【采礦】chap3礦物的物理性質(zhì)ppt課件

1、第三章礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)鑒定礦物判別成因礦物利用礦物的物理性質(zhì)礦物的化學(xué)組成 和晶體構(gòu)造礦物的構(gòu)成條件. 一、礦物的光學(xué)性質(zhì) 礦物的光學(xué)性質(zhì)是指礦物對(duì)自然光的反射、折射和吸收等所表現(xiàn)出來的各種性質(zhì)。包括礦物的顏色、條痕、光澤和透明度。.電磁波譜圖.1. 礦物的顏色定義：是一種生理覺得，當(dāng)波長在大約390770nm范圍內(nèi)的電磁波輻射，刺激人們的視神經(jīng)時(shí)，就有顏色的覺得。是對(duì)光選擇性吸收的結(jié)果礦物的光學(xué)效應(yīng)反射、吸收、透射 礦物對(duì)光全部吸收時(shí)，礦物呈黑色 對(duì)一切波長的色光均勻吸收，礦物呈不同程度的灰色 根本上都不吸收那么為無色或白色 選擇吸收某些波長的色光，礦物呈現(xiàn)吸收色光的互補(bǔ)色.礦物

2、的呈色機(jī)理：1 過渡金屬元素的內(nèi)部電子躍遷 當(dāng)?shù)V物中含有過渡金屬元素時(shí)，無論是主要還是次要成分，它們都是礦物產(chǎn)生顏色的根底。這是由于過渡金屬離子的d 軌道或f 軌道，會(huì)發(fā)生晶體場分裂。所產(chǎn)生的能量差大約在25000cm-1到14000cm-1的范圍，其與某種可見光的波長相當(dāng)，在d-d或f-f 軌道的電子躍遷，便可吸收某種可見光。色素離子是使礦物呈色的主要離子。如第周圍期的Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni及稀土元素。 惰性氣體型離子所構(gòu)成的礦物通常是無色的。由于其p軌道同其最臨近的空軌道間的能量差遠(yuǎn)比可見光的能量大，其電子在可見光能量的作用下，不能被激發(fā)，不發(fā)生電子躍遷，從而可見光不能被吸收，因

3、此礦物是無色的。.離子顏色礦物舉例離子顏色礦物舉例Cr3+紅剛玉(紅寶石)Fe2+綠陽起石，綠泥石綠鈣鉻榴石Fe3+紅赤鐵礦Mn2+玫瑰菱錳礦薔薇輝石褐褐鐵礦黃綠綠簾石綠高嶺石Mn4+黑軟錳礦Cu2+藍(lán)藍(lán)銅礦UO22+黃 鈣鈾云母綠孔雀石，綠松石經(jīng)常使礦物呈色的過渡型離子.2元素離子間的電子轉(zhuǎn)移或電荷轉(zhuǎn)換 在晶體構(gòu)造中相鄰離子間在外來能量作用下可產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，即電子可以從一個(gè)原子的軌道上躍遷到另一個(gè)原子的軌道上去，離子產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，伴隨著電子轉(zhuǎn)移有很劇烈的吸收。如藍(lán)寶石，F(xiàn)e2+的一個(gè)電子可吸收白光中的橙黃色光而發(fā)生躍遷，轉(zhuǎn)移到相鄰的Ti4+中去，使 Fe2+ Ti4+ 組合變?yōu)镕e3+ Ti

4、3+組合，晶體那么表現(xiàn)為深藍(lán)色。本質(zhì)上是光化學(xué)反響的氧化復(fù)原過程。3晶體構(gòu)造缺陷呵斥的電子轉(zhuǎn)移 一些礦物在晶體構(gòu)造中具有能吸收光而呈現(xiàn)顏色的色心。色心是晶體構(gòu)造缺陷，主要是晶格位置未被離子占據(jù)而構(gòu)成的空位，故能捕獲電子，并使該電子的能量形狀發(fā)生變化，其激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間能量差與可見光相對(duì)應(yīng)。 最常見的色心是F色心電子色心，它是一電子占據(jù)陰離子的空位而構(gòu)成的。假設(shè)電子占據(jù)到晶格間隙之中稱為F色心，它也能呵斥礦物呈色。陽離子的空位而構(gòu)成的色心叫V色心。. 4能帶間的電子轉(zhuǎn)移 在晶體構(gòu)造中，由于原子間的間隔很小，每個(gè)原子的外層電子都與臨近原子中的電子發(fā)生劇烈的相互作用，構(gòu)成具有一定寬度的能量范圍的能帶

5、。完全被電子占據(jù)的稱為滿帶；部分占據(jù)的稱為導(dǎo)帶；相鄰能帶之間的能量范圍稱為禁帶。不同能帶間的電子遭到激發(fā)時(shí)可發(fā)生躍遷。而能帶間的能量差多與可見光的能量相對(duì)應(yīng)，故可吸收一定波長的可見光而使晶體呈色。 .礦物顏色的類型 自色、他色、假色 自色(idiochromatic)：礦物本身固有的成分構(gòu)造所決議的顏色 他色(allochromatic)：由雜質(zhì)、氣液包裹體所引起的顏色 假色(pseudochromatic) ：是因物理光學(xué)效應(yīng)而產(chǎn)生的顏色 體色、表色 體色：物體內(nèi)部所表現(xiàn)出來的顏色。當(dāng)白光透入礦物達(dá)一定深度，且在此過程中選擇吸收不同波長的色光而呈現(xiàn)出其互補(bǔ)色，為礦物所固有的顏色，如橄欖石吸收

6、紫光而呈橄欖綠色 表色：即反射色，只需物體的反射光所呈現(xiàn)的顏色，不 透明礦物因吸收非常強(qiáng)，因此表現(xiàn)的都是外表色。.物理光學(xué)效應(yīng)假色 暈色： 某些透明礦物內(nèi)部一系列平行密集的解 理面或裂隙面對(duì)光延續(xù)反射，引起光的干涉，從而使礦物外表常出現(xiàn)好像水面上的油膜所構(gòu)成的彩虹般的色帶。 錆色(tarnish): 是由于光的干涉作用引起的。硫化物外表常因氧化產(chǎn)生很薄的薄膜, 受日光照射后薄膜的兩側(cè)均會(huì)反射，反射光干涉后有的光波消逝或減弱，有的那么得到加強(qiáng)。因此在礦物外表上看到的是斑駁陸離的彩色 。變彩(play of colour): 是由于衍射景象而呈色的。在拉長石的某些面上，可以看到隨察看方向的不同而有

7、藍(lán)、綠、黃、紅等顏色的變換，故稱變彩。.錆色 暈色 變彩 . 礦物顏色的命名和描畫方法 礦物的顏色多種多樣，在描畫時(shí)所采用的原那么是簡明、通俗，力求確切， A 規(guī)范色譜法：利用規(guī)范色譜描畫礦物的顏色。 B 類比法：最好用常見物體作比喻，如鉛灰、鐵 黑、天藍(lán)、櫻紅、乳白等。 C 二名法：當(dāng)?shù)V物的顏色是由多種顏色構(gòu)成時(shí)，便采用此 法，如黃綠、橙黃等。如系同一顏色，但在色 上有深淺、濃淡之分時(shí)，那么在色別之前加上適 當(dāng)?shù)拿璁嬙~，如深藍(lán)、暗綠、鮮紅等。 在察看與描畫礦物顏色時(shí)，應(yīng)留意以下問題： a 以礦物新穎面顏色為準(zhǔn)； b 留意察看礦物顏色的細(xì)微差別。 .2. 條痕粉末色 條痕是礦物在條痕板上擦劃后

8、留下的痕跡實(shí)踐上是礦物的粉末的顏色。由于它消除了假色，減低了他色，因此比礦物顆粒的顏色更為固定，故可用來鑒定礦物。 條痕對(duì)不透明礦物的鑒定很重要，而透明礦物的條痕大多為白色、灰白色，因此，對(duì)這類礦物來說，條痕那么失去了鑒定礦物的意義。. 例如黃銅礦與黃鐵礦，外表顏色近似，但黃銅礦的條痕顏色為帶綠的黑色，而黃鐵礦的條痕為黑色，以此，可以區(qū)別它們。 同種礦物有時(shí)可出現(xiàn)不同的顏色，如塊狀赤鐵礦，有時(shí)為黑色，有時(shí)為紅色，但它們的條痕都是櫻紅色。.3. 透明度 礦物允答應(yīng)見光透過的程度，稱為礦物的透明度。它取決于礦物對(duì)光的吸收率和礦物的厚薄等要素。 金屬礦物吸收率高，普通都不透明； 非金屬礦物吸收率低，

9、普通都是透明的。 在察看礦物的透明度時(shí)，為了消除厚度的影響，通常是隔著礦物的破碎刃邊或薄片察看光源一側(cè)的物體。根據(jù)所見物體的明晰程度，可將礦物的透明度大體分為透明、半透明和不透明三種。.透明：礦物能允許絕大部分的透射光透過，隔著這個(gè)礦物的薄片可以明晰地看到位于其另一側(cè)的物體輪廓細(xì)節(jié)，這樣的礦物稱為透明礦物。如石英、長石、方解石等。.半透明：礦物可允許部分透射光透過，隔著這種礦物的薄片可以看到另一側(cè)有物體存在，但分辨不清輪廓，這樣的礦物稱為半透明礦物。如辰砂、雄黃等。不透明：礦物根本上不允答應(yīng)見光透過，這樣的礦物為不透明礦物，如磁鐵礦、方鉛礦、石墨等。.4光澤礦物的光澤是指礦物外表對(duì)光的反射才干

10、。光澤的強(qiáng)弱用反射率R來表示。 反射率是指光垂直入射礦物外表時(shí)的強(qiáng)度與反射光強(qiáng)度的比值。 礦物反射率的大小，主要取決于折射率和吸收系數(shù)。礦物的折射率和吸收系數(shù)越大，反射率越高，光澤也就越強(qiáng)。 礦物的光澤通常根據(jù)反射光由強(qiáng)到弱的次序，可分為：.按照反射率的大小，光澤分為四級(jí)： 金屬光澤 R25%。呈拋光金屬般的光澤 半金屬光澤 R=25-19%。呈未刨光金屬般的光澤 金剛光澤 R=19-10%。好像金剛石般的光澤 玻璃光澤 R=10-4%。好像玻璃般的光澤礦物光澤的分級(jí)金屬光澤半金屬光澤金剛光澤玻璃光澤. 另外，由于反射光遭到礦物的顏色、外表平坦程度及集合方式的影響，常呈現(xiàn)出特殊的變異光澤：油脂

11、光澤：顏色淺、具有玻璃光澤或金剛光澤的礦物，在不平坦斷面上呈現(xiàn)的好像油脂面上見到的那種光澤。如石英，斷口為油脂光澤。樹脂光澤：顏色黃黃褐、具金剛光澤的礦物，如閃鋅礦、雄黃等，在不平坦面上，可以見到象松香等樹脂平面所呈現(xiàn)的那樣的光澤。絲絹光澤：在透明、具玻璃光澤且個(gè)體細(xì)小呈纖維狀集合體或解理完全的礦物，如石棉、纖維石膏等，具有象蠶絲或絲織品那樣的光澤。珍珠光澤：解理發(fā)育的淡色透明礦物，如白云母、滑石等，在它們的解理面上所看到的那種象貝殼凹面上呈現(xiàn)的那種柔和而多彩的光澤。 .礦物光學(xué)性質(zhì)關(guān)系表. 5. 礦物的發(fā)光性 礦物在接受外界能量的照射下，能發(fā)射可見光的性質(zhì)稱為發(fā)光性。其本質(zhì)是礦物晶格吸收了較

12、高外加能量，然后以較低能量再發(fā)射出來呵斥的。發(fā)光體一旦停頓受激(10-8秒)，發(fā)光景象消逝，所發(fā)的光為螢光(fluorescence)；在外界能量撤除以后(10-8秒)，還能發(fā)的光叫磷光(phosphorescence)。 礦物受熱而發(fā)的光的性質(zhì)稱為熱光性。 .二、礦物的力學(xué)性質(zhì) 是礦物在外力作用下表現(xiàn)出來的各種物理性質(zhì)，解理、裂理裂開、斷口、硬度、延展性、彈性和脆性等。解理和硬度可鑒定礦物。1. 解理、裂開和斷口 (1)解理(cleavage) ： 礦物晶體在外力作用下，沿著一定的結(jié)晶學(xué)方向破裂成一系列光滑平面的固有性質(zhì)，叫做解理。裂成的光滑平面，叫做解理面。 解理面普通平行于面網(wǎng)密度最大的

13、面網(wǎng)、陰陽離子電性中和的面網(wǎng)、兩層同號(hào)離子相鄰的面網(wǎng)以及化學(xué)鍵力最強(qiáng)的方向。 .解理產(chǎn)生的緣由A 解理面普通平行于面網(wǎng)密度最大的面網(wǎng)B 平行于由異號(hào)離子組成的電性中和的面網(wǎng)C 當(dāng)相鄰面網(wǎng)為同號(hào)離子的面網(wǎng)時(shí)，其間易產(chǎn)生解理D 平行于化學(xué)鍵力最強(qiáng)的方向. 根據(jù)解理的完好程度，普通分為五級(jí)： (1) 極完全解理：極易獲得解理，解理面大而平坦，極光滑，解理片極薄，如云母、石墨等的解理。(2) 完全解理：易獲得解理，常裂成規(guī)那么的解理塊，解理面較大光滑而平坦，如方解石、方鉛礦等。(3) 中等解理：較易得到解理，但解理面不大，平坦和光滑程度也較差，碎塊上即有解理面又有斷口，如普通輝石等礦物的解理。(4)

14、不完全解理：較難得到解理，解理面小且不光滑平坦，碎塊上主要是斷口，如磷灰石、綠柱石。(5) 極不完全解理：很難得到解理，僅在顯微鏡下偶爾可見零星的解理面，石英普通以為沒有解理。 不同種的礦物，其解理特征不同，有的無解理；有的有一組解理；而有的那么有幾組解理。 .2斷口(fracture) ：具極不完全解理的礦物，尤其是沒有解理的晶質(zhì)和非晶質(zhì)礦物，她們受外力打擊后，都會(huì)發(fā)生無一定方向的破裂，其破裂面就是斷口。根據(jù)的斷口外形，斷口可分為： 貝殼狀斷口: 呈圓形的光滑曲面，面上常出現(xiàn)不 規(guī)那么的同心條紋，形似貝殼狀。如石英和玻璃質(zhì)體。 鋸齒狀斷口：呈鋒利鋸齒狀，如自然銅的斷口。 參差狀斷口：呈參差不

15、平的外形，如磷灰石的斷口。 土狀斷口：為土狀礦物所特有的粗糙斷口，如塊狀高嶺石的斷口。 .鋸齒狀斷口參差狀斷口土狀斷口貝殼狀斷口.3裂理(parting) 礦物受外力作用，有時(shí)可沿著一定的結(jié)晶學(xué)方向裂成平面的非固有性質(zhì)，稱為裂理或裂開。與解理的成因不同：A 裂開通常是沿著雙晶 結(jié)合面特別是聚片雙 晶的結(jié)合面發(fā)生， B 或因晶格中某一定方 向的面網(wǎng)間存在它種 物質(zhì)的夾層而呵斥定 向破裂。剛玉晶體上的1011裂理. 2.硬度 是指礦物抵抗某種外來機(jī)械作用力如刻劃、壓入或研磨侵入才干。 通常用摩氏硬度計(jì)作為硬度的等級(jí)的規(guī)范。其他礦物的硬度是與摩氏硬度計(jì)中的規(guī)范礦物相互刻劃，相比較來確定的。在野外任務(wù)

16、中，用摩氏硬度計(jì)中的礦物作為比較規(guī)范有時(shí)不夠方便，常借用指甲2、銅具3、小刀56.5等替代規(guī)范硬度的礦物來協(xié)助測定被鑒定礦物的硬度。 摩氏硬度是一種相對(duì)硬度，運(yùn)用時(shí)極為方便，但較粗略。因此在對(duì)礦物作詳細(xì)研討時(shí)，常需求測礦物的絕對(duì)硬度。通常采用的絕對(duì)硬度值是維克用壓入法測定的，稱為維氏硬度。.摩氏硬度計(jì)十種礦物的維氏硬度如下單位kg/mm2： 滑石 2 正長石 930 石膏 35 石英 1120 方解石 172黃玉 1250 螢石 248 硬玉 2100 磷灰石 610金剛石 10000 . 礦物硬度是內(nèi)部構(gòu)造結(jié)實(shí)程度的表現(xiàn)，主要取決于化學(xué)鍵的類型和強(qiáng)度。離子鍵型礦物硬度較高、共價(jià)鍵型礦物硬度高

17、、金屬鍵型礦物硬度低、分子鍵型礦物硬度最低。決議化學(xué)鍵強(qiáng)度的要素及對(duì)硬度的影響有以下幾個(gè)方面：1原子價(jià)態(tài)和原子間距 礦物的硬度隨組成礦物的原子或離子電價(jià)的增高而增大，與原子間距的平方成反比。2原子的配位數(shù) 在其它條件一樣的情況下，礦物硬度隨原子配位數(shù)增大而增大。3離子共價(jià)鍵的形狀 大多數(shù)礦物中，組成元素之間的化學(xué)鍵為離子共價(jià)鍵的中間過渡類型，硬度隨共價(jià)性程度的增大而增大。 硬度還表達(dá)晶體的對(duì)稱性，即不同方向上的硬度不同。 . 3礦物的比重： 是指礦物純真的礦物的分量與4時(shí)同體積水的分量之比。其數(shù)值與密度的數(shù)值一樣。礦物的比重變化范圍很大，從小于1如琥珀到23鉑族礦物不等。自然金屬元素礦物比重最

18、大，鹽類礦物比重最小。大多數(shù)礦物的比重都在23.5之間。 礦物比重可分為三級(jí)： 輕級(jí)：比重小于2.5。如石墨等。 中級(jí)：比重2.54，大多數(shù)礦物的比重屬于此 級(jí)。 重級(jí)：比艱苦于4。.對(duì)晶體構(gòu)造類型一樣的礦物來講，礦物的比重隨所含元素原 子量的增大而增大，隨原子或離子半徑的增大而減小。 方鉛礦 PbS (Pb=207.21, 7.4-7.6 g/cm3) 重晶石 BaSO4 (Ba=.36, 4.3-4.7 g/cm3) 但當(dāng)原子量的增大缺乏以抵消因原子或離子半徑增大所減小的比重時(shí)，那么原子量雖然增大，比重反而減小。在原子量、原子或離子半徑一樣或相近的情況下，原子或離子的配位數(shù)越大，比重越大。

19、 方解石 CaCO3 (6, 2.71 g/cm3) 文石 CaCO3 (9, 2.95 g/cm3)礦物構(gòu)成時(shí)的溫度(T)和壓力(P) 對(duì)礦物的比重也有影響T增大 CN降低 構(gòu)成小比重礦物 方解石中溫 文石低溫 P增大 CN增大 構(gòu)成大比重礦物 石墨 2.23 金剛石3.50.4礦物的脆性和延展性 脆性是指礦物受外力作用時(shí)易破碎的性質(zhì)。如食鹽、方解石等。脆性是離子鍵礦物的一種特性。具有過渡型離子共價(jià)鍵的礦物，離子鍵徹底程度越高，礦物的脆性就越強(qiáng)。 延展性：是指礦物在錘擊或拉伸下，容易成為薄片或細(xì)絲的性質(zhì)。如自然金等。5礦物的彈性和撓性 彈性：是指礦物在外力作用下發(fā)生彎曲形變，當(dāng)外力解除后又恢復(fù)原狀的性質(zhì)。如云母。 撓性：是指礦物受外力作用發(fā)生彎曲形變，當(dāng)外力作用解除后不能恢復(fù)原狀的性質(zhì)。如滑石、綠柱石等 .三、礦物的電學(xué)性質(zhì)1.導(dǎo)電性：是指礦物對(duì)電流的傳導(dǎo)才干。它取決于化學(xué)鍵的類型。 具金屬鍵的礦物，由于在晶體構(gòu)造中有自在電子存在，導(dǎo)電性就強(qiáng)。如自然金屬礦物和某些金屬硫化物，是電良導(dǎo)體；離子鍵或共價(jià)鍵礦物導(dǎo)電性弱或不導(dǎo)電。如石棉、云母等。 因此，礦物的導(dǎo)電才干差別很大。某些礦物當(dāng)溫度增高時(shí)導(dǎo)電性加強(qiáng)，溫度降低時(shí)具絕緣體性質(zhì)。還有些礦物的導(dǎo)電性具有方向性。2.荷電性：礦物在外部能量作用下，能激起礦物晶