矿石学及反光显微镜

关于矿石学及反光显微镜第1页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三

1.1概念

矿石学

是以矿石(固体矿石中的金属矿石，部分非金属矿石）为研究对象的一门地质学科。主要是利用反光显微镜等手段研究矿石的矿物组成、组构（结构、构造）特征及其时空变化规律。矿石是成矿物质在特定的地质环境和物理化学条件下经漫长的地质成矿过程演化的最终产物；是在当前经济技术条件下能够直接利用或从中提取有用组分的单晶矿物或矿物集合体。第2页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三矿石学与岩石学的区别第3页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三1.2研究内容1.研究矿石的矿物成分

矿石往往由多种矿物组成，查明矿石中矿物的种类和含量，是矿石学研究的首要任务。2.研究矿石的组构（构造、结构）

主要包括矿物集合体或单个矿物颗粒的形态、大小及相互接触关系。3.研究矿石在时间上发育和空间上分布的规律4.研究矿石的技术加工性能

主要测量有用矿物的相对含量，有用矿物的嵌布特征、连接关系(如毗连、包裹、脉状或网脉状、皮壳状连接）、嵌布粒度、元素在矿石中的赋存状态等第4页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三1.3相关学科的关系起源于金相学，把研究合金成分、结构的方法应用于研究天然矿石。建立于结晶学、矿物学、岩石学、地球化学等基础地质学科之上，研究成果又能为这些学科所利用。直接服务于矿床学、找矿勘探和矿石工艺学。为矿床成因研究和找矿勘探提供重要的信息，为矿石选冶提供重要的基础资料。第5页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三1.4研究意义1.为矿床成因研究提供信息

矿石是成矿作用的最终产物，不同成因的矿石有着不同的矿物组成及组构特征，因此研究矿石组成及组构特征，可帮助阐明矿床的作用特点及条件。如组构特点可以判断成矿作用的方式（铬铁矿-豆状构造）,结构及成分变化可以反映成矿的物理化学条件（斑铜矿和黄铜矿-格状、叶片结构）。2.为找矿勘探提供信息弄清矿石组构及组成在空间变化的规律，探讨矿化分带性，可以指导深部找矿。3.为矿石技术加工提供依据

在矿石的技术加工中，只有根据矿石学的研究结果，才能选择最有效的选矿方法，确定最佳的磨矿细度及合理的工艺流程，并尽可能地综合利用全部有用组分。第6页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三豆状构造---岩浆熔离作用第7页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三叶片-格状结构---250℃以下第8页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三1.5研究方法矿石学研究的一般步骤：

1.野外观察及取样

宏观上直接了解矿石的产出状态，借助肉眼和放大镜初步认识矿石中主要矿物的种类，矿石的构造特征。同时，在野外确定不同矿石类型之间的时间和空间关系，并采集代表性的样品供室内研究。这一步是研究的基础和关键。

2.室内研究

反光显微镜研究：是研究矿石的最主要、最基础的方法，有着其它任何方法不可替代的作用。其主要任务是进一步确定矿物组成、形态、大小以及矿物之间的关系。同时为其他研究如流体包裹体、矿物标型、矿石矿物的赋存状态以及同位素等方面提供基础。第9页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三

电子显微镜研究：光学显微镜的分辨本领最高不超过0.2μ，而电子显微镜却能够把物体放大几十万倍，甚至上百或千万倍，分辨本领高达1埃。超高压电子显微镜可以研究晶体结构和晶体缺陷。

电子探针分析：是利用磁透镜，将来自电子枪的高能电子束，聚焦于直径为0.01-1μ的范围内，轰击欲测样品（矿石），使其中各元素发射特征x射线，经分光识别进行定性、定量分析。它可分析元素周期表中从第4个元素Be到第92个元素U的所有元素，分析微区范围小至1μ，其相对灵敏度达100PPm。它具有微区、微量、快速、直观、不破坏样品等特点。

X射线分析：可以测定矿物晶体的晶胞大小、格子类型、空间群和原子排列形式等，主要用于矿物晶体结构研究和矿物鉴定。此外，还有激光光谱分析、拉曼光谱分析、红外光谱分析等。第10页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三扫描电子显微镜（SEM）背散射电子图象研究块状硫化物矿床中硫化物之间的结构关系Po磁黄铁矿Iso方黄铜矿Bi自然铋Au自然金alt氧化物gl方铅矿Au-Ag银金矿S自然硫ABCDEFAu第11页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三3.综合整理

综合野外和室内研究的成果编写报告。这部分内容构成矿床地质特征及成因研究中的重要内容。包括：①区域及矿床地质特征；②矿石类型、矿物成分及化学成分特点；③矿石的组构特征及成矿演化；④矿石中有益有害组分赋存状态，有用矿物嵌布特征、嵌布粒度、连接关系等。

最后，在分析实际材料的基础上提出矿床成因的见解及找矿评价、矿石技术加工方案的建议。第12页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三三、光片的制备

3.1光片

及类型

具有磨光表面的样品，磨光面一般为2cm×3cm。制作方法和用途不同可以磨制不同类型的光片。光片类型

光面

在天然的矿石上磨制出一个较大的光面，以观察矿石构造特征；

光片

磨光面约2cm×3cm大小的矿石样品；

第13页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三砂光片

把天然重砂或人工重砂矿物样品用电木粉或环氧树脂固结成型，并磨制出光滑表面用于研究；

光薄片

厚度与薄片相同或略厚，一面磨平后粘在载玻片上，另一面抛光的矿石片。

光片、砂光片、光薄片除了用于反光显微镜研究外，还可以作为电子探针、扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪、红外光谱仪等仪器的测试样品。第14页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三3.2光片的制备过程

一般实验室制备光片，主要有以下6个步骤

切割

根据要求，用切片机将矿石切割成大小不同的块状；粗磨

用150＃金刚砂在磨片机上将切好的矿石块一面粗磨成型；细磨

用320＃金刚砂在磨片机上将粗磨好的矿石一面继续磨平；精磨

用1000＃金刚砂在玻璃板上人工精磨，直到光面平整光亮；抛光

用

Cr2O3（加少量的重铬酸铵效果更佳）抛光液在抛光机的绒布或丝绸磨盘上抛光至光亮如镜面为止。编号与野外采集标本一致第15页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三3.3光片的质量要求光滑如镜面，没有麻点和擦痕同一种矿物在光片的中心部分和边缘部分，

磨光程度应完全一致不同硬度矿物之间相对凹凸不大光片暴露空气中易遭氧化和灰尘污染，观察前应在呢绒布擦板上擦拭干净，必要时重新抛光观察时要使光面与物台平行，放平，简单的方法是将光片放在有胶泥的载片上，用压平器压平即可第16页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三优质光片劣质光片第17页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三二、矿物的吸收性

光波进入矿物其强度逐渐衰减的现象——矿物的吸收性第18页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三光波透过矿物内部一个真空波长λ0后的光强Ix为降为原光强的1/e4

π

K，表达式为：Ix=I0×e-4

π

K(Ix=I0×e-4

π

Kx/λ0)其中e（2.71829……）自然对数的底，K为吸收系数。由上式可以看出，K值越大,光波衰减越快。按照一般透明矿物观察的薄片厚度0.03mm计算，如果薄片不透光时，则该矿物为不透明矿物或强吸收性矿物，K值大于0.73。因此，不透明矿物就不能磨成薄片在透射光下进行观察。而造岩的透明矿物，其K值小于0.025，则用岩石薄片在透射光下观察。第19页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三

矿物的透明度与吸收性有着密切关系。根据矿物的吸收系数，可以把矿物分为不透明矿物、半透明矿物和透明矿物。

不透明矿物吸收系数K＞0.73

半透明矿物吸收系数K＝0.73-0.025

透明矿物

吸收系数K＜0.025

不透明矿物和半透明矿物又统称为吸收性矿物。不透明矿物只能在反射光下研究。第20页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三四、反光显微镜矿石学研究的重要工具偏光显微镜＋垂直照明系统本实验室使用显微镜——PM6000，是偏光和反光两用显微镜，配有反射光光源和透射光光源两种光源系统，观察光片和薄片均可第21页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三偏光显微镜反光显微镜机械系统镜座、镜臂、镜筒、物台、升降螺旋镜座、镜臂、镜筒、物台、升降螺旋光学系统目镜、物镜目镜、物镜、垂直照明系统光源卤钨灯或一般光源卤钨灯反光显微镜与偏光显微镜的比较第22页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三1.基本结构及性能（PM6000反光显微镜）反光显微镜机械系统光学系统光源系统第23页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三1)机械系统镜座、镜臂、镜筒、载物台、升降螺旋等，主要起支撑作用，局部可以旋转（如载物台）、升降（升降螺旋）。第24页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三2)光学系统

光学系统目镜（10×）（物镜5，10，20，50×）垂直照明系统上偏光镜（偏光方向与前偏光的垂直第25页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三垂直照明系统入射光管（连接光源和反射器）反射器光源准焦透镜孔径光圈(AS)视域光圈(FS)前偏光镜滤光镜：LBD日光型和IF550绿色滤色镜准焦透镜第26页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三入射光管

连接光源和反射器的照明装置，并附有调节光源的部件：光源聚光透镜

位于入射光管最前端靠近光源处，作用是把灯室里光源发出的光线聚焦于视域光圈上；滤色镜

调节光源的颜色。日光型滤光镜（LBD)，平衡颜色组成，获得日光光源。绿色滤色镜（IF550），获得单色光光源，便于亮度对比。孔径光圈(AS)

控制入射光束直径。缩小孔径光圈则可以消除物镜球面像差和色差的影响，提高清晰度。但过小，又会使分辨率降低，调节适当为宜。视域光圈（FS)

调节视域大小。适当缩小，可以减少耀光的影响，提高清晰度，一般调节到视域光圈影像与视域边缘重合。前偏光镜使入射的自然光变为平面偏光，其振动方向一般采用东西向；准焦透镜

可使视域光圈焦距准确，成为清晰影像落入视域中。

第27页，讲稿共30页，2023年5月2日，星期三

垂直照明系统的关键部件，它将入射光管进来的水平入射光向下垂直反射，到达矿石光面起照明作用。一般有两种：玻片式和棱镜式。后者为全反射，视域亮度是前者的数倍。各有特点，玻片式适合做高倍镜观察和照相，