非金属矿分类课件.ppt

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1、非金属矿的分类,一、按用途分类,（1）主要用作建筑材料的非金属矿 石灰石、石膏、石英、花岗岩、白云石。（2）主要用作耐火材料的非金属矿物 三石（蓝晶石、红柱石、硅线石）、菱镁矿、锆英石、铝矾土。（3）主要用作陶瓷的非金属矿 高岭土、长石、透辉石、蛇纹石、滑石。（4）主要用作化学工业原料的非金属矿物 萤石、明矾石、磷矿、钾矿、硫矿。,一、按用途分类,（5）主要用作机电工业的非金属矿物：石棉、石墨、云母、金刚石、刚玉。（6）主要用作粉体填料和工业助剂的非金属矿物：滑石、沸石、膨润土、硅藻土。（7）宝石：宝石、玉石、彩石通常指色彩绚丽、光泽灿烂、坚固耐磨、质地细腻或具有某些特殊的结构构造和色彩的矿物

2、或岩石。钻石、蓝宝石、红宝石、祖母绿。,二、按化学组成分类按化学组成分类根据晶体化学分类根据地球化学分类,1、卤素化合物,组成：卤素化合物的阳离子主要是属于惰性气体型的钾、钠、钙、镁、铝等元素。还有部分是属于铜型离子的银、铜、铅、汞等元素组成的卤素化合物，它们在自然界中则极为少见。最主要的矿物：萤石、冰晶石（Na3AlF6）、食盐、钾盐、光卤石(KMgCl36H2O).问题：冰晶石的主要用途是什么？,物理性质：卤素化合物的物理性质与它们的组成成分、晶体结构有密切的关系。在惰性气体型离子所组成的典型的离子键的矿物中，所表现的物理性质，一般为透明无色、玻璃光泽、密度小、导电性差。其中氯化物和溴化物

3、、碘化物均易溶于水。而在铜型离子所组成的、存在有共价键的矿物中，则一般为浅色，透明度降低、金刚光泽、密度大、导电性增强，并具有延展性。,二、氧化物与氢氧化物,这类矿物的种类约在200种左右。l化学成分：阴离子O2和(OH)，与阴离子化合的阳离子的元素则达40种左右。最主要的有硅、铝、铁、锰、钛、铬、铌、钽、锡、铀等。l晶体化学特征 在本大类矿物的晶体结构中，阴离子O2和(OH)具有几乎相同的离子半径，它们分别为1.32和1.33。,2、氧化物与氢氧化物,在晶体结构中它们一般按六方最紧密堆积，而阳离子则充填于四面体和八面体空隙中，因此阳离子的配位数主要是4和6。但是由于氧化物在成分上和结构上的复

4、杂化所引起的配位数的变化，也并非罕见。如赤铜矿中铜离子的配位数是2。钙钛矿中钙离子的配位数为12。至于氧化物和氢氧化物的键型，一般以离子键为主。如刚玉、方镁石等。但方锑矿（Sb2O3;）属于共价键，而水镁石层内为离子键，层间为共价键。,2、氧化物与氢氧化物,物理性质：在本大类矿物的物理性质中，以硬度最为突出，一般在5.5以上，而石英、尖晶石、刚玉则一次为7、8、9，达到了仅次于金刚石的各级硬度。从成分类似的的氧化铝和氢氧化铝矿物来看，不难看出，OH-的参加导致晶体结构的改变，从而引起硬度的变化。,2、氧化物与氢氧化物,主要矿物:刚玉（Al2O3)、金红石（TiO2）板钛矿（TiO2）、锐钛矿(

5、TiO2)石英(SiO2)、尖晶石(MgAl2O4)水镁石(Mg(OH)2)、三水铝石（Al2O33H2O)一水铝石(Al2O3H2O)。作业：金红石、锐钛矿、板钛矿组成、结构、性能、用途等方面有何区别？,3、硝酸盐,硝酸盐 自然界中以硝酸盐矿物成矿的很少，钾硝石KNO3、钠硝石NaNO3、钙硝石CaNO324H2O、毛青铜矿Cu19NO32(OH)32Cl 3H2O。问题：为什么自然界中的硝酸盐矿物很少？,4、碳酸盐,碳酸盐 碳酸盐是金属阳离子和碳酸根化合而成的盐类矿物。碳酸盐类矿物约有95种，方解石和白云石最为常见。A：无附加阴离子的无水碳酸盐，主要阳离子为Ca2+、Mg2+、Fe2+、M

6、n2+、Zn2+、Pb2+（白铅矿）。B：具有附加阴离子的无水碳酸盐，主要有Cu2+、TR3+、Ca2+,其次为Bi3+、Pb2+、Zn2+。而附加阴离子以(OH)-为主，形成所谓的基性盐，如孔雀石Cu2(CO3)(OH)2，其次是F、O2、Cl，如氟碳铈矿(Ce,La)CO32F。,4、碳酸盐,C：无附加阴离子的含水碳酸盐，主要阳离子为Na+其次为Ca2+，而其他阳离子所形成的矿物相当少。并且形成所谓的酸性盐，如天然碱：Na3HCO3 22H2O。D：具有附加阴离子的含水碳酸盐，阳离子为Mg2+、其次为Fe3+、Al3+、Ni2+、Cr3+。形成的碳酸盐几乎均为基性盐，如翠镍矿Ni3CO3(

7、OH)44H2O。E：含铀碳酸盐,4、主要的碳酸盐矿物,方解石：矿物名，化学组成为CaCO3。大理岩：俗称大理石，变质岩之一，因盛产于我国云南大理而得名。是石灰岩或白云岩受接触或区域变质作用而重结晶的产物。主要成分为方解石。汉白玉：颜色洁白的细粒大理岩，质地坚硬，是高档建筑材料。（变质岩：地壳中先成的火成岩或沉积岩受变质作用的影响而变成的岩石）,4、主要的碳酸盐矿物,冰洲石：无色透明的方解石。石灰岩：以方解石为主要成分的碳酸盐岩。白 垩：白色疏松土状石灰岩。菱镁矿：MgCO3菱铁矿：FeCO3菱锰矿：MnCO3作业：石灰岩如何形成的，石灰岩的主要用途有哪些？,5、硫酸盐,硫酸盐是金属阳离子和硫

8、酸根化合而成的盐类矿物。由于硫是一种变价元素，并在自然界中以不同的价态形成不同的矿物。它既可以中性原子S0出现为自然元素，又以阴离子形式S2和S22出现形成单硫化物和对硫化物，最后，它以最高的价态与四个O2-结合成为硫酸根，再与金属阳离子化合为硫酸盐。硫酸盐类矿物约有170余种。,5、硫酸盐,A：无附加阴离子的无水硫酸盐，主要阳离子为Ca2+、Ba2+、Sr2+、Pb2+（铅矾）、Na+(无水芒硝Na2SO4)。B：具有附加阴离子的无水硫酸盐，主要有Cu2+、Fe3+、Pb2+、Al3+以及K、Na+前四种阳离子往往形成不稳定硫酸盐,易溶于水。K和Na与上述阳离子组成复盐或更复杂的盐类，如明矾

9、石KAl3SO42(OH)6。附加阴离子以（OH）-为主，形成所谓的基性盐。,芒硝,化学成分Na2SO410H2O.单斜晶系.单晶体呈柱状、粒状、针状或皮壳状。无色透明，有时带有黄或绿色，玻璃光泽，味苦。产于盐湖中。用于制造玻璃或者苏打。中医学上称其粗制品为皮硝，精制品为芒硝。如与萝卜同煮，过滤放冷，再结晶而得者，称为玄明粉或元明粉；置空气中或高温干燥失去结晶状态者称为风化硝。三者效用基本相同，主治胃肠实热积滞，大便燥结、痰热壅积等症；外用治疗肠痈、乳痈初起、痔疮等。,5、硫酸盐,C：无附加阴离子的含水硫酸盐，主要阳离子为Mg2+、Ca2+、K+、Na+其次为Fe2+、以及Cu2+、Fe3+、

10、Ni2+、Al3+等，如石膏。D：具有附加阴离子的含水硫酸盐，主要阳离子为Al3+、Mg2+、其次为K+、Fe3+、Fe2+、Na+等，附加阴离子有Cl、OH。如钾盐镁矾KMgSO4Cl3H2O,5、硫酸盐,晶体化学特征：硫酸盐晶体结构中的基本单元是络阴离子SO42，SO42是由四个O2围绕S6而形成的四面体，空间具有等轴性，也就是三向等长的。无水硫酸盐的晶体习性之所以常呈等轴状、厚板状或短柱状出现，与此有一定关系。同时在晶体光学上它与碳酸盐和硝酸盐也表现出明显的差别，后二者折射率很高，而硫酸盐就相当低。,5、硫酸盐,物理性质：硫酸盐矿物在物理性质中最特殊的是硬度低，一般在23.5之间，还有不

11、少只有1.5，最高为4.5。硫酸盐的硬度之所以低，与大多数硫酸盐含水有关。颜色一般为白色或无色，含铁者为黄褐色或蓝绿色、含铜者为蓝绿色、含锰或钴为红色。主要矿物：硬石膏、石膏、重晶石、天青石、明矾石等。,6、硅酸盐,硅酸盐种类很多且分布极广，约占矿物种总数的四分之一，构成地壳总重量的75。它们是火成岩和变质岩的最主要的造岩矿物，并且在沉积岩中也起着显著的作用。同时，它们当中有许多是极为重要的非金属矿产，如云母、石棉、高岭石、硅灰石、蛇纹石、膨润土；同时又是一系列稀有元素的重要矿物原料，如绿柱石（元素？）、锆石等。,研究表明电荷数大而离子半径小的阳离子最容易与阴离子结合成离子对，亦最容易与氧结合

12、为复合离子团。几种常见离子的离子半径见表1。表1离子半径由表1可知，Si4+是电荷数最多、半径最小的离子，Si4+与O2-的结合力也最大，因此表6.4中的离子之间最易组成硅氧复合负离子：Si4+4O2-SiO44-,这种硅氧复合负离子(SiO4)4-俗称正硅酸离子，它是四面体结构，按其结构特点又称硅氧复合四面体或硅氧四面体。四面体的中心是Si4+，四面体的四个顶点是O2-。Si4+的四个正化合价与其周围的四个O2-的四个负化合价结合，而每个O2-的其余一个负化合价，或者与金属正离子（Ca2+、Fe2+、Mg2+等）结合，或者与其他的硅氧四面体共用成为完整的键。硅氧四面体中Si-O之间的距离为1

13、40+41=182pm，O-O之间的距离为140+140=280pm，因此硅氧四面体是硅酸盐中体积最大的离子，所以硅氧四面体是构成硅酸盐结构的基本单元，而其他的Ca2+、Mn2+、Fe2+、Mg2+等体积较小的正离子有序地排列在四面体的周围。,硅氧复合四面体结构示意图(a)-氧离子的紧密堆积；(b)-四面体示意图；(c)-四面体侧面图；(d)-四面体平面投影,依据O/Si比值不同，一个硅原子的剩余电荷数也不同，则可形成复杂程度不同的硅氧复合负离子。当O/Si比值为4时，此时一个子Si4+与四个O2-形成四个负化合价的复合负离子(SiO4)4-，(SiO4)4-与周围的金属正离子（Ca2+、Fe

14、2+、Mg2+等）结合形成一个单独单元，四面体才可以单独存在，硅氧四面体(SiO4)4-也是最简单的结构。随着O/Si比值的减小，两个以上的硅氧四面体共用顶点O2-，此时由数量不等的四面体形成的群体硅氧复合负离子越来越庞大，越来越复杂。,当O/Si比值为3.5时，两个四面体结合在一起，便形成了(Si2O7)6-，该硅氧复合离子呈双四面体结构；当O/Si比值为3.0时，三个四面体结合在一起形成了(Si3O9)6-，或者四个四面体结合在一起形成(Si4O12)8-，或者六个四面体结合在一起形成(Si6O18)12-等，这些硅氧复合离子呈环状结构。O/Si比值进一步降低时，就出现了由众多四面体聚合而

15、成的巨大的群体负离子，它们的结构也各不相同，如链状结构的(SiO3)，层状结构的(Si2O5)，骨架状的(SiO2)n等。,硅氧复合四面体结构示意图-硅原子；-氧原子,（1）岛状结构络阴离子,这种络阴离子是以单个硅氧四面体SiO44或是每两个硅氧四面体共顶组成双四面体Si2O76在结构中孤立存在，它们彼此间靠金属阳离子来连接，自身并不连接，因而呈孤立的岛状，例如镁橄榄石Mg2SiO4、钪钇石Sc2Si2O7中的络阴离子即为实例。此外，孤立四面体和双四面体还可以同时存在于同一晶体结构中，组成了两者的混合类型，例如绿帘石 Ca2(Al,Fe)3SiO4Si2O7O(OH)。,（2）环状络阴离子,包

16、括三个、四个或六个硅氧四面体所组成的封闭的环，分别称为三方环、四方环和六方环。环内每一四面体均以两个角顶分别与相邻的两个四面体相连，而环与环之间则依靠其他金属阳离子来连接。可用Si3O96、Si4O128和Si6O1812表示，蓝锥石BaTiSi3O9、斧石(Ca,Mn,Fe)3Al2Si4O12(BO3)(OH)和绿柱石Be3Al2Si6O18中的络阴离子即分别为三方环、四方环和六方环。整柱石Ca2AlBe2Si12O30晶体结构中还有一种由12个硅氧四面体构成的环状络阴离子，是由两个六方环上下相连而成的双层六方环。,（3）链状络阴离子,单链系每一硅氧四面体以两个角顶分别与两个相邻的硅氧四面

17、体连接而成的一维无限延伸的连续链,可用Si2O6n4n-来表示。双链相当于两个单链组合而成，例如角闪石中的双链，其络阴离子可以用Si4O11n6n-表示。无论是单链或双链，链之间都是通过金属阳离子相互联系的。,（3）链状络阴离子,（3）链状络阴离子,透辉石：CaMgSi2O6 透闪石：Ca2Mg5Si4O112(OH)2 硅灰石：Ca3Si3O9CaSiO3 蔷薇辉石：Mn5Si5O15 角闪石角闪石族矿物的总称，Mg、Fe、Ca、Na、Al等的硅酸盐或铝硅酸盐。成分中含有OH区别于辉石。,（4）层状结构硅酸盐,每一硅氧四面体均以三个角顶分别与相邻的三个硅氧四面体相连结，组成在二维空间内无限延

18、伸层。滑石型的硅氧四面体层是硅酸盐矿物中最常见的层状络阴离子，它可以看成是由一系列角闪石型双链相互结合而成的层。此外，还有其他形式的层状络阴离子，如水钙石结构中的层即为一例。在层状络阴离子层内的每一个硅氧四面体中，有三个角顶上的氧离子都是为相邻的两个四面体所共有的，其电荷已经达到平衡；但另一个角顶上的氧离子其电荷尚未达到平衡，处于活性状态，所以能与其他金属阳离子相结合。,（4）层状络阴离子硅酸盐,典型层状结构硅酸盐：滑 石：Mg3Si4O10(OH)2 高岭石：Al4Si4O10(OH)8蛇纹石：Mg6Si4O10(OH)8 蒙脱石:（1/2Ca,Na)0.66(Al,Mg,Fe)4(Si,A

19、l)8O20(OH)4nH2O 白云母：KAl2AlSi3O10(OH,F)2 金云母：KMg3AlSi3O10(OH,F)2 黑云母：K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH,F)2,1960年7月22日，在我国“玉石之乡”辽宁省岫岩满族自治县哈达碑镇花玉岗山上，一块重达260.76吨的巨型玉石问世，人称“玉石王”。1992年鞍山市人民政府决定将玉石王运到鞍山开发利用。至此，在大山里沉睡了32个春秋的玉石王开始了历史性的大迁徙。搬运玉石王共动用大型牵引车六辆，坦克牵引车四辆，其它各种车辆150多辆，参加运输人员400多人。沿途翻越四座大岭，跨过五条河流，通过76座桥涵，排除障碍240多处，行

20、程172公里，经过8天8夜，于1992年11月5日，正式运抵鞍山，创造了起重运输史上的奇迹。,(5)架状结构硅酸盐,每一硅氧四面体均以其全部四个角顶与相邻的四面体相连，组成在三维空间上无限扩展的骨架。此时，其中的每个氧离子都为相邻的四面体所共有，电荷已达到平衡。石英即具有这种架状结构。但在硅酸盐中，这种骨架并不表现为全部由硅氧四面体所构成，而必须有一部分的硅氧四面体被铝氧四面体(个别情况下可为铍氧四面体）等所代替，这样才能出现过剩负电荷，而成为架状络阴离子。,（5）架状结构硅酸盐,（5）硅酸盐与铝硅酸盐,硅酸盐矿物中，铝可以有两种不同的存在形式。一种是铝替代硅氧四面体中的硅，形成AlO45-四

21、面体，与SiO44-一起，参与构成络阴离子。由此组成的硅酸盐成为铝硅酸盐。此外，铝也可以以金属阳离子的形式存在，通常构成Al-O6配位八面体，少数情况下构成其他形状的的配位多面体，它们与络阴离子相结合而组成铝的硅酸盐。在一个晶体结构中，如果同时存在上述两种形式的铝时称为铝的铝硅酸盐。白云母KAl2AlSi3O10(OH)2即为一例。架状硅酸盐，除个别外，均属铝硅酸盐。,（5）典型的架状硅酸盐矿物,长石族：透长石、歪长石、正长石霞石族：霞石沸石族：方沸石、交沸石、钠沸石、钙沸石、丝光沸石、斜发沸石方柱石族：钠柱石和钙柱石白榴石族：KAlSi2O6方钠石族：方钠石、黝方石、蓝方石,（5）典型的架状

22、硅酸盐矿物,长石族长石族矿物是地壳中分布最广的矿物，约占地壳重量的50。火成岩中含长石最多，约占长石总量的60。组成长石的主要组分有四种：钾长石:KAlSi3O8 钠长石:NaAlSi3O8钙长石:CaAl2Si2O8 钡长石:BaAl2Si2O8,（5）典型的架状硅酸盐矿物,沸石族沸石是含水的架状结构硅酸盐，一般化学式可用Mx/nAlxSiyO2(x+y)WH2O来表示。其中M代表Na、Ca、K，其次有Mg、Sr、Ba等阳离子，有时会因为阳离子交换现象的发生，而出现稀土元素之类的高电价离子。n为阳离子电价，y:x在15之间变化。W的数值可大可小，视各个种别之不同而有不同，但同一种矿物也会因水

23、化状态之不同而异。,（5）典型的架状硅酸盐矿物,方沸石：NaAlSi2O6H2O菱沸石：Ca2Al4Si8O2413H2O钠沸石：Na2Al2Si3O102H2O丝光沸石：NaAlSi5O123H2O柱沸石：CaAl2Si6O166H2O斜发沸石：NaAlSi5O124H2O八面沸石：Na12Ca12Mg11Al59Si133O384235H2O,7、硅酸盐矿物的形态,岛状硅酸盐多属三向等长的粒状，如石榴子石、橄榄石等。环状硅酸盐由于环与环之间的联接力一般较强，呈柱状，如绿柱石、电气石等。链状结构的硅酸盐，呈平行于链的柱状形态，甚至可以成为纤维状，如角闪石石棉。层状硅酸盐矿物都是平行于结构层而

24、成为片状，少数成纤维状时由于结构层的卷曲所致。架状结构硅酸盐比较复杂，取决于硅氧四面体和铝氧四面体的连接方式。沸石有粒状、片状、纤维状。,8、硅酸盐矿物的解理,矿物晶体受力后常沿一定方向破裂并产生光滑平面的性质称为解理.岛状结构：无完全解理；链状结构：平行于链的柱状解理；环状结构：如有，平行于底面或柱状解理；层状结构：平行于底面的完全解理；架状结构：视其格架属于何种类型而有所不同，其完全程度也视键力情况而不同。,9、硅酸盐矿物的密度,影响密度的因素：结构的紧密程度，主要阳离子原子序数的大小。架状结构：密度较小，沸石、长石密度均小于2.8g/cm3。岛状结构：密度较大，锆石的密度大于4.0g/c

25、m3。其它介于以上两者之间：33.5g/cm3。,10、硅酸盐矿物的硬度,岛状结构：结构紧密，硬度最高，78。环状结构：与岛状大体相当。链状结构：56。层状结构：因层与层之间的联接力较弱，硬度较低，12.5.架状结构：虽然结构疏松，但硅氧四面体连接牢固。硬度56。,沉积岩,沉积岩：又称为水成岩。一种沉积在水盆地中或陆地上的物质固结而成的岩石。有层理，大多含有动植物化石，所以可以断定其地质年代。按其成因和物质成分可分为碎屑岩、粘土岩、化学和生物化学沉积岩。占地壳总体积的5%，地表分布面积的75%。所含矿产极为丰富，如煤、铁、石油、锰、铝、磷、石灰石、盐类等。,火山岩、变质岩,由火山作用形成的各种岩石的总称.包括由溢出地表熔岩流凝结的熔岩和由火山爆发作用形成的各种火山碎屑岩及次火山岩地壳中先成的火成岩或沉积岩受变质作用的影响而变成的岩石。变质岩分布广泛，前震旦纪地层都由变质岩系组成，以后各地质年代的褶皱带地层也有由变质岩组成的。实用价值高，很多金属矿产和非金属矿产都和它有密切的关系。,