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矿物的结晶分类
矿物也可以按照晶系来分类。什么是矿物的晶系呢?晶系是矿物按着晶体对称程度分类的级别之一。矿物学家认为矿物晶体中可能的对称型共有32种。它们按照对称点的不同可以分属于三个晶族。晶族内又分为七个晶系。下面将七个晶系的特征和所代表的矿物按对称程度的高低依次叙述。
高级晶族是高次轴(当然这个轴是假想的对称轴),多于一个对称要素,可以彼此斜交,被称为等轴晶系。例如具有六面体的黄铁矿和方铅矿晶体就是高级晶族的等轴晶系矿物。
中级晶族包括三个晶系,既四方(正方)晶系、三方(菱形)晶系和六方晶系。四方晶系有唯一一个四次高级对称轴,比较典型的矿物有黄铜矿、白钨矿、彩钼铅矿和锡石等。三方晶系的矿物有唯一一个三次高级对称轴,我们常见的矿物有石英、电气石、白云石和方解石等。六方晶系有一个唯一的六次高级对称轴,这类矿物常见的有磷灰石、红锌矿和绿柱石等。
低级晶族无高级对称轴,矿物的晶面必定互相垂直或平行。这类矿物包括三个晶系:斜方(正交)晶系、单斜晶系、三斜晶系。
斜方晶系的对称特点表现在有一个二次对称轴和一个面,对称要素不少于三个。常见的矿物有橄榄石、异极石和泻利盐等。单斜晶系的对称要素特征是具有一个二次对称轴和一个对称面,常见的矿物有斜晶石和正长石。三斜晶系无对称轴和对称面,常见的矿物有高岭石和钙长石。
矿物的化学分类
矿物有几千种,它们是如何归类的呢。有一种分类方法为化学分类法。这种方法就是按着化学元素的组合来划分矿物种类。现在世界矿物学家共同采用的化学分类方法,是采纳德国著名矿物学家史特伦茨的分类。他按照门捷列夫周期表中的化学元素组合把矿物划分为八大类。我们可以在每一类矿物中举出一种矿物,先对它们有一个初步认识。
第一大类 自然元素矿物。它又细分为金属、半金属和非金属。金属如自然铜、自然金等;半金属如自然铋等;非金属有自然硫、石墨等。
第二大类 硫化物矿物,如黄铜矿;硒化物矿物,如硒碲矿;锑化物矿物,如锑铜矿;砷化物矿物,如砷锑矿;碲化物矿物,如碲金矿;铋化物矿物,如铋车轮矿。
第三大类 卤化物。它又细分为: 简单的卤化物矿物,如石盐;氧卤化物矿物,如氯铅矿。
第四大类 氧化物矿物,如石英;氢氧化物及其类似的化合物,如水镁石。
第五大类 硝酸盐矿物,如钠硝石;碳酸盐类矿物,如方解石;硼酸盐矿物,如硼镁石等。
第六大类 硫酸盐类矿物,如重晶石;碲酸盐类矿物,如碲酸铁矿;铬酸盐类矿物,如铬酸铅矿;钼酸盐类矿物,如钼酸钙矿;钨酸盐矿物,如钨酸铅矿。
第七大类 磷酸盐类矿物,如独居石;砷酸盐矿物,如臭葱石;钒酸盐矿物,如钒酸钡铜矿。
第八大类 硅酸盐。硅酸盐类矿物,按其结构又进一步划分为几种:岛状硅酸盐类,例如可做宝石的黄晶(也叫黄玉);群状硅酸盐矿物,如钡铁钛石;链状硅酸盐矿物,如蔷薇辉石(也叫北京玉);层状硅酸盐矿物,如白云母;架状硅酸盐除了铍硅酸盐矿物外,全都是铝硅酸盐矿物。铝硅酸盐矿物是硅酸盐矿物中硅酸根的硅被铝置换而形成的。例如花岗岩中的斜长石即是架状硅酸盐,因此也是铝硅酸盐矿物。
丰富的自然元素矿物
门捷列夫周期表中现有元素105个。有些元素能独立存在,由单一元素构成的矿物为自然元素矿物。
我们按照自然元素矿物的物理性质把它们分为三种类型:1.非金属自然元素矿物;2.半金属自然元素矿物;3.金属自然元素矿物。
在非金属自然元素矿物中常见的有金刚石和石墨等,两者的化学成分都由碳元素组成。此外,硫磺也是非金属自然元素,现在不少人用硫磺制熟食品,使其变白,漂亮,但它对人们的身体健康有害。
半金属自然元素矿物也很丰富,这一类矿物在人们生活中很普遍。如矿泉水中就含有半金属矿物元素硒、锌等,此外还有碲、砷、锑、铋等。这些矿物也是特殊合金中所必需的半金属元素。金属元素矿物分为两类:即金类和铂铁类。
金类有七种:自然金、银、铜、汞、汞膏、铅和锡。我们可以简单地介绍一下自然金和银。
自然金常与银相合成为合金。形状往往是块状,碎粒状、薄片状等。世界上最大的一块自然金发现于1858年,产地是澳洲西部的巴拉喇脱金矿,它的重量为83.95公斤。金不溶于酸、碱;是极为稳定的元素。金的价值昂贵。自古以来就作为货币,黄金饰品更是高贵的象征。
自然银中有时也含有少量的金、铜、铂等。自然界最大的银块于1875年在撒克逊尼亚的福莱堡地下300公尺深处发现,重量为5000公斤。智利曾发现过重1420公斤的片状自然银。银的用途与金相似。
铂铁类有六种主要矿物。即自然铂、铱、铱锇矿、钯、铁和镍铁矿。
自然铂外表为钢灰色,具有金属光泽,多成颗粒状或鳞片状,偶而也能发现致密的块状体,产于河流砂石中,比重为14-19。铂可以用作特殊的实验材料,如耐烧器皿等,并可作昂贵的装饰品。1827年人们曾在前苏联的乌拉尔山中发现过重为十千克的自然铂块体。
自然铱的硬度变化较大,从1到7。比重在22.65-22.84之间。具有金属光泽。它的新鲜面呈银白色,有时为淡黄色。铱经过加工,可用作天秤的砝码,因为它坚固异常,耐久,不变。
铱锇矿也非常坚硬,被视为最好的笔尖材料。自然钯、自然铁、铁镍矿,产出量都极少,主要用于合金原材料。
卤化物类矿物
卤化物类矿物种类很多,它们与人们的生活密切相关,可以说,在人们的衣食住行中,一刻也离不开这些矿物。无水卤化物矿物最普遍,石盐、钾盐、铜盐、角银矿、溴银矿、氯钙石、氟石和冰晶石等都属于无水卤化物矿物。
石盐由氯和钠两个元素组成。硬度为2.5,比重2.1-2.6,玻璃光泽至油脂光泽。由于含有杂质,常常是白色、淡黄色、淡红色、淡兰色或褐色的。除加工食用外,还可用于食物保存剂;还可与盐酸、氯、钠、碳酸钠、硫酸钠、氯化钠一起成为重要的化工材料。并可用作制造瓷器、玻璃等的原料。
钾盐与石盐区别在于阳离子不同,钾盐是氯化钾、物理性质和石盐相似。由于成分不同,它们的用途也不同。钾盐是肥料和硝酸钾的重要原料。它的化合物可供医药、香料、烟火和印刷等行业应用。
角银矿和溴银矿都是提取银最好的矿物,前者是氯化银,后者是溴化银。
铜盐的硬度是2-2.5,比重3.9。具有金刚光泽。无色,白色或淡灰色、断口呈贝壳状。它是提炼铜和制氯的原料。
氯钙石和氟钙石硬度仅为1-1.5,比重2.2。而氟石硬度为4,比重3-3.5。两种矿物均为玻璃光泽。氯钙石常作为干燥剂原料。氟石主要是用做制钢和炼铁的熔剂。它们在化学工业中有广泛的用途,在饮食器皿的瓷釉及装饰品、人造冰晶石制作上也离不开氟石。应当提到的是,在医药中它与钙盐混合可治各类骨科病症。
含水的氯化物和氟化物在卤化物矿物中也很重要。含水的氯化物中用途最广的是光囟石,也叫砂金卤石。在青海省大紫旦湖边人们经常采集到如同水晶宝塔一样的光卤石晶簇,它是钾石盐最好的原料。其化学成分是含水的氯化钾和氯化镁的组合。如果我们将钾去掉,光卤石在封闭电槽中电解后,可得到金属镁,镁可用于航空工业,还可民用制作照明原料,如照明弹、照明粉等。
含水的氟化物、氟铝石,常呈极小的晶体,硬度为3,无色透明,玻璃光泽。是用于炼铝的原料。另一种水铝氟石。硬度为4.5。比重2.88-2.89,玻璃光泽。是制作光学器皿的原料。
氧化物类矿物
氧化物类矿物较为丰富,常见的矿物就有70多种。石英、蛋白石、赤铜矿、红锌矿、刚石、赤铁矿、钛铁矿、磁铁矿、铬铁矿和金绿宝石等都是典型的氧化物类矿物。
石英就是人们常说的水晶,硬度为7,比重为2.65。贝壳状断口。透明的晶体为优质水晶,水晶的颜色丰富多彩,有紫色、烟色、红色、兰色等。石英用途极广。人们一般都知道水晶可作眼镜片及各种装饰品。在工业上,各种无线电器材也离不开它,因为石英可做压电石英片。即使是不透明的石英,也可用于制作玻璃、瓷料、耐火砖等。
蛋白石的化学成分与石英的区别,在于它含有两个水分子,硬度和比重都比石英小。但它的光泽比石英美,呈珍珠状,颜色多变。由于含有铁等离子,可呈现黄色、红色、褐色、绿色和灰色等美丽颜色。名贵的蛋白石称欧泊,它们美丽异常,光彩夺目,澳大利亚是盛产蛋白石的国家。
赤铜矿是氧化二铜,它含有自然铜、赤铁矿、石英和水等。含氧化铁者被称作砖红铜矿,含有矽质和氢化铁者被称作树脂铜矿。它是炼铜的重要矿物。
红锌矿是氧化锌。是一种深红色至砖红色的矿物,具有金刚光泽。硬度4-4.5,比重5.4-5.7,性脆。为炼锌的最佳矿物。
刚石(刚玉)的化学成分是氧化铝。说起红、蓝宝石大家都知道,它们就是刚玉。刚玉的硬度为9,比重3.95-4.1。有时呈玻璃光泽、金刚光泽、珍珠光泽等各种光泽。颜色也有变化,蓝色、绿色、红色、黄色和褐色等都可见到,透明的蓝色刚玉就是蓝宝石。红色的为红宝石。它们被人们视为最名贵的高级宝石。
赤铁矿的化学成分为三氧化二铁。硬度为5.5-6.5,比重4.8-5.3,呈金属光泽和半金属光泽。赤铁矿的颜色为赫色。有鲕状和肾状结构。河北宣化是赤铁矿的著名产地。赤铁矿是炼铁的最重要原料。纯粉未状赤铁矿,还可作为颜料或红色铅笔蕊原料。钛铁矿是三氧化钛和铁。硬度5-6,比重4.5-5.5。呈金属光泽。铁黑至钢灰色。人们把它用作炼铁炉内壁上的特殊材料,也是炼钛的原料。钛还是制作真空管的重要材料。
磁铁矿的硬度5.5-4.6,呈半金属至金属光泽。铁黑或褐黑色。它是炼铬铁唯一的原料。制成的硬铬钢不生绣,在化学、电气、造船、飞机等工业上用途极广。
金绿宝石硬度为8.5,比重3.5-3.8。具有玻璃光泽。颜色有淡绿白、淡绿黄、淡绿褐色及黄色等。透明或半透明。参差状或贝壳状断口,它是贵重的宝石,有翠绿宝石和猫眼石,质坚而色美。被视为世界之珍品。
硫化物和硒化物类矿物
硫化物矿物类似于自然金属元素矿物,具金属光泽,透明度低,反射率强等。它的比重较大,一般为4以上。硬度较低,一般为2~4。
硫化物矿物目前有89种。常见的矿物有:
1.方铅矿,铅灰色。金属光泽。硬度为2-3。比重7.4-7.6。等轴晶系,晶体常呈立方体和八面体状。它的用途较广,用于冶金、国防等工业。有时含银高,可以提取银金属。
2.闪锌矿,由无色到浅黄、棕褐至黑色,也可呈绿色、红色、黄色等。出现各种颜色是由于矿物中含有微量元素的不同而造成的。金刚光泽到半金属光泽、透明至半透明。硬度3-4.5。比重3.9-4.2。不导电。它的用途是作为锌金属的主要原料。除提取锌之外,还可以提取镉、铜、镓、锗等稀散元素。这些稀散元素都是现代工业的重要原料。金属锌用于合金、镀锌、印刷、颜料等工业。
3.磁黄铁矿,暗青铜黄色,带褐色的全青色,有时呈黄棕色。金属光泽。不透明。性脆。硬度为3.5-4.5。比重4.6-4.7。六方磁黄铁矿具有顺磁性,但磁性程度差别较大。它是制取硫酸和硫黄的矿物原料,仅次于黄铁矿和白铁矿。
硒化物矿物的阳离子主要是由硒化学元素构成的。它的一些物理性质与硫化物矿物相似。主要的矿物有:
1.硒铅矿,铅灰色,有时为浅蓝色。不透明。硬度为2.5-3。比重7.6-8.8。金属光泽。可作为提硒的矿物原料。硒的用途较广。在合金中加入少量硒,可以防腐蚀。硒电池可制自动街灯及信号灯等。
2.硒银矿,颜色铁黑色。硬度为2.5。比重8。溶度2。金属光泽,一般呈块状、粒状及薄板状产出,有等轴晶系的六面体,它是提取银金属的矿物原料。
3.硒铜矿,银白色。金属光泽,硬度2。比重6.71。可成银白色树枝状,一般作为提取铜的矿物原料。
4.硒铅汞矿,灰色、一般呈块状或粒状产出。硬度为1.5-3。比重7.8-7.9。金属光泽。不透明、性脆。可作提炼汞的原料。
硫化物和硒化物矿物。共同特点是几乎都具有金属光泽,硬度不大,性脆,是工业中重要矿物之一。
碳酸盐类矿物
目前发现碳酸盐类矿物有101种,它们由30种元素组成,广泛分布于自然界各类岩石中。其中钙和镁的碳酸盐矿物最发育,方解石、白云石常能形成巨大的海相沉积地层。
1.方解石,它是一种常见的碳酸盐类矿物。本是无色或白色的,但有时被铁、锰、铜等元素染成浅黄、浅红、紫、褐黑色等。无色透明的方解石称为冰洲石。方解石硬度2.50-3.75。比重2.6-2.9。它的形态多种多样,聚形不同,晶体形态可达600余种,用途很广。石灰岩由方解石构成,广泛应用于建筑、冶金、化工等部门。还可以烧制石灰、水泥。冰洲石加工磨制成偏光镜片,在国防尖端工业上用于制作电子计算机、莱塞光开关、大屏幕显示器、滤光程度高的天文望远镜、激光测距仪等光学元件。
2.氟碳铈矿,是我国主要的稀土资源的矿物之一。它具有鲜艳的黄色、浅绿或褐色。玻璃或油脂光泽,透明到半透明,硬度4-4.5,比重4.72-5.12,性脆。有时有放射性和弱磁性,主要产于内蒙白云鄂博矿床中。它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。铈族元素制作的合金,提高了金属的弹性、韧性和强度,是喷气式飞机、导弹、发动机及耐热机械的重要零件。此外,还可用作防辐射线的防护外壳及各种有色玻璃等。
3.菱镁矿,我国辽宁省大石桥以产出菱镁矿著名。通常是白色,浅黄色或灰色,有时带浅红色调。玻璃光泽,具有贝壳状断口,硬度4-4.5,比重2.9-3.1,性脆。它主要用于制作碱性耐火材料,如炼钢炉的炉衬,炉壁用的耐火砖,冶金砂等。除用于提炼金属镁的矿物原料外,还广泛用于建筑材料、化工、橡胶等工业。
4.白云石,是一种常见的矿物,广泛应用于人们生活中。纯的白云石雪白如霜,含铁则呈灰色至暗褐色。玻璃光泽。硬度3.5-4.0。比重2.85。晶体形态常呈菱面体,晶面弯曲成马鞍形。一般是粒状、致密块状,有时呈多孔状和肾状。广泛应用于冶金、化工、玻璃、建筑等工业。
磷酸盐类矿物
磷酸盐类矿物目前已发现206个矿物种,构成磷酸盐类矿物有32种化学元素。这里仅介绍常见的几种磷酸盐类矿物,如绿松石、独居石、磷钇矿和磷灰石。
1.绿松石,又名土耳其玉。它的化学成分主要为磷酸铝铜,苹果绿色,浅蓝绿色,淡绿灰色和天蓝色等。硬度5-6。比重2.6-2.8。呈致密块状、肾状、钟乳状和壳皮状等,性脆,呈贝壳状断口。由于颜色美丽,硬度较大,可作为名贵的宝石和装饰品。故宫珍宝馆中有不少珍贵的装饰品是绿松石制成的。
2.独居石,一般为棕红色和黄色,有时呈黄绿色。晶体形态一般呈斜方柱状,有时呈小板状和粒状。油脂光泽或玻璃光泽,微透明或不透明,性脆,断口呈贝壳状或参差状,硬度5-5.5,比重4.9-5.3。它是制取氧化钍的重要原料,并提炼各种稀土元素铈和铜等。氧化钍可制白热汽灯的外套、无线电真空管、特殊玻璃等,具有多种用途。
3.磷钇矿,呈淡黄褐色、淡红褐色、发褐色、肉红色、淡灰白、淡黄色等。不透明,性脆,形态一般呈正方柱状、锥状,有时呈圆柱状和致密块状。硬度4-5,比重4.45-4.56。断口为参差状和多片状。常具放射性,是提取放射性元素的一种矿物原料。如果不含有放射性,可以是玻璃光泽、油脂光泽和蜡状光泽,颜色多种多样。故可制作装饰品。更为重要的用途是提取稀土元素中重稀土钇的矿物原料。
4.磷灰石,有无色、海绿、淡蓝绿、淡红褐、紫、红、褐、灰、白色等。它的晶体形态呈六方短柱状和厚板状,以及锥状,针状等其它形状。油脂光泽或玻璃光泽,透明或不透明,性脆,断口呈贝壳状或参差状,硬度5或4.5。比重3.2。磷灰石的用途是制农肥,它是磷肥的主要矿物原料。
上述四种磷酸盐类矿物都比较稳定,能形成砂矿。由于它们的颜色丰富多彩,所以又是制作各种装饰品的极好原材料。
硅酸盐类矿物——长石族和辉石族
硅酸盐类矿物是地球中矿物种类最多的一类,就目前已知的就有548种,其中包括未分族矿物7种,存疑矿物11种,占已知矿物种的24%左右,广泛分布于各种类型岩石中。除了造岩矿物或脉石矿物外,也可成矿石矿物。用途极为广泛,有的硅酸盐类矿物可以直接被利用,如云母、滑石、石棉、沸石等。所以硅酸盐类矿物具有重要的实用价值。首先让我们看看长石族。
长石这种矿物人们并不生疏,在各种花岗岩中都存在长石。由于长石种类不同,它的颜色也不同,构成花岗岩的种类也不一样。长石是一类重要造岩矿物,它占地壳总重量的50%,体积为60%,由于它是地壳中重要矿物,所以对它的研究工作更加深入细致。
钾长石,也叫正长石。属单斜晶系矿物。如果长石中钠的含量超过了钾就叫钠长石。它们一般为肉红色,呈黄色或白色的单斜晶系柱状体,或厚板状,也可呈粒状、致密状和块状。硬度6-6.5,比重2.5-2.6,熔度5,玻璃光泽至珍珠光泽,透明至不透明。性脆,断口呈贝壳状或参差状。白色的长石与方解石、重晶石外貌相似,但它们的硬度远远超过上述两种矿物。它们可以用做钾肥,此外,还可制造陶器、玻璃和装饰品等。钾长石和钠长石构成了钾纳长石亚族。
斜长石亚族。包括有七种不同的长石。斜长石的晶体形态有时呈斜柱状、针状和厚板状,通常是块状、薄片状和粒状。硬度6-6.5,比重2.62-2.65,玻璃或珍珠光泽,颜色多为白色、灰、褐黄或无色。有时呈淡蓝、淡红、淡绿和绿色相间的美丽色带。透明至不透明。它可做装饰品和宝石。其中,钠长石最为美丽,是豪华的猫眼石材料,属名贵的宝石。
辉石是个大家族,总共有二十多种。
普通辉石属单斜晶系。它的单晶是短柱状晶体,颜色有灰褐色、褐色、紫褐色和绿黑色。玻璃光泽,硬度5.5-6,比重3.23-3.52,透明至不透明,性脆,断口呈参差状或贝壳状。纯色的普通辉石常作装饰品用。
辉石族最有经济价值的有两种,喜欢宝石的人们都知道翡翠,它属于辉石族矿物。常呈块状、粒状,或不完全的柱状和纤维片状。通常浅粉、橙黄色为翡,淡绿色为翠。硬度为6.5-7,比重3.3,微透明至不透明,性强韧。断口呈多片状。不溶于酸类。
另一种是锂辉石,它是单斜晶系柱状或板状晶体,晶面常有许多直纹。硬度6-7,比重3.1-3.2,玻璃或珍珠光泽,透明至不透明,性脆,断口为参差状。它是一种贵重的宝石材料。也是提取锂的矿物原料,锂元素用途十分广泛。
近年把北京郊区产出的蔷薇辉石称为北京玉,由于它的颜色鲜艳(有蔷薇红、淡红、肉红、淡黄、淡绿及淡褐色等),硬度较大(5.5-6.5),很适合加工为宝石。
硅酸盐类矿物——角闪石族
根据阳离子元素的不同角闪石可分为四个亜族。组成21种矿物。由于它是主要的造岩矿物,所以研究的较为深入。
1.镁铁锰质闪石亜族,该族有五组端元矿物,常见的晶体为斜方柱,呈纤维状集合体或柱状集合体。颜色白色至灰绿棕色,透明-半透明,玻璃光泽,硬度6-6.5,比重3.0。美丽的闪石可作宝石材料。
2.钙质闪石亜族,本亜族有六组端元矿物,透闪石-铁阳起石是其中一种,属单斜晶系,晶体常呈细柱状,集合体呈柱状或放射状。常见的单形为斜方柱。有时也呈长柱状、针状集合体。透闪石无色或灰白色,阳起石呈浅绿色到深绿色,铁阳起石呈深绿色到黑色。半透明到透明。玻璃光泽。棉纤维状集合体称为石棉,常见的有透闪石石棉和阳起石石棉。石棉具丝绢光泽,硬度5-6,比重3.02-3.44,性脆;易折断。石棉具有不燃性、抗酸性及不传热性等,故用处最广,可纺织为布,造制成薄板材,制防火衣服、手套和安装房屋内壁等。透闪石也称为软玉。软玉可作雕刻及装饰品材料。
3.钠钙质闪石亜族,有五组端元矿物。其中蓝透闪石-铁蓝透闪石是单斜晶系的针状晶体,是蓝色矿物。玻璃光泽,硬度5-6。比重2.59-3.02。产于中粒长石伟晶岩中。另一组是镁钠钙闪石-铁钠钙闪石,这组矿物颜色为褐色、黄色、褐红色和玫瑰色等,透明至半透明。参差断口。硬度5-6,比重2.97-3.13。这类闪石中美丽鲜艳的可做宝石材料。
4.碱质闪石亜族,本亜族包括五种矿物。蓝闪石和铁蓝闪石。单斜晶系,通常呈柱状、纤维状或块状集合体。颜色为浅紫灰色、靛蓝色、蓝灰色或蓝墨色。透明。玻璃光泽。蓝闪石是蓝闪石片岩的主要造岩矿物。它可以由富钠的岩石经变质作用形成。镁钠铁闪石-钠铁闪石,它们属于单斜晶系,常呈针状、柱状的晶体,颜色较深,呈绿黑色。玻璃光泽,半透明,硬度5-6,比重3.4。
总之,闪石族矿物由于颜色鲜艳,硬度大(一般都在6左右),可以作宝石材料。石棉类的用途就更为广泛。
硅酸盐类矿物——云母族
云母族矿物分为两个亜族,共有九种矿物。
白云母亜族,有钠云母、白云母、钒云母、海绿石;金云母-黑云母亜族,有金云母-黑云母、锌三层云母、铁锂云母、锰锂云母和锂云母。
人们可能在花岗岩中常见到白色的晶片,闪闪发光很诱人。它就是白云母,通常呈板状或片状,外形成假六方形或菱形,有时单体呈锥形柱状。白云母一般无色。有时是浅黄、灰、绿、红和棕褐色等。白云母有时出现的颜色是由含微量元素引起的,如含锂的锂白云母为玫瑰色;含铬呈鲜绿色等。白云母呈玻璃光泽,解理面呈珍珠光泽。比重2.76-3.10。白云母用于电缘材料,但只能在700℃以下的条件可以应用,因为它加热到700-800℃后,性质就会发生变化,变为银白色或金黄色,弹性消失变脆。
海绿石属单斜晶系,分布于疏松的硅质和粘土质碳酸盐岩石中。颜色暗绿至绿黑色,也呈黄绿、灰绿色。不透明。通常无光泽。硬度为2-3。比重2.2-2.8。性脆。海绿石中含有钾,可作化肥。纯净的海绿石可作颜料。它具有阳离子交换性能,可作硬水软化剂。
金云母呈假六方板状、短柱状或角锥状。深色金云母为棕色或绿色;浅色金云母呈浅黄色。深色金云母半透明、玻璃光泽至半金属光泽,导热性比浅色金云母差。浅色金云母透明,具玻璃光泽。解理面呈珍珠光泽。薄片具弹性。硬度2-3,比重2.9-2.8,不导电。它的用途与白云母相同,主要用于电气工业,作为绝缘材料。
黑云母的晶体形态与金云母相同。颜色为黑色、深褐色,有时带浅红、浅绿或其它色调。含钛高的呈浅红褐色,富含高价铁则呈绿色。透明至不透明。玻璃光泽,黑色则呈半金属光泽。硬度2-3,比重3.02-3.12。黑云母受热水溶液的作用可以蚀变为绿泥石、白云母和绢云母等其他矿物。黑云母因为含铁高,绝缘性能差,远不如白云母。黑云母细片常用作建筑材料填充物。
锂云母又称鳞云母,一般是片状或鳞片状集合体。我国河南芦氏县产有球状的锂云母,是一种特殊形态。它呈玫瑰色,浅紫色,有时为白色,风化后成暗褐色。透明。玻璃光泽,解理面显珍珠光泽。硬度2-3。比重2.8-2.9。薄片具弹性。它是提取稀有金属锂的主要原料之一。锂云母中常含有铷和铯,也是提取这些稀有金属的重要原料。
铀矿物
目前在自然界中已发现的铀矿物有134种,变种19个。其中原生铀矿8种,变种7个;表生126种,变种12个。原生铀矿物是主要的工业利用对象,而表生的铀矿物只作为找铀矿的野外标志。
根据铀矿物的物理性质和野外存在情况可分为两大组。第一组为黑色、褐黑色或暗褐色,比重大于5,硬度一般为5-6。沥青光泽或半金属光泽。它们主要为原生轴矿物并和其它种类矿物共生。第二大组矿物颜色鲜艳,比重较小(小于4)。硬度一般小于3。玻璃光泽或珍珠光泽。
原生铀矿物主要有晶质铀矿、沥青铀矿、钛铀矿、铈铀钛铁矿、铌钽铀矿和铀石等。表生铀矿物主要有:黄钙铀矿、绿铀矿、红铅铀矿、铜铀云母和钙铀云母等。
鉴别铀矿物,首先是根据颜色和光泽,可以初步鉴别它是否是铀矿物。再做化学成分分析。X射线粉晶和X射线衍射分析,都能较为准确的鉴定出该矿物的名称。
接触铀矿物的人必须注意放射线的污染。唯一可行的方法就是用清水清洗接触铀矿物的部位。最重要的是清洗手,不能叫放射性物质进入口中。听起来好象铀矿物很可怕,其实不然,只要注意防护,接触铀矿物后认真清洗,就不会有什么危险,也不会给身体留下任何危害。
陨石矿物
地球中有的矿物陨石中也有,但陨石中有的矿物地球中尚没发现。主要是宇宙漫漫,环境与地球相比有很大差别。目前有近30种矿物地球中没有发现。有五大类:1.单质及其类似物,如六方金刚石、氮铬矿、碳铁矿、陨氮钛矿等;2.硫化物及其类似硫化物,如硫铬矿、硫镁矿、硫钛铁矿、陨硫钙石等;3.氧化物,如镁铁钛矿、氧氮硅石;4.硅酸盐,如硅镁铬矿、碱硅镁石、宁静石、陨铁大隅石、陨钠镁大隅石;5.磷酸盐,如磷镁石、磷镁钠石、磷镁钙矿等。下面让我们看看它们的物理性质。
1.六方金刚石,强热淬火可使结晶的石墨转变为六方金刚石。晶粒均呈细粒棱角状。因晶粒外层含有石墨而呈现灰色。硬度接近于金刚石。密度3.51(计算值)。它属六方晶系。
2.氮铬矿,属等轴晶系。粒状,颗料细小直径几个μm。硬度高。与闪锌矿伴生。
3.巴磷铁矿,它属六方晶系。粒状,颗料小于1μm。白色者与铁纹石相似,浅蓝色者与陨磷铁镍类似。比重6.92(计算值),在橄榄陨石中沿着陨磷铁镍石和陨硫铁间接触处产出。
4.硫铬矿,它属单斜晶系。半自形粒状。灰色带褐。不透明。比重4.12(计算值)。产于铁陨石中。
5.硫镁矿,等轴晶系。在球粒陨石中与镍铁矿、陨硫铁紧密连生。
6.陨硫铬铁矿,等轴晶系。块状集合体。黑色。金属光泽。断口不平坦。性脆。无磁性。许多陨石中都含有这种矿物。
7.镁铁钛矿,斜方晶系。晶体呈斜方双锥。不透明。比重4.64(计算值)。来自阿波罗11号采回的月岩中,镁铁钛矿产于细粒和玻基玄武岩呈细粒状,常具有钛铁矿的反应边,或在钛铁矿中呈残核,或完全为钛铁矿所交代,这是在冷却过程中镁钛矿与熔体反应的结果。
8.宁静矿,属六方晶系。晶体形态呈薄板条状。比重4.7(计算值)。近于不透明。月岩的玄武岩中,与晚期结晶的陨硫铁、铁三斜辉石、方英石、碱性长石组合。
9.三斜铁辉石,它属三斜晶系,粒状,黄色,硬度6,比重3.63-3.76。产于阿波罗11号自月面采集的岩石标本中,这种岩石标本主要含单斜辉石、斜长石和钛铁矿的微晶辉长岩和辉绿岩。
10.磷镁钠石,单斜晶系。细小颗粒状,块状集合体。浅琥珀色,透明,比重2.9-3.0。产于锐钛矿陨石的金属相小洞穴中,与白磷钙石、镁磷钙钠石、钠长石、顽火辉石等伴生。
11.磷镁钙矿,属单斜晶系。不规则粒状、细叶脉状、块状集合体。浅红色至琥珀色,比重3.15,硬度4-5。在铁陨石中,沿裂隙的壁呈粒状产出;也有细脉穿插橄榄石。
草原上的明珠-白云鄂博
白云鄂博位于内蒙古包头市北150公里,属包头市的一个区。它是由铁、铌和稀土组成的超大型矿床,所赋存的稀土矿和铌矿闻名于世。除此之外,还查明白云鄂博有71种元素和170多种矿物。它还是个新矿物的聚宝盆。建国以后经过我国科学工作者的不断努力,在新矿物最多的某矿区发现过新矿物17种。
白云鄂博矿是由我国地质学家丁道衡首先发现的。1927年7月,丁道衡随中瑞科学考察团去西北考察,取道乌兰察布盟草原,路经白云布拉格时见白云鄂博山巍巍屹立,极为壮观,遂往调查。接近山麓时见到了零散的铁矿石,于是沿途追索直至山顶,在那里,丁道衡发现了白云鄂博的主矿。在他自述发现经过时曾描述道“三日晨,著者负袋趋往,甫至山麓,即见有铁矿矿砂沿沟处散布甚多,愈近矿砂愈富,仰视山颠,巍然崎立,露出处黑斑烂然,知为矿床所在。至山腰则矿石层累迭出,愈上矿质愈纯,登山俯瞰,则南半壁皆为矿区。”多年后回忆起这段经历,丁先生还十分兴奋,他说“我访问了白云鄂博…很荣幸,我发现了它的秘密”。
1935年,我国另一位地质学家何作霖对丁道衡带回的矿石标本进行室内细致的研究,取得了另一个重大突破,他发现了二种稀土矿物,定名为“白云矿”和“鄂博矿”。当时由严济慈教授测定了矿物中的镧、铈、镨、钕等稀土元素的含量。这一珍贵发现为白云鄂博的进一步开发奠定了基础。1959年,何作霖教授亲自来到白云鄂博,再次对他的发现进行深入细致的研究,证实了“白云矿”即是氟碳铈矿,“鄂博矿”即是独居石。从而确定了白云鄂博的特异和巨富。
1949年10月1日,新中国诞生了。1950年,当时的中央人民政府组织了白云鄂博地质队赴该地区开始进行大规模的地质勘探工作。1960年5月,在地处边塞荒漠的内蒙草原建成了一座大型的露天矿区。它为包钢提供铁、铌和稀土资源。几十年来经过不断开发,确认白云鄂博矿区内有着丰富的矿物种。其中,铁矿主要为赤铁矿和磁铁矿;稀土矿物种类相当丰富;铌的资源也非常喜人,已经开发了铌铁矿、易解石等多种矿物。白云鄂博,真是一颗草原上的明珠啊!
工业“味精”矿物
何为工业“味精”矿物呢?要解释这个问题,首先让我们回到日常生活中来,我们炒菜时常常有这样的经验,放入少量的味精会使菜的颜色更鲜艳,味道更鲜美。在工业原料生产过程中,放入少量“味精”也会使生产的产品有更优的品质,这种工业“味精”当然与我们炒菜时用的味精不同。但它确实是一种重要的、不可替代的资源,这种工业"味精"就是稀土资源。工业“味精”用途广泛,从原子能、冶金、石油、航空、航天、电子和电气工业、化学纺织、照相、照明、玻璃、陶瓷、医药、农业直至生活常用的打火石等都离不开稀土元素。
举例来说,在原子能工业中,稀土可以作为控制、结构与减速材料并用于压力反应堆中。70年代以来,冶金工业应用稀土量急剧增长,稀土可作为合金的添加剂、还原剂与脱氧、脱硫剂,只要在钢中加入很少一点稀土就可显著改善其物理化学性能。如美国在几种型号的不锈钢中,每一吨加入0.68-2.2千克稀土氧化物,就使浇铸钢锭的数量增加了5倍,轧钢成品率提高10%。 含稀土的银镁合金质轻坚固,是飞机、导弹、火箭的良好结构材料。在磁性材料方面也是非常好的添加剂材料。
稀土资源在我国非常丰富,北有白云鄂博,南有江西、湖南、两广和福建。但它们不是同一种类型矿床。白云鄂博矿床的稀土资源是以矿物形式存在,多为轻稀土矿物。而南方五省是以离子形式存在,多为重稀土矿物。
在南方五省存在着大面积的花岗岩岩石。这种岩石中含有大量的稀土矿物。这些稀土矿物随着花岗岩一道风化而使稀土以离子状态存在于风化的粘土中。它们为我国提供了大量的重稀土资源。含有重稀土矿物主要是钇易解石、硅铍钇矿、褐钇铌矿、含稀土的榍石、氟碳钙钇矿、黑稀金矿、磷钇矿、砷钇矿、黄钇钽矿和烧绿石等。也有含轻稀土矿物。它们是褐帘石、独居石、绿帘石和含稀土的磷灰石等。建国几十年来,对稀土矿物的开采、开发和利用,已使我国工业的发展获益非浅,许多工业的发展离开稀土不行,如此说来,稀土矿物确实是必不可少的工业“味精”矿物。
千姿百态的辉锑矿
锑是国防工业的重要原料,我国的储量占世界总储量的绝大多数。它的主要产地在我国湖南省,如安化、邵阳、新宁、东安等地区。此外,在浙江、广西、安徽等省也有产出。
辉锑矿的颜色为铅灰色,属斜方晶系。多呈柱状,柱面有横纹与长柱面相垂直,晶体多呈弯曲,甚至卷曲或成放射状的集合体,也有针状及纤维状、粒状、致密状的块体。辉锑矿的晶体集合体千姿百态,具有很高的观赏价值和收藏价值。辉锑矿的硬度为2,比重4.55-4.62,具有金属光泽,特别是在解理面或晶面上,可呈现非常灿烂的光泽。不透明,性略脆,具壳状断口,不导电。
辉锑矿是提取锑的重要原料,天然产出的辉锑矿,可加工制作安全火柴和胶皮。在铅笔的制作中,除用石墨和粘土外,还需加入20%的辉锑矿。此外,辉锑矿可用来制作耐磨擦的合金(如铜锌锡合金),这种材料被用来制造坚固的轴承。与锌和铅所熔的合金,可制印刷机、抽水机、起重机等零件,还可用于枪弹的材料。锑铅合金可供制作军事上所用的榴霰弹等。锑的化合物可作纺织物的防腐剂,在医药上的用途也较多。
怎样从辉锑矿中得到锑呢?基本方法是:
1.锑氧法冶炼,是用氧化法进行冶炼。
2.纯锑提炼,先炼成锑氧,再做进一步的提炼,提炼过程比较复杂。
我国很早就从事锑的冶炼,并总结出一套基本方法,这种土法冶炼虽比较简单,但规模小,易操作。人们先把辉锑矿压碎变成“花石”和“磺”化于一炉,燃以焦煤变成锑氧,再将锑氧加入白炭及曹达,放入反射炉,经过24小时的锻制便可得到纯锑。
花石指废石中夹有矿粒者。磺是指硫化锑。
闻名于世的辰砂
辰砂的成份是硫化汞。它的名字来源于湖南省辰州的地名,闻名于世的辰砂晶体和晶簇就产在我国贵州省和湖南省交界处的著名矿区。辰砂是呈六方晶系的菱面体或薄板状晶体,又有双晶穿插出现,可形成美丽可观的天然雕塑。它的颜色以红色为主,少数为红褐色或接近于黑色。透明至不透明,性脆而软,断口呈贝壳状和参差状。硬度2-2.5,比重8-8.2。光泽纯者呈金刚光泽,含杂质时就颜色暗淡或呈土状。
由于它的颜色鲜艳,晶体又美观,特别受到人们的喜爱。它与白色方解石和无色透明的石英共生在一起时,三者在适当的空间可形成美丽多姿的晶簇。在北京人民大会堂的中厅里就陈列着贵州省赠送的珍贵辰砂晶簇标本。
由于辰砂在什么情况下都不褪色,故可成为极好的红色染料。
辰砂还是炼汞的重要矿石。汞可加工成制造提炼金时所用的汞膏,此外,雷汞、温度计、气压计、无线电真空管、电气工业上的蓄电池、汞槽、整流器等的制作也都离不开辰砂。
为什么中国的辰砂在世界上著名呢?原来,人们发现的辰砂一般都呈不规则的块状、粒状、粉末状、被膜状和浸染状。但在我们中国,辰砂的形状很奇特。如在我国贵州,除了上述不同形态的辰砂外,它有稀有的其它类型,以单晶、多晶、双晶等多种姿态的晶体产出,极其罕见。这种贵重的辰砂晶体已被世界上许多著名的博物馆收藏,如大英博物馆、美国纽约的博物馆等。发现和采集这种矿石标本的难度很大,这种晶体产量很少,发现后必须小心翼翼地挖掘,否则容易破坏晶形。
中国产有辰砂的省分很多。主要产地集中在西南地区,如贵州东北部的婺川、印江等县;中部及南部也有产出,如黄平、八寨、兴义、紫河、省溪等地。云南省丽江、云龙、兰坪等地;以及四川、陕西、湖南、广西、辽宁、内蒙等也都发现蕴藏有辰砂矿藏。
欣欣向荣的天然气工业
说到石油,就不得不介绍天然气,石油和天然气是一对孪生兄弟,人们在进行石油资源的勘探和开发时,往往会同时采到丰富的天然气。
我国有着悠久的利用天然气的历史,西南边陲的祖辈很早就知道使用天然气取暖作饭,它们有着和煤一样的广泛用途。随着近代工业的发展,人们逐渐了解到天然气具有高热值,它清洁、方便、价廉,是一种潜力很大的能源。
天然气实际上是一种沉积物中蕴藏着有机质的衍生物。在漫长的地质历史中,形成了许多沉积盆地,天然气就生成并储藏在各种沉积盆地内。科学家们通常根据沉积盆地的大小来测算天然气的资源量。
我国目前已经探明的沉积盆地有400多个,它们大小不同、形状各异,埋藏在地层深处。虽然我国天然气工业起步较晚,但在很短的时间内就取得了一批显著的成果,已初步完成了沉积盆地地质结构的详细调查,确认了近70个蕴藏着天然气资源的盆地,估算天然气资源总量有近40万亿立方米。应该说,面积愈大的盆地储藏的天然气资源愈丰富,因此,塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地、准格尔盆地都已探明含有大量的天然气资源,此外,沿我国大陆架周围还分布着一系列海上盆地,如东海、莺歌海、珠江口及渤海湾等,这些盆地内也含有丰富的油气资源。
天然气是怎样生成的呢?
科学家们认为天然气的形成多数与生物有关,例如礁型的天然气资源。在地质历史中,海洋里生存着大量的生物,它们在生长过程中具有分泌钙质骨骼的能力,在水深、温度、光照和海水含盐度适宜的条件下,这些生物一代又一代地繁殖,便形成了坚固的抗浪结构,这就是生物礁。研究得知,钙藻类、海绵、水螅、苔藓虫、层孔虫、珊瑚等等都曾是地质历史中的造礁生物,现代海洋中的礁就是由珊瑚和藻类共同形成的。许多地史中形成的礁体厚度巨大,它们死亡后,被沉积物覆盖并埋藏在地层深部,在漫长的地质作用下,逐渐成为石油和天然气形成的物质基础。科学家们通过对地
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