华北理工无机材料岩相分析课件第2章 矿物(minerals)

第二章矿物(minerals)本章要点●矿物的概念；●类质同象的概念、形成条件及研究意义；●同质多象的概念；●矿物的形态及物理性质；●平行连晶和双晶的概念、区别；●矿物的分类及鉴定方法；●硅酸盐材料中常见矿物原料的鉴定特征。第二章矿物(minerals)

§2-1矿物与工艺矿物●矿物的概念

由地质作用形成的自然元素的化合物或单质。它们具有均匀且相对固定的化学组成及确定的晶体结构，在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。分类：天然矿物（造岩、造矿）合成（人造）矿物宇宙矿物

第二章矿物(minerals)

§2-1矿物与工艺矿物★工艺矿物(technicalmineral)：指人们在实验室条件下或生产工艺过程中得到的具有自然界标准矿物特征的人工合成矿物。

●矿物学（Mineralogy）的含义

具体研究矿物的化学组成、内部结构、外表形态、物理性质和化学性质、在地质作用过程中形成和变化的条件等诸方面的现象和规律，以及它们相互的内在联系；在此基础上，为矿物原料及其合理综合利用提供必要和充分的依据。同时，也为探索并阐明地壳及其下层以至其它天体的物质组成及演化规律，提供重要的信息。第二章矿物(minerals)

§2-2矿物的形态★矿物的形态主要受本身的内部结构和形成时的外在环境的制约。内部结构相同的同一种矿物，可以具有明显不同的外貌特征。●矿物单体的形态晶体习性(crystalhabit):同种晶体所常见的单形。在三维空间延伸的比例。黄铁矿—立方体；萤石—八面体单体形态的类型:一向延伸:针状,柱状；角闪石、电气石二向延展:片状,板状；重晶石、云母三向等长:粒状。磁铁矿、萤石、石榴子石矿物的形态

矿物规则连生体的形态（1）一、平行连晶(parallelgrouping)

由若干个同种单晶体，按所有对应的结晶方向(结晶轴、对称要素、晶面及晶棱的方向)全都相互平行的关系而组成的规则连生体。如明矾石。☆特点：平行连晶是单晶体的一种特殊形式，两者在内部构造上毫无差别；只是在外形上完整单晶体都是凸多面体，平行连晶则必定有凹角。二、双晶(twin,twinnedcrystal)1.概念：指由两个或两个以上的互不平行的同种单体，彼此间按一定的对称关系相互取向而组成的规则连生晶体（亦称孪晶）。如图2.特点：①各单体间必定有一部分结晶方向彼此平行，而其余结晶方向互不平行；②各单体间的内部结构不连续；③大多数双晶有凹角。

3.双晶类型

(1)接触双晶(contacttwin)：单体以简单平面相接触。

简单接触双晶(simplecontacttwin)：由两个单体组成。如锡石的膝状双晶、石膏的燕尾双晶。聚片双晶(polysynthetictwin)：多个单体按同一双晶律连生，结合面相互平行。如钠长石。

环状双晶(cyclictwin)：多个单体按同一双晶律连生，但结合面互不平行，而是依次以等角相交。

(2)穿插双晶(penetratetwin)：单体相互穿插，接合面常曲折而复杂。如正长石、萤石的双晶。

矿物的形态

矿物集合体的形态（1）结晶质矿物以单体形态为基础，而非晶质矿物则以特有的外貌为依据。1、显晶质集合体：

●按单体形态划分一向延伸集合体:针状、柱状、纤维状二向延展集合体:板状、片状、鳞片状三向等长集合体:粒状（粗、中、细）1-5mm●特殊的集合体形态:放射状:阳起石、红柱石（菊花石）晶簇:一种或多种矿物晶体一端固定在共同的基底上，另一端自由生长成较完好的晶形。如石英、方解石。矿物的形态

矿物集合体的形态（2）

2、隐晶质和胶态（非晶质）集合体：致密块状：石英土状：高岭石分泌体:晶腺（直径＞1cm）、杏仁体（＜1cm）

结核体:锰、铁结核鲕状、豆状:外生赤铁矿钟乳状:石灰岩溶洞葡萄状、肾状:外生赤铁矿、石灰岩溶洞第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质◆矿物的物理性质是矿物本身的化学成分和内部构造的反映，是鉴定矿物和利用矿物的依据。◆矿物的物理性质包括光学性质、力学性质、电学性质、热学性质及其他。一、矿物的光学性质：指矿物对投射到其表面的光线吸收、反射、折射等所表现的各种性质。1.矿物的颜色(color)

矿物对白光中不同波长的光选择吸收的结果。第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质☆

矿物的颜色按其成因分为三种类型：自色：矿物本身固有的颜色。取决于色素离子的类别。如孔雀石、磁铁矿、方铅矿、赤铁矿等。他色：矿物中混入了某些杂质所引起的颜色。与矿物本质无关。如紫晶、茶晶、墨晶。假色：矿物表面氧化膜、内部解理、细小裂隙、包体等引起光波干涉而产生的颜色。第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质＊

锖色：由于氧化膜的影响。硫化物表面常因氧化而呈斑驳陆离的彩色。如斑铜矿常呈紫蓝混杂的斑状色彩。＊晕色：浅色或无色透明矿物因解理面、裂隙引起。如方解石、白云母。★矿物的颜色对硅酸盐工业，尤其是玻璃和陶瓷工业。如，为使玻璃无色透明，要尽力除掉色素离子Fe2+、Fe3+；为使玻璃产生某种颜色，需添加某些着色剂。第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质2.矿物的条痕(streak):矿物粉末的颜色，即矿物在素瓷板上刻划留下的粉末痕迹。●条痕可以清除假色，减弱他色，保存自色。●条痕对不透明矿物具有重要的鉴定意义。赤铁矿3.矿物的光泽(luster)：矿物表面对投射光线的反射能力。光泽的强弱常用反射率R来表示。R=Ir/Ii(Ii—入射光强度，Ir—反射光强度

)R通常以百分率表示。●反射率越高，光泽越强。第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质●按反射率的高低，可将矿物的光泽分为四级：（1）金属光泽(metallicluster):R>25%。反射能力极强，像一般金属磨光平面上所呈现的光泽。金属矿物具有。（2）半金属光泽(submetallicluster):R=25~19%。反射能力强，像一般未经抛光的金属表面所呈现的光泽。（3）金刚光泽(adamantineluster):R=10~19%。反射能力较强，象金刚石表面所呈现的光泽。（4）玻璃光泽(vitreousluster):R=4~10%。反射能力较弱，像平板玻璃表现所呈现的光泽。大多数造岩矿物。第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质当矿物表面不平坦或呈集合体时，因散射、内反射等光学效应，常产生一些特殊的光泽。

油脂光泽(greasyluster)：石英断口沥青光泽(waxyluster)：磁铁矿

丝绢光泽(silkyluster)：纤维石膏、石棉

珍珠光泽(pearlyluster)：白云母、滑石

土状光泽(earthyluster)：高岭石金属光泽金刚光泽玻璃光泽丝绢光泽第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质4.矿物的透明度(transparency)矿物允许可见光透过的程度。●透明度的等级：

(1)透明(transparent)

:长石、石英、云母

(2)半透明(sub-transparent):辰砂、孔雀石、雄黄

(3)不透明(opaque):石墨、磁铁矿、黄金☆透明与不透明的界限，是将矿物磨到0.03mm标准厚度时的透光程度而言的。思考题：四种光学性质之间的相互关系。二、矿物的力学性质：指矿物在外力（刻划、打击、研磨等）所表现出的各种性质。1.矿物的解理(cleavage)定义:当矿物受到外力作用后，严格沿一定结晶方向破裂并能裂出光滑平面（解理面）的性质。描述:解理方向（用单形符号表示）及完善程度。有时需说明解理夹角。如云母∥｛001｝极完全解理。★不同矿物出现的解理完善程度、方向、组数及各组解理的夹角均不同，故有重要的鉴定意义。如角闪石、辉石；方解石。第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质分级：根据解理产生的难易程度，分为五级：（1）极完全解理极易裂成薄片，解理面极光滑，极难出现断口。如云母、绿泥石、石墨等。（2）完全解理

易于沿解理方向裂成小块，解理面平坦、光滑，很难出现断口。方铅矿、萤石、方解石等。（3）中等解理

可以出现解理，但解理面不太连续和光滑，有断口。如辉石、白钨矿等。第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质（4）不完全解理

不易裂出解理面，解理面小而不平整，易出现断口。如磷灰石等。（5）极不完全解理

极少或很难出现解理，多形成断口一般称为无解理。如石英等。●

矿物的断口(fracture)：矿物受外力打击后，沿任意方向破裂并呈各种凹凸不平的断开面，此种现象称之断口。常见的断口:贝壳状、平坦状、参差状、锯齿状第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质2.矿物的硬度(hardness)定义:当矿物受到刻划、研磨或压入等作用时，所表现出来的机械强度。☆矿物的硬度主要取决于质点间结合力的强弱。一般具共价键的矿物有很高的硬度。Mohs（摩氏）硬度（HM）:相对刻划硬度，以十种常见矿物为代表。☆在野外常用指甲（2-2.5）、小刀（5-5.5）和石英，粗略测定矿物硬度。（肉眼鉴定）第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质3.矿物的比重(specificgravity)定义:指单矿物重量与4℃时同体积水的重量之比。相对密度，无量纲。影响因素:所含元素的原子量；结构中质点堆积的紧密程度。分级：矿物的比重范围为1-23，大多数在2.5-4，通常分三级。

轻级：＜2.5

石膏(2.3)、石盐(2.1-2.2)

中级：2.5-4.0

石英(2.65)、方解石、金刚石(3.5)

重级：＞4.0

重晶石（4.3-4.5）、方铅矿(7.4-7.6)第二章矿物(minerals)

§2-3矿物的物理性质三、其他物理性质●矿物的发光性(luminescence)

荧光(fluorescence):

磷光(phosphorescence):●矿物的磁性:矿物能被永久磁铁或电磁铁吸引或排斥的性质。肉眼鉴定矿物时，仅以永久磁铁或磁性小刀为工具，将矿物磁性分为三级：强磁性、弱磁性、无磁性。其他：脆性、延展性、弹性、导电性、压电性、味觉等。第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质一、矿物的化学成分有相对的固定性，可用一定的化学式来表达。在一定范围内具有可变性，如类质同象等。1.矿物的化学成分类型

单质：如Au、金刚石（C）、石墨（C）；

简单化合物：方铅矿PbS、刚玉Al2O3；

络合物：方解石Ca[CO3]、正长石K[AlSi3O8]；

复化合物：尖晶石MgAl204、白云石（Ca,Mg)[CO3]2.。第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质2、矿物化学成分、结构的变化主要原因：类质同象、胶体吸附、矿物中的水和机械混入物。●类质同象☆概念：晶体结构中的某种质点（离子、原子或分子）被其他类似质点所代替，而能保持原有晶体结构类型，只稍微改变其晶格常数的现象。如：Mg[CO3]-(Mg,Fe)[CO3]-(Fe,Mg)[CO3]-Fe[CO3]

ZnS-(Zn,Fe)S(Fe代Zn不超过26%)第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质☆分类：⑴根据质点代替程度分完全类质同象：Mg[CO3]-Fe[CO3]

不完全类质同象：ZnS-(Zn,Fe)S

⑵根据置换时离子的电价是否相等分

等价类质同象：Mg[CO3]-Fe[CO3]

异价类质同象：Na[AlSi3O8]-Ca[Al2Si2O8]第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质☆类质同象形成条件：（1）内因：离子或原子半径要相近。△r=(r1-r2/r2)15-25-45%替换前后电价要保持平衡。形成异价类质同象时，电荷平衡起主导作用，而离子半径居第二位。如斜长石中的Al3+代替Si4+，虽△r=46%，仍可形成完全类质同象。离子类型要相同。如Na+和Cu2+不能形成类质同象。（2）外因：温度、压力、介质浓度。第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质☆研究类质同像的意义：

（1）确定矿物成分；（2）对矿物的综合评价和综合利用具有指导意义；（3）判断矿物形成环境。第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质●同质多象

☆概念：同种化学成分的物质，在不同的物化条件下，形成不同结构的晶体的现象。金刚石-石墨☆同质多象转变：

改造式（可逆）结构差异小，过程短。

α-石英—β-石英重建式（不可逆）结构差异很大，速度很慢。

石墨-金刚石第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质●矿物中的水存在形式有三种基本类型和两种过渡类型。三种基本类型：吸附水:H2O

，不参与晶体结构，不计入化学式。结晶水:H2O，参与矿物晶格，脱水后晶格破坏或重建。结构水:H+、(OH)-或(H3O)+,参与晶格,结合牢固，脱水后晶体结构完全破坏。第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质两种过渡类型：层间水:H2O,存在于某些层状硅酸盐的结构层之间。吸水、失水后，结构层间距发生变化，改变某些物理性质（密度、折射率等），但不破坏晶格。沸石水:H2O,存在于沸石族矿物空洞及孔道中。位置不固定，含量随温度、湿度变化，但不引起晶格的破坏，只改变物理性质。其存在与结构有关，含量的变化有一定上、下限。第二章矿物(minerals)

§2-4矿物的化学性质二、矿物的化学式实验式：只表示矿物中各组分的种类及其数量比。结构式(晶体化学式)：不仅表示矿物组成元素的种类和数量比，而且反映其原子在晶体构造中的相互关系。书写方法：⑴阳离子在前，阴离子在后，络阴离子用〔〕括起；⑵互为类质同象的离子用（）括起，逗号隔开，含量多者在前；⑶含水化合物的水分子写在最后，用圆点分开。如：(Zn,Fe)S、K[AlSi3O8]、SiO2·nH2O。第二章矿物(minerals)

§2-5矿物的