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矿物的鉴定法和研究法

第六节矿物的鉴定法和研究法

迄今自然界已被确认的矿物已达3000多种，它们是组成岩石和矿石的基本单元。

通过对矿物的鉴定可以阐明各种地质体的物质组成，为岩石的分类、命名、矿产的合理开采和综合利用提供必要的依据。

同时，矿物各方面的特征并不是一成不变的，不同条件下生成的同种矿物的某些特征可能有许多差别，详细地研究它们，会有助于了解矿物的生成规律。

另一方面，在鉴别和研究矿物的过程中，还会不断发现新矿物，为充分利用矿产资源创造条件。

因此，正确地鉴定和研究矿物是地质学领域中重要的基础工作之一。

下面将鉴定矿物的一般步骤和常用的方法作简要的介绍。

一、鉴定矿物的一般步骤

（一）分选矿物

在鉴定和研究矿物的工作中，所用样品必须是新鲜和纯净的。

因此，对矿物样品要进行分选、加工和处理，以清除各种杂质和不合要求的部分。

如选样时发现有晶形完整或形态良好的矿物晶体，应细心取出以供研究晶体形态和晶体构造之用；粒度较粗的样品，可用手选，或者在放大镜和体视显微镜下挑选；若颗粒过细，手选有困难，则可根据具体情况选用不同的分离方法进行分选。

如重液分离（利用矿物相对密度的不同在重液中进行分选）、磁力分选（利用矿物磁性的不同，在磁力仪上进行分选）等。

用这些方法选出的样品，需要在显微镜下严格检查后才能使用。

（二）肉眼鉴定

是用肉眼或借助于放大镜以及某些简单的工具（如小刀、磁铁、条痕板等）对矿物的外表特征和物理性质进行观察，从而达到鉴定矿物的一种简便方法。

肉眼鉴定看似简单，但要达到快速准确，还需经过反复实践和对比，积累经验，才能熟练地掌握。

肉眼鉴定矿物是有一定局限性的，如某些特征相似的矿物、颗粒很细小的矿物和胶态矿物，往往难以鉴别，必须采用其他方法。

但是肉眼鉴定仍然是进一步鉴定和研究的基础。

因为通过肉眼鉴定，可以根据矿物的特征和研究目的，提出恰当的进行精确鉴定和研究的方法或分析项目。

因此，肉眼鉴定矿物是一个地质工作者必须具备的基本技能。

（三）简易化学分析

简易化学分析是在肉眼鉴定的基础上所采用的验证或补充鉴定方法。

它是用简单的化学分析方法，确定矿物中某种元素的存在，以达到鉴定矿物的目的。

许多矿物通过简单化学试验后就可以很快的测定矿物中所含的主要元素，甚至确定矿物名称。

但是简易化学分析不能精确测定矿物的化学成分，而且对某些矿物（如黏土类矿物）基本上不起作用。

（四）其他分析方法

用普通的方法难以鉴定的矿物，应采用其他分析方法来鉴定。

如显微镜法、电子显微镜法、X射线分析、热分析、极谱分析、光谱分析、原子吸收光谱分析、电子探针分析等等。

其中有些方法应用范围较宽，适用于很多矿物；但有些方法应用范围较窄，仅适用于某些特殊类型的矿物。

但是，各种分析方法都有其优缺点，因此必须根据研究的对象和要求的不同，选择合理、有效、经济的方法来鉴定和研究矿物。

上述鉴定矿物的步骤不是绝对的，对于某些矿物，可以超越进行，如颗粒粗大、特征显著的矿物，可以不经过分选矿物这一步骤，直接进行肉眼鉴定。

如果通过肉眼鉴定和简易化学分析后，可以准确的定出矿物名称，就不需要再作其他方法分析了。

二、常用的鉴定法和研究法

（一）简易化学试验

简易化学试验就是利用化学试剂对矿物中的主要化学成分进行检验，从而达到鉴别矿物的目的，是一种快速、灵敏的化学定性方法。

1、粉末研磨法将矿物粉末与固体试剂粉末混合在一起，使之在研磨作用下发生化学反应，根据反应后所产生的颜色来确定矿物中所含的化学元素。

常用的分解方法有两种：

（1）矿物粉末与硫酸氢钾（KHSO4）一起研磨，使被鉴定的元素成为固体试剂反应的硫酸盐；

（2）矿物粉末与氯化铵和硝酸铵的混合物（按重量，2份NH4Cl与1份NH4NO3混合而成）一起加热，使被鉴定的元素成为能起反应的氯化物。

该法设备简单，便于携带，操作方便，反应灵敏，所需时间很短，适合于野外应用，现以试磷（P）举例如下：

取磷灰石（或者磷块岩）粉末和较多的钼酸铵试剂在小瓷皿中研磨，然后加一滴浓硝酸，出现黄色，证明有磷存在，其反应式如下：

H3PO4+12（NH4）2MoO4+21HNO3——（NH4）3PO4.12MoO3+21NH4NO3+12H2O

2、斑点试验法（点滴分析）是将微量的矿物粉末溶于溶剂，如溶于水或酸中，使元素在溶液中呈离子状态，然后再加微量试剂于溶液中，根据反应后的颜色来确定某种元素是否存在。

该实验可在白瓷板上、表面玻璃上或滤纸上进行。

该法操作简便、迅速、且灵敏度较高，野外室内均可应用。

现以试铅（Pb）举例如下：

先用1:

1的HNO3，将方铅矿粉末溶解，缓缓加热促使溶解并蒸干。

然后用0.5%醋酸溶解干渣，制成溶液，加一小粒髓晶粒，出现柠檬黄色沉淀PbI2，证明有铅存在。

3、磷酸溶矿法是用磷酸把矿物溶解，根据溶液的颜色或与试剂反应后所产生的颜色，来判断矿物中存在某些元素以及这些元素的价态。

其操作步骤是：

将矿物用乳钵研成细粉，装入试管，加磷酸，在酒精灯上徐徐加热，直到矿物粉全部溶解为止。

有的元素可直接观察溶液的颜色（如Cr呈绿色），有的元素还需加蒸馏水稀释后再加试剂使溶液呈色（如Ti，加蒸馏水稀释后，再加1-2滴H2O2或Na2O2后溶液才呈黄色）。

由于磷酸是一种很强的溶剂，绝大多数矿物都可用它来溶解，所以很多矿物都可用此法鉴定。

现以试锰（Mn2+）、钨（W6+）、铁（Fe2+）举例如下。

将钨锰铁矿粉与磷酸及固体硝酸铵一同加热溶解，由于Mn2+被氧化成高锰酸钾而使溶液呈紫色（示有Mn7+），于溶液中加入几粒金属锡继续加热，Mn7+被还原，溶液变成无色，而后出现蓝色，则说明有钨（这是因为Sn在还原Mn7+的同时，部分W6+被还原成W4+，后者与未还原的W6+化合成一种蓝色产物—钨蓝），冷却后颜色加深，然后用水稀释，再加入几粒氧化钠使蓝色消失，煮沸以驱除所产生的过氧化氢，冷至室温时，加赤血盐，出现蓝色则示有Fe2+存在。

4、薄膜反应

是将某些矿物与一定试剂作用后，表面产生一层带色的薄膜，借此鉴定矿物或确定矿物中所含的元素。

该法在重砂矿物鉴定中比较常用。

例如将锡石（SnO2）放在锌板或铝板上加一滴HCl，数分钟后，矿物表面呈现一层锡白色的薄膜（即金属锡），证明有锡存在。

5、染色法

是将矿物与试剂作用，试剂中的离子与矿物中的某种离子交换，或者有色试剂离子被矿物所吸收，使矿物染成各种特征的颜色从而达到鉴定的目的。

此法对于外表特征相似，互相不易区分的矿物，如碳酸盐矿物、黏土矿物、长石等特别有效。

如在岩石薄片或标本磨光面上用亚硝酸钴钠能使钾长石染成柠檬黄色，而斜长石染成浅灰白色。

又如有些碳酸盐矿物，由于它们的形态特征及物理性质非常相似，肉眼很难区别，甚至在显微镜下也难以区别。

然而，用染色法就可以使这些矿物染成不同的颜色，借此把它们区分开。

染色法鉴定矿物的特点是：

所需矿物量少，试剂普通、操作简便、反应迅速易见，因此目前越来越被广泛应用。

（二）发光分析和放射性分析

发光分析是一种利用某些矿物的发光性来鉴定矿物的方法。

有些矿物在加热、摩擦、紫外线、X射线或阴极射线照射下，能激发出不同颜色和强度的荧光或磷光。

于是，可以根据它们的颜色及其强度来鉴定矿物。

放射性分析是利用某些矿物具有放射性来鉴定矿物或确定放射性元素的方法。

发光分析和放射性分析已在矿物的物理性质中有所阐述，此处不作详细介绍。

（三）偏光显微镜法和反光显微镜法

1、偏光显微镜法

这是矿物学、岩石学中应用最广泛的方法之一。

主要是借助偏光显微镜对透明矿物的光学常数（如折射率、光性符号、光轴角、多色性、消光角等）进行观察和测定，借此鉴定、区别及研究矿物。

该方法是将矿物或岩石磨制成薄片（厚度为0.03mm），在偏光显微镜下观察（将在岩石学中专门介绍）。

2、反光显微镜法

主要是将不透明和半透明矿物磨成光片后在反光显微镜下观察和测定其反射率、反射色、内反射、偏光图、浸蚀反应等，借此来鉴定和研究矿物（该方法将在矿床学中专门介绍）。

（四）光谱分析和差热分析

1、光谱分析

这是目前测定矿物化学成分最常用的方法，主要是对矿物的化学成分进行半定量和定性分析。

其简单原理是：

每一种化学元素受到热能激发后，能发出特有的谱线，并可利用底片摄取。

根据谱线的不同特点可进行矿物化学成分的定性分析；据谱线的强度可以进行定量分析。

光谱分析的主要优点是样品用量少（数毫克）、操作简单、分析速度快、灵敏度高等，能够准确地测定矿物中的金属阳离子，特别是对稀有元素也能获得良好的结果。

2、差热分析

差热分析是根据矿物在加热过程中的吸热、放热特征来研究矿物的成分和构造的方法。

将矿物粉末与中性体分别同置于一高温炉中，在加热过程中，矿物发生吸热或放热效应，而中性体则不发生此效应，将两者的热差通过热电偶，借差热电流自动记录出差热曲线，线上明显的峰谷，分别代表矿物在加热过程中的放热和吸热效应。

不同的矿物在不同的温度条件下有着不同的热效应。

每一效应又分别反映矿物在不同的温度下所发生的脱水、分解、相变等一系列性质。

由此可与已知矿物的标准曲线进行对比，从而鉴定未知矿物。

差热分析法对黏土矿物、氢氧化物、碳酸盐和其他含水矿物的研究最为有效。

（五）X射线分析和原子吸收光谱分析

1、X射线分析

X射线分析是研究矿物晶体内部构造的方法。

可分为粉晶法（多晶法或粉末法）和单晶法两种，其中粉晶法在实际工作中得到广泛的应用。

这里只介绍粉晶法。

粉晶法是以一定波长的X射线照射微量的矿物粉末，并用筒状感光底片装在特别的照相机内，以摄取面网反射过来的射线图像，这种图像称德拜图。

德拜图是由一系列一对对不同强度的弧线所组成的。

因为不同矿物的晶体构造不同，故所得的德拜图弧线数目、强度和距离均不相同，因此根据弧线间距测算出一系列面网间距的d值及其衍射强度，与预先编好的标准数据相比较，从而正确地鉴定未知矿物。

此法由于方便、迅速、对样品的要求简易，因而广泛用于鉴定矿物。

2、原子吸收光谱分析

是根据分散成原子蒸气的待测元素对于从辐射源发射出来的特征辐射的吸收百分率（或吸收值）来测定该元素含量的一种分析手段。

该方法灵敏度较高、干扰元素较少、操作简单、速度快、能测定近70种金属和半金属元素。

但对卤族元素、稀有气体、C、H2、O2、H2S等尚不能测定。

（六）化学全分析

此法是对样品进行定性和定量的系统化学分析。

因此需要较多的设备、药品、样品以及较长的时间，成本较高，但很精确。

这种方法往往是研究矿物新种、变种的详细成分、矿物成分的变化规律时才采用。

在使用此法之前，必须事先对样品进行光谱分析，对其成分作初步了解，以供全分析时参考。

上面介绍的鉴定法和研究法，各有其使用范围和优缺点，在实际工作中，应根据具体情况和鉴定的目的要求来选择适当的鉴定方法和分析方法。

三、常见矿物肉眼鉴定

表1-3-8常见矿物肉眼鉴定特征表

矿物名称及化学成分

主要鉴定特征

成因与产状

用途

自然铜

多呈不规则的树枝状集合体。

颜色和条痕均为铜红色。

金属光泽。

锯齿状断口。

相对密度8.5-8.9，硬度2.5-3。

具延展性。

导电性能良好

形成于各种地质过程中的还原条件下。

多产于含铜硫化物矿床氧化带内，与赤铜矿、孔雀石共生

为铜矿石的有用矿物之一

自然金

通常为分散颗粒状或不规则树枝状集合体。

颜色和条痕为金黄色。

相对密度15.6-18.3。

纯金相对密度为19.3。

具延展性。

不易氧化。

热和电的良导体

主要形成于热液矿床，也常出现于砂矿中。

与石英、黄铁矿、毒砂、闪锌矿等伴生

为金矿石的重要有用矿物，主要用于装饰、货币和工

业技术

石墨

多为鳞片状或块状集合体。

颜色铁黑至钢灰色，条痕亮黑色。

相对密度2.09-2.23。

硬度1。

具滑感，易污手。

薄片有挠性，导电性良好。

与辉钼矿的区别是：

辉钼矿用针扎后，留有小圆孔，石墨用针一扎即破；在涂釉瓷板上辉钼矿的条痕色黑中带绿，而石墨的条痕不带绿色

主要为煤层或含沥青质的沉积岩或碳质沉积岩受区域变质而成

制铅笔、电极、石墨坩埚、润滑剂；原子能工业上用作减速剂

金刚石

多呈八面体或菱形十二面体晶形。

无色透明或带蓝、黄、褐、黑等色。

标准的金刚光泽。

相对密度3.47-3.56硬度10。

性脆。

具强色散性。

紫外光照射后，发淡青蓝色磷光

在高温高压下形成，产于超基性岩中，与橄榄石、辉石共生。

因硬度高，也常存在于砂矿床中

现代工业技术上，用作研磨材料和切削工具材料。

透明者可作高档装饰品

辉铜矿

一般为致密细粒状块体或烟灰状。

颜色铅灰，条痕暗灰色。

相对密度5.5-5.8。

硬度2-3。

略具延展性。

具有导电性。

溶于硝酸，溶液呈绿色。

矿物小块加HNO3后烧时，颜色呈鲜绿色，加H2SO4烧时，颜色呈天蓝色（即铜的颜色反应）

主要形成于含铜硫化物矿床的次生富集带，亦可形成于内生过程中。

常与斑铜矿、黄铁矿、赤铜矿等伴生

为组成铜矿石的重要有用矿物

方铅矿

晶体呈立方体、八面体，通常为粒状或块状集合体。

颜色铅灰，条痕灰黑色。

强金属光泽。

完全的立方体解理。

相对密度7.4-7.6，硬度2-3。

性脆

形成于气液或火山矿床。

与闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿等共生

为组成铅矿石的重要有用矿物

闪锌矿

通常为粒状或致密块状的集合体。

颜色由浅褐、棕褐至黑色。

条痕为白—褐色，树脂—金刚光泽。

相对密度3.9-4。

硬度4

形成于气液或火山矿床。

与方铅矿、黄铁矿、黄铜矿等共生

为组成锌矿石的重要有用矿物

辰砂

晶体呈细小的厚板状或菱面体形，多为粒状、致密块状、被膜状集合体。

颜色鲜红，条痕红色。

相对密度8.09，硬度2-2.5

形成于层控类型矿床。

常与辉锑矿、黄铁矿等共生

为组成汞矿石的重要有用矿物

磁黄铁矿

通常为致密块状集合体。

暗铜黄色。

表面常具暗褐锖色，条痕灰黑色。

金属光泽。

相对密度4.58-4.7，硬度5。

具强磁性

形成于各种类型的内生矿床中。

与镍黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿等共生

可制造硫酸

镍黄铁矿

通常呈不规则的颗粒状或包裹体。

古铜黄色，条痕绿黑色。

金属光泽。

相对密度为4.5-5，硬度3-4。

性脆。

不具磁性。

导电性强

形成于铜镍硫化物的岩浆矿床中。

与磁黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿等密切共生

为组成镍矿石的重要有用矿物

辉锑矿

晶体呈柱状、针状，晶面上有纵纹。

集合体为致密粒状、放射状。

颜色和条痕均为铅灰色。

金属光泽。

相对密度4.6硬度2-2.5。

具轴面解理，解理面上有横纹。

性脆

成于低温热液矿床中，常与辰砂、雄黄、雌黄等共生

为组成锑矿石的

重要有用矿物

辉铋矿

晶体为长柱状、针状，晶面上大多具有纵纹，集合体为致密粒状、放射状。

微带铅灰的锡白色，条痕铅灰色。

金属光泽。

相对密度6.4-6.8，硬度为2-2.5

主要形成于高、中温热液矿床及接触交代矿床中。

常与黑钨矿、锡石、毒砂等共生

为组成铋矿石的重要有用矿物

辉钼矿

晶体呈六方板状，底面上有条

纹，通常为鳞片状集合体。

颜色铅灰，条痕微带灰黑色。

金屑光泽。

相对密度4.7-5，硬度1。

一组解理极为完全。

薄片具挠性，可以搓成团，且有滑感

形成于与酸性侵入体有关的接触交代矿床或高、中温热液矿床中。

常与黑（白）钨矿、辉铋矿、石英等共生

为组成钼矿石的重要有用矿物

铜蓝

通常以粉末状或被膜状的集合体出现。

颜色为靛青蓝色，条痕灰黑色。

金属光泽。

硬度1.5-2，相对密度4.59-4.67。

一组解理完全。

性脆

形成于含铜硫化物矿床次生富集带。

常和黄铜矿、辉铜矿等伴生

为组成铜矿石的有用矿物

雌黄

晶体呈短柱状，集合体多呈片状、梳状、放射状、肾状、球状等。

颜色为柠檬黄，条痕鲜黄色。

相对密度3.4-3.5，硬度1-2。

金刚光泽。

一组解理极为完全。

薄片具有挠性

主要形成于低温热液矿床中。

常与雄黄、辉锑矿等共生

为组成砷矿石的重要有用矿物

雄黄

晶体呈柱状，柱面有纵纹，但晶体少见，常呈致密粒状或块状集合体。

桔红色，条痕淡桔红色。

晶面金刚光泽，断口树脂光泽。

相对密度3.4-3.6，硬度为1.5-2。

二组完全解理。

烧之，有强烈蒜臭，并发出蓝色火苗

形成于低温热液矿床中，与雌黄、辉锑矿等共生。

也有见于火山喷发物及温泉中的

组成砷矿石的有用矿物；还可用于颜料及玻璃工业

黄铁矿

晶体呈立方体或五角十二面体，相邻晶面常有互相垂直的晶面条纹，集合体呈致密块状、浸染状、结核状等。

浅黄铜色，表面常有蓝紫、褐黄等色，条痕绿黑色。

相对密度4.9-5.2，硬度6-6.5。

金属光泽，性脆。

一般无解理，参差状或贝壳状断口

分布极广，可形成于各种成因的矿床中，具开采价值者，多为热液型。

能与氧化物、硫化物、自然元素等各种矿物共生

主要用于制造硫酸或提制硫磺

毒砂

晶体呈短柱状或柱状，晶面具纵纹，集合体为粒状或致密块状。

锡白色，条痕灰黑。

金属光泽。

相对密度5.9-6.2，硬度5.5。

性脆，锤击之发蒜臭味

主要形成于热液型和接触交代型矿床中。

在钨、锡矿脉中，常与黑钨矿、锡石等伴生

为提炼砷或各种砷化合物的重要原料

黄铜矿

晶体少见，通常为致密块状及粒状块体。

铜黄色，条痕绿黑色。

相对密度4.1-4.3，硬度3-4。

金属光泽。

性脆。

能导电

可形成于各种条件下，主要为气化-热液及火山成因矿床，常与各种硫化物矿物共生

组成铜矿石的重要有用矿物

斑铜矿

晶体少见，通常为致密块状或粒状。

新鲜面古铜红色。

表面常被覆蓝、紫斑状锖色，条痕灰黑色。

半金属光泽。

相对密度4.9-5.0，硬度3。

性脆，具导电性

主要形成于热液矿床中，与黄铜矿、方铅矿共生。

也见于次生硫化物富集带中

组成铜矿石的重要有用矿物

表1-3-9部分常见相似金属矿物肉眼鉴定特征表（仅供参考）

矿物颜色

矿物名称

鉴定特征及步骤

黄色

黄铜矿

黄铁矿

磁黄铁矿

镍黄铁矿

斑铜矿

首先根据颜色深浅，可将黄色矿物再分为二组：

（1）浅黄铜色：

黄铜矿、黄铁矿

（2）暗铜黄（红）色：

磁黄铁矿、镍黄铁矿、斑铜矿

黄铜矿与黄铁矿的主要区别是：

黄铜矿可被小刀刻动，且颜色比黄铁矿要深一些；而黄铁矿不能被小刀所刻动

斑铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿的区别是：

磁黄铁矿有较强的磁性；斑铜矿表面有锖色，且具有铜的焰色反应（见辉铜矿的鉴定特征）；而镍黄铁矿既无磁性，又无铜的焰色反应，但有较强的导电性

铅灰色

方铅矿

辉锑矿

辉铋矿

辉钼矿

镜铁矿

首先根据矿物的晶形，可将铅灰色矿物分为三组：

（1）立方体：

方铅矿

（2）柱状：

辉锑矿、辉铋矿

（3）片状：

辉钼矿、镜铁矿

辉锑矿与辉铋矿的区别是：

辉锑矿的解理面上有横纹，其矿物粉末加上KOH后，先生成黄色，再变为褐色；而辉铋矿无此二特点

辉钼矿与镜铁矿的区别是：

辉钼矿的条痕是灰黑色；而镜铁矿的条痕为樱红色

棕褐色

闪锌矿

锡石

褐铁矿

根据矿物的光泽，可将棕褐色矿物再分为二组

（1）油脂或金刚光泽：

闪锌矿、锡石

（2）半金属或土状光泽：

褐铁矿

闪锌矿与锡石的区别是：

闪锌矿可被小刀刻动；而锡石不能被小刀刻动

黑色

磁铁矿

铬铁矿

钛铁矿

黑钨矿

铌钽铁矿

硬锰矿

软锰矿

辉铜矿

首先根据矿物的形态，可将黑色矿物分为三组：

（1）粒状：

磁铁矿、铬铁矿

（2）板状：

钛铁矿、黑钨矿、铌钽铁矿

（3）土状或钟乳状：

硬锰矿、软锰矿、辉铜矿

磁铁矿和铬铁矿的区别是：

磁铁矿具强磁性，且矿物粉末溶解于浓盐酸，生成FeCl3，溶液呈草黄色；而铬铁矿仅具弱磁性，且不溶于浓盐酸

钛铁矿、黑钨矿、铌钽铁矿的区别是：

钛铁矿不具解理，且粉末溶于磷酸中，冷却稀释后加入Na2O，可使溶液呈黄褐色；黑钨矿和铌钽铁矿都具有一组完全的解理，但黑钨矿可被小刀刻动；而铌钽铁矿则不能被小刀刻动

硬锰矿、软锰矿、辉铜矿的区别是：

有铜的焰色反应者为辉铜矿；加H2O2起泡，硬度大于指甲者为硬锰矿；而软锰矿虽加H2O2也起泡，但多数情况下，其硬度小于指甲，且易污手

说明；所谓强磁性矿物，即磁铁能直接吸引起矿物小块；而弱磁性矿物，磁铁只能吸引起矿物粉末