02晶体生长结晶学与矿物学讲解
结晶学与矿物学-晶体生长简介
➋ 在一个晶体上，各晶面间相对的 生长速度与其本身的面网密度成反比。
即 面网密度越Βιβλιοθήκη 的晶面，其生长速度越慢；而 面网密度小的晶面的生长速度则快， 以至最终消失了。
∴ 晶体上得以保存下来的晶面 是面网密度大的晶面。
实际晶体为面网密度大的面网所包围。
小结：
1．重点： 晶体生长和晶面发育的3个基本理论：
按空间格子规律，自发地集结成体积达 一定大小但仍极其微小的微晶粒即晶核。
一、层生长理论
晶体的自限性是晶体在生长过程中
按格子构造中的某些原子面网逐层 平行生长的结果。
层生长理论：科塞尔-斯特兰斯基二维成核理论。
在理想条件下，晶体的生长过程是在晶核 的基础上先长完一条行列，再长相邻的行列，
长满一层面网，再开始长第二层面网， 逐层地向外平行推移。当生长停止时， 其最外层的面网便表现为实际晶面。
意义： 解释：
➊ 晶体自发地长成面平、棱直的
规则的凸几何多面体；(晶体的自限性)
➋ 矿物晶体的环带构造；
➌ 同种矿物的不同晶体对应晶面之间 的夹角不变；(面角守恒定律)
➍ 生长锥或砂钟状构造。
注意： 实际晶体生长并非完全按照 二维生长机制进行，往往一层未长完 另一层又开始生长。
(过饱和度或过冷却度低时)
这意味着，即使是在溶液的过饱和度很低
的情况下，晶体仍可以按螺旋生长机理 而不断地生长。
➋ 晶体按螺旋生长模型生长最终会 在晶面上形成各种各样的螺旋纹。
三、布拉维法则
晶体上的实际晶面 平行于对应空间格子中 面网密度大的面网，且面网密度越大， 相应晶面的重要性也越大。
注意：
➊ 晶面的重要性， 可由晶面本身的大小， 在各个晶体上出现的频数， 以及是否平行于解理面等来衡量。
2-2.2晶体生长理论部分全解
3．由固相直接转为固相
环境的变化可以引起矿物的成分在固态情况下产生改组， 使原矿物的颗粒变大或生成新的矿物。这种再结晶可有以下 几种情况： 1）同质多象转变 某种晶体在热力学条件改变时，转变为另一种在新条件 下稳定的晶体，它们在转变前后的成分相同，但晶体结构不 同。 2） 原矿物晶粒逐渐变大 如由细粒方解石组成的石灰石与岩浆接触时，受热结晶成 为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。 3）固溶体分解 在一定温度下固熔体可以分解成为几种独立的矿物。 如由一定比例的闪锌矿和黄铜矿在高温时组成为均一相的固 熔体，而在低温时就分离为两种独立的矿物。
第一篇 矿物通论
适用专业：矿物加工工程
3）轴角 各晶轴之间有一定的夹角关系，结晶学中规定两个晶 轴正端的夹角称为轴角，分别用α、β、γ表示。
在三晶轴定向中
α=y∧z轴 β= z轴∧ x轴， γ= x轴∧ y轴
在四晶轴定向中
α = β= y轴∧ z轴= z轴∧ x轴= μ轴∧ z轴=90°
γ= x轴∧ y轴= y轴∧ μ轴= μ轴∧ x轴=120 °
工艺矿物学Ⅰ
第一篇 矿物通论
适用专业：矿物加工工程
层生长的特点
1．晶体常生长成面平、棱直的多面体形态。 2．在晶体生长过程中，环境会有变化，不同时刻生成的晶体 在物理性质和成分等方面可能有细微的变化，因而在晶体的 端面上常常可以看到带状构造，晶面是平行向外推移生长的。 3．由于晶面是平行向外推移生长的，所以同种矿物不同晶体 上对应晶面间的夹角不变。 4．晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体 中心为顶点的锥状体，称为生长锥。
理想晶体的生长过程
在晶芽的基础上，落入质点根据引力大小落在相应位
置，长完一条行列再长相邻的行列，长满一层面网再长相 邻的面网，整个面网成层向外平移。 当晶体停止生长时，其最外层的面网就是实际晶面。 每两个相邻面网相交的公共行列就是实际晶棱。 整个晶体被晶面包围，形成占有一定空间的封闭几何多 面体形态，表现出晶体的 自限性。
矿石的晶体学和晶体生长机制
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温度：影响晶体的生长速度和结晶度
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压力：影响晶体的生长速度和结晶度
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溶液浓度：影响晶体的生长速度和结晶度
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杂质：影响晶体的生长速度和结晶度
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晶体生长环境：影响晶体的生长速度和结晶度
矿石的晶体生长实验研究方法
04
实验设备与技术
实验设备：包括显微镜、电子显微镜、X射线衍射仪等
矿石的晶体学和晶体生长机制
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汇报人：
目录
矿石的晶体学基础
矿石的晶体生长机制
矿石的晶体生长影响因素
矿石的晶体生长实验研究方法
矿石的晶体生长应用与前景
矿石的晶体学基础
01
晶体定义与分类
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晶体：具有规则几何形状和周期性结构的固体
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晶体分类：单晶、多晶、准晶、非晶
添加标题
单晶：由一个晶胞组成的晶体
技术方法：包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等
实验步骤：包括样品制备、实验操作、数据分析等
实验结果：包括晶体生长速度、晶体形态、晶体结构等
实验过程与操作
实验材料准备：选择合适的矿石样品，准备实验仪器和设备
01
02
实验步骤：按照实验方案进行，包括样品处理、晶体生长、观察和记录等步骤
实验结果分析：对实验结果进行分析，得出结论
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多晶：由多个晶胞组成的晶体
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准晶：具有非周期性结构的晶体
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非晶：没有规则几何形状和周Hale Waihona Puke 性结构的固体晶体结构与性质
晶体结构与性质的关系：矿石的晶体结构与其性质密切相关，不同的晶体结构具有不同的性质
结晶学及矿物学 课程主要内容串讲
结晶学及矿物学课程主要内容串讲----2a58853e-6eba-11ec-9d47-7cb59b590d7d结晶学及矿物学课程主要内容串讲结晶学一、晶体及晶体的本质1.了解晶体的基本性质和概念（如对称性、各向异性和其他性质）2、空间格子、相当点的概念及具体应用分析、相当点的选取、空间格子要素3、晶胞的概念4.布拉维晶体生长定律二、晶体的测量及投影应用面角守恒定律，晶面投影，单纯形投影对称要素（对称轴、对称面、对称中心）的投影了解投影中以基圆、直径和大圆弧表示的对称元素，掌握模型中对称元素和晶体平面的极赤平投影方法。
三、晶体的对称分类体系1.晶体对称性和晶体对称定律2、对称要素及其组合规律：晶体的定向规则对称国际符号写作要领3、对称分类体系及其特点：230种空间群、32点群、3个晶族、7个晶系对称型的全面符号、国际符号及其判读各晶系晶体常数特点及其判别四、单形与聚形的概念、聚形分析1.类型、几何单态和结晶单态2、各晶系常见的单形、单形符号、特殊晶面与结晶轴之间的关系等3、聚形的概念、单形相聚的原则、各晶系聚形分析4、同种几何单形在不同对称型中出现的情况五、晶体的规则连续生长：双晶、双晶元素、双晶类型和双晶定律六、晶体的内部对称要素种类及表示方法、如3132414243等。
公共空间群国际符号的意义七、最紧密堆积方式、配位数及配位多面体鲍林定律1、2和3的具体应用分析和典型结构分析八、类质同像的概念、表示方法、及其影响条件、同质多像与多型的概念晶变或型变、有序-无序的概念9、五定律：表面角守恒定律、晶体对称性和对称性定律、整数定律、晶体能带定律布拉维晶面发育定律（布拉维法则）八种符号：点群（对称型）符号、点群国际符号、空间群国际符号、点阵型符号、晶体表面符号、单纯形符号、晶体边缘或晶体带符号、多类型符号10。
一些重要图表的应用1矿物学矿物通论1.阐明矿物的概念和化学成分，了解矿物中“水”的类型，矿物晶体化学式的书写原理和内容义，学会矿物晶体化学式的计算方法。
结晶学 第二章 晶体生长简介
第二章 晶体生长简介
一、成核
成核是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶 芽，这一相变过程中体系自由能的变化为： ΔG=ΔGv+ΔGs 式中△Gv为新相形成时体自由能的变化，且△Gv＜ 0, △GS为新相形成时新相与旧相界面的表面能，且 △GS＞0。 也就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转 变为内能更小的晶体相而使体系自由能下降，另一 方面又由于增加了液 - 固界面而使体系自由能升高。
层生长过程
但是，实际晶体生长不可能达到这么理想的情况，也可能 一层还没有完全长满，另一层又开始生长了，这叫阶梯状生长， 最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层 层外推的过程。 但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有 最佳生长位置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在 这一平坦面上先生长一个质点，由此来提供最佳生长位置。这 个先生长在平坦面上的质点就相当于一个二维核，形成这个二 维核需要较大的过饱和度，但许多晶体在过饱和度很低的条件 下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差异，弗兰克 (Frank)于1949年提出了螺旋位错生长机制。
只有当ΔG ＜0时，成核过 程才能发生，因此，晶 核是否能形成，就在于 ΔGv与ΔGs的相对大小。 见图8-1: 体系自由能由升高到 降低的转变时所对应 的晶核半径值rc称为 临界半径。
思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能， 而当晶核长大后表面能小于体自由能？
结晶学与矿物学通用课件
农业等领域。
03
盐
盐是一种非金属矿物，主要由氯化钠组成。它呈白色，具有晶体光泽。
盐是人类生活和工业生产的必需品，用于制造氯碱、纯碱、金属钠等化
学品，也用作调味品和防腐剂。
05
结晶学与矿物学的应用
结晶学在材料科学中的应用
晶体结构与性能关系
结晶学研究晶体的结构及其与性能的关系，为材料科学提供了晶 体设计、合成和优化的理论基础。
矿物加工技术 矿物学原理在矿物加工技术中得到应用，如浮选、 磁选、重选等选矿方法，以及矿石的破碎、磨矿、 筛分等工艺流程。
尾矿与废弃物资源化 矿物学研究有助于尾矿和废弃物中有用矿物的回 收和资源化利用，提高资源利用效率，减少环境 污染。
结晶学与矿物学在环境保护中的意义
环境矿物材料 结晶学与矿物学指导环境矿物材料的研制与应用，如吸附 剂、催化剂、环保陶瓷等，用于环境治理与保护。
结晶学与矿物学通用课件
CONTENTS
• 结晶学基础 • 晶体的结构与对称性 • 矿物学概述 • 常见矿物及其性质 • 结晶学与矿物学的应用 • 实验与实习指导
01
结晶学基础
结晶学定义与研究内容
定义
结晶学是研究晶体生成、结构及 其性质的科学。
研究内容
结晶学的研究内容包括晶体的生 成机理、晶体的内部结构、晶体 的物理和化学性质以及晶体的应 用等方面。
化学性质
包括与酸的反应、导电性、磁性等。
矿物的分类与命名
分类
按化学成分可分为元素矿物、硫化物矿物、氧化物和氢氧化 物矿物、卤化物矿物等；按晶体结构可分为离子晶体矿物、 原子晶体矿物、分子晶体矿物等。
命名
一般采用成分+性质/颜色/产地等方式进行命名，例如石英、 方解石、金刚石等。
结晶学及矿物学讲稿
结晶学及矿物学讲稿第一章绪论第一节矿物及矿物学概述一.矿物及矿物学矿物：矿物是由天然产出且具有特定的（但一般是非固定的）化学成分和内部结晶构造的均匀固体。
通常由无机作用所形成。
例：石英、金刚石。
这一概念强调了以下几点：①它是天然产物，包括了宇宙矿物（月岩矿物、陨石矿物）。
②必为固体，例：长石、云母，自然汞（液态）除外。
③有特定的成分和结构，例：石英，SiO2。
④一般由无机作用所形成，例：长石、云母；部分为有机起源，例：石墨、方解石。
注意：煤和石油不是矿物。
矿物学：矿物学是以矿物为研究对象的一门地质基础学科。
它是研究地球物质成分的学科之一。
二.结晶学及矿物学的研究内容1.结晶学及其研究内容结晶学是研究晶体的一门科学，研究晶体的生长、形貌、内部结构及其物理性质等。
主要研究内容：①晶体生长学：研究晶体发生、成长的机理和晶体的人工合成。
②几何结晶学：研究晶体外形的几何规律。
③晶体结构和化学：研究晶体成分、结构及其关系。
④晶体物理：研究晶体物性及其产生机理。
2.矿物学研究内容①研究矿物的化学组成，例：金刚石。
②研究矿物的内部结构，例：金刚石。
③研究矿物的外表形态，例：金刚石。
④研究矿物的物理和化学性质，例：金刚石。
⑤研究矿物在地质作用过程中的形成及变化。
⑥研究矿物的应用。
3.矿物学的分支学科及其与其它学科的关系矿物学的分支学科：①成因矿物学、找矿矿物学②晶体化学③矿物物理学④应用矿物学矿物学与其它学科的关系矿物学是岩石学、矿床学的基础，是宇宙中元素存在和运动的一种基本形式（地球化学）。
此外，矿物学与地史古生物、构造地质学等均有一定的联系。
主要参考书：潘兆撸等《结晶学及矿物学》（上、下）1993。
罗古风《结晶学到论》1985。
陈武、季寿元《矿物学到论》1985。
第二节晶体、非晶质体及准晶体一. 晶体、非晶质体及准晶体的概念晶体：晶体是内部原子或离子在三维空间成周期性平移重复排列的固体。
或是具有格子构造的固体。
矿物学中的晶体生长与矿物变质学
矿物学中的晶体生长与矿物变质学矿物学是地球物理学和地质学的重要领域，它广泛地研究各种矿物的成分、结构和性质，是探究自然界中物质的构成和变化的一门重要科学。
其中，晶体生长与矿物变质学是矿物学中的两个重要分支，本文将探讨这两个分支的基本概念、应用及研究前景等方面的内容。
一、晶体生长晶体是由一定类型、大小和形状的晶粒组成的，它是矿物学研究的核心对象。
晶体生长在矿物学中具有非常重要的地位，因为它关系到矿物的一些重要性质，如晶体结构、物理和化学性质等。
晶体生长是指一个物种或多个物种之间的自发聚集，形成一个有序的结晶体。
晶体生长是矿物学中的一项重要领域，它主要分为自然晶体生长和人工晶体生长两种。
自然晶体生长是指在地球自然环境下进行的晶体生长，包括岩石、矿物和有机晶体等。
自然晶体生长的机制和方式非常复杂，需要通过地质学、矿物学、化学等多学科知识交叉研究。
人工晶体生长是指在实验室中制造出来的人工晶体，通过控制实验条件、添加反应物等手段来实现。
人工晶体生长可以广泛应用于电子、光电子、冶金、材料科学等领域，并且是制造电子材料、半导体器件等高科技产品的重要基础。
二、矿物变质学矿物变质学是研究地壳变质作用及其产生的产物和成矿机制的学科。
矿物变质作用是指在地质作用下地壳中的岩石在压力、温度、化学条件等方面发生变化的过程。
这些变化通常会对岩石中的矿物、结构和性质产生显著的影响，最终形成新的岩石类型和矿产物。
矿物变质学是研究地球深处的变质作用和岩石变化产物的成分和性质。
它主要涉及到变质产物矿物、岩石类型、成分、结构、化学组成等方面的知识和信息。
研究人员可以通过对变质环境中的岩石、矿物等进行实验室模拟和分析鉴定，揭示某种变质作用的形成机制和演化规律。
矿物变质学是一个跨学科的研究领域，其主要包括矿物学、岩石学、地球化学、地质学等学科。
在矿物变质学研究中，一些先进的技术（如SEM、XRD、EPMA等）也被广泛应用于分析岩石、矿物和矿产。
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准晶体 Quasicrystal：
Encyclopæ dia Britannica
quasicrystal, also called quasi-periodic crystal, matter formed atomically in a manner somewhere between the amorphous solids of glasses (special forms of metals and other minerals, as well as common glass) and the precise pattern of crystals. Like crystals, quasicrystals contain an ordered structure, but the patterns are subtle and do not recur at precisely regular intervorder，结晶学概念。指整体性的有序现象。 例如在一个单晶体的范围内,质点的有序分布延伸到整个晶格 的全部,亦即从整个晶体范围来看,质点的分布都是有序的。
教科书上（李胜荣，2012） 在晶体中若每种质点(黑点或圆圈)在整个图形中各自都呈现 规律的周期性重复。把周期重复的点用直线联结起来，可获 得平行四边形网格。可以想像，在三维空间，这种网格将构 成空间格子，这种在图形中贯彻始终的规律称为远程规律或 长程有序。
long-range order
McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms
long-range order (solid-state physics) A tendency for some property of atoms in a lattice (such as spin orientation or type of atom) to follow a pattern which is repeated every few unit cells.
Wikipedia A quasiperiodic crystal, or, in short, quasicrystal, is a structure that is ordered but not periodic. A quasicrystalline pattern can continuously fill all available space, but it lacks translational
准晶体 Quasicrystal：
McGraw-Hill Science & Technology Encyclopedia：
Quasicrystal：A solid with conventional crystalline
properties but exhibiting a point-group symmetry inconsistent with translational periodicity. Like crystals, quasicrystals display discrete diffraction patterns, crystallize into polyhedral forms, and have long-range orientational order, all of which indicate that their structure is not random. But the unusual symmetry and the finding that the discrete diffraction pattern does not fall on a reciprocal periodic lattice suggest a solid that is quasiperiodic. Their discovery in 1982 contradicted a long-held belief that all crystals would be periodic arrangements of atoms or molecules.
Wikipedia
The order can consist either in a full crystalline space group symmetry, or in a correlation. Depending on how the correlations decay with distance, one speaks of long-range order or short-range order.
Encyclopæ dia Britannica
Atomic positions in a crystal exhibit a property called long-range order or translational periodicity; positions repeat in space in a regular array.
symmetry（平移对称）. While crystals, according to the
classical crystallographic restriction theorem, can possess only two, three, four, and six-fold rotational symmetries, the Bragg diffraction pattern of quasicrystals shows sharp peaks with other symmetry orders, for instance five-fold.