非金属矿物学讲义

绪论

一、矿物的定义

矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下所形成的具有相对固定化学成

分和物理性质的自然均质体,是组成岩石的基本单位。

■地质作用/自然条件：岩浆活动、风化作用、湖泊/海洋的作用等；

■化学成分：大多数是化合物，少部分是单质元素；

■矿物不是孤立存在的，而是按照一定的规律结合起来形成各种岩石。

二、矿物的特点

＞矿物种类繁多，而且随着科技的发展，其种类还在不断增加；

＞不同矿物间的价值悬殊，同一矿种不同矿石类型之间价值也会存在较大

差别；

＞矿物的成矿地质条件较为复杂，既有其多样性，又有特殊性；

＞矿物的应用广泛，既可以利用其固有的技术物理特性，也可以利用经加

工后形成的技术物理特性。

矿物种类繁多。据最新的统计，目前世界上的矿物种属已经将近4000种了。

纤维石膏比泥质石膏售价要高出数倍。

矿物的形成方式：升华、结晶、凝固、重结晶。

矿物的形成方式基本上可归纳为三种：

1）由气态转变为固态，如火山活动地区，喷发的硫蒸气由于温度骤降直接

冷凝成自然硫；

2）由液态转变为固态，如石盐的形成是由于含有Na和C1离子的溶液在达

到过饱和时才结晶的，盐湖中的石盐就是以这种方式形成的；

3）从固态转变为固态，如非晶态的火山玻璃经过“脱玻化''可以转变为晶质

的石英或硅酸盐矿物。其中液态到固态的转变为最重要的方式，但无论哪种方

式形成矿物，它都要满足一定的物理化学条件，这些物理化学参数主要是温度、

压力、组份浓度、介质的酸碱度（pH值）和氧化还原电位（Eh值）。

高岭土可作为陶瓷、耐火原料，造纸、橡胶、搪瓷、医药填料，也可用于石

油加工工业（高岭土在石油催化剂中的应用已经很成熟，但在石油催化剂主要是使用软质

高岭土作为催化剂的载体，对高岭土中钾、钠、钙、镁含量都有较高的要求，软质高岭土是

一种管状结构的高岭土，这种高岭土空隙率大，易成型，汽柴油产率高，每年我国用于石油

催化剂的软质高岭土用量达到10万吨以上。）。

三、矿物的命名

每一个具体的矿物都有具体的名称，一般来讲，矿物名称的获得也遵循一

些规律：

1）以化学成分命名，如自然金，它是以金为主要成分；

2）以物理性质命名，如橄榄石，它是以橄榄绿色为特点；

3）以形态命名，如绿柱石，常为绿色的柱状形态；

4）以人名命名，如袁复礼石，袁复礼是我国著名的地质学家；

5）以地名命名，如包头矿，包头是我国内蒙的一个城市。

止匕外，有些矿物名称是沿用中国古代的名称，如水晶、雄黄、辰砂等；但

更多是自不同外文名称转译而来，如绿帘石（来自日文）、贝塔石（来自英文

betafite）、地开石（dickite）等。

以物理性质命名矿物的物理性质涉及了多个方面，如颜色、比重、磁性、

电性、解理等等，我们能找到很多以上述物理性质而命名的矿物。例如，黄晶、

黑鸨矿以颜色而取名；重晶石则说明这些矿物比重较大；具有磁性的矿物如磁铁

矿；如电气石是因为具有焦电性而得名；多数矿物都具有很好的解理，所以反映

解理特点的矿物名称也不少，如方解石、钢解石等；又如一种叫臭葱石的矿物，

则是因为敲击矿物时其可发出葱臭味道而命名的。

结合两种特点命名很多矿物名称中其实包含了若干种物理性质、或成分、

或形态的特点。例如。闪锌矿就是以其光泽闪闪发亮而成分以锌为主而得名；像

方铅矿、菱镁矿、菱锌矿等名称既反映了其形态的特点，也表达了其化学成分的

特点；而像黄铜矿、黄铁矿、赤铁矿等则是反映了颜色和成分的特征；而红柱石、

绿柱石等名称则体现了颜色和形态这两方面的特征。

以地名命名这类矿物名称多用以纪念该矿物的发现地。例如，香花石是

新中国首次发现的新矿物，发现地为湖南香花岭，因此得名。其他如高岭石、黄

河矿、峨眉矿、包头矿。

以人名命名以人名命名的矿物也为数不少，如袁复礼石、彭志忠石等便

是为纪念我国著名的地质学家和矿物学家袁复礼和彭志忠而命名的。章氏硼镁石

也是一例，是为纪念我国地质学前辈章鸿钊先生而命名的。

现在的许多矿物名称也多数沿用了古代矿物名称的字尾，如“石”、“矿”、“玉”、

“晶”、“砂”、“华”、“矶”等。值得注意的是，从中文的矿物名称中我们可以大致

获得矿物的一些信息，

如:

以“石”结尾的矿物名称，如滑石、方解石等，通常指的是非金属矿物;

以“矿”结尾的，如辉睇矿一、黄铁矿等，指的是金属矿物;

以"玉'’结尾的,如黄玉、硬玉等，指的是可以作为宝石的矿物;

以“晶”结尾的,如水晶、黄晶等,指呈透明晶体的矿物；

以“砂”结尾的,如硼砂、辰砂等,指颗粒细小的矿物；

以"华''结尾的,如锦华、铅华等,指在地表形成的松散状的矿物;

以“矶”结尾的,如胆矶、水绿矶等，则之易溶于水的矿物。

每一种矿物只有一个正式的名称，但有的矿物也有其他名字。

在现有的中文矿物名称中，只有一小部分是我国古代人民所创造且沿用至今

的。下面列举几个这方面的例子。

硼砂一如果矿物名称中含“砂”，表明这类矿物往往以细小颗粒产出，硼砂

就是一种硼酸盐矿物，经常以细小颗粒状产出于干旱地区。

密陀僧——古人最早见到一个波斯僧人冶炼丹，就将他炼丹的那种石头叫做

密陀僧。密陀僧实际上是氧化铅。

胆帆——"帆''在矿物名称中特指那些易溶于水的硫酸铜矿物物质，“胆”则

“以色味命名”。

雄黄和雌黄——雄黄和雌黄的名称来源却是“雄黄生山之阳，是丹之雄，所

以名雄黄也”，雌黄"生山之阴，故曰雌黄。’’

滑石——滑石是最软的矿物之一。古代也称之为“画石”，也是因为其硬度低,

“其软滑可以写画也

云母一《荆南志》云：“华容方台山出云母，土人候云所出之处，于下掘

取，无不大获，有长五六尺可为屏风者。”所以古人认为“此石乃云之根，故得云

母之名

方解石——顾名思义，方解石被敲破以后，块块方解，因此得名。这番解释

说明了方解石的解理特性，敲击方解石，其碎块均呈菱面体样的块状形态。

石膏——古文记载，石膏”火煨细研醋调，封丹灶，其固密甚于膏脂

玛瑙——像马脑的意思。

钟乳石——顾名思义。

四、矿物的分类

矿物的分类方法很多。早期曾采用纯以化学成分为依据的化学成分分类。以

后有人提出以元素的地球化学特征为依据的地球化学分类，以矿物的工业用途为

依据的工业矿物分类等。一般广泛采用以矿物本身的成分和结构为依据的晶体化

学分类。

根据形成原因，可分为：

原生矿物一由地壳内部岩浆冷却后形成的矿物。

次生矿物一由原生矿物进一步风化形成的新的矿物。

根据矿物的化学组成，可分为五大类：

自然元素矿物

硫化物及其类似化合物矿物

卤化物

氧化物及氢氧化物矿物

含氧盐矿物（硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐矿物等）

首先根据化学组成的基本类型，将矿物分为五个大类。大类以下，根据阴离

子（包括络阴离子）的种类分为类，有时在类以下根据络阴离子再分为亚类，如

硅酸盐。类以及亚类以下，一般根据晶体结构型和阳离子性质分为族，有时在族

以下根据阳离子种类分为亚族。族之下根据一定晶体结构和一定化学成分分为种,

有时在完全类质同象系列中，根据其所含端元组分的比例划分种为几个亚种，对

晶体结构相同，成分或物性稍异的则归为变种或异种。具体分类方案如下：

第一大类自然元素矿物

第二大类硫化物及其类似化合物

第一类单硫化物及其类似化合物

第二类双硫化物及其类似化合物

第三类硫盐

第三大类卤素化合物

第一类氟化物

第二类氯化物

第四大类氧化物和氢氧化物

第一类简单氧化物

第二类复杂氧化物

第三类氢氧化物

第五大类含氧盐

第一类硝酸盐

第二类碳酸盐

第三类硫酸盐

第四类铝酸盐

第五类铝酸盐和铝酸盐

第六类磷酸盐、碎酸盐和钢酸盐

第七类硅酸盐

第一亚类岛状结构硅酸盐

第二亚类环状结构硅酸盐

第三亚类链状结构硅酸盐

第四亚类层状结构硅酸盐

第五亚类架状结构硅酸盐

第八类硼酸盐；

五、矿物学的发展简史

矿物学：

研究矿物的化学组成、内部结构、形态、物理和化学性质、成因产状、用

途和它们的内在联系，以及研究矿物在时间和空间上的分布规律及其形成和演

化历史的一门分支学科。

许多生产部门，如采矿、选冶化工、建材、农药农肥、宝石以及某些

尖端科学技术都离不开矿物原料。因此，矿物学研究不仅具有理论意义，

而且对矿物资源的开发和应用有重要的实际意义。

矿物学发展简史

早在石器时代，人类就已知道利用多种矿物如石英、蛋白石等制作工

具和饰物，以后又逐渐认识了金、银、铜、铁等若干金属及其矿石，从而

过渡到铜器和铁器时代。在中国成书于战国至西汉初的《山海经》，记述

了多种矿物、岩石和矿石的名称，有些名称如雄黄、金、银、垩、玉等沿

用至今。

古希腊学者亚里士多德把同金属相似的矿物归为“似金属类”，他的学生

泰奥弗拉斯托斯在其《石头论》中把矿物分成金属、石头和土三类。在这

以后的一段时间里，特别是欧洲中世纪，中国西汉中期，在矿物方面只有

个别的记述，没有明显进展。

16世纪中叶阿格里科拉较详细地描述了矿物的形态、颜色、光泽、透

明度、硬度、解理、味、嗅等特征，并把矿物与岩石区别开来。到了18、

19世纪，矿物的研究得到了多方面进展，逐步建立起理论基础，丰富了研

究内容和研究方法，形成了一门学科。

中国李时珍在成书于1578年的《本草纲目》中描述了38种药用矿物，

说明了它们的形态、性质、鉴定特征和用途。瑞典的贝采利乌斯作了大量

的矿物化学成分鉴定，采用了化学式，并据此进行了矿物分类。德国化学

家米切利希提出了类质同象与同质多象概念，出现了矿物学研究的化学学

派。

产生于这一时期的矿物学的另一学派是结晶学派。他们在几何结晶学

及晶体结构几何理论方面获得了巨大的成就。此外，索比于1857年制成显

微镜的偏光装置，推进了矿物的鉴定和研究。这一方法至今被沿用和发展

着。

1912年德国学者劳厄成功地进行了晶体对X射线衍射的实验，从而使

晶体结构的测定成为可能，并导致矿物学研究从宏观进入到微观的新阶段。

大量矿物晶体结构被揭示，建立了以成分、结构为依据的矿物的晶体化学

分类。

20世纪中期以来，固体物理、量子化学理论以及波谱、电子显微分析

等微区、微量分析技术被引入，使矿物学获得了新进展，建立了矿物物理

学。矿物原料和矿物材料得到更广泛的开发。开展了矿物的人工合成，高

温、高压实验和天然成矿作用模拟。矿物学、物理化学和地质作用的研究

相结合的分支学科成因矿物学和找矿矿物学逐步形成，使矿物学在矿物资

源的寻找与开发方面获得了更广泛的应用。

矿物学基本内容

矿物学在其发展的过程中形成了许多专门的分支学科。

矿物形貌学是研究矿物晶体形态和表面微形貌，并据此探索其生长机

制和生成历史。

成因矿物学是研究矿物个体和群体的形成，结合物理化学和地质条件，

探索矿物的成因。研究矿物成分、结构、形态、物性上反映生成条件的标

志——标型特征。成因矿物学已应用于地质找矿，并逐渐形成找矿矿物学。

实验矿物学是通过矿物的人工合成，模拟和探索矿物形成的条件及规

律。

结构矿物学是探索矿物晶体结构，研究矿，物化学成分与晶体结构的

关系，进而探讨矿物成分、晶体结构与形态、性能、生成条件的关系。

矿物物理学是固体物理学、量子化学理论及谱学实验方法引入矿。物

学所产生的边缘学科。这一学科的发展使矿物学的研究从原子排列深入到

原子内部的电子层和核结构。它研究矿物化学键的本质、精细结构与物理

性能。

光性矿物学主要探讨显微镜下，矿物的各种光学性质和镜下测定各种

矿物光学常数的方法。已建立起完备的以矿物光学常数为依据的矿物鉴定

表，它是矿物鉴定的主要手段之一。

矿物材料学是矿物学与材料科学相结合的新分支。研究矿物的物理、

化学性能和工艺特性在科学技术和生产中的开发应用。

此外，尚有按分类体系系统地阐述各类矿，物的系统矿物学；以某类

矿物为对象的专门研究，如硫化物矿物学、硅酸盐矿物学、粘土矿物学、

宝石矿物学等；全面研究某一地区内矿物的区域矿物学，研究地幔矿物的

地幔矿物学；研究其他天体矿物的宇宙矿物学（包括陨石矿物学、月岩矿物

学等）。

检测矿物化学成分的方法有光谱分析，常规化学分析，原子吸收光谱、

激光光谱、X射线荧光光谱和极谱分析，电子探针分析，中子活化分析等。

在物相分析和矿物晶体结构研究中，最常用的方法是粉晶和单晶的X射线

分析，物相鉴定，测定晶胞参数、空间群和晶体结构。

此外，还有红外光谱用作结构分析的辅助方法，测定原子基团；以穆

斯堡尔谱测定铁等的价态和配位；用可见光吸收谱作矿物颜色和内部电子

构型的定量研究；以核磁共振测定分子结构，以顺磁共振测定晶体结构缺

陷（如色心）；以热分析法研究矿物的脱水、分解、相变等。透射电子显微镜

的高分辨性能可用来直接观察超微结构和晶格缺陷等，在矿物学研究中日

益得到重视。

为了解决某方面专门问题，还有一些专门的研究方法，如包裹体研究

法，同位素研究法等。矿物作为材料，还根据需要作某方面的物理化学性

能的试验。

矿物是结晶物质，具有晶体的各种基本属性。因此，结晶学与化学、

物理学一起，都是矿物学的基础。历史上，结晶学就曾是矿物学的一个组

成部分。矿物本身是天然产出的单质或化合物，同时又是组成岩石和矿石

的基本单元，因此矿物学是岩石学、矿床学的基础，并与地球化学、宇宙

化学都密切相关。

矿物学还是研究矿物原料和材料的寻找、开发和应用的基础。因此，

它与找矿勘探地质学、采矿学、选矿学、冶金学、材料科学的关系也很密

切。此外，矿物学运用数学、化学和物理学的理论和技术，并彼此相互渗

透和结合，还产生了如矿物物理学等新的边缘学科。

矿物学的研究领域日益的扩大，由地壳矿物到地幔矿物和其他天体的

宇宙矿物，由天然矿物到人工合成矿物；矿物学的研究内容由宏观向微观

纵深发展，由主要组分到微量元素，由原子排列的平均晶体结构到局部具

体的晶体结构和涉及原子内电子间及原子核的精细结构；矿物学在应用领

域的迅速发展。

矿物学的研究成果除在地质学研究和找矿工作中进一步得到应用外，

矿物本身的研究目标还在于从中获得具有各种特殊性能的矿物材料，这方

面的研究具有广阔的发展前景。

六、非金属矿物学的研究内容

非金属矿物⑺是指不具有金属或半金属光泽、无色或呈各种浅色、在

0.03毫米厚的薄片下透明或半透明、导电性和导热性差的矿物。包括绝大

部分的含氧盐矿物以及部分氧化物和卤化物矿物。大多是造岩矿物，部分

则是构成各种非金属、轻金属、稀有金属和稀土金属等矿床的矿石矿物。

其中有的本身就是矿物材料，如白云母、高岭石等；有的则用以提取其成

分中的金属或非金属元素，如从绿柱石Be3A12【Si60i8]中提取被，从磷灰石

Ca5[PO4]3(F,Cl)中提取磷等。非金属矿产很多，如金刚石、水晶、冰洲

石、硼、电气石、云母、黄玉、刚玉、石墨、石膏、石棉以及燃料矿物等。

非金属矿物作为人类赖以生存和发展的重要物质基础，长期以来与人类和

谐共存，与环境、生态、健康密切相关。

一般不以提炼金属为目的，而直接利用其物理、化学性质的矿物。

非金属矿物材料的研究内容主要包含以下五个方面：

(1)非金属矿物材料物理化学

包括非金属矿物材料及其原料的物理性质，化学性质，热力学性质，材料加

工或制备过程的物理化学原理等。

(2)非金属矿物材料的结构与性能

包括非金属矿物材料的物相，微观结构，孔结构，颗粒大小与形状，比表面

积及材料的热，电，声，力，化，流变等性能；材料结构与性能(包括使用性能)

的关系；材料结构与性能的表征等。

(3)非金属矿物材料加工工艺与装备

包括非金属矿物材料的加工工艺和设备，原料配方，原料性质及工艺条件对

非金属矿物材料结构和性能的影响；非金属矿物材料制备过程的自动控制等。追

求功能化，环境友好或无害化是非金属矿物材料配方技术的主要研究内容；而追

求工艺性能和操作参数的优化及降低能耗，物耗是非金属矿物材料加工工艺与设

备研发的主要内容。

(4)非金属矿物材料的应用

应用技术是非金属矿物材料最重要的研究内容之一。非金属矿物材料应用研

究的主要内容包括应用性能，应用配方，相关应用工艺与设备以及检测，评价技

术与标准及检测设备等。

(5)非金属矿物材料的环境服役行为与失效机理

包括材料损伤，失效的诊断和检测的原理与方法；材料损伤，失效过程的环

境影响因素，各影响因素的作用规律，失效过程的动力学；控制材料损伤，失效

演化过程的物化原理及实用技术；材料使用可靠性，寿命预测和评价的方法和技

术；材料实际服役环境的试验模拟技术方法等。

非金属矿矿物材料涉及结晶学与矿物学、矿物加工、材料学、材料加工、材

料物理化学、固体物理、结构化学、高分子化学、有机化学、无机化学、化工、

环保、生物、机械、电子、自动控制、现代仪器分析与测试等学科。

非金属矿物材料的发展趋势

功能化

通过分级、提纯、改性、改型、复合等深加工或精加工技术，发掘和提升非

金属矿物材料或其产品的功能和应用性能。

石墨可制成密封材料、润滑材料、导电材料、辐射屏蔽材料等。

环保化

根据环境保护和可持续经济发展的要求，提高矿物资源的综合利用率。

第二章矿物的基本性质

长期以来，人们根据物理性质来识别矿物。如颜色、光泽、硬度、解理、比

重和磁性等都是矿物肉眼鉴定的重要标志。作为晶质固体，矿物的物理性质取决

于它的化学成分和晶体结构，并体现著一般晶体所具有的特性一均一性、对称

性和各向异性。

一、矿物的光学性质

矿物对光线的吸收、反射和折射表现出的各种性质。

矿物的颜色

矿物对可见光区域内不同波长的光选择吸收后透射、反射出其余光波的混合

色即为矿物的颜色。

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。

矿物颜色的描述

单色法：标准色+程度词（深、浅、浓、淡、暗等）

如深兰色、浅黄色、暗红色

二名法：次色+主色

如黄绿色、紫红色、棕黑色

类比法：以常见物质的颜色相比拟

如苹果绿、咖啡色、玫瑰红

矿物颜色一般用目测法作定性描述，在某些情况下（宝石鉴定）用定量表征：

色调、亮度与饱和度。

矿物呈色的原因

(1)成分中过渡金属元素的电子跃迁、离子间的电荷转移或结构中存在色

心等引起。

色素离子:能使矿物呈色的过渡型离子，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、

Co、Ni离子；次有W、Mo,U、Cu和稀土元素等的离子。

(2)矿物中的裂纹、包裹体、双晶纹以及表面存在氧化薄膜等引起的干涉、

衍射、散射。

呈色的原因，一类是白色光通过矿物时，内部发生电子跃迁过程而引起对

不同色光的选择性吸收所致；另一类则是物理光学过程所致。金属矿物导致矿

物内电子跃迁的内因，最主要的是：色素离子的存在，如Fe3+使赤铁矿呈红色

，V3+使帆榴石呈绿色等；是晶格缺陷形成“色心”，如萤石的紫色等。矿物学中

一般将颜色分为3类：自色是矿物固有的颜色；他色是指由混入物引起的颜色

；假色则是由于某种物理之学过程所致，如斑铜矿新鲜面为古铜红色，氧化后

因表面的氧化薄膜引起光的干涉而呈现蓝紫色的情色，矿物内部含有定向的细

微包体，当转动矿物时可出现颜色变幻的变彩，透明矿物的解理或裂隙有时可

引起光的干涉而出现彩虹般的晕色等。

根据矿物颜色产生的原因可分为自色、他色和假色。

自色与矿物本身的化学成分和内部结构直接相关。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。

他色是外来杂质混入所染成的颜色，也可以是气、液包裹体的存在而引起的

颜色。

假色是由于某些物理原因造成的与本质无关的颜色，如转动矿物出现颜色变

化。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。

条痕色是指矿物在白色无釉瓷上划擦时所留下粉末的颜色。

只有硬度低于瓷板的矿物才能测其条痕色。

条痕色可消除假色，减弱他色，通常用于矿物鉴定。

光泽

矿物的光泽是指矿物表面对可见光的反光能力。光泽的强弱与折射率N及

反射率R、吸收系数有关。

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、铭铁矿、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。

根据平滑表面反光的由强而弱分为金属光泽（状若镀克罗米金属表面的反光

，如方铅矿）、半金属光泽（状若一般金属表面的反光，如磁铁矿）、金刚光泽（状

若钻石的反光，如金刚石）和玻璃光泽（状若玻璃板的反光，如石英）四级。金属和

半金属光泽的矿物条痕一般为深色，金刚或玻璃光泽的矿物条痕为浅色或白色。

此外，若矿物的反光面不平滑或呈集合体时，还可出现油脂光泽、树脂光泽、

蜡状光泽、土状光泽及丝绢光泽和珍珠光泽等特殊光泽类型。

白度

矿物的白度是指矿物（多指粉末）反射白光的能力，亦指其洁白的程度。

白度是陶瓷、造纸、涂料等填料矿物的重要技术指标之一。

矿物中的有机质、碳质、铁钛等杂质的存在会影响白度。

透明度

透明度是指矿物晶体允许可见光透过的程度。

矿物的颜色、包体、解理、裂纹以及集合体特征等都影响透明度

透明度是鉴定宝石品种和质量的重要依据之一

影响矿物透明度的外在因素（如厚度、含有包裹体、表面不平滑等）很多，

通常是在厚为0。03毫米薄片的条件下，根据矿物透明的程度，将矿物分为：透

明矿物（如石英）、半透明矿物（如辰砂）和不透明矿物（如磁铁矿）。许多在手标本上

看来并不透明的矿物，实际上都属于透明矿物如普通辉石等。一般具玻璃光泽的

矿物均为透明矿物，显金属或半金属光泽的为不透明矿物，具金刚光泽的则为

透明或半透明矿物。

发光性

矿物的发光性是指矿物在外来能量的激发下，发出可见光的性质。矿物发光

性不是全部物质发光，只是某些受激部分发光（发光中心），而且不伴随大量的热

辐射，是冷光。当激发作用停止发光持续ICT'秒以上者称磷光，IO*秒内迅速

消失者称荧光

不是所有矿物在受激时能发光，少数矿物的发光是有用它们本身固有的特性,

大多数矿物则常因微量杂质元素存在有关。如含稀土元素的萤石和方解石常常产

生荧光。含钙的磷酸盐中有锢族元素代替钙时常发出磷光

有些矿物受外来能量激发能发出可见光。加热、摩擦以及阴极射线、紫外线

、X射线的照射都是激发矿物发光的因素。激发停止，发光即停止的称为萤光

;激发停止发光仍可持续一段时间的称为火舜光。矿物发光性可用于矿物鉴定、找

矿和选矿。

二、矿物的力学性质

矿物的力学性质是指矿物在外力作用下所表现出来的各种物理性质。

相对密度

矿物的相对密度是指矿物（纯净的单矿物）的质量与4c时同体积水的质

量之比。

矿物的相对密度主要取决于化学组成中所含元素的原子量大小和晶体结构

中质点堆积的紧密程度。

指矿物与同体积水在4c时重量之比。矿物的比重取决于组成元素的原子量

和晶体结构的紧密程度。虽然不同矿物的比重差异很大，琥珀的比重小于1，而

自然钺的比重可高达22.7,但大多数矿物具有中等比重（2.5〜4）。矿物的比重可

以实测，也可以根据化学成分和晶胞体积计算出理论值。

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。

硬度

矿物的硬度是指当矿物收到刻划、压入或研磨等作用时，所表现出来的机械

强度。

一种是利用摩斯硬度计，用相互刻划的方法测定其相对硬度。另一种是利用

显微硬度仪测定其显微硬度（亦称压入硬度或绝对硬度）。摩斯硬度HM与显微硬

度H之间的关系大致为：

HM=0.7姮

硬度是指矿物抵抗外力作用（如刻划、压入、研磨）的机械强度。矿物学中最

常用的是摩氏硬度，它是通过与具有标准硬度的矿物相互刻划比较而得出的。10

种标准硬度的矿物组成了摩氏硬度计，它们从1度到10度分别为滑石、石膏、

方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。十个等级只表示

相对硬度的大小，为了简便还可以用指甲（2。5）、小钢刀（5〜5。5）、窗玻璃（5。

5）作为辅助标准，粗略地定出矿物的摩氏硬度。另一种硬度为维氏硬度，它是压

入硬度，用显微硬度仪测出,以千克/平方毫米表示。摩氏硬度Hm与维氏硬度

Hv的大致关系是（kg/mm2）,矿物的硬度与晶体结构中化学键型、原子间距、电

价和原子配位等密切相关。

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指摩氏硬度，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4-50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、熔错石、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。

耐磨性

矿物的耐磨性是指矿物收摩擦时所表现出来的机械强度，用耐磨率（或耐磨

度）来表征

矿物的耐磨率是指一定尺寸和形状的晶体在耐磨试验机上承受一定的荷重,

并置于一定的磨损条件下，经过规定的磨程磨削后，试样单位受磨面积上的磨蚀

量。

矿物的耐磨性随硬度的增高而增高。矿物的硬度和耐磨性主要取决于矿物

的结构和键强。

影响硬度的主要因素有：

原子价态和原子间距

配位数

离子键和共价键的状态

解理、断口及裂开

解理是矿物晶体受外来作用时，沿一定的结晶学方向作平面破裂的性质。破

裂的平面称解理面

解理的方向服从于晶体的对称性。

解理的发生及其完善程度取决于晶体结构中不同方向上键强的差异，解理平

行于强健

解理是鉴定矿物的重要标志之一

断口是矿物晶体在外力作用下所产生的不规则破裂面。

化学键强度在个方向差别不大的矿物晶体（如石英、石榴子石等）的断口发育。

对于研磨材料来说，矿物晶体破碎后产生的棱角是非常重要的

矿物在外力作用如敲打下，沿任意方向产生的各种断面称为断口。断口依其

形状主要有贝壳状、锯齿状、参差状、平坦状等。在外力作用下矿物晶体沿着一

定的结晶学平面破裂的固有特性称为解理。解理面平行于晶体结构中键力最强的

方向，一般也是原子排列最密的面网发生，并服从晶体的对称性。解理面可用单

形符号（见晶体）表示，如方铅矿具立方体｛100｝解理、普通角闪石具｛110｝柱

面解理等。根据解理产生的难易和解理面完整的程度将解理分为极完全解理（如

云母）、完全解理（如方解石）、中等解理（如普通辉石）、不完全解理（如磷灰石）和

极不完全解理（如石英）。裂理也称裂开，是矿物晶体在外力作用下沿一定的结晶

学平面破裂的非固有性质。它外观极似解理，但两者产生的原因不同。裂理往往

是因为含杂质夹层或双晶的影响等并非某种矿物所必有的因素所致。

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。

裂开也是矿物受外力作用沿一定结晶学方向产生的平面破裂，但与解理不同

的是它并非矿物固有的特征，其产生系在一定网面间有离溶成因的夹层等因素造

成的。

机械形变是指矿物受到外力作用时所产生的形状、体积的变化。

根据变形物体在外力停止作用后能否恢复原状，可分为弹性形变和塑性形变。

塑性形变的实质是形变结果使晶体内部质点处于新的平衡或准平衡位置，使

晶体达到了新的势能最小值，从而是形变不能再自动恢复。

产生塑性形变的机理，一种是形成机械双晶，另一种是晶格滑移。晶格滑移

是塑性形变的主要形式，它未导致晶格破坏，但可以使晶体伸长或变扁，从而表

现出延性和展性

某些矿物（如云母）受外力作用弯曲变形，外力消除，可恢复银矿物原状，

显示弹性；而另一些矿物（如绿泥石）受外力作用弯曲变形，外力消除后不再恢

复原状，显示挠性。大多数矿物为离子化合物，它们受外力作用容易破碎，显示

脆性。少数具金属键的矿物（如自然金），具延性（拉之成丝）、展性（捶之成片）。

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。

三、矿物的热学性质

导热性

热传导是指物质直接接触部分之间的热传递。这种传热过程是依靠物质

微观质点（分子、原子或电子的能力传递而实现的，与宏观运动无关。导热是物

质的本能。

影响矿物材料导热系数的因素主要有：

矿物的成分及晶体结构

晶体缺陷

杂质

裂隙和包裹体

热膨胀性

矿物的热膨胀以线热膨胀率表征。

热膨胀率指矿物每升高绝对温度1度，矿物长度增长量同原长度的比值。

根据热膨胀曲线的形状与温度的关系，可分为：

正常热膨胀：随温度升高，热膨胀曲线连续上升，两者具有良好的线性

关系；

异常热膨胀：热膨胀曲线随温度升高呈现非一致的上升或下降，曲线与

温度没有良好的线性关系。

矿物的热膨胀性与其晶体结构和化学键形状性质密切相关。

矿物的热膨胀服从矿物对称性。等轴晶系和非晶质矿物只有一个热膨胀率,

中级晶族矿物有两个主热膨胀率，低级晶族有三个主热膨胀率。

晶体结构以氧的最紧密堆积为基础的，具有较大的热膨胀率。

热膨胀在具有开阔空隙结构的矿物中除温度效应外，还有两种附加效

应；

（1）原子或离子能够朝向结构中开阔空隙呈现非均一振动的效应，结

果在此方向膨胀率减小；

（2）伴有配位多面体转动的效应。

矿物的热膨胀性随化学键强度不同而异。键力强的方向热膨胀小，分

子键方向膨胀率大，离子键次之，共价键最小，常有负膨胀现象。

耐热性

耐热性是矿物抵抗由于加热而引起的成分和晶体结构破坏的能力。

在加热过程中，矿物成分的破坏主要通过氧化、还原、分解、失水、放

出气体等方式；晶体结构的破坏主要有相变、分解、熔融等。

矿物的耐热性与晶体类型及化学成分密切相关。

共价键＞离子键＞金属键〉分子键

含水、氢氧根、易与氧形成挥发性气体的元素（如C,S、N）以及含

助熔成分（如K20、Na20、CaO、MgO）的矿物耐热性较差。

A1代Si将增加硅酸盐矿物的热稳定性。

四、矿物的电磁学性质

磁性

矿物的磁性指矿物受外磁场作用时，因被磁化而呈现出能被外磁场吸引或排

斥或对外界产生磁场的性质。

矿物磁性主要来源于组成成分中的原子磁矩或离子磁矩。而原子磁矩或离子

磁矩又主要来自核外电子的自旋磁矩和轨道磁矩。

矿物的磁性由磁化率X来表征，它等于磁化强度M与外磁场强度H的比值。

根据选矿需要，可分为：磁性矿物（磁铁矿、雌黄铁矿）

电磁性矿物（黑云母、角闪石）

无磁性矿物（方解石、石英）

根据矿物内部所含原子或离子的原子本徵磁矩的大小及其相互取向关系的

不同，它们在被外磁场所磁化时表现的性质也不相同，从而可分为抗磁性（如石

盐）、顺磁性（如黑云母）、反铁磁性（如赤铁矿）、铁磁性（如自然铁）和亚铁磁性

（如磁铁矿）。由于原子磁矩是由不成对电子引起的，因而凡只含具饱和的电子壳

层的原子和离子的矿物都是抗磁的，而所有具有铁磁性或亚铁磁性、反铁磁性

、顺磁性的矿物都是含过渡元素的矿物。但若所含过渡元素离子中不存在不成对

电子时（如毒砂），则矿物仍是抗磁的。具铁磁性和亚铁磁性的矿物可被永久磁铁

所吸引；具亚铁磁性和顺磁性的矿物则只能被电磁铁所吸引。矿物的磁性常被用

于探矿和选矿。

导电性

矿物的导电性指矿物对电流的传导能力。

导电性的强弱用电阻率（电阻系数）来表示。

矿物的导电能力很大程度上取决于化学键的类型，具有金属键的矿物导电性

强，离子键、共价键或分子键矿物导电性弱或不导电。另外，它还受组分、温度、

湿度、裂隙等因素的影响。

根据导电能力不同，矿物可分为良导体矿物、半导体矿物和非导体矿物。

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。

介电性

矿物的介电性指矿物在外加电场中产生感应电荷的性质，它由介电常数来表

征。

矿物的介电常数反映矿物在外加电场中的极化作用。极化作用越大，介电常

数越大。

矿物的介电性是评价绝缘材料和制作电容材料的重要指标。

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。

压电性

矿物的压电性指矿物晶体在垂直极轴方向受到压应力或张应力时，在极轴两

端产生电荷的性质。

两端电荷数量相等而符号相反，且荷电量正比于应力的大小。应力方向反转

时，两端电荷易号。

如果在极轴两端使之分别有电性相反的电荷时，则发现两端之间产生伸长或

缩短，称为电致伸缩。

只有不具对称中心而有极轴存在的晶体才有可能具有压电性。

晶体的压电性在各种换能器、超声波发生器及谐振片等方面应用广泛。

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。

五、矿物的表面性质

矿物表面上的质点（原子、离子或分子）所处的状态与内部质点不同，从而

使矿物表面具有一系列特殊的性质。

矿物的表面性质与矿物的表面成分、表面结构、表面电子态、比表面积、表

面能以及所处的介质性质密切相关。

比表面积和表面能

吸附性

表面电性

矿物与液体亲和性

（一）比表面积和表面能

单位重量矿物所具有的表面积称为比表面积。

比表面积是表征矿物表面性质的基本指标之一。影响矿物比表面积的主要因

素有多种，粒度越小、颗粒间胶结力越弱、解理越发育、分散程度越高，比表面

积越大。

位于表面的质点处于矿物晶体与介质（气体或液体）的界面上，电价不饱和，

同时受到晶体内部质点和介质质点的引力，两者引力不平衡使矿物表面形成一定

的势能，称之为表面能。单位面积上的表面能称比表面能。

表面能与比表面积、温度、压力及介质条件有关，并对矿物吸附性、表面电

性等产生重要影响。

（二）吸附性

由于表面能的存在，一切矿物都不同程度地具有吸附介质质点到其表面上的

能力。矿物的这种性质称为吸附性。

矿物的吸附有物理吸附和化学吸附。

影响矿物吸附的主要因素有：

矿物和被吸附物质的种别

表面积

温度

湿度、压力

（三）表面电性

矿物由于化学吸附、表面层中离子的溶解或置换等原因使表面带电。

矿物分散在溶液中，由于静电引力可吸附溶液中的离子形成双电层结构。吸

附层和扩散层的分界面为滑动面，滑动面与溶液深处的电位差为电动点位。

矿物表面电性是决定矿物絮凝、凝聚、分散等作用的重要因素。

影响矿物表面电性的主要因素有：

矿物的种类

溶液的性质

矿物表面形态和颗粒大小

表面被风化、杂质

（四）矿物与液体亲和性

吸湿性指矿物在一定条件下从空气中吸附水分的性质，它主要与矿物细度、

比表面积、环境温度和湿度有关。

润湿性指液体使矿物表面湿润的难易程度。

流变性指含水量超过液限时形成细分流体流动和变形的特性，包括胶凝强度、

塑性粘度、触变性等。影响流变性的因素很多，如矿物种类、数量、分散度、处

理剂性质等。

水溶性指细分散矿物在水中溶解、电离、水解而使矿物溶失的性质。

分散性指矿物颗粒或纤维在介质中均匀分布成单粒、或细纤维的程度，它与

比表面积、微粒表面电性等有关。

六、矿物的化学性质

当矿物与空气、水及各种溶液相接触时，将产生一系列不同的化学变化，从

而表现出一定的化学性质。

这些性质主要包括矿物的可溶性、矿物的氧化和还原及与酸碱反应等。

矿物都有一定的化学组成，通过化学反应测定矿物的成分是鉴定和研究矿物

的重要方法之一。

第三章矿物的分析测试方法

准确了解矿物的化学成分、物相组成和物理性能等，是开发相应加工技术和

实际应用的基础。

一、化学成分分析方法

常用的化学成分分析方法包括重量法、容量法和比色法。

重量法

1、定义

根据单质或化合物的重量，计算出在供试品中的含量的定量方法称为

重量法

2、原理

采用不同方法分离出供试品中的被测成分，称取重量，以计算其含量。

按分离方法不同，重量分析分为沉淀重量法、挥发重量法和提取重量法。

3、沉淀重量法

（一）原理

被测成分与试剂作用，生成组成固定的难溶性化合物沉淀出来，称定

沉淀的质量，计算该成分在样品中的含量。

（二）计算公式

称量形式质量（g）x换算因素

供试品含量（％）=-------------------------------xlOO%

供试品质量（g）

被测成分的相对原子量或相对分子量

式中：换算因素=------------------------------------

称量形式的相对分子量

4、注意事项

1.沉淀法测定，取供试品应适量。取样量多，生成沉淀量亦较多，致使

过滤洗涤困难，带来误差；取样量教少，称量及各操作步骤产生的误差较

大，使分析的准确度较低。

2.不具挥发性的沉淀剂，用量不宜过量太多，以过量20〜30%为宜。过

量太多，生成络合物，产生盐效应，增大沉淀的溶解度。

3.加入沉淀剂时要缓慢，使生成较大颗粒。

4.沉淀的过滤和洗涤，采用倾注法。倾注时应沿玻璃棒进行。沉淀物可

采用洗涤液少量多次洗涤。

5.沉淀的干燥与灼烧，洗涤后的沉淀，除吸附大量水分外，还可能有其

他挥发性杂质存在，必须用烘干或灼烧的方法除去，使之具有固定组成，

才可进行称量。干燥温度与沉淀组成中含有的结晶水直接相关，结晶水是

否恒定又与换算因数紧密联系，因此，必须按规定要求的温度进行干燥。

灼烧这一操作是将带有沉淀的滤纸卷好。置于已灼烧至恒重的堵蜗中，

先在低温使滤纸炭化，再高温灼烧。灼烧后冷却至适当