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第三章矿物 第一节矿物的概念第二节矿物的形态与物理性质第三节矿物的化学成分第四节矿物分类及常见的矿物 第一节矿物的概念 一 概述1 矿物的定义矿物 岩石 地壳 在各种地质作用下形成的具有一定化学成分和物理性质的自然均质体 是组成岩石的基本单位 地质作用指火山爆发 地震 岩石风化等 矿物和我们日常生活密切相关 如饭桌上的盐 香皂 牙膏中的滑石 栽花用的蛭石 铅笔笔芯为石墨 冶炼成钢的赤铁矿 沙滩上的石英砂粒和光彩夺目的钻石等 此外 月球 其他行星也是由与地球上矿物大致相同的物质组成 学习意义 有助于开发工农业生产和国防建设所需的矿物原料及其合理综合利用 同时 也为探索并阐明地壳和其他天体的物质组成及演化规律 提供必要的信息 矿石 ore 是一种富含有用矿物的特殊岩石 有用矿物含量达到工业利用价值 矿产地或矿点 有矿石发现的地段 矿床 由地质作用形成的有用矿物堆积体 其质量和数量能够满足工业开采利用的要求 成矿作用 矿床的形成 实质上是一种特殊的岩石形成过程 不论是岩浆作用 沉积作用或变质作用 只要作用过程中能够导致有用组分富集 即为成矿作用 资源就是财富 谁拥有足够多的资源 谁就能富甲世界 发达国家 一边禁采本国的资源 一边全世界收购资源我国的资源贱卖 稀土 金矿 煤炭等等最有增值潜力的稀缺资源最易贬值的纸币2010 10报道 1 日本没有稀土资源 却是储备稀土资源最多的国家 可以用50年 日本90 的稀土供应依赖中国 2 今后5年到10年 中国可能成为稀土净进口国 3 稀土稀缺性的国际文献中提到澳大利亚稀土稀缺 但事实上 澳大利亚的稀土储量占世界稀土储量的46 4 日本企业变相进口中国稀土 收购精密仪器剩下的碎玻璃从中提取 发达国家拿代表货币符号的纸换走我们珍贵的资源 一旦将来我们资源短缺 需付出多大成本能重新买回 如果人家不卖呢 2 矿物的数量自然界已知矿物约有三千多种 最常见的只有五 六十种 而构成岩石主要成分的只有二 三十种 宇宙矿物 来自地球以外其他天体的天然单质或化合物合成矿物 人工合成的某些与天然矿物相同或类似的单质或化合物为什么人造矿物的研究和生产发展很快 某些矿物在自然界的产出较少 但工业上的需求却极高 供需无法平衡使得人们致力于人造矿物的研究 目前许多人造矿物的性能早已超过相对应的天然矿物 有些人造矿物可以代替某些天然矿物 不仅能够降低开采成本 还可以控制矿物的质量与大小 宝石饰品 人造钻石 人造立方氧化锆 ZrO2 人造金红石 TiO2 人造尖晶石 MgAl2O4 等光学和电子等工业方面 石墨烯发明者 安德烈 海姆获2010年诺贝尔物理学奖2004年制成的石墨烯材料是目前世界上最薄的材料 仅有一个原子厚 用铅笔写字会产生石墨烯 但稳定性 导电性 硬度 韧性等很高 用胶带从石墨上粘下薄片 这样的薄片仍然包含许多层石墨烯 但反复粘上10到20次之后 薄片就变得越来越薄 最终产生一些单层石墨烯 石墨烯微观结构图 与诺贝尔奖失之交臂的距离 2003年 安德烈 海姆给一位中国博士生一大块高定向热解石墨 300美元 块 和一台非常高级的抛光机 希望他能制作出尽可能薄的薄膜 三个星期过后 这位博士生制出了10微米厚的石墨斑 相当于1000层石墨烯的厚度 海姆 你还能弄得更薄一点吗 博士生 那样的话 我就需要一块新的石墨 海姆 你不需要为了一个薄片而把整块石墨都用光啊 博士生 你这么聪明 那你自己干啊 于是 海姆与合作者康斯坦丁 诺沃肖洛夫用透明胶带粘在石墨顶层撕下来 再对折胶带粘一次 不断重复这个过程 在一个星期的时间里 他们就成功地把石墨薄片做到了只有10层厚 延用这一方法 2004年最终得到了单层的石墨 也就是石墨烯 事实上 1000层碳原子与石墨烯的发现只差一步之遥 中国人的诺贝尔梦想是如此之近 但却因为博士生浮躁的心态 使咫尺变成了天涯 很多时候 一个人做事的态度 就决定了他成长的高度 只要足够努力 一切都有可能 二 矿物的形成 1 内生作用 岩浆矿物 原生矿物 1 由高温高压的岩浆冷凝结晶而成 从液体中形成 如橄榄石 辉石 长石 石英等 岩浆作用 2 火山喷发出的气体冷却形成 从气体中形成 如硫磺 沸石 蛋白石等 火山作用 2 外生作用 表生矿物原生矿物在地表常温常压下经过风化 沉积作用形成的矿物 1 风化矿物 从固体中形成 风化作用 如黄铁矿转化为褐铁矿 黄铜矿 CuFeS2 变成了蓝铜矿 孔雀石 Cu2 CO3 OH 2 高岭石是由钾长石风化来的等 4O2CuSO4 溶液 FeSO42CuSO4 2CaCO3 H2O2CaSO4 CO2 2 沉积矿物 沉积作用 风化作用形成的碎块在搬运过程中 比较坚硬 稳定 重的矿物聚集在一起 形成了一些有经济价值的矿物 如金刚石 金 锡石等的砂矿 而被流水溶解带走的物质 当其进入内陆湖泊或封闭海湾后 随水分的蒸发 溶液达到过饱和时就结晶沉淀形成盐类矿物 如食盐 石膏 硬石膏 方解石 3 变质作用 变质矿物早期形成的矿物经过变质作用形成的矿物 1 热变质矿物 接触热变质作用 由于岩浆向上侵入 岩浆的热能对其周围的岩石和矿物产生了作用 使它们发生变化 如石灰岩变质为大理岩 进而在接触部位形成许多新矿物组合 常有热变质矿物有石榴子石 红柱石 蛇纹石等 2 区域变质矿物 区域变质作用 当地壳发生强烈运动 尤其是板块边缘的运动 造成大规模地壳的升降 褶皱和断裂 使原来岩石和矿物所处的环境发生变化 当岩石上的压力足以把矿物中的水分挤压出来 且产生岩石中矿物晶体重新组构所需的能量时 就形成一系列密度更大 更坚硬的矿物 如蓝晶石 十字石等矿物 石灰岩 石灰岩变质为大理岩 磁铁矿 第二节矿物的形态与物理性质 我们认识任何东西 都是以这些东西所具有的特性为根据 譬如 根据咸味 甜味和涩味来识别和分辨食盐 白糖和明矾 同样 认识矿物也是如此 由于内部结构不同 不同矿物具有不同特性 形态 如不同的颜色 软硬 轻重 光泽等物理性质 通过详细观察矿物的这些特征 我们就能识别和鉴定它们 一 矿物的形态二 矿物的物理性质1 矿物单体的形态1 矿物的光学性质2 矿物连生体的形态2 矿物的力学性质3 矿物集合体的形态3 矿物的其它物理性质 在自然界 除少数呈气态 火山喷出的气体物质 或液态 自然汞 外 绝大多数矿物均呈固态 并可分为晶体和非晶体 晶体分布很广泛 地壳上的矿物绝大部分都是晶体 因此在详细了解矿物之前 我们先了解一下什么是晶体 晶体 质点 原子 离子和分子 在三维空间作有规律的排列 也就是说晶体是具有格子构造的固体 如石英 SiO2 的内部构造 硅和氧作规则的六边形排列 相反 玻璃成分也是SiO2 但它的硅和氧呈不规则 杂乱无章地排列 这种内部质点呈不规则排列的固体则为非晶质体 晶体 晶体 晶形 每种矿物均有一定的晶体构造 在外形上具有一定的晶体形状 理想的晶体为规则的几何多面体 晶体格架 晶体构造 晶体中原子 离子等排列的格式 实际晶体在生长过程中受到外界条件的影响 其内部结构并非严格的按照空间格子规律形成均匀的整体 而是由许多个别的理想的均匀块段所组成 这些块段并非严格的相互平行 从而形成了所谓 镶嵌构造 在实际晶体构造中会存在空位 位错等各种构造缺陷 有时还会有部分质点的代换以及各种包裹体等等 晶面 晶体格架中质点较密或质点间联结力较强的面 实际晶体的晶面并非理想的平面 同一单形的晶面也不一定同形等大 从而形成所谓的 歪晶 根据晶轴和各轴的夹角 可分为7个晶系晶轴是假想通过晶体中心的三条坐标轴 X Y Z轴角是晶轴之间的夹角 Y Z X Z X Y轴率是各晶轴上的轴单位之比 a b c 晶体常数包括 轴角 和轴率 晶系 晶轴的选择应遵守下列原则 1 应当符合晶体所固有的对称性 首先要选择对称轴和对称面的法线方向 若没有对称轴和对称面 则平行晶棱选取 2 在上述前提下 应尽可能使晶轴垂直或趋近于垂直 并使轴单位趋近于相等 即尽可能使之趋向于 90 a b c 等轴晶系 以相互垂直的L4或Li4为晶轴 无L4或Li4时以相互垂直的L2为晶轴 四方晶系 以L4或Li4为Z轴 以垂直Z轴并相互垂直的L2或P的法线为X Y轴 当无L2或P时 X Y轴平行晶棱选取 一 矿物的形态1 矿物单体的形态 1 晶体习性 结晶习性包括两方面的含义 1 是同种晶体所习见的单形 一种晶体只出现某种或某几种形态 如萤石晶体常出现三种单形 八面体 伟晶岩浆中 菱形十二面体 高温热液作用的产物 立方体 低温热液作用的产物 2 是晶体在三维空间延伸的比例由于结晶时的外界环境不同 发育的单形大致可分三种类型 A 一向延伸单体在三维空间只有一个方向特别发育 其晶体结构中常具有沿一个方向键力很坚强的构造链 呈柱状 角闪石 辉石等 针状 电气石 放射状等 一向延伸的单体呈柱状 针状或毛发状 二向延长的单体呈板状或片状 叶片状 三向等长的单体呈粒状或等轴状 B 二向延展单体在三维空间有二个方向特别发育 另一个方向发育较差 其内部结构中常具坚强的构造层 呈板状 石膏 片状 云母 等C 三向等长单体在三维空间的发育程度基本相同 呈粒状 石榴子石 黄铁矿 等 2 晶面特征 晶面条纹一种晶体生长现象 只见于晶面上 故又称生长纹或聚形纹晶体的晶面上一系列平行的或交叉的条纹 它们都是严格的沿一定的结晶学方向排列的粗细宽窄不同的条纹 它往往是两种单形相互交替生长留下的痕迹 由于单形是晶体对称性的一种表现 所以晶面条纹的分布也是服从晶体的对称性的 蚀像晶体形成后 晶面因受溶蚀而形成的凹坑 溶蚀坑 它受晶面内质点的排列方式控制 故有一定的形状和方向 晶体的不同单形其晶面上蚀像的形状和方向不同 只有属于同一单形的各个晶面蚀像才相同 其形状和取向与晶体对称相一致 2 矿物连生体 双晶 的形态 A接触双晶双晶个体以简单的平面相接触而连生 可分为 1 简单的接触双晶 由两个个体组成 2 环状双晶 多个双晶个体彼此以同样的双晶律连生 但接合面互不平行 而是依次以等角相交 B聚片双晶 多个片状个体以同一双晶律连生 接合面相互平行 聚片双晶常可在某些晶面或解理面上显示聚片双晶纹C穿插双晶由个体相互穿插而形成的双晶 3 矿物集合体的形态 同种矿物多个单体聚集在一起的整体叫矿物集合体 大多数矿物是以集合体的形式存在的 1 显晶集合体形态用放大镜可分辨粒状 片状 板状 针状 柱状 放射状 晶簇状等 2 隐晶质集合体肉眼难以分辨 多为地表形成的矿物所具有的形态结核状 球状 瘤状 豆状等 钟乳状 葡萄糖状 肾状等 树枝状等 由氧化锰等溶液沿裂缝渗透沉淀而成的 不是化石 一般用作观赏石 也叫风景玛瑙 二 矿物的物理性质 1 矿物的光学性质就是矿物对光的吸收 反射 折射以及光在矿物中传播的性质 主要有矿物的颜色 条痕 光泽和透明度等 一般是将矿物在白色无釉瓷板上刻划后 观察其留下的粉末颜色 矿物条痕能消除假色 减弱他色 因而比矿物颜色更稳定 有些矿物的颜色与条痕一致 如金的颜色和条痕都是金黄色 而有些矿物的颜色同条痕不相同 如赤铁矿不管外表是暗红色还是铁黑色 但它的条痕总是樱红色 在鉴定各种彩色或金属色的矿物时 条痕色是重要的鉴定特征之一 然而 浅色矿物 如方解石 石膏 的条痕色皆为白色或灰白色 则毫无鉴定意义 2 矿物的条痕指矿物粉末的颜色 按照反射率的大小 光泽分为四级金属光泽 呈金属般的光亮 条痕黑色 灰黑 绿黑或金属色 不透明 如自然金 黄铁矿 方铅矿 半金属光泽 呈弱金属般的光亮 不透明 条痕深彩色 棕色 褐色 如铬铁矿 黑钨矿 金刚光泽 如同金刚石般的光亮 条痕为浅色 浅黄 桔黄 桔红 或无色 透明 半透明 如金刚石 辰砂 雌黄 玻璃光泽 如同玻璃般的光亮 条痕无色或白色 如石英 长石 方解石 丝绢光泽 油脂光泽 珍珠光泽 土状光泽等 3 矿物的光泽指矿物表面对光的反射能力 金属光泽半金属光泽金刚光泽玻璃光泽 丝绢光泽油脂光泽珍珠光泽土状光泽 据矿物在岩石薄片 其标准厚度为0 03mm 中透光的程度 矿物透明度可分为 透明 矿物能透光 如水晶 冰洲石等 半透明 矿物透光能力弱 如闪锌矿 辰砂等 不透明 矿物不能透光 如黄铁矿 磁铁矿等 矿物透明度常与矿物光泽有关 一般玻璃光泽 油脂光泽 金刚光泽的矿物是透明至半透明 金属光泽和半金属光泽矿物是不透明 4 矿物的透明度指矿物可以透过可见光的程度 2 矿物的力学性质 指矿物受外力作用 如刻划 摩擦 打击 弯曲时显示出来的性质 也就是矿物受力后的反映 研究矿物的力学性质主要需掌握的是矿物的硬度 解理 断口等 1 硬度指矿物抵抗刻划 摩擦 压入的能力 矿物的硬度取决于原子和离子结合在一起的化学键的强度 在矿物的肉眼鉴定工作中 通常采用摩氏硬度 摩氏硬度是德国FriedrichMohs于1812年根据10种标准矿物提出的硬度定性级别 测定某矿物的硬度 只须将该矿物同硬度计中的标准矿物相互刻划 进行比较即可 如某矿物能刻划方解石 但又能被萤石划破 则该矿物的硬度介于3 4 当缺少摩氏标准矿物时 野外工作 可用其它简便工具进行测试 如指甲的硬度约为2 2 5 铜钥匙为3 小钢刀为5 5 5 玻璃为6 试剑石 宝剑剑口硬度5 5 6 0 金刚石硬度是石英的1000倍 刚玉的150倍 没有金刚钻别揽瓷器活 纯铁是硬度不高的金属 既不能制刀枪 也不能铸铁锅 犁锄 但当纯铁中含有一定量的碳后 就变成我们在各方面使用的钢铁了 低 中 高碳钢合在一起就叫 碳素钢 纯铁中含碳在0 02 以上就变成硬度较低的能拔铁丝 轧制薄白铁板等用的低碳钢 含碳量0 25 0 6 的钢叫中碳钢 其硬度中等 可轧成建筑钢材 钢板 铁钉等制品 含碳量0 6 2 0 时就成为可制刀枪的硬度很高的高碳钢了 碳含量超过2 0 就变成又硬又脆的可铸铁锅 暖气片 犁等的生铁了 一般生铁含碳量为3 5 5 5 纯铁 钢和生铁的区别主要就在于铁中含碳量的不同 为了提高硬度和获取最佳成型效果 做首饰时常用含银92 5 含铜7 5 的合金 国际上称为标准银 925银 白银有杀菌作用 用银餐具食物不易发酵变酸 银化合物可冶疗烧伤包敷伤口 银筷子可检测食物中含硫的毒剂 人体允许每日铝摄入量是 0 7毫克铝 公斤体重 老年性痴呆 精神异常患者 脑内含铝量比正常人高10 30倍 避免长期服用铝制药物 如 胃舒平 等 油条蓬松剂明矾 钾铝矾 油条铝含量约50 55毫克 百克 50公斤体重的人每天吃上3根油条 就有铝摄入量超标的危险 牙齿硬度大概是多少 为什么会蛀牙 铁齿铜牙 镶金牙珐琅质 enamel 牙齿二氧化锆或氧化铝全瓷牙 2 解理 矿物在外力作用下 如敲打 沿一定方向裂开成为光滑平面的性质 叫做解理 这种破裂面就称为解理面 解理往往沿着面网间化学键力最弱的方向产生 解理面一般非常平滑而有光泽 不同矿物有不同的解理方向 有些矿物的解理只有一个方向 成薄片状 有些矿物的解理有两个方向 成块状 有些矿物甚至有三个方向和四个方向的解理 不同矿物或同一矿物的不同方向上 解理发育程度是不一样的 根据解理产生的难易程度 可将矿物的解理分成五个等级 A极完全解理矿物在外力作用下极易裂成薄片 解理面光滑 平整 很难发生断口 如云母 石墨 辉钼矿等 B完全解理矿物在外力作用下 很容易沿解理方向裂成平面 但不成薄片 解理面平滑 较难发生断口 如方解石 方铅矿等 C中等解理矿物在外力作用下 产生明显的解理 但解理面不太连续和光滑 断口易出现 如白钨矿 普通辉石等 D不完全解理矿物在外力作用下 不易裂出解理面 解理面小而不平整 容易成为断口 如磷灰石等 E极不完全解理矿物受外力作用后 极难出现解理 多形成断口 一般称为无解理 如石英 黄铁矿 石榴子石等 描写时应包括解理方向 组数 及每组解理程度云母 一向最完全解理 长石 二向中等解理 方解石 三向完全解理 3 断口矿物受打击后所产生的不规则的破裂面 按断口面的形状可分为下述几种 贝壳状断口 矿物破裂后具有弯曲的凸面或凹面和同心状构造 很象贝壳如石英的断口 平坦状断口 断口面虽然粗糙 但比较平整 如高岭石的断口 参差状断口 断口面粗糙极不平整 许多矿物具有此种断口 如电气石 锯齿状断口 断口面狼牙锯齿 突起尖锐 如自然金属矿物的断口 解理与断口互为消长 解理完全者无断口 断口发育者无解理或解理极不完全 3 矿物的其它物理性质 1 密度和比重自然界中矿物一般比水重 都会沉下去 密度 单位体积的质量 通常表示为克每立方厘米 土壤密度一般为2 6 2 8mg m3 OC含量高的土壤密度较低 比重 矿物在空气中的重量与在4 时同体积的水的重量之比 在室内具体测定比重的方法多采用排水法 先在空气中称一下矿物的重量 然后全部浸入水中再称矿物的重量 用下列公式计算 比重 空气中重量 水重量在野外鉴定矿物的比重时 通常是把矿物拿在手上掂一掂 粗略地估计比重的大致范围 根据比重大小 一般把矿物分为三类 轻 比重小于2 5 中 比重在2 5 4 重 比重大于4 地球平均密度5 516mg m3 砂岩 页岩等沉积岩平均密度为2 6mg m3 花岗岩密度2 8mg m3 比重瓶 水重量W土壤 W 水 比重瓶 W 土壤 水 比重瓶 2 磁性 矿物的磁性是指矿物能被磁铁吸引或排斥 如磁铁矿 自然铋等 磁性可作为重要的鉴定特征 还可用作磁石 以及冶金业的选矿和找矿 试验矿物的磁性 一般用磁铁或磁针来进行 根据矿物在外磁场作用下所表现的性质 将矿物的磁性分为三类 1 逆磁性矿物矿物在外磁场作用下 产生很弱的感应磁场 其磁化方向与外磁场方向相反 磁化率很小 表现为被永久磁铁所排斥 2 电磁性矿物矿物在外磁场作用下 产生的感应磁性稍大 其磁化方向与外磁场方向相同 磁化率不大 为正值 表现为受磁场的吸引 这类矿物不被永久磁铁吸引 但可被电磁铁吸引 3 磁性矿物矿物的碎块或粉末能被永久性磁铁所吸引 3 电性 导电性矿物对电流的传导能力绝缘体矿物为离子键和共价键矿物 如金刚石 良导体矿物为金属键矿物 如自然金 自然铜等 半导体矿物 如黄铁矿 方铅矿等 压电性某些矿物晶体 在机械作用的压力或张力下 因变形效应而呈现的荷电性质 焦电性当温度变化时 在晶体的某些结晶方向产生荷电的性质 如电气石晶体加热到一定温度时 其Z轴的一端带正电 另一端带负电 若将已热的晶体冷却 则两端电荷变号 4 矿物的发光性 放射性 韧性 脆性和延展性等 金子的主要物理特性 颜色光泽透明度硬度2 5密度19 32g cm3延展性320m 4000m g 薄1 10000mm 第三节矿物的化学成分 矿物的化学成分类型 胶体矿物及其特征 矿物中的水 矿物的化学式 单质矿物 由同种元素组成的为单质矿物 如自然金 Au 金刚石 C 等 化合物矿物 由两种或两种以上元素化合而成的称为化合物矿物 如黄铁矿 FeS2 赤铁矿 Fe2O3 方解石 CaCo3 等 造岩矿物 主要组成地壳岩石并且大量出现的矿物 如长石 石英等 常见矿物 常形成有用矿产的矿物称为常见矿物 如金属元素氧化物和硫化物 一 矿物的化学成分类型 B 类质同象形成条件 如 磷灰石形成过程中若Ca2 浓度过小 PO4 3 浓度较大 则Sr Ce等元素就可以类质同象的方式代替Ca进入磷灰石的晶格 因而磷灰石中常可聚集相当数量的稀有分散元素 磁铁矿Fe2 Fe23 O4中Fe2 Fe3 1 2 当岩浆中FeO Fe2O3 1 2时 即Fe2O3的浓度过小 而V2O3 Ti2O3的浓度又较大时 则后者进入晶格 形成钒钛磁铁矿Fe2 Fe3 V Ti 2O4 同种化学成分的物质 在不同的外界条件 温度 压力 介质 下 形成不同构造和物理性质的晶体的现象 同质多象 石墨烯微观结构图 钻石 传说天上打雷 地下就长出钻石 其实 天然钻石生成于地表下120 200公里 其形成年代通常为24至32亿年前之间 但也有短至6千万年者 1 钻石矿床难寻找 几十年 甚至上百年时间 2 金刚石矿床数量稀少 在开采出的金刚石中 平均只有20 达到宝石级 其余80 只能用于工业 但这20 宝石级金刚石的价值是80 工业金刚石的5倍之多 世界金刚石年产量约为10000万克拉 宝石级约为1500万克拉 1 7 而加工成钻石的约为400万克拉 1 25 1克拉 0 2克 已打磨好的钻石 需挖掘约250吨矿石 3 钻石矿床开采的规模浩大 难度极高 4 钻石加工程序复杂 工时量大 5克拉 鸽子蛋 价值700 1680万元钻石的4C是指重量 carat 颜色 color 净度 clarity 切工 cut 摩氏硬度 10 金刚石 强金刚光泽 等轴晶系 晶体形态多呈八面体 菱形十二面体 四面体及它们的聚形 一组解理完全 怕重击 重击后会顺其解理破碎 克拉 是地中海边生长的一种刺槐的果实 这种果实每个都是200mg重 通常将重量 1 00ct的钻石称作 大钻 克拉重量越大 钻石越罕有 四千多年历史中 仅发现了一颗超过1000ct的钻石 全世界每一百年才发现一颗100ct的钻石 1ct 100分 30分50分等就是指的0 3ct0 5ct 颜色共分为11个级别 从D到Z按字母降序排列 D色最好 净度级别为 FL Flawless 完全净度级 IF InternalFlawless 内部净度级 VVS1 VVS2 VeryVerySlightinclude 非常非常细微的内部瑕疵 VS1 VS2 Veryslightlyinclude 很轻微的瑕疵 SI1 SI2 slightlyinclude 轻微瑕疵 I1 I2 I3 Inperfect 不洁净级 切工等级分为 Excellent 极优良 VeryGood 很好 Good 佳 Fair 尚可 Poor 不佳 二 胶体矿物及其特征 1 胶体是一种物质的微粒 10 5 10 7cm 分散在另一种物质之中所形成的不均匀的分散体系 前者称为分散相 分散质 后者称为分散媒 分散介质可分为 胶溶体 分散相 分散媒 胶凝体 分散相 分散媒 2 胶体矿物 自然界的矿物绝大多数都呈固态出现 根据固态矿物的性状 可以分为结晶矿物和胶体矿物 1 胶体矿物形成过程胶溶体胶凝体胶体矿物 2 胶体矿物特征结晶矿物具有确定的内部构造 其质点在三维空间呈周期性重复排列 具有规则的几何外形 具有平坦的晶面 笔直的晶棱 胶体矿物则是非晶质 隐晶质无规则的几何外形 除少数为膜状外 多呈鲕状 肾状 葡萄状 结核状和钟乳状等浑圆形态 其成分与性质有极大的可变性和复杂性 由于离子交换 胶体微粒具有很大的比表面积以及由此而引起的表面吸附现象等 三 矿物中的水 根据水是否参加矿物晶格而把水分为三类 1 不参加晶格的水 吸附水 呈H2O分子状态存在 110 时可全部逸出 2 参加晶格的水 包括以水分子形式存在的结晶水和以 OH H H3O 离子形式存在的结构水 结晶水加热到一定温度时可逸出 而结构水要温度很高晶格破坏才会失水 每种矿物结构水失水温度固定 3 过渡类型的水 层间水 沸石水 如具有层状格架的矿物 水分可进入层间使得矿物吸水体积膨胀 反之排出水分矿物体积收缩 四 矿物的化学式 1 矿物化学式的表示方法 1 实验式仅表示出组成矿物的元素种类及其原子数之比 不能反映原子在矿物结合中的关系 如白云母H2KAl3Si3O12 2 晶体化学式 构造式既表明矿物各组分的种类及数量比 又反映矿物中原子结合的情况 即能反映出成分与结构的关系 如白云母KAl2 AlSi3O10 OH 2 2 晶体化学式的写法 1 阳离子在前 阴离子在后 如食盐NaCl 赤铁矿Fe2O3 黄铜矿CuFeS2 2 阳离子按碱性强到弱排列 电价由低到高排列 如白云母KAl2 AlSi3O10 OH 2 3 阴离子 团 用 表示 占主体结构位置的阴离子 团 在前面 附加的写在后 4 层间水 结晶水写在离结构最近的部位 如胆矾Cu H2O 5 SO4 埃洛石Al4 H2O 4 Si4O10 OH 8 5 沸石水 结构水写在化学式的最后 用 分开 如沸石Na2 Al2Si3O10 2H2O 6 类质同象的离子用小括号括起来 并按其含量由多到少排列 中间用逗号隔开 如橄榄石 Mg Fe 2 SiO4 第四节矿物分类及常见的矿物 矿物的分类方法很多 现将几种主要分类方案的热点介绍如下 1 根据化学成分的分类方案 这种分类方案是以化学组成的类型作为分类的依据 2 根据晶体化学的分类方案 在此分类方案中 凡同一类或亚类中具有相同晶体结构类型的矿物即归为一个族 晶体化学分类方案比较合理 它既考虑到矿物化学组成的特点 也考虑到矿物晶体结构的特点 3 根据地球化学的分类方案 这是以地球化学中元素共生组合的资料为基础的一种分类方案 4 根据成因的分类方案 这是以矿物成因为基础而出现的一种分类方案 反映了形成矿物的地质作用特点 目前广泛采用的是结晶化学分类法 这种方法将矿物分为自然元素 硫化物 卤化物 氧化物及氢氧化物 含氧盐 硅酸盐几个主要类型 一 自然元素矿物 目前已知大约有40种元素以自然状态存在于岩石中 这些元素以最还原的状态存在 不与氧 硫等阴离子结合 因此我们称之为 自然元素 与其他矿物相比 自然元素矿物非常稀少 约占地壳质量的0 1 但是它们非常重要 主要是由于它们在工业上的用途 可作为某些贵重金属 金 银 和宝石的主要来源 根据元素的金属键性质 将自然元素分为 自然金属 自然半金属 自然非金属 自然铂自然硒金刚石石墨 二 硫化物及其类似化合物矿物 硫化物及其类似化合物是指金属或半金属元素与硫等阴离子相化合而成的天然化合物 其中阴离子除了硫之外 还有硒 碲 砷 锑 铋 而阳离子主要是位于周期表右方的铜型离子和过渡型离子 如硫化物 硒化物 碲化物 砷化物 锑化物和铋化物等 硫化物及其类似化合物的矿物种数有350种左右 而其中硫化物就占了2 3以上 这些矿物只占地壳总重量的0 15 其中铁的硫化物占绝大部分 其余元素的硫化物及其类似化合物只相当于地壳总重量的0 001 虽然它们的分布量是如此有限 但它们却可以富集成具有工业意义的有色金属和稀有分散元素矿床 依据成分中硫离子价态的不同和络阴离子的存在与否 硫化物矿物相应分为三类 单硫化物 硫以S2 形式与阳离子结合而成 双硫化物 硫以哑铃状对阴离子 S2 2 形式与阳离子结合而成 硫盐矿物 硫与半金属元素砷 锑或铋组成锥状络阴离子 AsS3 3 BiS3 3 以及由这些锥状络阴离子相互联接组成复杂形式的络阴离子与阳离子结合而成 黄铁矿黄铜矿 黄铁矿 pyrite Fe2 S2 常呈立方体或五角十二面体 有时无自形 晶面有平直条纹 浅黄铜色 条痕绿黑色 金属光泽 硬度6 6 5 黄铁矿富集时可作制硫或硫酸原料 不能炼铁 黄铜矿 chalcopyrite CuFeS2 多呈块状 晶形罕见 深黄铜色 条痕绿黑色 金属光泽 以较深的黄铜色和较低的硬度 3 5 4 区别于晶形不好的黄铁矿 为最重要的铜矿石矿物 黄铜 黄铁似兄弟 金黄浅黄多美丽 条痕色黑性皆脆 金光闪闪多威仪 刀子面前比高低 黄铜屈服铁无异 风化面上显原形 黄铁变褐铜变绿 三 卤化物矿物 卤素化合物为金属元素阳离子与卤素元素 氟 氯 溴 碘 砹 阴离子相互化合的化合物 卤素化合物矿物种数约在120种左右 其中主要是氟化物和氯化物 而溴化物和碘化物则极为少见 由于组成卤素化合物离子的性质和矿物结构中所存在的键型不同 所以各卤素化合物的物理性质也不尽相同 另外 由于组成卤素化合物的阴离子半径 I Br Cl F 不相同 显著影响着化合物形成时对阳离子的选择 其中氟离子半径最小 它主要与半径较小的阳离子Ca2 Mg2 等组成稳定的化合物 并且大都不溶于水 而氯 溴 碘的离子半径较大 主要与半径较大的阳离子K Na 等形成易溶于水的化合物 在硬度上 氟化物的硬度一般比氯化物 溴化物 碘化物为高 其中氟镁石的硬度为5 是本大类矿物中最大的硬度 萤石CaF2 硬度4 萤石雕琢成珍珠者即叫夜明珠 它的发光性表现为昼弱夜强 夜明珠里的一些发光物质经岩浆喷发 地质运动等集聚于矿石中而成 发光原因和矿物内有关的电子移动有关 矿物内的电子在外界能量刺激下 由低能状态进入高能状态 当外界能量刺激停止时 电子又由高能状态转入低能状态 这个过程就会发光 四 氧化物和氢氧化物矿物 氧化物和氢氧化物是一系列金属和非金属元素阳离子与氧阴离子或氢氧阴离子化合的化合物 其中包括含水的氧化物 这类矿物的种数约在200种左右 氧是地壳中分布量最多的元素 按重量约占地壳总重量的47 这和石英 磁铁矿 赤铁矿等氧化物在地壳中的广泛出现是有密切关系的 组成本大类矿物的阴离子是O2 和 OH 而与O2 和 OH 化合的阳离子的元素则达40种左右 最主要有硅 铝 铁 锰 钛 铬 铌 锡 铀等 大多数属于惰性气体型离子和靠近惰性气体型离子一边的过渡型离子 在本类矿物的物理性质方面 以硬度最为突出 一般均在5 5以上 而石英 尖晶石 刚玉依次为7 8 9 达到了仅次于金刚石的各级硬度 在光学性质方面 由镁 铝 硅等惰性气体型离子组成的氧化物和氢氧化物 通常呈浅色或无色 半透明至透明 以玻璃光泽为主 而铁 锰 铬等过渡型离子则呈深色或暗色 不透明至微透明 表现出半金属光泽或金属光泽 并且磁性增高 氧化物矿物广泛形成于内生 外生和变质作用中对于变价元素来说 其低价 如Fe2 Cr3 Mn2 等 氧化物多是在内生作用 主要是热液作用 岩浆作用 下产生的 而高价 如Mn4 W6 Sb5 等 氧化物则多是在表生作用 如岩石或矿床的风化壳 中产生不变价元素的氧化物则往往有多种成因 由于这些矿物形成时所要求的温度 压力都比较高 因而多在岩浆 伟晶 热液或变质作用中产生 又因其物理化学性质较稳定 故又能保存于砂矿中 1 石英SiO2 是最常见的矿物之一 占地壳重量的12 6 其含量仅次于长石 晶体为六方柱状 或锥状 在晶面上有明显的条纹 此外 还有还有一些致密的块状集合体或隐晶质矿物集合体 颜色种类多 有白色 灰色 紫色 红色 黄色黑色等 常见的是无色透明 石英的硬度7 用小刀刻不动 石英的晶体具有典型的玻璃光泽 隐晶质的石英矿物具有脂肪光泽 对土壤肥力的作用 纯石英不含养分 在土壤中主要以砂粒存在 可以改善粘重土壤的通透性 石英种类很多 无色透明的晶体为水晶 透明 具有玻璃光泽 紫水晶含有锰离子 烟水晶含有机质 芙蓉石含铁锰 由二氧化硅胶体沉积而成的隐晶质矿物 白色 灰白色者称玉髓 白 灰 红等不同颜色组成的同心层状称玛瑙 不纯净 红绿各色称碧玉 黑 灰各色者称燧石 含有水分 硬度稍低 具脂肪或蜡状光泽为蛋白石 2 铁的氧化物是岩石中最常见的 副矿物 含量 3 5 的矿物 磁铁矿 magnetite Fe2 Fe23 O4 晶形呈八面体或菱形十二面体或他形粒状 铁黑色 条痕黑色 不透明 半金属光泽 无解理 为强磁性矿物 赤铁矿 hematite Fe2O3 晶体少见 呈片状 一般为土状 块状或肾状等 晶体呈铁黑 钢灰色 土状等呈红色 半金属或土状光泽 硬度2 5 6 5 以红色条痕为主特征 宝石 褐铁矿 limonite nFe2O3 mH2O 为胶体氢氧化铁 常呈土状 肾状 黄 褐至褐黑色 以黄褐 褐色条痕为其特征 致密块状者硬度可达4 土状者1 褐铁矿主要为各种含铁矿物的风化产物 常将岩石染成黄 褐等铁锈色 磁铁矿针铁矿赤铁矿 土壤中氧化铁矿物形态随环境而变 故可据此来说明环境情况 寒温气候和富含有机质土壤或热带雨林气候下土壤A层 红棕 氢氧化铁 沼泽土或强还原性的积水土壤中多见 青蓝 蓝铁矿 排水不良且富含有机质的土壤 多见于温带非石灰性水稻土 棕橙 纤铁矿 热带 亚热带高度风化及干燥土壤 红 赤铁矿 存在环境 颜色 名称 磁铁矿 赤铁矿 褐铁矿 菱铁矿 黄铁矿 最适宜 不适合练铁的矿石是哪种 为什么 赤铁矿和褐铁矿最适宜炼铁 因为它们的含铁量最高黄铁矿不适合用来炼铁 因为会生成二氧化硫 污染环境 且它的铁元素质量分数低 浪费能源 一般用它来制硫酸 并顺便得到少量氧化铁可以炼铁 五 含氧盐类矿物 1 碳酸盐是金属元素阳离子和碳酸根相化合而成的盐类 1 碳酸盐矿物主要为外生成因 分布广泛 可形成大面积分布的海相沉积地层 其中方解石 白云石等是在自然界分布极广的矿物 而且不少碳酸盐矿物是重要的非金属矿物原料 也是提取Fe Mg Mn Cu等金属元素及放射性元素Th U的重要矿物来源 具有重要的经济意义 2 在碳酸盐矿物中 主要的阴离子为 CO3 2 阳离子主要是Ca2 Mg2 其次Na Fe2 以及Cu2 Zn2 Pb2 Mn2 Bi3 等 3 一些碳酸盐矿物具有完好的单晶体 也可呈块状 粒状 放射状和土状等集合体形态 4 碳酸盐矿物大多数为无色或白色 含铜者呈鲜绿或鲜蓝色 含锰者呈玫瑰红色 含稀土者或铁者呈褐色 含钴者呈淡红色 含铀者呈黄色 5 矿物硬度不大 一般在3左右 最大的是稀土碳酸盐矿物的硬度 但也不超过4 5 非金属光泽为主 碳酸盐类矿物 成因与产状 外生成因碳酸盐矿物广泛分布 如Ca CO3 Fe CO3 CaMg CO3 Mn CO3 可形成大面积分布且厚度很大的海相沉积地层 内生成因的碳酸岩可作为岩浆作用的主要造岩矿物 热液阶段 碳酸盐呈脉状或作为其它金属