение морфологии поверхностей и структур образцов, микро- и наночастиц. микродифракция, фотосъемка).

Кандидатская диссертация – «Химическая физика, структура и морфология поверхностей углеродных наноматериалов» 2005г.

Докторская диссертация –«Углерод и кремнийсодержащие наноматериалы: синтез, структура, и морфология поверхностей» 2010г.
Соавтор монографий по синтезу и технологиям наноструктурированных материалов, более 150 научных публикаций.

Научный руководитель по проектам фундаментальных исследований по грантам МОН РК: «Фундаментальные исследования природных наноформ углерода и кремнезёма» 2012 – 2014г.г., «Фундаментальные исследования природных наноформ углерода и кремнезёма для решения проблем рудообразования, рационального недропользования и новых технологий» 2015 – 2017г.г.,

В.А.Глаголев

Cпециалист по оптической микроскопии (петрографические исследования, микроструктурный анализ, макро- микрофотосъемка при УФ и катодном облучении).

М.Ю.Парамонов

Cпециалист по IT-технологиям и рентгендифрактометрическому анализу.

М.О.Усольцева

Cпециалист по электронно-зондовому микроанализу