矿物世界

矿物是地壳内外各种岩石和矿石的组成部分,是具有一定的化学成分和物理性质的自然均一体。大部分矿物是固体,也有的是液体(如自然汞、石油)或气体(如CO2、H2S等)。

  所有矿物分为有机矿物无机矿物两种:前者种类比较少,主要是碳氢化合物,如:日常烧饭用的煤炭,妇女用的妆饰品琥珀等。有机化合物矿物还有石油和地沥青等,这些矿物原来都是有生命的动植物,由于长期地质作用的结果,使它们失去原形,变成了无生活机能的产物,所以被称为有机矿物。后者在地球上数量众多,由于每年都有几十至几百种新矿物被发现,据统计,目前已有三、四千种。许多种矿物是我们日常生活离不开的,例如:中小学生几乎天天都用的铅笔,制造笔芯的石墨就是矿物的一种。我们每餐都用的食盐也是天然石盐矿物的一种,可以说人类时时刻刻都离不开矿物。世界上已知的140多种有用矿产在我国都已找到,其中,钨、锡、钼、锑、汞、铅、锌、铜等探明的储量居世界首位或前列,钨、锡、锑、汞又是中国的四大矿产,在世界上极负盛名。
   门捷列夫周期表中的一百多个化学元素,都可以组成无机矿物。既可以是一个元素独立存在,也可以是多个元素的组合。一个元素独立存在的矿物较普遍,如:Fe元素可以形成自然铁矿物,Ag元素可以形成自然银矿物,Au元素可以形成自然金矿物等。两个以上的元素组合可以形成几千种矿物,最简单的如两个元素Si和O,可以组成SiO2,由这两个元素组成的矿物可以是石英、柯石英和鳞石英等。Fe和O两个元素可以组成赤磁铁矿、赤铁矿以及磁铁矿等,赤铁矿和磁铁矿都是炼铁的主要原料。三个元素组成的矿物就更多了,例如:Cu5FeS4 是斑铜矿、CuFeS2是黄铜矿、CoAsS是辉砷钴矿等。我们每天都用的陶瓷器皿,其原材料是我们日常所说的粘土,它的化学成分比上述矿物的成分更为复杂,是由Al2Si2O5(OH)4组成。这种化学成分是四个矿物的名字(高岭石、迪开石、埃洛石和珍珠石),它们的物理性质不同,所以是四个独立的矿物。

花岗岩是由三种以上的矿物组成的岩石。这三种主要的矿物是石英、长石和云母(黑云母和白云母)。我们不应把花岗岩当成矿物。绝大多数矿物都属于晶体,所以必须首先了解晶体。

一、晶体

晶体指的是由结晶质构成的物体,它的内部由原子或离子有规律地在三维空间呈周期性重复排 列,因此晶体是具有格子构造的固体

有些看起来像晶体的物质如玻璃、琥珀、松香等,它们内部质点的排列,不具有格子构造,而被称之为非晶质或非晶质体。从内部结构的角度来看,非晶质体中质点的分布类似于液体。原子呈定向长程有序排列、但不作周期性平移重复、具有与空间格子不相容的对称(如五次对称轴)的固体称为准晶体

  人们在烹调时使用的白砂糖、冰糖和食盐等等都是晶体,只不过这些晶体是人工合成的。我国在世界上首次用人工方法,成功地合成了有活力的蛋白质-结晶牛胰岛素等,它们也是晶体。晶体的大小相差很大,可以从小于一微米(10-3毫米)到几十米。还有一点要说明,有时晶体一词仅指具有几何多面体外形的晶体,也就是结晶多面体,而把不具几何多面体外形的晶体称为晶粒。

晶体的特性 

  由于自然界的矿物绝大多数是晶体,又由于晶体是具有格子构造的固体,因此,矿物晶体就具备了所共有的、由格子构造所决定的基本性质。

  自限性:指晶体能自发形成几何多面体外形的性质。晶体的多面体形态,是其格子构造在外形上的直接反映。但实际晶体中呈完整几何多面体形态的较少见,这是因晶体生长时受外界条件影响所致。

  均一性:由于同一个晶体的各个不同部分,质点的分布是一样的,所以晶体的各个部分的物理性质与化学性质也是相同的,这就是晶体的均一性。这是由晶体的格子构造所决定的。

  异向性:指晶体的特性(如晶形、电导率、磁化率等)在不同的方向上有所差异的性质。非晶质体是各向同性的。同一格子构造中,在不同的方向上质点的排列一般是不一样的,因此,晶体的性质也随方向不同而有所改变。如蓝晶石(又名二硬石)的硬度,随方向的不同而有显著的差别,平行晶体延长的方向可用小刀刻动,而垂直于晶体延长的方向则小刀不能刻动。 

  对称性:指晶体的等同部分能通过一定的操作而发生规律重复的性质。晶体的外形上,也常有相同的晶面、晶棱和角顶重复出现。

  最小内能:相同的热力学条件下晶体与同种物质的非晶体、液体、气体相比较,其内能最小。所谓内能,就是晶体内部所具有的能量(动能与势能)。对于一个晶体来说,他要处于一个稳定的状态,在结晶时就要将多余的能量释放掉,从而达到有规律的排列的质点间引力与斥力的平衡。

  稳定性:由于晶体有最小的内能,因而结晶状态是一个相对稳定的状态。

物质结晶的方式

1、由气体结晶,如火山口硫蒸气冷凝直接形成硫磺晶体;

2、从液体(溶液或熔融体)中结晶,如盐湖中因蒸发使溶液达到过饱和而结晶出石盐和硼砂等晶体,再如岩浆熔融体因过冷却而结晶出长石、石英、云母等晶体等;

3、由固态的非晶质结晶,如非晶质的火山玻璃经过晶化而形成结晶质的石髓等。

晶体生长

包括(形成晶核)和成长(在晶核基础上继续生长)两个阶段

晶体发生在过冷却或过饱和介质中,质点可相互结合形成微细的结晶粒子。但这种微晶粒需要吸收一定的能量(称为成核能,可自体系内部的能量起伏获得)才能长大,直至达到一定的临界尺寸。超过临界尺寸大小的微晶粒称为晶核。它可自发形成(均匀成核),也可借助于固相外来物的诱发而形成(非均匀成核)。

晶体生长有层生长和螺旋生长两种机理:

   层生长,也称二维成核生长。单个质点沉淀到晶粒的平整晶面上时,由于体积的增量很小而表面积的增量相对很大,从能量上讲这种状态是不稳定的,质点随即又会脱离晶粒。如果质点首先相互结合成单个原子或分子厚的质点层(称为二维晶核),再沉淀到晶体表面上去,就有利于体系总自由能的降低而可稳定存在,并在晶面上形成一个隆起的平台,平台边缘的侧面出现凹角(图2 二维成核生长的图示(箭头所指为三面凹角位置))。当质点在三面凹角处沉淀时,整个晶粒只有体积的增加而表面积并不改变,从而可使体系的总自由能得到最大限度的下降。故质点将相继地在三面凹角位置上优先堆积,直至长满一行。然后质点在两面凹角处堆积,并因而形成新的三面凹角。如此不断反复,直至长满全层。然后又可有二维晶核沉淀到晶面上,再次重复上述的过程。故在理想生长情况下,晶体是逐层地生长,晶面平行地向外推移。

   螺旋生长。实际晶体中经常存在着螺旋位错(见晶体缺陷)。由于它们的存在,晶格中必然出现凹角,从而质点即优先在凹角处堆积。但在具螺旋位错的晶格中,凹角永远不会因质点的不断堆积而消失,仅其位置随质点的堆积而围绕位错线而不断地螺旋上升,晶面则呈螺旋面逐层地向外推移(图3 晶体螺旋生长过程的示意图),并可在晶面上留下生长螺纹。

 层生长过程中二维晶核的形成也需要一定的成核能,但它远小于三维晶核的成核能,且成核能随介质过冷却度或过饱和度的增高而减小。因此当过冷却度或饱和度较大时,晶体的生长以层生长为主。当它们低于某一临界值时,体系的能量起伏不足以提供形成二维晶核所需的成核能,层生长便完全停止,晶体的成长完全按螺旋生长机理进行。

晶体的要素

  晶面是指晶体在生长过程中自发形成的包围晶体表面的平面。实质上就是晶格的最外层面网。在一个晶格中,可有许多不同取向的面网,但网面密度小的晶面,在生长过程中难以成长。故晶体上的实际晶面通常都平行于网面密度大的面网(布拉维法则)。晶面基本上是光滑平整的面,但仔细观察时,常可见到由于微有凹凸而表现出具规则形状的各种晶面花纹。黄铁矿、方解石、石英、电气石等矿物晶体都有发育很好的晶面。

  面角是指晶体上晶面法线间的夹角,其数值等于相应晶面间实际夹角的补角。如:黄铜矿晶体是正方体,它的晶体的二个晶面法线之间的夹角为90度,那么晶面间夹角也为90度。

晶棱指的是晶体上面与面的交线。晶棱的意义是很容易理解的,就象我们平时看到的纸箱二个面之间的交线。

晶带 晶体上彼此间的交棱(实际相交或延展后相交)均相互平行的一组晶面的组合。此公共交棱方向称为相应晶带的晶带轴,它可以由与之平行的晶棱的符号来表示,称为晶带符号。如图9晶带符号图解中(11′0)、(100)、(110)、(010)等晶面组成以 CC′为晶带轴的晶带。

  在结晶学中,矿物除了晶面、晶角、晶棱、晶带和晶带轴之外,还有一些对称要素,如:对称面、对称轴、对称中心、倒转轴和旋转反映轴等

对称面(P),是一个假想的平面,它将图形平分为互为镜像的两个相等部分。就如同我们照镜子一样,以镜子为基本面,在镜子的两边,各有一个完全相同的我。一个六面体,它有三对对称面,上下一对,前后一对,左右又是一对。

对称轴(Ln)是一根假想的直线。当图形围绕此直线旋转一定角度后,可使相等部分重复。旋转一周重复的次数称为轴次。例如:旋转180度可使图形相等部分重复,因为360度有两个180度,所以此对称轴称为二次对称轴。有三次对称轴、四次对称轴、六次对称轴。但不可能出现五次、七次以及七次以上的对称轴,因为它们不符合格子的构造规律。在晶体中,对称轴可能在晶面的中心、晶棱的中点、角顶上等位置出现。

对称中心(C)也是一个假想的点。如果通过此点作任意直线则在此直线上。距对称中心等距离的两端上必定可以找到对应点。

旋转反映轴是一根假想的直线,图形绕此直线旋转一定角度后,再依此直线上的一个定点进行反伸,可使图形自相重合。

空间群指晶体内部结构中全部对称要素的集合。晶体的空间群共有 230种。若把空间群中的对称要素平移交于一点,并消除其中所含的平移操作,即获得对称型,每一对称型与若干空间群相对应。它们共有32种,一般用国际符号或圣佛利斯符号表征。进一步可把对称特点相同的对称型归纳为 7个晶系、3个晶族(表32种对称型及其分类)。 

晶形按晶面种类是否单一而可分为单形与聚形两类。

单形是由对称要素联系起来的一组晶面的组合,它们的性质相同,在理想情况下同形等大;晶体中可能出现的单形共有47种,如图47种单形

聚形是两个或两个以上单形的聚合。从几何特征上区分,聚形种类则无限制。但只有属于同一对称型的单形才可以相互聚合成聚形。在聚形中由于不同单形晶面的相互切割,往往使原来单形中的晶面形状发生变化,但晶面的数目和晶面的相对方位不变。在图6 四方柱和四方双锥的聚形中粗线勾出了聚形,用细线绘出了原来单形的轮廓。

空间格子可分为 4类:原始格子(P),结点只分布在单位平行六面体的角顶;体心格子(I),结点分布在角顶及体中心;底心格子(C),结点分布在角顶及一对面的中心;面心格子(F),结点分布在角顶及所有三对面的中心。它们在七个晶系中的分布共有14种(图114种空间格子),即14种布拉维格子。在实际晶体结构中,与单位平行六面体相对应的空间范围称为晶胞或单位晶胞,它是能够充分反映整个晶体结构特征的最小结构单位。

二、矿物的形成

矿物的形成必须具备以下几个条件:有矿物的物质来源,有一定的空间,有一定的时间。有的矿物的形成还需要具备一定的温度和压力,例如水晶晶簇,首先有二氧化硅的溶液,并在岩石中占有一定的空间,在一定的时间内,二氧化硅溶液的浓度逐渐变浓,由于在岩石空洞中具备一定的温度和压力,晶萤剔透的水晶晶簇就这样形成了。
  矿物通常分为原生的、次生的和表生的三类。

原生矿物是指与内生条件下的造岩作用和成矿作用过程中,同时形成的矿物。如岩浆结晶过程中所形成的橄榄岩中的橄榄石,花岗岩中的石英、长石,热液成矿过程中所形成的方铅矿等。

次生矿物是指在岩石和矿石形成之后,其中的矿物遭受化学变化而改造成的新矿物。如橄榄石经热液蚀变而形成蛇纹石,正长石经风化分解而形成的高岭石,方铅矿与含碳酸的水溶液反应而形成的白铅矿等。次生矿物与原生矿生在化学成分上有一定的继承关系。

表生矿物是在地表和地表附近范围内,由于水、大气和生物的作用而形成的矿物。主要包括湖泊海洋中的沉积矿物,如石盐、硅藻土等,以及原生矿物在地表条件下遭受破坏而转变形成的部分次生矿物,如江西离子型稀土矿床中的高岭石、多水高岭石,铁矿床中的褐铁矿、针铁矿,铅锌矿床中的铅矾等矿物。
  此外,还有一类独特的矿物——重砂矿物,当岩石和矿石遭受风化、破坏形成了大量的碎屑物质后,这些物质以及那些经搬运、分选沉积下的松散机械沉积砂粒当中比重较大(一般在2.9以上),机械性质和化学性质比较稳定的矿物即为重砂矿物。重砂矿物大都具有经济价值。如自然金中的砂金,因为它是一种重砂矿物,所以在采集时可以用水淘出。自然铂、金刚石等都可以重砂矿物的形式出现。
  铁矿石重砂有磁铁石、钛铁矿、络铁矿。宝石级的重砂矿物有尖晶石、刚玉、锆石等。工业重砂矿物有金红石、锡石、白钨矿、黑钨矿。稀土重砂矿有盛产于台湾的独居石等。重砂矿物组合与原生岩石的种类有关。如自然铂、铬铁矿、橄榄石、磁铁矿的组合与超基性岩有关。反过来可以用其中某一种矿物的存在寻找其他重砂矿物。

三、矿物性质与鉴别

矿物的比重是指矿物在空气中的重量与在4℃时与同体积的水重量之比。在矿物学中,一般将矿物比重粗略地分为三级:

1、    比重小于2.5的为小比重矿物,如石膏,石英;

2、    比重小于2.5-4.0的为中等比重矿物,如长石、方解石、萤石等;

3、    比重>4.0的为大比重矿物,如重晶石、方铅矿、独居石等。比重的大小是鉴定矿物的依据之一。矿物具有不同的比重,目前重力分离、重力选矿、重力探矿和重砂测量都已实际应用于找矿工作。
  
矿物的硬度是指矿物抵抗某种外来机械作用(如刻划、压入、研磨等)的能力。矿物学中通常所称的硬度多是摩氏硬度,即矿物和摩氏硬度计相比较的刻划硬度。摩氏硬度计以十种不同硬度的矿物为依据,相应地将硬度由低到高分为十个等级:1、滑石;2、石膏;3、方解石;4、萤石;5、磷灰石;6、正长石;7、石 英;8、黄玉;9、刚玉;10、金刚石。使用时,用标准矿物与未知硬度的被测量矿物相互刻划。如该矿物能被磷灰石刻划,而不能被萤石刻划,则该矿物的硬度被测定为4-5。该方法由德国矿物学教授Mohs'Friedrich (1773-1839) 创立而命名。但精确的测定砂物硬度还需用显微硬度计或测硬仪来完成。矿物硬度也是矿物的物理性质之一。具有高硬度的矿物已广泛利用到工业技术上。金刚石、刚玉等矿物不仅应用于工业,同时还成为各贵的宝石饰品。作为宝石,通常都有较高的硬度。如蛋白石的硬质为5.5-6.5,水晶为6.5-7,锌尖晶石为7.5-8。金绿宝石为8.5,蓝宝石和红宝石的硬度为9,仅次于金刚石。人们选择硬度高的矿物作宝石,可能是它们耐磨损,寓意着流传千古吧!
  根据需要,人们还制定了工艺硬度计,用以鉴定宝石的矿物硬度,从最软到最硬的等级矿物为:滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、熔锆石、刚玉、硅电石、硼电石、金刚石共15级。
  没有标准硬度矿物时,测量硬度最简单的办法是用指甲、小刀。指甲硬度为2.5,铜币为3、玻璃和小刀都为5。大于6以上几乎都应属于宝石之类的矿物。

矿物的颜色,指矿物对可见光中的不同波长发生选择性吸收和反射后,在人眼中引起的感觉。
  在我们看来为什么矿物是五彩缤纷的呢?因为矿物对各种波长的可见光普遍而均匀地吸收时,随吸收程度不同矿物呈现出无色、白色、灰色和黑色等色调。如果矿物对不同波长的可见光选择性吸收时,则矿物呈现出被吸收光波的颜色而表现出特定的颜色,如孔雀石为绿色,是因孔雀石吸收了绿色以外的其它颜色,人眼感觉到的是未被吸收的绿色。辰砂是红色,青金石是蓝色也是同一道理。矿物学家把矿物的颜色分自色和假色。自色是矿物固有的颜色,如金为黄色,银为白色、铜为红色、硫为黄色、铁为黑色等,无论何时,都是它们固有的颜色。而假色是微量无机物或有机物溶解或混合在矿物中呈现出的颜色,它们可以使矿物原有的颜色失掉,形成假色。如方解石和石英一般多为白色,但常因含有杂质,导致呈紫色、绿色、萤色和褐色等,有的矿物由于所含杂质不同,产生条纹或条带状结构,如玛瑙就具有各色条纹,这些美丽的条纹使玛瑙与其它矿物不同,成为独具特色的装饰品。
  
矿物光泽是指矿物对可见光反射的能力。矿物光泽的强弱取决于矿物的折射率和吸收系数和反射率。反射率越大,矿物的光泽就越强。在矿物学中将光泽的强度依反射率(R)R范围分为三级:

金属光泽(R>0.25),如同金属抛光后的表面所反射的光泽,例如方铅矿、黄铜矿、自然金和银的光泽。

半金质光泽(R=0.19-0.25),指比新鲜金属的抛光面略暗一些的光泽,很象陈旧金属器皿表面所反射的光泽,例如磁铁矿、铬铁矿、褐铁矿和闪锌矿等。

非金属光泽(R=0.19-0.04)。非金质光泽又分为九种光泽:
  1)金刚光泽,是指同金刚石等宝石的磨光面上所反射的光泽,如白铅矿的光泽。
  2)玻璃光泽,如同玻璃表面所反射的光泽,例如方解石的光泽。
  3)珍珠光泽,某些矿物呈浅色透明状,由于一系列平行的解理对光多次反射的结果而呈现出如蚌壳内面的珍珠层所表现的那种光泽,例如透石膏、白云母等。
  4)油脂光泽,也称“脂肪光泽”。在某些透明矿物的断口上,由于反射表面不平滑,使部分光发生散射而呈现的如同油脂般的光泽,例如石英、霞石断口上的光泽。
  5)树脂光泽,也称“松脂光泽”,在某些呈黄、棕或褐色的矿物上,由于反射表面的不平滑,使部分光发生散射而呈现如同松香般的光泽,例如浅色的闪锌矿。
  6)丝绢光泽,在呈纤维状集合体的浅色透明矿物中,由于各个纤维的反射光相互影响的结果,而呈现出如一束蚕丝所表现的那种光泽,例如石棉的光泽。
  7)蜡状光泽,某些隐晶质块体或胶凝体矿物表面,呈现出如石蜡所表现的那种光泽,例如块状叶蜡石、蛇纹石的光泽。它们是软玉类矿物,可做印章和工艺品。
  8)土状光泽,在矿物的土状集合体上,由于反射表面疏松多孔,使光几乎全部发生散射而呈现如同土状般的暗淡光泽,如高岑石土状块体的光泽。
  矿物的光泽可用于识别宝石。假宝石往往呈玻璃光泽,真宝石是金刚光泽,丝绢光泽、脂肪光泽和珍珠光泽

  矿物的断口,指矿物在外力打击下,不按一定结晶方向破裂而形成的断开面。断口按其形态可区分为贝壳断口、锯齿状断口、参差状断口和平坦状断口等。

  1)贝壳状断口,断裂面呈同心圆纹的规则曲面,状似蚌壳壳面。石英和玻璃质矿物常具有贝壳状断口。断口的断裂面呈弧形曲面,不具同心圆纹者,称为次贝壳状断口或半贝壳状断口。

  2)锯齿状断口,断裂面呈尖锐锯齿状。具有良好延展性的矿物一般都具锯齿状断口,例如自然铜的断口。

  3)参差状断口,断裂面粗糙又不规则,呈参差不齐的断口。许多矿物单体的断口常为参差状断口,例如橄榄石单体断裂面就属于这类。

  4)平坦状断口,矿物的断裂面为平坦光滑的断口。大多数呈致密块状的矿物常具有平坦状断口,如方解石的断口。

  矿物的脆性是矿物受到外力打击或碾压时表现出的性质。有些矿物具有脆性,如自然硫,黝铜矿等,当我们用小刀刻划时,它们的表面时就产生出许多粉末,并留下无光泽的刻痕,这是矿物具有脆性的反应。

  矿物的弹性一般是指具有片状解理或纤维状的矿物在外力作用下能显著弯曲而不断裂,当外力除去后,又能恢复原状的性质。我们常见的云母矿物,还有石棉等矿物,都具有良好的弹性。

  矿物的可塑性表现在外力作用下,某些矿物极易发生的变形现象,变形了的矿物可以随意塑造各种形状而不破碎。某些粘土矿物具有这个性质,所以利用高岑石,蒙脱石等可以制造成各种形态的用具和工艺品,这就是矿物可塑性在实际生活中的应用。

导电性指矿物对电的传导能力。导电性的大小用电阻率来表示。各种矿物的导电性能不同,一般说来,自然金属导电性能好,是电的良导体;非金属矿物是非导体;大多数金属矿物则是电的半导体。利用矿物本身具有的导电性可以用于物理采矿、选矿和矿物分离等。我们可以把导电性不同的矿物直接用作电气工业材料:如把白云母作为绝缘材料,石墨用作电极材料等。
  
矿物具有介电性,在外电场作用下,不导电的矿物(即电介质),在紧靠带电体的一端会出现同号的过剩电荷,另一端则出现负号的过剩电荷,这就是所谓的介电体的极化现象。如果将某一均匀的电介质作为电容器的介质而置于其两极之间,由于电介质的极化,可造成电容器的电容量比以真空为介质时的电容量增加若干倍,矿物的这一性质称为介电性。我们把电容量增加的倍数称为该物体的介电常数,或称介电渗透率,用以表示矿物介电性的大小。矿物学家可利用矿物的介电性来分离电介质矿物;他们把矿物样品放在介电常数适当大小的某种电介质液体中,此时在外电场作用下,介电常数大于电介质液体的矿物将向电极集中,而小于电介质液体的矿物则被电极所排斥。从而将不同介电常数的矿物分离开。
  
矿物还具有压电性,矿物的晶体在压力或张力的作用下能使表面激起荷电,例如向石英晶体的一个水平结晶轴方向施加压力时,电轴的两端即产生数量相等而符号相反的电荷;当以张力代替压力时,则电荷变号。我们把具有压电性的晶体置于对电场中时,晶体将相应地发生伸展或收缩;此外,当外电场是高变电场时,晶体将随着电场的变号而同步地交替发生伸展和收缩,出现其振动频率与电场频率相同的机械振动现象。这一特性被广泛应用于无线电工业等方面。
   
矿物具有热电性,即某些矿物晶体在热的作用下也能激起表面荷电的性质。例如电气石晶体在受热时,其结晶轴C轴的两端即产生数量相等而符号相反的电荷。所有这些性质,都使我们对矿物有了更具体、更深入的了解。

识别矿物我们可以从宏观层面到微观层面,一步一步的通过矿物的物理性质和化学性质来识别它们。首先从外表观察识别矿物,通过矿物的颜色,比重,断口、光泽等,来鉴别矿物的特征,这样能够初步确定它是属于那一大类。除了考虑它们的物理性质之外,还要依据它们的化学成分等特点来识别。化学成分构成的获得可以通过简易的微化反应试验,如碳酸盐类矿物的白云石和方解石,有时不好区分它们,我们可以用稀盐酸滴到矿物表面,表面出现浓密的气泡是方解石,出现很少气泡或根本不起气泡的是白云石。
  微观识别矿物的方法很多,偏光显微镜下可观察矿物的光学性质,如干涉色,多色性、折光率大小,是那个晶系等光学特征。电子扫描显微镜是附有能谱的仪器,除了观看矿物表面特征的同时,还能知道它的化学成分,因此可以初步确定矿物种类和名称。使用电子探针能准确地确定矿物的化学成分。此外,通过X射线衍射仪也能准确测定矿物的结构特征。

四、矿物的分类

  矿物的结晶分类矿物也可以按照晶系来分类。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。

矿物的化学分类人们把化学元素分为亲气元素,亲石元素和亲生物元素等。亲石元素与岩石圈关系密切又称为亲氧元系。主要集中分布于地球的岩石圈中,是构成地壳岩石的主要元素。包括锂、铍、硼、碳、氧、纳、镁、硅等,多达53种元素。有趣的是,这些元素的离子最外层电子层多具有8个电子,呈惰性气体型的稳定结构,位于原子容积曲线的下降部分。

  同质多象是指化学成分相同的物质,在不同的物理化学条件下结晶成具有不同结构晶体的性质。我们都知道金刚石是由碳原子组成的,而石墨也是由碳原子组成的,但由于结构晶体的性质不同,它们之间有极不相同的物理性质。在硬度方面金刚石是物质中硬度最大的,而石墨却是最小的。

  同象异质是指矿物的结构相同,而化学成分不同,如方解石是碳酸钙,而菱镁矿的化学成分是碳酸镁,可它们的结构是相同的,都为三方晶系。

  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。

  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。