⑴ 任務了解礦物鑒定的常用方法
一、鑒定礦物的化學方法
礦物鑒定的化學方法包括簡易化學分析和化學全分析。
(一)簡易化學分析法
簡易化學分析法，就是以少數幾種葯品，通過簡便的試驗操作，能迅速定性地檢驗出樣品 (待定礦物)所含的主要化學成分，達到鑒定礦物的目的。常用的有斑點法、顯微化學分析法及珠球反應等。
1.斑點法
這一方法是將少量待定礦物的粉末溶於溶劑 (水或酸)中，使礦物中的元素呈離子狀態，然後加微量試劑於溶液中，根據反應的顏色來確定元素的種類。這一試驗可在白瓷板、玻璃板或濾紙上進行。此法對金屬硫化物及氧化物的效果較好。
現以測試黃鐵礦中是否含鎳 (Ni)為例，說明斑點法的具體做法。將少許礦粉置玻璃板上，加一滴HNO3並加熱蒸干，如此反復幾次，以便溶解進行完全，稍冷後加一滴氨水使溶液呈鹼性，並用濾紙吸取，再在濾紙上加一滴2%的二甲基乙二醛肟酒精溶液(鎳試劑)，若出現粉紅色斑點 (二甲基乙二醛鎳)，表明礦物中確有鎳的存在。因此該礦物應為含鎳黃鐵礦。
2.顯微化學分析法
該法也是先將礦物製成溶液，從中吸取一滴置載玻片上，然後加適當的試劑，在顯微鏡下觀察反應沉澱物的晶形和顏色等特徵，即可鑒定出礦物所含的元素。
這種方法用來區別某些相似礦物是很有效的，例如呈緻密塊狀的白鎢礦Ca[WO4]與重晶石Ba[SO4]相似，此時只要在前者的溶液中滴一滴1∶3H2SO4，如果出現石膏結晶(無色透明，常有燕尾雙晶)，表明要鑒定的礦物為白鎢礦而不是重晶石。
3.珠球反應
這是測定變價金屬元素的一種靈敏而簡易的方法。測定時將固定在玻璃棒上的鉑絲之前端彎成一直徑約為1mm的小圓圈，然後放入氧化焰中加熱。清污後趁熱粘上硼砂 (或磷鹽)，再放入氧化焰中煅燒，如此反復幾次，直到硼砂熔成無色透明的小球為止。此時即可將灼熱的珠球粘上疑為含某種變價元素的礦物粉末 (注意！一定要少)，然後將珠球先後分別送入氧化焰及還原焰中煅燒，使所含元素發生氧化、還原反應，借反應後得到的高價態和低價態離子的顏色來判定為何種元素。例如在氧比焰中珠球為紅紫色，放入還原焰中煅燒一段時間後變為無色時，表明所試樣品應為含錳礦物，具體礦物的名稱可根據其他特徵確定之。
(二)化學全分析
化學全分析包括定性和定量的系統化學分析。進行這一分析時需要較為繁多的設備和標准試劑，需要較純 (98%以上)和較多的樣品，需要較高的技術和較長的時間。因此，這一方法是很不經濟的，除非在研究礦物新種和亞種的詳細成分、組成可變礦物的成分變化規律以及礦床的工業評價時才採用。通常在使用這一方法之前，必須進行光譜分析，得出分析結果以備參考。
二、鑒定礦物的物理方法
礦物鑒定的物理方法是以物理學原理為基礎，藉助各種儀器測定礦物的各種物理性質來鑒定礦物。主要方法有:
1.偏光顯微鏡和反光顯微鏡鑒定法
偏光顯微鏡鑒定方法是根據晶體的均一性和異向性，並利用晶體的光學性質而鑒定礦物的方法。應用這種方法時，須將礦物、岩石磨製成薄片，在透射光作用下，觀察和測定礦物的晶形、解理和各項光學性質 (顏色、多色性、突起、干涉色、折射率、雙折射、消光類型、消光角、延性符合以及軸性、光性符號等)。
反光顯微鏡 (也稱礦相顯微鏡)主要用以觀察和測定不透明礦物 (金屬礦物)的光學性質 (礦物的反射率、雙反射率、反射色、反射多色性、內反射等)，以確定礦石礦物成分、礦石結構、構造及礦床成因方面的問題。
2.電子顯微鏡研究法
電子顯微鏡研究法是一種適宜於研究粒度在1μm以下的微粒礦物的方法，尤以研究粒度小於5μm的具有高分散度的黏土礦物最為有效。可分為掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡兩種方法。
黏土類礦物由於顆粒極細 (一般2μm左右)，常呈分散狀態，研究用的樣品需用懸浮法進行制備，待乾燥後，置於具有超高放大倍數的電子顯微鏡下，在真空中使通過聚焦系統的電子光束照射樣品，可在熒光屏上顯出放大數十萬倍甚至百萬倍的礦物圖像，據此以研究各種細分散礦物的晶形輪廓、晶面特徵、連晶形態等，用此來區別礦物和研究它們的成因。
此外，超高壓電子顯微鏡發出的強力電子束能透過礦物晶體，這就使得人們長期以來夢寐以求的直接觀察晶體結構和晶體缺陷的願望得到實現。
3.X射線分析法
X射線分析法是基於X射線的波長與結晶礦物內部質點間的距離相近，屬於同一個數量級(Å)，當X射線進入礦物晶體後可以產生衍射。由於每一種礦物都有自己獨特的化學組成和晶體結構，其衍射圖樣也各有其獨有的特徵。對這種圖樣進行分析計算，就可以鑒定結晶礦物的相 (每個礦物種就是一個相)，並確定它內部原子 (或離子)間的距離和排列方式。因此，X射線分析已成為研究晶體結構和進行物相分析的最有效方法。
4.光譜分析
光譜分析法的理論基礎是，各種化學元素在受到高溫光源 (電弧或電火花)激發時，都能發射出它們各自的特徵譜線，經棱鏡或光柵分光測定後，既可根據樣品所出現的特徵譜線進行定性分析，也可按譜線的強度進行定量分析。這一方法是目前測定礦物化學成分時普遍採用的一種分析手段。其主要優點是樣品用量少 (數毫克)，能迅速准確地測定礦物中的金屬陽離子，特別是對於稀有元素也能獲得良好的結果。缺點是儀器復雜昂貴，並需較好的工作條件。
5.電子探針分析
電子探針分析是一種最適用於測定微小礦物和包體成分的定性、定量以及稀有元素、貴金屬元素賦存狀態的方法。其測定元素的范圍由從原子序數為5的硼直到92的鈾。儀器主要由探針、自動記錄系統及真空泵等部分組成，探針部分相當於一個X射線管，即由陰極發出來的高達35～50kV的高速電子流經電磁透鏡聚焦成極細小 (最小可達0.3μm)的電子束——探針，直接打到作為陽極的樣品上，此時，由樣品內所含元素發生的初級X射線 (包括連續譜和特徵譜)，經衍射晶體分光後，由多道記數管同時測定若干元素的特徵X射線的強度，並用內標法或外標法算出元素含量。
6.紅外吸收光譜
簡稱紅外光譜，是在紅外線的照射下引起分子中振動能級 (電偶極矩)的躍遷而產生的一種吸收光譜。由於被吸收的特徵頻率取決於組成物質的原子量、鍵力以及分子中原子分布的幾何特點，即取決於物質的化學組成及內部結構，因此每一種礦物都有自己的特徵吸收譜，包括譜帶位置、譜帶數目、帶寬及吸收強度等。
紅外吸收光譜分析樣品一般需要1.5mg，最常使用的制樣方法是壓片法，即把試樣與KBr一起研細，壓成小圓片，然後放在儀器內測試。
目前紅外吸收光譜分析在礦物學研究中已成為一種重要的手段。根據光譜中吸收峰的位置和形狀可以推斷未知礦物的結構，是X射線衍射分析的重要輔助方法，依照特徵峰的吸收強度來測定混入物中各組分的含量。此外，紅外光譜分析對考察礦物中水的存在形式、配陰離子團、類質同象混入物的細微變化和礦物相變等方面都是一種有效的手段。
三、鑒定礦物的物理-化學方法
當前用於礦物鑒定最主要的物理-化學方法有熱分析、極譜分析及電滲分析等。其中，熱分析是一種較為普遍的方法，幾乎適用於各類礦物，特別是對黏土礦物，以及碳酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物礦物的鑒定最為有效。
熱分析法是根據礦物在不同溫度下所發生的脫水、分解、氧化、同質多象轉變等熱效應特徵，來鑒定和研究礦物的一種方法。它包括熱重分析和差熱分析。
1.熱重分析
熱重分析是測定礦物在加熱過程中的質量變化來研究礦物的一種方法。由於大多數礦物在加熱時因脫水而失去一部分質量，故又稱失重分析或脫水試驗。用熱天平來測定礦物在不同溫度下所失去的質量而獲得熱重曲線。曲線的形式決定於水在礦物中的賦存形式和在晶體結構中的存在位置。不同的含水礦物具有不同的脫水曲線。
這一方法只限於鑒定、研究含水礦物。
2.差熱分析
礦物在連續地加熱過程中，伴隨物理—化學變化而產生吸熱或放熱效應。不同的礦物出現熱效應時的溫度和熱效應的強度是互不相同的，而對同種礦物來說，只要實驗條件相同，則總是基本固定的。因此，只要准確地測定了熱效應出現時的溫度和熱效應的強度，並和已知資料進行對比，就能對礦物做出定性和定量的分析。
差熱分析法的具體工作過程是，將試樣粉末與中性體 (在加熱過程中不產生熱效應的物質，通常用煅燒過的Al2O3)粉末分別裝入樣品容器，然後同時送入一高溫爐中加熱。
由於中性體是不發生任何熱效應的物質，所以在加熱過程中，當試樣發生吸熱或放熱效應時，其溫度將低於或高於中性體。此時，插在它們中間的一對反接的熱電偶 (鉑-銠-鉑熱電偶)將把兩者之間的溫度差轉換成溫差電動勢，並借光電反射檢流計或電子電位差計記錄成差熱曲線。
圖1-1中的實線曲線為高嶺石的差熱曲線，其橫坐標表示加熱溫度 (℃)，縱坐標表示發生熱效應時樣品與中性體的溫度差 (ΔT)。高嶺石的差熱曲線特點是:在580℃時，由於結構水 (OH)-的失去和晶格的破壞而出現一個大的吸熱谷，980℃時，因新結晶成γ-Al2O3，而顯出一個尖銳的放熱峰。
圖1-1 高嶺石差熱曲線(1)和脫水曲線(2)
差熱分析的優點是樣品用量少 (100～200mg)，分析時間短 (90min以下)，而且設備簡單，可以自行裝置。缺點是許多礦物的熱效應數據近似，尤其當混合樣品不能分離時，就會互相干擾，從而使鑒定工作復雜化。為了排除這種干擾，應與其他方法 (特別是X射線分析)配合使用。
對非專業鑒定人員而言，主要是根據工作的目的、要求和具體條件，正確地選擇適當而有效的測試方法 (表1-1)，按送樣要求進行加工，並正確地使用測試結果。
表1-1 礦物鑒定方法的選擇
續表
以上介紹的是目前最常使用的方法，其他方法還很多，如中子活化分析、核磁共振、順磁共振、穆斯堡爾效應、包裹體研究、穩定同位素研究等，需要時可查閱專門資料。
學習指導
通過學習情境的學習了解礦物鑒定的基本方法，目的是為了我們在今後工作中知道怎樣去鑒定礦物，並不要求我們掌握所有的鑒定方法，目前只需要掌握肉眼鑒定和簡易化學試驗方法即可，但要知道鑒定礦物的一般步驟、正確選擇鑒定方法。
練習與思考
1.名詞解釋
礦物 礦物鑒定 肉眼鑒定 儀器鑒定
2.選擇題
(1)確定礦物的外部特徵採用哪種方法? ()
A.肉眼鑒定法
B.顯微鏡
C.化學分析
D.核磁共振
(2)測定礦物的化學成分用哪種方法? ()
A.均一法
B.光譜分析
C.熱分析
D.質譜分析
(3)測定礦物某種物性或晶體結構數據採用哪種方法? ()
A.冷凍法
B.簡易化學分析法
C.電子顯微鏡
D.中子活化分析
3.簡答題
(1)怎樣鑒定礦物? 怎樣選擇礦物鑒定方法?
(2)肉眼鑒定礦物時應注意的問題?
⑵ 礦物物理性質測定與研究方法
礦物物理性質涉及的內容很多，不少物理性質參數對礦物的應用研究也有很重要的意義，它們都有相應的儀器精確測定，如熱電儀、熱發光儀、熱導儀、磁化率儀、反射率儀等。以下僅簡要介紹礦物的顯微硬度、相對密度和折射率等幾種最基本物理性質的測定方法。
1.顯微硬度
顯微硬度測試方法很多，使用最廣泛的是壓入法。壓入法就是把一個很硬的壓頭以一定的壓力壓入試樣的表面，使金屬產生壓痕，然後根據壓痕的大小來確定硬度值。壓痕越大，則材料越軟；反之，則材料越硬。根據壓頭類型和幾何尺寸等條件的不同，常用的壓入法可分為布氏法、洛氏法和維氏法3種。
布氏硬度試驗是施加一定大小的載荷P，將直徑為D的鋼球壓入被測礦物表面後保持一定時間，然後卸除載荷，根據載荷P的大小和鋼球在金屬表面上所壓出的壓痕直徑查表即可得硬度值。
洛氏硬度以頂角為120℃的金剛石圓錐體作為壓頭，以一定的壓力使其壓入礦物表面，通過測量壓痕深度來確定其硬度。被測礦物的硬度可在硬度計刻度盤上讀出。洛氏硬度有HRA、HRB和HRC 3種標尺，其中以HRC應用最多，一般用於測量硬度較大礦物和經過淬火處理後較硬材料的硬度。
維氏硬度測定的基本原理和布氏硬度相同，區別在於壓頭採用錐面夾角為136℃的金剛石棱錐體，壓痕是四方錐形。
維氏硬度用HV表示，HV的計算式為
結晶學與礦物學
式中：F為載荷，N；d為壓痕對角線長度，mm。
2.密度
密度是指單位體積物質的質量，單位是g/cm3。而相對密度是物質的密度與參考物質的密度在對兩種物質所規定的條件下的比，系量綱為一的量。密度的測量可以用稱量法、流體靜力稱衡法和比重瓶法。
（1）稱量法
對一密度分布均勻的物體，若其質量為m，體積為V，則該礦物的密度：
結晶學與礦物學
對幾何形狀簡單且規則的礦物，可用分析天平準確地測定礦物的質量m，用游標卡尺或千分尺等量具測定其體積V，由上式求出樣品的密度，但此方法往往既麻煩又不易測准，從而降低了測量精度。
（2）流體靜力稱衡法
對幾何形狀不規則的礦物，其體積無法用量具測定，但可利用阿基米德原理，先測量礦物在空氣中的質量m，再將礦物浸沒在密度為ρ0的某液體中，該礦物所受到的浮力F等於所排開的液體的重m0g量，即
F=ρ0×V×g=m0×g
礦物在空氣中的質量m，在液體中的質量m1均可由分析天平精確測定，此礦物的密度可由下式確定：
結晶學與礦物學
液體的密度隨著溫度變化，在某一溫度下的密度，通常可以從物理學常數表中查出。因此，求礦物體積就轉化為求m和m1的問題，而m和m1是能夠准確測定的。
（3）比重瓶法
用比重瓶法能夠准確地測定小塊固體或粉末顆粒狀礦物的密度。假設空比重瓶質量為m0，比重瓶加待測固體的總質量為m1，比重瓶加待測固體和加滿液體時的總質量為m2，比重瓶僅盛滿液體時的質量為m3，則待測礦物的密度可由下式求出
結晶學與礦物學
3.折射率
光線自一種透明介質進入另一透明介質的時候，由於兩種介質的密度不同，光的進行速度發生變化，即發生折射現象。一般折射率系指光線在空氣中進行的速度與在待測物質中進行速度的比值。根據折射定律，折射率是光線入射角的正弦與折射角正弦的比值，即
n=sin i/sin r
式中：n為折射率；i為光線入射角；r為折射角。
物質的折射率因溫度或光線波長的不同而改變，透光物質的溫度升高，折射率變小；光線的波長越短，折光率就越大。
對於礦物等固體物質可以用油浸法測定，利用穩定的油在顯微鏡下比較貝克線，再用阿貝折射儀測定浸油的折射率。