【采矿课件】矿物各论

1第三部分矿物学各论•第一章自然元素大类•第二章硫化物及其类似化合物大类•第三章氧化物和氢氧化物大类•第四章含氧盐大类•第五章卤化物大类矿物学数据库美国矿物学会主页2第一章自然元素大类概述自然铜族矿物自然铂族矿物自然硫族矿物金刚石-石墨族矿物3一、概述自然元素矿物超过50种，占地壳总重量~0.1%，不均匀分布。部分可富集成具有工业意义的矿床。键性金属元素：为典型的金属键Pt、Au、Cu、Ag半金属元素：由金属键逐步向多键性转变As、Sb、Bi非金属元素：视不同矿物而异:金刚石具典型共价键；自然硫具分子键；石墨具层状结构，层内为共价键，层间为分子键S、C物理性质金属元素矿物：金属色、反射力强而不透明、金属光泽、强延展性、导电性和导热性、硬度低、无解理、比重大;半金属元素矿物：金属性较强者，其物理性质趋向于接近金属自然元素矿物。自然铋、自然锑、自然砷三矿物非金属性依次增加，硬度趋向于加大，胞性趋向于增高，金属光泽则趋向于减弱，比重趋向于降低;非金属元素矿物：自然硫具分子键，表现为硬度低、比重小、性脆、熔点低并易升华。金刚石和石墨差异较大。4ⅡaⅢbⅣbⅤbⅥbⅦbⅧⅠbⅡbⅢaⅣaⅤaⅥaⅦa0CSMnFeCoNiCuZnAsSeTcRuRhPdAgCdInSnSbTeTaWReOsIrPtAuHgPbBi自然元素在周期表中的位置5自然铜族矿物包括自然铜,自然金和自然银。自然金自然银自然铜主元素AuAgCu微元素Au,AgAu,CuAu,CuAu和Ag的原子半径相似(为1.79和1.75A),很容易类质同象代替,但不是完全类质同象系列;Cu的半径较小,约为1.57A,只能在高温时才与Au形成固溶体。【化学组成】6均为铜型结构,即立方最紧密堆积，配位数为12，等轴晶系。7单晶体均少见,多呈树枝状,致密块状或片状集合体。自然金:八面体{111},菱形十二面体{110}自然银:立方体{100},八面体{111},或两者聚形自然铜:立方体{100}【晶体形态】均为金属光泽,硬度2.5左右,电和热的良导体,延展性高。自然金自然银自然铜颜色金黄色银白色铜红色条痕金黄色银白色铜红色比重19.310.58.95熔点1062960.51083℃【物理性质】8自然金：热液作用（高、中、低温热液）、外生作用(砂金)自然银：中低温热液作用、硫化物矿床氧化带自然铜：形成于多种地质过程中的还原条件下【成因产状】关于Au的一些知识成色：指自然金的化学成分中金所占的比例，用千分数表示Au成色＝Au1000/(Au+Ag+其它金属组分）首饰用Au的纯度：用K表示。纯金为24K(含金量100%)，18K相当于24K中金占18份，其它金属占6份国际计量单位：盎司(Ounce)表示，1盎司(oz)=31.103g。9GoldLocation:Arizona,USA自然金Au(Gold)GoldinQuartz10GoldLocation:Arizona,USA11Goldinrockhole12螺硫银矿，自然银，菱锌矿Acanthite,Silver,Smithsonite.Location:Canada自然银Ag(Silver)Silver.Location:Mexico13SilverinCalcite.Location:Mexico14Copper.Location:England自然铜Cu(Copper)15金刚石-石墨族矿物包括C的四个同质多象变体：金刚石、六方刚石、石墨和亮石墨。六方金刚石和亮石墨在自然界很罕见。金刚石石墨晶系等轴晶系六方晶系配位数43原子间距0.154nm层内0.142nm,层间0.340nm键性共价键层内共价键，层间分子键形态八面体六方片状颜色无色或浅色黑色透明度透明不透明光泽金刚光泽金属光泽解理{111}中等{0001}完全硬度101相对密度3.552.23导电性不良导体良导体16Diamond(1.60caratmacle-twincrystal)Location:Namibia金刚石C（Diamond）化学组成：成分中几乎总是含有Si、Al、Ga、Mg、Mn等。晶体结构：等轴晶系，C原子位于立方晶胞的8个角顶和6个面心，并在其8个小立方格的半数中心相间地分布着4个C原子，每个C都与4个C相连接为共价键，键角均为109028’16”。形态：常成八面体、菱形十二面体，较少立方体和其它形态。常成凸晶，蚀象常见，依（111）成双晶。物理性质：无色或带篮、黄、褐褐黑色，金刚光泽，断口油脂光泽，贝壳状断口，平行(111)解理中等，比重3.5，硬度10，性脆。产状：金伯利岩中，风化后成砂矿。17原生金刚石－金伯利岩次生金刚石－砂矿18Diamond(2.56caratdoublecrystals)Location:GuatengProvince,SouthAfricaDiamond(4.72caratoctahedralcrystal)Location:CapeProvince,SouthAfrica2.95carat19DiamondinKimberliteLocation:ShandongProvince,China20名钻“Hope”罕见的深蓝色,隐约透出凶恶的光芒,与奇特和悲惨相伴随,被称为“噩运之钻”。重45.52ct,产自17世纪的印度。21钻石的评价与选购，应从以下四个方面考虑（4C标准）：颜色（color）：以无色为最好，色调越深，质量越差。具有彩色的钻石，如：红、粉红、绿、蓝色等，又属于钻石中的珍品，价格昂贵。瑕精度（clarity）：应在十倍显微镜下仔细观察钻石洁净程度，瑕疵越多，所在位置越明显，则质量越差，价格也相应地要降低。重量（carat）：钻石的价格与重量的平方成正比，重量越大，价值越高。切工（cut）：应按标准比例切磨而成标准圆钻型。比例不合适，钻石会不出“火“，则价格下降。如果表面有琢磨的细纹和人工损伤，其价格也会下降。钻石小知识22钻石居世界五大珍贵高档宝石之首，素有“宝石之王”、“无价之宝”的美誉。国际宝石界定钻石为“四月诞生石”。世界上最早发现金刚石的国家是印度。世界上最大的钻石是1905年1月21日在南非比勒陀利亚城发现的库里南钻石，呈淡天蓝色，重量3106克拉，近似一个男人的拳头。被琢磨成大小不等的105粒钻石，其中最大的一粒“非洲之星”重530.2克拉，镶在英王爱德华七世的权杖上。我国最著名的一颗大钻石叫“常林钻石”，重量158.78克拉，1977年12月21日，山东临沭县常林村的一位女社员魏振芳，在耕地时发现的。宝石级金刚石多富集于砂矿或金伯利岩和钾镁煌斑岩岩筒中。世界上最著名的钻石产地有澳大利亚、南非、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯等国。中国的辽宁、山东、湖南等省均有产出。钻石小知识23石墨C(graphite)化学组成：含有各种杂质。晶体结构：六方和三方晶系两种多型，C原子成层排列，每层内C原子按6方环状排列，层内共价键，多余一个电子，故表现为部分金属键的性质，层间分子键。形态：单晶体片状或板状，少见。常见鳞片状、土状或块状集合体。物理性质：条痕和颜色均为黑色，半金属光泽，硬度1～2，平行{0001}极完全解理，薄片具挠性、有滑感，污手，导电。产状：沉积变质和接触变质成因。24第二大类硫化物及其类似化合物ⅡaⅢbⅣbⅤbⅥbⅦbⅧⅠbⅡbⅢaⅣaⅤaⅥaⅦa0SVMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeMoRuRhPdAgCdInSnSbTeWReOsIrPtAuHgTlPbBi概述硫化物及其类似化合物包括一系列金属元素与硫、硒、碲、砷等相化合的化合物。矿物种数有350种左右，而其中硫化物就占2/3以上，它们只占地壳总重量的0.15%。25化学成分与硫组成化合物的最主要元素为Fe、Co、Ni、Mo、Cu、Pb、Zn、Ag、Hg、Cd、Bi、Sb、As等。晶体化学特征性质上区别于标准离子晶格的晶体。这是因为在硫化物及其类似化合物中原子间的键性复杂，不仅表现共价键性，还显示一定的离子键性，甚至还有金属键性。可以看作硫离子作最紧密堆积，阳离子位于四面体或八面体空隙。类质同像替代广泛，同质多像普遍。物理性质绝大多数硫化物及其类似化合物呈金属色、显金属光泽、条痕色深而不透明。仅少数硫化物如雄黄、雌黄、辰砂、闪锌矿等具金刚光泽，半透明。单硫化物和硫盐矿物硬度低，其摩斯硬度在2-4之间，双硫化物及其类似化合物，其硬度增高至5-6.5左右，同时缺乏解理或解理不完全，面其它硫化物大多具有明显解理性。这一类矿物的熔点低，比重一般在4以上。26形态简单硫化物和双硫化物大多数晶形较好，硫盐矿物自形性较差。硫化物主要呈粒状或块状集合体出现。成因产状在内生的岩浆作用的晚期，可形成Fe,Ni,Cu的硫化物，如基性超基性岩中的磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿组成的铜镍硫化物矿床。绝大部分硫化物是热液作用的产物。高温热液阶段主要形成辉钼矿、辉铋矿、磁黄铁矿、毒砂等。中温热液阶段形成黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、黄铁矿等。低温热液阶段形成雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂等。分类：简单硫化物、复硫化物、硫盐矿物27阴离子为S2-、Te2-、As3-，阳离子主要是过渡型离子（Fe、Co、Ni等）和铜型离子（Cu、Ag、Pb等）。需要掌握的矿物方铅矿,闪锌矿,辰砂,磁黄铁矿,镍黄铁矿,黄铜矿,斑铜矿,辉锑矿,雄黄,雌黄,辉钼矿,铜蓝学习要点•化学组成•结构特点•晶体形态•物理性质•鉴定特征单硫化物及其类似化合物28Galena.Location:Kansas,USA方铅矿PbS（Galena）SPb化学组成:PbS,成分中常含Ag、Bi、Sb、Se等结构特点:等轴晶系。NaCl型结构，S离子按立方最紧密堆积，Pb离子充填于八面体空隙，阴阳离子的配位数均为6。晶体形态:常呈立方体晶形，有时以八面体与立方体聚形出现。物理性质:铅灰色；条痕灰黑色；金属光泽。硬度2~3；解理平行{100}完全；比重7.4~7.6。鉴定特征:铅灰色，金属光泽，立方体完全解理，比重大。29方铅矿，白云石，黄铜矿Galena,Dolomite,ChalcopyriteLocation:Missouri,USA30闪锌矿，方解石，重晶石Sphalerite,Calcite,BariteLocation:Peru闪锌矿ZnS(Sphalerite)化学组成:ZnS,成分中通常含有Fe等各种类质同象混入物。结构特点:等轴晶系；晶体结构表现为:S离子成立方最紧密堆积，Zn离子充填于半数的四面体空隙，阴阳离子的配位数均为4。晶体形态:晶形常呈四面体，有时呈菱形十二面体，见以(111)为接合面的双晶。物理性质:当含铁量增多时，颜色由浅变深，从浅黄~黑色,条痕白色~褐色；光泽由树脂光泽至半金属光泽；从透明至半透明。硬度3.5~4；解理平行{110}完全。比重3.9~4.1，随含Fe量的增加而降低鉴定特征:菱形十二面体完全解理、条痕、光泽以及经常与方铅矿密切共生31SphaleriteandBariteLocation:Peru32SphaleriteLocation:Colorado,USA33cinnabarondolomite.Location:Fenghuang,HunanProvince,China辰砂HgS(Cinnabar)包括HgS三个同质多象变体：三方晶系的辰砂、等轴晶系的黑辰砂以及六方晶系的六方辰砂。后两者在自然界分布稀少。化学组成:HgS,有时含Se、Sb、Cu、Te等。结构特点:三方晶系,晶体结构属变形NaCl型结构。晶体形态:双晶常见，常呈以c轴为双晶轴的贯穿双晶(矛状双晶)。物理性质:猩红色；条痕红色；金刚光泽。硬度2~2.5；解理平行{1010}完全;比重8.05。鉴定特征:猩红色及红色条痕，比重大，硬度低。34两