1樓:倩倩
礦物 什麼是礦物人類的衣、食、住、行等各個方面都離不開礦物。比如建造房屋所需要的各種材料,隨身佩帶的寶石,日常食用的食鹽,都來自於礦物。什麼是礦物呢?
只有具備以下條件的物質才能稱為礦物:1)礦物是各種地質作用形成的天然化合物或單質,比如火山作用。它們可以是固態(如石英、金剛石)、液態(如自然汞)、氣態(如火山噴氣中的水蒸氣)或膠態(如蛋白石)。
2)礦物具有一定的化學成分。如金剛石成分為單質碳(c),石英為二氧化矽(sio2),但天然礦物成分並不是完全純的,常含有少量雜質。3)礦物還具有一定的晶體結構,它們的原子呈規律的排列。
如石英的晶體排列是矽離子的四個角頂各連著一個氧離子形成四面體,這些四面體彼此以角頂相連在三維空間形成架狀結構。如果有充分的生長空間,固態礦物都有一定的形態。如金剛石形成八面體狀,石英常形成柱狀,柱面上常有橫紋。
當沒有生長空間時,它們的固有形態就不能表現出來。4)礦物具有較為穩定的物理性質。如方鉛礦呈鋼灰色,很亮的金屬光澤,不透明,它的粉末(條痕)為黑色,較軟(可被小刀划動),可裂成互為直角的三組平滑的解理面(完全解理),很重(比重為7.
4-7.6)。5)礦物是組成礦石和岩石的基本單位。
礦物與礦石什麼是礦石呢?通常,從金屬礦床中開採出的並具有冶煉金屬價值的固體物質均稱作礦石,俗名常簡稱為礦。在選礦的術語上則叫做原礦、粗礦或冒沙。
礦石一般是由有用的金屬礦物,即由礦石礦物與其伴生的脈石所構成。礦石礦物是指在工業上能從其中提起一種或數種有用金屬元素的礦物。礦石礦物大多數是不透明礦物,往往具有金屬光澤,如黃銅礦、方鉛礦分別為銅、鉛的礦石礦物。
但也有一些是透明礦物。礦石礦物有時作為自然金屬產出,如自然金、鉑等,但其大多數為化合物。工業上所用的各種金屬是從許多種金屬礦物中提煉出來的。
一種金屬元素可以從幾種不同的礦石礦物中提取出來,如銅可從輝銅礦、斑銅礦、黃銅礦、赤銅礦、自然銅及孔雀石等中提煉;同樣有的礦石礦物也可以提取兩種或者兩種以上的金屬元素,如鉀釩鈾礦可提取鈾和釩。在我國的文字中,「礦」和「鑛」兩個字是通用的,但最初卻反映人們對自然界兩類性質不同礦產的認識:前者是指非金屬礦產,後者卻是指金屬礦產。
在我國古代,凡礦山採掘物未經過加工精煉的,都叫做「礦」和「鑛」。人們最先採用的是石頭和泥土,後來才開始熔鍊金屬礦石。「礦」和「鑛」兩字的產生、並存和通用,正是這種社會生產力發展的反映。
「礦」字,原寫成「」,象徵著一種採礦工具的形象。早在戰國時期(公元前475-前221年),已有掌管採礦的**稱「人」,音礦(kuang),象徵採礦之聲音。在西方,採礦活動開始較晚,至中世紀規模才日益擴大,故「礦物」(mineral)一詞的出現也比較晚。
它來自於中世紀拉丁文minera,原是礦、礦石和礦山的意思,開礦和採礦(mine)一字,也是由此而來。顯然,在西方「礦物」的概念也是在生產實踐的基礎上形成的。礦物與岩石在地殼中礦物的分佈是很廣泛的。
如沙中的金,河、湖中的水和冰,鹽湖中的鹽,花崗岩中的石英、長石和雲母等,都是礦物。在實驗室條件下,雖然可以獲得某些成分和性質與自然礦物類似的物質,但因為它們是人工合成而不是自然地質作用的產物,故稱為「人造礦物」或「合成礦物」。隕石、月岩來自其他天體,其中的礦物稱為「隕石礦物」、「月岩礦物」,或稱他們為「宇宙礦物」。
這樣就可以將它們與地球中形成的礦物區分開來。岩石又是什麼呢?岩石是指地球上部(地殼和上地幔)由各種地質作用形成的,由一種或幾種礦物和天然玻璃組成的,具有穩定外形的固態集合體。
由此我們不難看出,岩石是由一種或幾種礦物組成的集合體。其中由一種礦物組成的岩石稱作單礦巖,如大理岩由方解石組成,石英岩由石英組成等;有數種礦物組成的岩石稱作復礦巖,如花崗岩由石英、長石和雲母等礦物組成,輝長岩由基性斜長石和輝石組成等等。另外,岩石是具有穩定外形的固體,那些沒有一定外形的液體如石油、氣體如天然氣以及鬆散的沙、泥等,都不是岩石。
人造礦物由於有些礦物在自然界產出較少,不能滿足工業生產的需要,從19世紀四十年代開始了人造礦物的研究。許多人造礦物的效能已接近或超過相應的天然礦物,有些人造礦物可以代替某些天然礦物,成本比開採天然礦物的成本還低,並且可以控制礦物的質量和大小。所以人造礦物的研究和生產發展很快。
石英具有壓電效應,按晶體一定方向切割的薄片廣泛應用於電子工業上,如雷達上就需要這種切片,但要想獲得這種薄片,必須是透明、無缺陷的石英晶體,大小還有一定要求(不小於6×6×6mm)。雖然石英在自然界普遍分佈,但符合要求的石英晶體卻很少,即使有這種晶體,在開採過程中也很容易將晶體震裂,影響使用價值。自從2023年實驗室培養出人工晶體後,為工業生產提供了大量透明可用的晶體,現在光學和電子工業上所用的石英晶體都是人造石英晶體。
20世紀80年代末全世界人造石英生產能力已近2000噸。金剛石以其最大的硬度、半導體性質以及光彩奪目的光澤,分別應用於鑽頭切割、電子工業和寶石工業上。從2023年開始在實驗室合**造鑽石,但顆粒較小隻有1克拉左右,這種鑽石不夠透明故多用於切割工業。
而用於首飾上的金剛石只有少數是人工合成的,大多數是以其它人工合成的礦物作為金剛石的代用品。人造立方氧化鋯(zro2)、人造金紅石(tio2)、人造尖晶石(mgal2o4)等,這些礦物都具有高的折射率和色散,打削加工後均能出現閃閃發光的色散效應,可代替金剛石用於首飾工業,鑲嵌在戒指上,而人工合成的金剛石其中含有b、be、al等雜質,使其半導體效能強於天然金剛石。隨著人們生活水平的提高,寶石的需求量也不斷增長,但寶石礦的產出不多,且分佈侷限,所以人工合成寶石就代替了相應的天然寶石。
人造祖母綠、人造剛玉、人造變石、人造綠松石等與天然寶石基本一致,都已經生產出來並在市場上銷售。人造礦物的研究發展迅速,現在不僅合成相似於自然界產出的礦物的人造礦物,並且在實驗室還合成許多自然界沒有的人工晶體,以滿足工業需要。礦物的化學成分礦物的化學成分和晶體結構,是決定礦物一切性質的兩個最基本的因素。
但可以在一定的小範圍內有變異。根據他們的變異是否明顯,我們可以把礦物分成如下幾種型別:1)化學組成基本固定的礦物。
這類礦物的化學成分基本上是固定不變的,就是說,其成分上的變異範圍非常小,在一般情況下完全可以忽略不計。他們遵守化學上的一定比例定律和倍比定律,其化學組成可由確定的化學式來表示。例如:
金剛石c、石鹽nacl、黃銅礦cufeo2、赤鐵礦fe2o3、重晶石ba[so4]、白雲石camg(co3)2等。2)化學組成不固定的礦物。這類礦物的化學組成可以在一定的範圍內變化,而這種變化是由於組成礦物本身的組分的變異所造成的。
在這裡,基本上可概括為三種情況:一種是固溶體,一種是含沸石水或層間水礦物,還有一種是膠體。比如:
橄欖石(mg,fe)[sio4],化學式中寫在圓括弧內並用逗號隔開的元素,表示是成類質同象替代關係的元素,mg和fe的比例是不固定的。3)不符合化合比的礦物。我們還知道,一切晶質礦物的化學組成都遵守定比和倍比定律,各組份間都有一定的化合比。
但有些晶體卻不遵守這些規律,即屬於所謂的非化合比化合物。例如方鐵礦fe1-xo,其fe原子數總是少於o原子數。這種現象的產生,則是由於晶體結構中存在有某種缺陷所造成。
礦物的用途對礦物的利用可以說無時無處不存在於我們的生活中。除了利用礦物的成分外,另一方面就是利用礦物的各種物理特性。利用礦物的成分冶金工業:
從礦物中提取有用元素,冶煉成各種工業需要的金屬。最重要的是從磁鐵礦、赤鐵礦中提取鐵;從方鉛礦中提取鉛;從黃銅礦、斑銅礦中提取銅;從鉻鐵礦中提取鉻等。我國產量最高的礦物為黑鎢礦,從中提取的鎢佔世界第一位;我國湖南是世界著名的輝銻礦產地,從中提取大量的銻;內蒙古白雲鄂博的稀土礦床中用於提取鈰族稀土元素的氟碳鈰礦在世界上也屬最富。
國防工業中所需的金屬如鈹是從石中提取的,鈮、鉭是從鈮鐵礦、鉭鐵礦中提取的,原子能工業中的鈉是從晶質鈉礦中提取的。礦物中除了主要元素外還會混入些微量元素,如閃鈉礦中常有鎘、錮、鍺混入,這些元素稱為分散元素,而這些金屬在電子工業上有重要的用途。我們也在提取主要元素時提取這些分散元素煉成金屬。
化工原料:螢石可提取製成氫氟酸,黃鐵礦可製成硫酸等。農業:
作為農業增產的肥料,除了一些合成肥料外,鉀鹽作為鉀肥,磷灰石作為磷肥的**。利用礦物的物理特性光學性質:最早是利用方解石、石英、螢石作為光學儀器上的稜鏡,隨後又發現許多礦物有特性的光學特性。
2023年發現寶石(剛玉)可作為鐳射發射材料產生鐳射的關鍵材料。硫鎘礦單晶具有特殊的光彈性可用於雷達上。彩鉬鉛礦具有聲光效應在聲波作用下可以產生光的衍射。
白鎢、全綠寶石有光色作用,百鎢在日光下呈白色,在紫外線下呈紫色,全綠寶石在日光下呈綠色在燈光下呈紅色,可用於鐳射全息記錄和儲存。閃鋅礦的單晶體用作紫外半導體鐳射材料。電子性質:
最常見的是用銅做電線中的導電材料。金剛石2型是重要的半導體儀器。方鉛石可作為近紅外線的主要光電變換材料,主要用於衛星探測、軍事偵察、醫用熱圖象儀器等領域。
石英具有壓電性,多用於雷達、通訊、微處理機等方面。雲母、滑石則可作為絕緣材料。力學性質:
主要用作研磨及切割材料,凡是礦物硬度大於摩氏7度的礦物都可利用,硬度最大的是金剛石,其次有剛玉、黃玉、石英等。其他性質:由於石棉導熱係數低,可用作保溫材料,如石棉板等製品均可做隔熱材料。
熔點高的礦物如莫來石等可作耐火材料原料。沸石、凹凸棒石、蒙脫石、坡樓石、海泡石等許多礦物有吸附性和陽離子等交換作用的礦物可以清除廢水中的有毒元素和重金屬元素,是一種過濾材料可吸附氣體、液體中的雜質,如製造啤酒時可用於除去雜質,是用於處理水汙染的重要原料。有些礦物還可用作中藥,如石膏有清熱作用,硃砂有安神鎮靜作用,硼砂有清熱消炎、解毒防腐的作用。
寶石、玉石等以其奪目的光彩、極高的價值成為人們珍愛的裝飾品。礦物是怎樣形成的礦物是自然界中各種地質作用的產物。自然界的地質作用根據作用的性質和能量**分為內生作用、外生作用和變質作用三種。
內生作用的能量源自地球內部,如火山作用、岩漿作用;外生作用為太陽能、水、大氣和生物所產生的作用(包括風化、沉積作用);變質作用指已形成的礦物在一定的溫度、壓力下發生改變的作用。在這三方面作用條件下,礦物形成的方式有三個方面:氣態變為固態 火山噴出硫蒸汽或h2s氣體,前者因溫度驟降可直接昇華成自然硫,h2s氣體可與大氣中的o2發生化學反應形成自然硫。
我國臺灣大屯火山群和龜山島就有這種方式形成的自然硫。液態變為固態 是礦物形成的主要方式,可分為兩種形式。(1)從溶液中蒸發結晶。
我國青海柴達木盆地,由於鹽湖水長期蒸發,使鹽湖水不斷濃縮而達到飽和,從中結晶出石鹽等許多鹽類礦物,就是這種形成方式。(2)從溶液中降溫結晶。地殼下面的岩漿熔體是一種成分極其複雜的高溫矽酸鹽熔融體(其狀態像鍊鋼爐中的鋼水),在上升過程中溫度不斷降低,當溫度低於某種礦物的熔點時就結晶形成該種礦物。
岩漿中所有的組分,隨著溫度下降不斷結晶形成一系列的礦物,一般熔點高的礦物先結晶成礦物。固態變為固態 主要是由非晶質體變成晶質體。火山噴發出的熔岩流迅速冷卻,來不及形成結晶態的礦物,卻固結成非晶質的火山玻璃,經過長時間後,這些非晶質體可逐漸轉變成各種結晶態的礦物。
由膠體凝聚作用形成的礦物稱為膠體礦物。例如河水能攜帶大量膠體,在出口處與海水相遇,由於海水中含有大量電解質,使河水中的膠體產生膠凝作用,形成膠體礦物,濱海地區的鮞狀赤鐵礦就是這樣形成的。礦物都分別在一定的物理化學條件下形成,當外界條件變化後,原來的礦物可變化形成另一種新礦物,如黃鐵礦在地表經過水和大氣的作用後,可形成褐鐵礦。
參考資料: http://baike.
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