第3章 矿物的化学成分
粘土矿物学-3(200706)
（2）变质成因的滑石岩 变质成因的滑石岩可分为两种类型，一种是镁质碳酸盐岩中 的滑石岩，另一种是滑石片岩。前者质纯，块状构造，工业价值 最大，后者含非滑石矿物较多，具片状构造，工业上利用往往需 要进行选矿。 1）.镁质碳酸盐岩中的滑石岩 主要产在太古代的菱镁矿、白云石大理岩中。如辽宁海城滑 石岩，它产于元古代辽河群的一套变质结晶片岩、片麻岩、白云 石大理岩和菱镁矿中。 滑石岩呈大小不等的扁豆体或透镜体，滑石岩体与围岩界线 不清，需根据化学分析圈定。岩体延长最大约500m，平均厚度 35m左右，最大延深约400m，岩体内常包裹着滑石化的菱镁矿 岩块及白云石大理岩的残留体。 岩石主要为块状及片状。块状滑石岩质量最佳，滑石含量可 达90％以上，其共生矿物为菱镁矿、白云石、偶尔有少量石英、 磷灰石、黄铁矿以及次生的蛇纹石、绿泥石等。
2）．区域变质的滑石岩
以四川滑石岩为例，区域地层为前震旦纪登相营下段，主要是一套硅质 条带白云岩、白云质灰岩、白云质大理岩等。地层呈S形弯曲，节理甚为发 育。滑石岩产于白云石大理岩中，呈脉状或透镜状。 滑石在岩石中的含量约为30-50％，其它共生矿物为白云石、方解石、石 英与透闪石。在地表，由于风化作用，滑石可以加富至50-70％。 滑石岩主要为片抉构造 成因，一般认为是富镁的碳酸盐在一定的温度压力条件下与Si02反应生 成的：
3.3 叶蜡石岩 叶蜡石也和滑石相似，很少有人想到它在沉积岩中也能形 成。1984年方邺森等人在江苏丹徒县发现并证实叶蜡石不仅可以 在沉积岩中形成，而且可以形成有重要工业价值的粘土矿产 （1）沉积成因的叶蜡石岩 据南京大学方邺森报导，江苏丹徒十里长山一带泥盆纪五通 组砂岩中，约有5—9层叶蜡石岩，厚薄不等，最厚可达4.75m， 最薄约0.7m.。 叶蜡石岩呈青、灰、白、黑等色，在风化带为具可塑性的粘 土，手感滑润，偏光显微镜下呈鳞片状集合体，干涉色可达二级。 叶蜡石在岩石中的含量可达60％左右，其它矿物为高岭石、石英 及白云母。
矿物
(2)解理：矿物受力后沿一定方向规则裂开
成光滑面的性质叫解理。裂开面称解理面。云 母一个方向，方解石三个方向。 极完全解理：云母； 完全解理：方解石、方铅矿 中等解理：长石； 不完全解理：磷灰石
(3)断口：受力后不沿一定方向裂开，而
破裂成不规则的破裂面。解理不完全，则断
口愈显著。 贝壳状断口－石英； 参差状断口－黄铁矿； 平坦状断口－块状高岭土。
葡萄状、肾状、结核状：不规则者称结核状， 有时有同心层或放射状。葡萄状、肾状具同心 或放射状。磷质结核，磷灰石和黄铁矿结核可 以是微细晶粒。 粉末状集合体、被膜状、皮壳状：一种矿物 覆盖在其它矿物或岩石表面呈粉末状散布或薄 层、较厚层壳状产出者。
分泌体：在形状不规则或球状空洞中，胶体或晶质矿 物由洞壁向中心逐层沉淀填充而成。晶腺--直径>1cm； 杏仁体--直径<1mm。在晶腺中常见到周期性扩散沉淀 形成的环带，如由SiO2形成的玛瑙，其中常有空腔，空 腔中有时长有晶簇。
3．颜色与条痕：矿物吸引了白光中某种波长的色光后 (黄，绿，红)所表现出来的互补色；对各种色光吸收均 匀，即黑色或灰色；基本上都不吸收即白色。赤铁矿 (红)。 矿物的颜色是由其化学成分和结构特征决定的，固定 不变的，是重要鉴定标志。但是，外来原因可使颜色不 固定， 如纯净的石英为无色，由于混有杂质等原因出 现各种颜色。 条痕是矿物粉末的颜色。它对于基些金属矿物具有重 要的鉴定意义。如赤铁矿有赤红、铁黑或钢灰者，但其 条痕则总为樱红色。比较稳定。透明矿物的条痕都是近 白色，无鉴定意义。
由于生长条件不好，多数晶体的晶面发育不完整，
或很不完整，从而形成外形不规则的晶粒(晶体)。晶粒 大小不一，较粗的用肉眼或放大镜就可以看出来，岩 石中微细的晶粒则要通过显微镜才能分辨出来。
3第三讲矿物的化学成分和分类
如石英SiO2、方解石Ca［CO3］、白云母K｛Al2
［(Si3Al)O10 ](OH)2｝，铁闪锌矿(Zn,Fe)S。 (2) 对复化合物，阳离子按碱性由强至弱、价态从低 到高的顺序排列。 如白云石CaMg［CO3］2、磁铁矿FeFe2O4。
(3) 附加阴离子通常写在阴离子或络阴离子之后。
非化学计量——成分标型：
含金石英脉中黄铁矿(FeS2)， Fe/(S+As)>0.500，——形成深度小； Fe/(S+As)<0.500，——成矿深度大 (Н о в г о р о д о в а ，М ．И ．等，1980)。—— 判断剥蚀程度。
五、胶体矿物的化学成分特点
1、胶体与胶体矿物 一种或多种粒径介于1－100nm之间的物质微粒（分散质） 分散在另一种物质（分散媒）中形成的不均匀细分散体系，称 为胶体。分散媒多于分散质的胶体称胶溶体；反之称胶凝体。 胶体矿物一般是以水为分散媒、以固相为分散质的水胶凝 体，属非晶质或隐晶质矿物。如蛋白石（SiO2 . nH2O）。 胶体矿物经过长时间，转变为隐晶质的，或继续转变为显 晶质的，叫做胶体的老化。 2、胶体矿物的特殊性质 （1) 胶体矿物的比表面积极大，表面张力也极大，其形态 多为球形或半球形。 （2）分散质和分散媒的量比不固定，可发生老化。 （3）易吸附其他物质。
蛭石 （ Mg,C a） 0.34.5(H 2O)n { Mg3 (SiO1 0)( OH )2 }
层间 水 Interla yer water
H2 O
层间 域
110℃
层间 域缩 小 可再 吸附
写入
胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。
说明
1）单矿物的化学全分析数据中，H2O-称为负水，通 常意指不参加晶格的吸附水，当样品烘干到110度之 前即全部逸出：而正水H2O+系指参加晶格的结构水或 结晶水，其失水温度通常高于110度 2）有些参加晶格的的层间水、沸石水及部分结晶水 在低于110度也可逸出晶格，故分析时应以特殊方法 处理样品中的水。
第三章 熟料的组成
KH实际上表示了熟料中C3S与C2S百分含量的 比例。KH越大，则硅酸盐矿物中的C3S的比例 越高，熟料强度越好，故提高KH有利于提高 水泥熟料质量。但KH过高，熟料煅烧困难， 必须提高煅烧温度，延长煅烧时间，否则会出 现f-CaO，同时窑的产量低，热耗高，窑衬工 作条件恶化。 为使熟料顺利形成，不致因过多的游离石灰而 影响熟料的质量，通常，在工厂条件下，石灰 饱和系数一般控制在0.82~0.96之间。 值得一提的是，各国用于控制石灰含量的率值 公式有所不同，常见的有： 水硬率HM，石灰标准值KSt，李和派克石灰 饱和系数LSF。
KH
C3 S 0.8837C2 S C3 S 1.3256C2 S
从上式中可知： 当C3S=0时，KH=0.667，这时，熟料中只有 C2S，C3A，C4AF而无C3S； 当C2S=0时,KH=1，此时，熟料中无C2S，只 有C3S,C3A,C4AF。 所以KH值介于0.667~1.0之间。
CaO CaO游 1.65 Al2O3 0.35Fe2O3 0.7 SO3 2.8( SiO2 SiO2 游 )
KH
KH
CaO CaO游 1.1 Al2O3 0.7 Fe2O3 0.7 SO3 2.8( SiO2 SiO2 游 )
石灰饱和系数与矿物组成的关系可用下式表示：
四.熟料矿物组成的计算
（一）石灰饱和系数法 （二）鲍格法（代数法） （三）熟料真实矿物组成与计算矿物组 成的差异 1.固溶体的影响 2.冷却条件的影响 3.碱和其他微组分的影响
思考题
1.推导石灰饱和系数KH公式？ 2.KH过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样 的影响？ 3. SM过低和过高将会对熟料质量、窑的操作产生怎样 的影响？ 4 .下列水泥是什么品种的水泥？ A. 91.5%熟料，5%石灰石，3.5%石膏; B. 91%熟料，5%矿渣，4%石膏; C. 96%熟料，4%石膏; D. 82%熟料，15%矿渣，3%石膏; E. 81.5%熟料，5%窑灰，10%火山灰，3.5%石 膏;
《沉积岩石学》第三章 碎屑岩的成分
表3—8 化学成分与粒度的关系（引自裴蒂庄，1975）
组成 SiO2 TiO2
AL2O3 氧化铁 MgO
CaO Na2O K2O
细砂 71.15 0.50 10.16 3.72 1.66 3.65 0.86 2.20
粉砂 61.24 0.85 13.30 3.94 3.31 5.11 1.32 2.33
镇川1井，h8，黑云母受压变形 100倍
3、重矿物
指碎屑岩中比重大于2.86的矿物。
在岩石中含量很少，一般<1%，主要分布在在0.25～ 0.05mm的粒级范围内（细砂—粗粉砂岩） 根据风化稳定性
稳定重矿物
电气石、锆英石、金红石、石榴石、榍石、磁 铁矿 等
不稳定重矿物
重晶石、磷灰石、绿帘石、黄铁矿等
长石砂岩中，砾岩、粉砂岩中含量较少。
（2）来源：主要来自花岗岩、花岗片麻岩 （3）长石大量出现的有利因素：
地壳运动比较剧烈，地形高差大，气候干燥， 物理风化作用为主，搬运距离近，快速堆积。
（4）稳定性：钾长石>钠长石>钙长石；正长石>微 斜长石。
长石
斜长石,白云石胶结,细砂岩,东濮,100(+)
锆石,石榴石,角闪石
各类岩石的轻重矿物组合
母岩 花岗岩 花岗闪长岩 安山岩和玄武
岩 橄榄岩和辉长
岩 变质岩
沉积岩
重矿物 轻矿物 重矿物 轻矿物 重矿物 轻矿物 重矿物 轻矿物
重矿物
轻矿物
矿物组合（包括部分岩屑） 锆石 金红石 榍石 磷灰石 黑云母 石英 正长石 微斜长石 酸性斜长石
辉石 角闪石 安山岩或玄武岩岩屑 中性和基性斜长石
碎屑岩的成分可以用其所含的矿物成分表示，也可用化学成 分表示。
矿物学概论
B、异价类质同象：相代替的离子电价不同。
如钠长石Na[AlSi3O8]、钙长石Ca[Al2Si2O8]类质 同象系列中，Na＋与Ca2＋，Al3＋与Si4＋各相互代 替的离子电价不等，为保持电价平衡，常以成 对方式置换的，即Na＋＋Si4＋= Ca2＋+Al3＋。
类质同象代替的条件
⑤结构水：以H＋、（OH）－、（H3O）＋等离子形式存在 于矿物晶格中的水。如高岭石Al4[Si4O10](OH)8 。数量和 失水温度固定，结构水与其它离子间的联结相当牢固，在 高温下（300～600℃）才可失去，随之晶体结构瓦解。
二、矿物的同质多象
同质多象是指同种化学成分的物质，在不同的物理
有些同质多象变体间的差异很小，如α－石英和β－石英， 晶体结构基本一样，仅Si－O－Si键角略有差异，前者为 137°，后者为150°，后者键角大，形成温度较高。
同质多象各变体都有一定的形成和稳定的范围，当 物理化学条件发生改变并超过一定程度时，就会发 生同质多象转变。
同质多象转变类型有两种： ⑴双变性转变（可逆性的），如α－石英加热到
晶习性大致可分为以下三类。
⑴一向延伸：其晶体常数a≌b<<c，晶体沿 一个方向发展，呈针状、柱状、纤维状等。
⑵二向延伸：其晶体常数a≌b>>c，晶体沿 两个方向发展，呈板状、片状、鳞片状等。
⑶三向延伸：其晶体常数a≌b≌c，晶体在三维空间发育 程度相等或近似相等，常呈等轴状、粒状等。等轴晶系 的矿物，其单体形态常呈粒状。
③相互置换的离子总电价要相等。才能保证电价
平衡，不至于破坏晶体结构。使电价平衡的置换方式 见P70。
④环境因素（包括温度、压力、pH、组分浓度、氧
《岩石学的》第3章-基性、超基性岩类
2、火山岩
• 超基性火山岩以苦橄岩为代表，按化学成 分进一步划分为：
• 苦橄岩：MgO＞18%，Na2O+K2O＞1%； • 麦美奇岩：MgO＞18%，Na2O+K2O＜1%
TiO2＞1%； • 科马提岩：MgO＞18%，Na2O+K2O＜1%
TiO2＜1%。
• 苦橄岩：成分相当于侵入岩中的辉橄岩， 呈黑绿-黑色，隐晶质结构、斑状结构、 玻基斑状结构，斑晶常见溶蚀或溶蚀麻
• (4) 矿物成分： • • 主要矿物：斜长石+辉石 （1:1） • • 次要矿物：橄榄石，角闪石，黑云母 • 副矿物：磁铁矿，钛铁矿，铬铁矿等
特点1：矿物颗粒细小并相近 2：矿物之间直线状接触
۞地幔交代结构：主要表现为金云母、角 闪石、斜方辉石或单斜辉石沿早结晶的
橄榄石、辉石等颗粒之间充填交代或呈 脉状穿插交代。
纯橄岩中的等 粒结构—亏损 地幔岩
金云母沿橄榄石颗 粒之间充填 交代
• 超基性侵入岩和地幔岩最常见的构造是 块状构造、有时见流动构造、带状构造 页理构造等等。
• 科马提岩：是一种富镁（MgO＞18%） 的超基性熔岩。玻基斑状结构。常见枕 状构造、具冷凝的流动顶盖，通常显示 发育良好的鬣刺构造。
• 岩石中的橄榄石和辉石常呈细长的中空 骸晶，其边部呈锯齿状彼此交生，状似 丛生的鬣刺草——鬣刺构造
• 苦橄玄武岩是一种向基性过渡的超基性 熔岩。
科马提岩的鬣刺结构
点结构，基质为微晶结构。主要矿物为 贵橄榄石（50-75%）、辉石、有时见少 量的褐色角闪石和基性斜长石。
• 玻基辉橄岩：灰黑-黑色富玻璃质岩石， 玻基斑状结构，块状构造、杏仁状构造。 斑晶为普通辉石和橄榄石，辉石斑晶呈 自形，多具环带结构。
高考化学 第3章(属及其化合物)第4节 用途广泛的属材料 属矿
冠夺市安全阳光实验学校考点二 金属材料与金属矿物的开发和利用李仕才1．合金(1)概念：合金是指由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。
(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。
①熔点：一般比它的各成分金属的低；②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。
2．常见金属材料(1)重要的黑色金属材料——钢 钢铁是用量最大、用途最广的合金。
钢⎩⎪⎨⎪⎧碳素钢⎩⎪⎨⎪⎧低碳钢：韧性、焊接性好，强度低中碳钢：强度高，韧性及加工性好高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好合金钢：具有各种不同的优良性能，常见的有不锈 钢及各种特种钢(2)几种有色金属材料3．金属在自然界中的存在形式金、铂等化学性质不活泼的金属，在自然界以游离态存在；化学性质较活泼的金属在自然界中以化合态存在。
4．金属冶炼的一般步骤(1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。
(2)冶炼：利用氧化还原反应，用还原剂把金属矿石中的金属从化合态还原为游离态。
(3)精炼：提纯金属。
5．金属冶炼方法(1)热分解法(适用于Hg 、Ag 等不活泼金属)例如：2HgO=====△2Hg ＋O 2↑，2Ag 2O=====△4Ag ＋O 2↑。
用热分解冶炼法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。
(2)热还原法(适用于Zn 、Cu 等中等活泼金属)①焦炭还原法：C 还原ZnO 、CuO ，其化学方程式依次为C ＋2ZnO=====△2Zn ＋CO 2↑，C ＋2CuO=====△2Cu ＋CO 2↑。
②一氧化碳还原法：CO 还原Fe 2O 3、CuO ，其化学方程式依次为3CO ＋Fe 2O 3=====高温2Fe ＋3CO 2，CO ＋CuO=====△Cu ＋CO 2。
③氢气还原法：H 2还原WO 3、Fe 3O 4，其化学方程式依次为3H 2＋WO 3=====△W ＋3H 2O ，4H 2＋Fe 3O 4=====△3Fe ＋4H 2O 。
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第3章矿物的化学成分
内容提要：本章介绍矿物化学成分的类型、胶体矿物、矿物中的水及矿物的化学式等。
学习目标：了解矿物的化学成分类型，熟悉引起矿物化学成分变化的主要影响因素；掌握矿物中水的存在形式和矿物结构式的含义。
学习建议：
1、本章中介绍的矿物中的水和胶体吸附都是影响矿物化学成分
变化的因素，但胶体吸附不改变矿物化学式的写法，注意二者
的区别。
2、类质同象虽然放在上一章讲，但它是影响矿物化学成分变化的
另一重要因素。
3、本章建议学时：3-4学时
§3-1 矿物的化学成分类型
自然界的矿物，就其化学组成来说，可以分为单质和化合物两大类。
1 单质
由同种元素的原子自相结合组成的矿物，称为单质矿物，即自然元素矿物，如自然金Au、自然铜Cu、金刚石C等。
2 化合物
由两种或两种以上不同元素的离子或络阴离子等组成的矿物，称为化合物矿物，化合物按其组成特点又分为：
(1)简单化合物
(2)络合物
(3)复化合物胶体矿物
3 胶体矿物的概念
1.1 胶体
胶体是一种物质的微粒(粒径100-l0000μm)分散于另一种物质之中所形成的均匀的细分散系。
前种物质称为分散相(或分散质)，后种物质称为分散媒(或分散介质)。
在胶体分散体系中，当分散媒远多于分散相时，称为胶溶体，而当分散相远多于分散媒时，称为胶凝体。
胶体矿物一般分为水胶凝体和结晶胶溶体两类，矿物学中通常所说的胶体矿物是指前者。
水胶凝体－由水胶溶体凝结而成，其分散媒是水，分散相是固态的微粒，如蛋白石(SiO2·nH2O)，当它进一步失水（称晶化或老化）则变为隐晶质石髓(SiO2)。
1.2 胶体矿物
胶体矿物中微粒的排列和分布是不规则和不均匀的，外形上不能自发地形成规则的几何多面体。
4 胶体的吸附作用
2.1 胶体的双电层结构
2.2 胶体吸附的特点
胶体的选择吸附，是指胶粒在不同溶液中仅能吸附某些与胶粒电荷相反的离子，而对其他物质吸附很少或完全不吸附。
负胶体吸附介质中的阳离子，如MnO2负胶体可以吸附Cu+、Pb2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、K+、Li+等40余种阳离子。
正胶体吸附介质中的阴离子，如Fe(OH)3正胶体能吸附V、P、As、Cr等元素的络阴离子。
胶体对离子吸附的选择性，还表现在对一些离子吸附的难易程度不同，进而表现为被吸附离子之间的交换。
金属阳离子置换能力按下列顺序递减(其中H+是例外的)：
H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+
5 胶体矿物的形成
自然界中，胶体矿物除少数形成于热液作用及火山作用外，绝大部分形成于表生作用中，经历两个阶段：
形成胶体溶液；胶体溶液的凝聚。
§3-2 矿物中的水
1 吸附水
吸附水以中性水分子(H2O)存在，不参与组成矿物的晶体结构，其含量变化很大，如蛋白石SiO2·nH2O(n表示水分子含量不固定)。
2 结晶水
结晶水以中性水分子存在于矿物中，结晶水分子的数量与矿物中其他组分的含量成简单的比例关系。
如石膏CaSO4·2H2O、胆矾CuSO4·5H2O等。
由于受到晶格的束缚，要使它从晶格中释放出来，就需要有较高的温度，但一般不超过600℃，通常为100-200℃。
3 结构水
结构水也称化合水。
是以(OH)-、H+或(H3O)+离子的形式参加矿物晶格的水。
如滑石(Mg3[Si4O10](OH)2)、高岭石(Al4[Si4O10](OH)3)。
结构水在晶格中占有固定的位置，具有确定的含量比。
需要较高的温度(大约在600-1000℃之间)才能溢出。
4 沸石水
沸石水是存在于沸石族矿物中的中性水分子。
沸石族矿物，当加热至80-400℃范围内，水即大量溢出，失水后原矿物的晶格不发生变化，失水后的沸石仍能重新吸水，恢复原有的物理性质。
5 层间水
层间水是存在于某些层状结构硅酸盐的结构层之间的中性水分子。
它参与矿物晶格的构成，但数量可在相当大的范围内变动，具有一定的吸附水性质。
研究水在矿物中存在形式的最好方法是差热分析法。
同时，也可用红外吸收光谱、X射线衍射等配合进行。
§3-3 矿物的化学式
将矿物的化学成分用元素符号按一定原则表示出来，就构成了矿物的化学式。
它是以单矿物的化学全分析所得各组分的相对石分含量为基础计算出来的。
其表示方法有两种，即实验式和结构式(晶体化学式)。
1 实验式
只表示矿物化学成分中各组分数量比的化学式，称为实验式。
实验式不能反映出矿物中各组分之间的相互结合关系。
2 结构式(或称晶体化学式)
是一种既能表明矿物中各组分的种类及其数量比，又能表明各组分在晶体结构中的相互关系的化学式。
3 结构式计算
结构式计算最常用的是以氧原子数为基准的氧原子计算法。
如下表举例：。