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化学与人类文明课程论文矿产与化学学 院：专 业：班 级：学 号：学生姓名：电子信箱：2014年12月15日矿产与化学摘要： 矿产资源是国民经济的支柱，而矿产与化学有着密切的关系。本文从矿产资源的成矿、找矿、采矿等一直到矿产资源的实际应用包括矿产资源带来的环境问题上对矿产与化学的关系进行了梳理和论证，以便我们能更清楚地了解矿产与化学的密切关系，从而希望以此为基本认识，建立更多更健全的理论来指导有关矿产资源的实践，这些实践的成果，一定会给我们的国民经济带去伟大的飞跃。关键词： 矿产资源； 成矿； 找矿； 化学； 环境； 国民经济 矿产资源是重要的自然资源，它是地球以百万年为计数单位经过复杂的变化逐渐形成的对全人类的馈赠，它是社会生产发展的重要物质基础，它是社会人们的生产和生活都离不开的资源。矿产资源在成矿，找矿以及采矿和利用上都离不开化学的支持，可以说，矿产资源的开发和利用是在化学的大力支持且鼎力相助下完成的，没有化学知识和理论的指导，这矿产资源也不会在国民经济中占有重要比重，进而人类社会的发展也不会这么迅猛，人们的生活也不会这么丰富。1 矿产资源相关简介1.1 矿产资源定义及其简单分类矿产资源是指天然赋存于地壳内部或地表，由地质作用形成的，呈固态、液态或气态的，具有经济价值或潜在经济价值的富集物。目前我国已发现矿种180个，可分为能源矿产(如煤、石油、地热)、金属矿产(如铁、锰、铜)、非金属矿产(如金刚石、石灰岩、粘土)和水气矿产(如地下水、矿泉水、二氧化碳气)四大类。1.2 矿产资源法规和矿产资源分布根据中华人民共和国矿产资源法第十一条的规定，国务院地质矿产主管部门主管全国矿产资源勘查、开采的监督管理工作。国务院有关主管部门协助国务院地质矿产主管部门进行矿产资源勘查、开采的监督管理工作。省、自治区、直辖市人民政府地质矿产主管部门主管本行政区域内矿产资源勘查、开采的监督管理工作。省、自治区、直辖市人民政府有关主管部门协助同级地质矿产主管部门进行矿产资源勘查、开采的监督管理工作。政府机构改革后，各级人民政府的地质矿产主管部门职能全部划归国土资源主管部门。因此，矿产资源管理职能由各级人民政府国土资源主管部门行使。图1显示了中国主要矿产资源的分布。 图1 中国矿产资源分布图（图片略有改动）1.3 矿物及其分类矿产资源的实际物质载体为矿石，矿石重的基本单元为矿物。1.3.1 矿物的定义矿物是指由地质作用形成的，在正常情况下呈结晶质的元素或乌鸡化合物1,当然，矿物还有一些更更具体、更清楚些的定义，如矿物是自然界中形成的天然固态单质和化合物，它具有一定的化学成分和内部结构，因而具有一定的化学性质和物理性质，在一定的物理化学条件下稳定，是固体地球和地外天体中岩石和矿石的基本组成单位，也是生物体中的骨骼部分的主要组成2。1.3.2 矿物的分类矿物根据不同的分类依据有不同的分法，目前国内使用最多的分类为矿物分为自然元素、硫化物及其类似化合物、氧化物与氢氧化物、含氧盐、卤化物以及新增的有机矿物和合金矿物等七大类。2 成矿、找矿与化学2.1 化学参与成矿对于地球这个巨大的天体而言，除了其各处（包括表面和内部）其压力，温度等物理条件的不一样之外，各化学元素在地球各圈层中以及同一圈层内也不一样，体现为分布不均，所以才会有各化学元素的富集成矿，才有了我们的矿产。2.1.1 矿物的结晶序列一种成分的岩浆再起逐渐冷凝的过程中，按矿物熔点的高低，可一次结晶出不同类型的矿物，并依次形成不同种类的岩石。实验表明，富含橄榄石成分的玄武岩浆，在其温度逐渐降低的过程中，首先形成由橄榄树组成的超基性岩，继而形成由回辉石与基性斜长石组成的基性岩辉长岩，再后形成由角闪石与中长石组成的中性岩闪长岩，最后形成由石英、黑云母、白云母、钾长石和酸性斜长石组成的酸性岩花岗岩。在这一结晶过程中，矿物是按两个系列结晶出来的。一个是连续反应系列（continuous reaction series），另一个是不连续反应系列（discontinuous reaction series）。在连续反应系列中，通过反应，不分先结晶出来的矿物和剩余岩浆之间发生作用，形成在化学成分上连续变化而内部结构无根本改变的一系列矿物，即是钠长石、奥长石（更长石）、中长石、培长石、钙长石系列，而在不连续系列中，形成既有化学成分变化差异，又有内部结构显著改变的矿物，即是橄榄石、辉石、角闪石及白云母系列。最后，上述两个系列又联合形成一个不连续系列，依次结晶出钾长石、白云母和石英。这就是著名的鲍温反应系列（Bowens reaction series）3， 图2 鲍温反应系列图（图略有改动）2.1.2 矿物的共生在鲍文反应系列中，同一温度下结晶出来的相近矿物可以共生，除此之外，在其他的地质作用中，共生与化学也息息相关。比如风化作用与共生中，溶解有大量化学元素的地表水或地下水溶液在运动过程中，由于水分的流失，浓度增高从而使易溶盐达到饱和便结晶出来，如石膏、芒硝、硼砂、钾盐等：当然，还有胶体沉积、生物化学沉积等在此就不一一概述了。2.1.3 矿物的化学变化矿物在形成之后，由于条件的改变，必定会发生一定的变化，其中重要的便有化学变化，在化学成分上，这主要表现在矿物的氧化、还原、脱水、水化，以及物质的交替、替代等方面，同时矿物的晶体结构也会发生一些改变，主要有矿物的同质多象，晶化和非晶化，比如蛋白石转变为玉石和石英，火山玻璃晶化成长石、石英。2.1.4 地球化学元素丰度与成矿元素在地球中的丰度（abundance）是指元素在地壳中的平均百分含量，常以克拉克值（clarcke）来表示。克拉克值最大的前面几位元素如表1（数据来源List of Periodic Table Elements Sorted by Abundance in Earths crust）。 表1 地壳元素丰度表元素化学符号大陆上地壳大陆中地壳大陆下地壳大陆地壳整体大洋地壳年产量氧O46.60%47.40%46%46.71%46.10%100,000,000 吨硅Si27.72%27.71%27%27.69%28.20%3,880,000 吨铝Al8.13%8.20%8.20%8.07%8.23%15,000,000 吨铁Fe5.00%4.10%6.30%5.05%5.63%716,000,000 吨钙Ca3.63%4.10%5.00%3.65%4.15%112,000,000 吨 (CaO)钠Na2.83%2.30%2.30%2.75%2.36%200,000 吨钾K2.59%2.10%1.50%2.58%2.09%200 吨镁Mg2.09%2.30%2.90%2.08%2.33%350,000 吨钛Ti0.44%0.56%0.66%0.62%0.56%99,000 吨氢H0.14%N/A0.15%0.14%0.14%磷P0.12%1000 ppm1000 ppm1300 ppm1050 ppm153,000,000 吨锰Mn0.10%950 ppm1100 ppm900 ppm950 ppm6,220,000 吨氟F0.08%950 ppm540 ppm290 ppm585 ppm钡Ba500 ppm340 ppm500 ppm425 ppm6,000,000 吨系统研究显示，地壳中常见矿物的化学组成主要为上表中排在前面的元素，而排在后面的比如氡、铱等元素组成的矿物则很少见，这说明化学元素的丰度直接影响着矿物的种类、含量和分布。2.1.5 成矿年代与化学利用化学元素的半衰期可以测定物质的年龄，推广应用，这也可以应用到测定矿物的年龄上来，在地质方面，我们主要应用的是放射性元素U（235）、Pb（214）以及年龄小的用C（5760年)6。这在地质方面成矿理论的完善和发展上发挥着巨大的作用，对成矿和找矿的理论突破和实际操作具有重大意义。2.2 化学指导找矿大自然给我们留下了这么多宝藏，可这宝藏也不是哪儿都有，也不是哪儿都能有的，既然成矿与化学作用有关，那这找矿也不得不与化学有关，因为在了解矿物是怎样形成了之后，利用特性，才能更快的找到所需矿产。2.2.1 氧化还原与找矿在我们发现“铁帽”时，就要想到此处可能会有赤铁矿，这可根据铁的氧化反应Fe2+Fe3+简单解释，当然了，由此我们也要注意（想到）生于还原地带的还原矿床，比如在氧化带见到孔雀石等，这就要注意这邻近的还原地带有铜矿，蓝铜矿、黄铜矿等，原因在此就不再赘述。2.2.2 矿物共生与找矿上面已说过矿物共生成矿，那这根据化学化学元素的相似能共存共生，所以利用矿物共生的理论指导找矿是很有必要的。比如，在高中温热液矿床中发现辉钼矿，那此时也就要注意下会与其共生的黑钨矿、锡石、辉铋矿等；在发现当发现磁黄铁矿时，要注意镍黄铁矿、黄铜矿等；在煤系附近注意耐火土、铝土矿，砂金区域里的铂等5。3 采矿、识矿、用矿与化学3.1 化学帮助找矿和识矿一种矿产，在发现其之后，我们首先要进行一个鉴定或评价，首先得知道其是否有开采价值，这开采价值的评价，必须借助于化学，各种鉴定仪器也就是根据矿物（或矿物所含的某种特殊物质）的一些特定的化学特性制造的，当然在初步的简单的鉴定时，我们会使用一些简单的化学反应，比如利用滴盐酸的方式鉴定碳酸盐矿物。只有在深度鉴定出这矿物有用物质的含量是否达到开采标准时，我们才能决定开采与否。在此同时，我们也知道了该矿物属于哪一种矿物，当然，在开采到矿石时，我们通过观察矿石的颜色等就可以初步的肉眼鉴定矿石，比如，赤铁矿的红色，褐铁矿的褐色，蓝铜矿的蓝色等。这些不得不说是化学神奇的帮助，尽管矿物的鉴定并非是这么简单和容易。3.2 矿物化学性质决定用途矿物资源的有用性，这就是其经济价值的根本所在。然而矿物资源用于何处，这由于矿物的性质决定的，有物理的，有化学的，然而这些取决于矿物的化学成分和矿物的结构。3.2.1 矿物的化学成分与用途每一种矿物都含有其特定的成分，而每一种特定的成分具有特定的物化性质，所以矿物的化学成分决定矿物的用途，这是毋庸置疑的。比如石膏，硬石膏等水泥。雕塑等行业；磷灰石用于磷肥的生产等。当然个矿物用来提取各种元素这个最基本的用途在此就不叙述了。3.2.2 矿物的结构与用途矿物的形成是一个复杂的结晶过程，每一种矿物的各成矿元素在矿物结晶时会根据其特有的化学性质按一定的规律结合形成特定结构的晶体，各晶体内部的结合力有分子键、金属键、离子键、原子键氢、共价键等，形成的晶体大致分为分子晶体，金属晶体，离子晶体、原子晶体四种。在晶体化学中，常根据最强化学键在结构空间的分布和原子或配位多面体连接的形式，将晶体结构划分为岛状、环状、链状、层状、架状、配位性、分子型等七种类型。各种化学键结合成的晶体结构决定矿物的性质，从而决定矿物的用途。以分子键为主结合而成的分子晶体为例，分子键的作用力很弱，所以分子晶格的晶体一般容点低，可压缩性大，热膨胀率高，热导率小，硬度低，不透明，不导电等，所以分子晶体构成的矿物一般不作导电体，同时，也不可能形成宝石、宝玉之类的具有观赏价值的东西，其用途在就不专门叙述了。4 矿产环境与化学目前，环境问题是一个热门的话题，在环境问题中，与矿产有关的环境问题也日益受到人们的关注。有的矿物是有害的（有毒和具有放射性），所以在产这些矿物的区域以及加工处理和利用这些矿物的区域的环境问题是一各应该严肃对待的问题。比如，我国的重金属污染有铅、铬、镉、砷、汞等元素7,在这些金属的产地，其元素肯定是超标的，在加工处理时，排出的废物（废渣、废水）也在高含量之列，在使用时，如果操作不当，这些都会引起重金属污染，从而导致环境向不良方向发展，以至于让元素富集后进入人体，从而危害人类的健康，比如在日本发生的首次大规模的重金属污染就是由汞引起的7。5 总结与展望矿产与化学关系是很密切的，化学为矿产提供理论等支撑，而化学在矿产中的应用包括分析成矿、指导找矿用矿、帮助采矿识矿等提高了化学本身的价值，当然，化学在矿产中还有更多应用有待开发，相信地质学家、矿产学家、化学家们在未来一定能建立或创造的更多更好更健全的理论，这些理论或知识指导实践的成果一定会给我们的国民经济带来伟大的飞跃。参考文献1 Nickel E H 著, 曹亚文译. 矿物的定义. 矿物学报, 1995, 15（3）: 3653662 李荣胜. 结晶学与矿物学. 北京: 地质出版社,