⑴ 任务了解矿物鉴定的常用方法
一、鉴定矿物的化学方法
矿物鉴定的化学方法包括简易化学分析和化学全分析。
(一)简易化学分析法
简易化学分析法，就是以少数几种药品，通过简便的试验操作，能迅速定性地检验出样品 (待定矿物)所含的主要化学成分，达到鉴定矿物的目的。常用的有斑点法、显微化学分析法及珠球反应等。
1.斑点法
这一方法是将少量待定矿物的粉末溶于溶剂 (水或酸)中，使矿物中的元素呈离子状态，然后加微量试剂于溶液中，根据反应的颜色来确定元素的种类。这一试验可在白瓷板、玻璃板或滤纸上进行。此法对金属硫化物及氧化物的效果较好。
现以测试黄铁矿中是否含镍 (Ni)为例，说明斑点法的具体做法。将少许矿粉置玻璃板上，加一滴HNO3并加热蒸干，如此反复几次，以便溶解进行完全，稍冷后加一滴氨水使溶液呈碱性，并用滤纸吸取，再在滤纸上加一滴2%的二甲基乙二醛肟酒精溶液(镍试剂)，若出现粉红色斑点 (二甲基乙二醛镍)，表明矿物中确有镍的存在。因此该矿物应为含镍黄铁矿。
2.显微化学分析法
该法也是先将矿物制成溶液，从中吸取一滴置载玻片上，然后加适当的试剂，在显微镜下观察反应沉淀物的晶形和颜色等特征，即可鉴定出矿物所含的元素。
这种方法用来区别某些相似矿物是很有效的，例如呈致密块状的白钨矿Ca[WO4]与重晶石Ba[SO4]相似，此时只要在前者的溶液中滴一滴1∶3H2SO4，如果出现石膏结晶(无色透明，常有燕尾双晶)，表明要鉴定的矿物为白钨矿而不是重晶石。
3.珠球反应
这是测定变价金属元素的一种灵敏而简易的方法。测定时将固定在玻璃棒上的铂丝之前端弯成一直径约为1mm的小圆圈，然后放入氧化焰中加热。清污后趁热粘上硼砂 (或磷盐)，再放入氧化焰中煅烧，如此反复几次，直到硼砂熔成无色透明的小球为止。此时即可将灼热的珠球粘上疑为含某种变价元素的矿物粉末 (注意！一定要少)，然后将珠球先后分别送入氧化焰及还原焰中煅烧，使所含元素发生氧化、还原反应，借反应后得到的高价态和低价态离子的颜色来判定为何种元素。例如在氧比焰中珠球为红紫色，放入还原焰中煅烧一段时间后变为无色时，表明所试样品应为含锰矿物，具体矿物的名称可根据其他特征确定之。
(二)化学全分析
化学全分析包括定性和定量的系统化学分析。进行这一分析时需要较为繁多的设备和标准试剂，需要较纯 (98%以上)和较多的样品，需要较高的技术和较长的时间。因此，这一方法是很不经济的，除非在研究矿物新种和亚种的详细成分、组成可变矿物的成分变化规律以及矿床的工业评价时才采用。通常在使用这一方法之前，必须进行光谱分析，得出分析结果以备参考。
二、鉴定矿物的物理方法
矿物鉴定的物理方法是以物理学原理为基础，借助各种仪器测定矿物的各种物理性质来鉴定矿物。主要方法有:
1.偏光显微镜和反光显微镜鉴定法
偏光显微镜鉴定方法是根据晶体的均一性和异向性，并利用晶体的光学性质而鉴定矿物的方法。应用这种方法时，须将矿物、岩石磨制成薄片，在透射光作用下，观察和测定矿物的晶形、解理和各项光学性质 (颜色、多色性、突起、干涉色、折射率、双折射、消光类型、消光角、延性符合以及轴性、光性符号等)。
反光显微镜 (也称矿相显微镜)主要用以观察和测定不透明矿物 (金属矿物)的光学性质 (矿物的反射率、双反射率、反射色、反射多色性、内反射等)，以确定矿石矿物成分、矿石结构、构造及矿床成因方面的问题。
2.电子显微镜研究法
电子显微镜研究法是一种适宜于研究粒度在1μm以下的微粒矿物的方法，尤以研究粒度小于5μm的具有高分散度的黏土矿物最为有效。可分为扫描电子显微镜和透射电子显微镜两种方法。
黏土类矿物由于颗粒极细 (一般2μm左右)，常呈分散状态，研究用的样品需用悬浮法进行制备，待干燥后，置于具有超高放大倍数的电子显微镜下，在真空中使通过聚焦系统的电子光束照射样品，可在荧光屏上显出放大数十万倍甚至百万倍的矿物图像，据此以研究各种细分散矿物的晶形轮廓、晶面特征、连晶形态等，用此来区别矿物和研究它们的成因。
此外，超高压电子显微镜发出的强力电子束能透过矿物晶体，这就使得人们长期以来梦寐以求的直接观察晶体结构和晶体缺陷的愿望得到实现。
3.X射线分析法
X射线分析法是基于X射线的波长与结晶矿物内部质点间的距离相近，属于同一个数量级(Å)，当X射线进入矿物晶体后可以产生衍射。由于每一种矿物都有自己独特的化学组成和晶体结构，其衍射图样也各有其独有的特征。对这种图样进行分析计算，就可以鉴定结晶矿物的相 (每个矿物种就是一个相)，并确定它内部原子 (或离子)间的距离和排列方式。因此，X射线分析已成为研究晶体结构和进行物相分析的最有效方法。
4.光谱分析
光谱分析法的理论基础是，各种化学元素在受到高温光源 (电弧或电火花)激发时，都能发射出它们各自的特征谱线，经棱镜或光栅分光测定后，既可根据样品所出现的特征谱线进行定性分析，也可按谱线的强度进行定量分析。这一方法是目前测定矿物化学成分时普遍采用的一种分析手段。其主要优点是样品用量少 (数毫克)，能迅速准确地测定矿物中的金属阳离子，特别是对于稀有元素也能获得良好的结果。缺点是仪器复杂昂贵，并需较好的工作条件。
5.电子探针分析
电子探针分析是一种最适用于测定微小矿物和包体成分的定性、定量以及稀有元素、贵金属元素赋存状态的方法。其测定元素的范围由从原子序数为5的硼直到92的铀。仪器主要由探针、自动记录系统及真空泵等部分组成，探针部分相当于一个X射线管，即由阴极发出来的高达35～50kV的高速电子流经电磁透镜聚焦成极细小 (最小可达0.3μm)的电子束——探针，直接打到作为阳极的样品上，此时，由样品内所含元素发生的初级X射线 (包括连续谱和特征谱)，经衍射晶体分光后，由多道记数管同时测定若干元素的特征X射线的强度，并用内标法或外标法算出元素含量。
6.红外吸收光谱
简称红外光谱，是在红外线的照射下引起分子中振动能级 (电偶极矩)的跃迁而产生的一种吸收光谱。由于被吸收的特征频率取决于组成物质的原子量、键力以及分子中原子分布的几何特点，即取决于物质的化学组成及内部结构，因此每一种矿物都有自己的特征吸收谱，包括谱带位置、谱带数目、带宽及吸收强度等。
红外吸收光谱分析样品一般需要1.5mg，最常使用的制样方法是压片法，即把试样与KBr一起研细，压成小圆片，然后放在仪器内测试。
目前红外吸收光谱分析在矿物学研究中已成为一种重要的手段。根据光谱中吸收峰的位置和形状可以推断未知矿物的结构，是X射线衍射分析的重要辅助方法，依照特征峰的吸收强度来测定混入物中各组分的含量。此外，红外光谱分析对考察矿物中水的存在形式、配阴离子团、类质同象混入物的细微变化和矿物相变等方面都是一种有效的手段。
三、鉴定矿物的物理-化学方法
当前用于矿物鉴定最主要的物理-化学方法有热分析、极谱分析及电渗分析等。其中，热分析是一种较为普遍的方法，几乎适用于各类矿物，特别是对黏土矿物，以及碳酸盐、硫酸盐、氢氧化物矿物的鉴定最为有效。
热分析法是根据矿物在不同温度下所发生的脱水、分解、氧化、同质多象转变等热效应特征，来鉴定和研究矿物的一种方法。它包括热重分析和差热分析。
1.热重分析
热重分析是测定矿物在加热过程中的质量变化来研究矿物的一种方法。由于大多数矿物在加热时因脱水而失去一部分质量，故又称失重分析或脱水试验。用热天平来测定矿物在不同温度下所失去的质量而获得热重曲线。曲线的形式决定于水在矿物中的赋存形式和在晶体结构中的存在位置。不同的含水矿物具有不同的脱水曲线。
这一方法只限于鉴定、研究含水矿物。
2.差热分析
矿物在连续地加热过程中，伴随物理—化学变化而产生吸热或放热效应。不同的矿物出现热效应时的温度和热效应的强度是互不相同的，而对同种矿物来说，只要实验条件相同，则总是基本固定的。因此，只要准确地测定了热效应出现时的温度和热效应的强度，并和已知资料进行对比，就能对矿物做出定性和定量的分析。
差热分析法的具体工作过程是，将试样粉末与中性体 (在加热过程中不产生热效应的物质，通常用煅烧过的Al2O3)粉末分别装入样品容器，然后同时送入一高温炉中加热。
由于中性体是不发生任何热效应的物质，所以在加热过程中，当试样发生吸热或放热效应时，其温度将低于或高于中性体。此时，插在它们中间的一对反接的热电偶 (铂-铑-铂热电偶)将把两者之间的温度差转换成温差电动势，并借光电反射检流计或电子电位差计记录成差热曲线。
图1-1中的实线曲线为高岭石的差热曲线，其横坐标表示加热温度 (℃)，纵坐标表示发生热效应时样品与中性体的温度差 (ΔT)。高岭石的差热曲线特点是:在580℃时，由于结构水 (OH)-的失去和晶格的破坏而出现一个大的吸热谷，980℃时，因新结晶成γ-Al2O3，而显出一个尖锐的放热峰。
图1-1 高岭石差热曲线(1)和脱水曲线(2)
差热分析的优点是样品用量少 (100～200mg)，分析时间短 (90min以下)，而且设备简单，可以自行装置。缺点是许多矿物的热效应数据近似，尤其当混合样品不能分离时，就会互相干扰，从而使鉴定工作复杂化。为了排除这种干扰，应与其他方法 (特别是X射线分析)配合使用。
对非专业鉴定人员而言，主要是根据工作的目的、要求和具体条件，正确地选择适当而有效的测试方法 (表1-1)，按送样要求进行加工，并正确地使用测试结果。
表1-1 矿物鉴定方法的选择
续表
以上介绍的是目前最常使用的方法，其他方法还很多，如中子活化分析、核磁共振、顺磁共振、穆斯堡尔效应、包裹体研究、稳定同位素研究等，需要时可查阅专门资料。
学习指导
通过学习情境的学习了解矿物鉴定的基本方法，目的是为了我们在今后工作中知道怎样去鉴定矿物，并不要求我们掌握所有的鉴定方法，目前只需要掌握肉眼鉴定和简易化学试验方法即可，但要知道鉴定矿物的一般步骤、正确选择鉴定方法。
练习与思考
1.名词解释
矿物 矿物鉴定 肉眼鉴定 仪器鉴定
2.选择题
(1)确定矿物的外部特征采用哪种方法? ()
A.肉眼鉴定法
B.显微镜
C.化学分析
D.核磁共振
(2)测定矿物的化学成分用哪种方法? ()
A.均一法
B.光谱分析
C.热分析
D.质谱分析
(3)测定矿物某种物性或晶体结构数据采用哪种方法? ()
A.冷冻法
B.简易化学分析法
C.电子显微镜
D.中子活化分析
3.简答题
(1)怎样鉴定矿物? 怎样选择矿物鉴定方法?
(2)肉眼鉴定矿物时应注意的问题?
⑵ 矿物物理性质测定与研究方法
矿物物理性质涉及的内容很多，不少物理性质参数对矿物的应用研究也有很重要的意义，它们都有相应的仪器精确测定，如热电仪、热发光仪、热导仪、磁化率仪、反射率仪等。以下仅简要介绍矿物的显微硬度、相对密度和折射率等几种最基本物理性质的测定方法。
1.显微硬度
显微硬度测试方法很多，使用最广泛的是压入法。压入法就是把一个很硬的压头以一定的压力压入试样的表面，使金属产生压痕，然后根据压痕的大小来确定硬度值。压痕越大，则材料越软；反之，则材料越硬。根据压头类型和几何尺寸等条件的不同，常用的压入法可分为布氏法、洛氏法和维氏法3种。
布氏硬度试验是施加一定大小的载荷P，将直径为D的钢球压入被测矿物表面后保持一定时间，然后卸除载荷，根据载荷P的大小和钢球在金属表面上所压出的压痕直径查表即可得硬度值。
洛氏硬度以顶角为120℃的金刚石圆锥体作为压头，以一定的压力使其压入矿物表面，通过测量压痕深度来确定其硬度。被测矿物的硬度可在硬度计刻度盘上读出。洛氏硬度有HRA、HRB和HRC 3种标尺，其中以HRC应用最多，一般用于测量硬度较大矿物和经过淬火处理后较硬材料的硬度。
维氏硬度测定的基本原理和布氏硬度相同，区别在于压头采用锥面夹角为136℃的金刚石棱锥体，压痕是四方锥形。
维氏硬度用HV表示，HV的计算式为
结晶学与矿物学
式中：F为载荷，N；d为压痕对角线长度，mm。
2.密度
密度是指单位体积物质的质量，单位是g/cm3。而相对密度是物质的密度与参考物质的密度在对两种物质所规定的条件下的比，系量纲为一的量。密度的测量可以用称量法、流体静力称衡法和比重瓶法。
（1）称量法
对一密度分布均匀的物体，若其质量为m，体积为V，则该矿物的密度：
结晶学与矿物学
对几何形状简单且规则的矿物，可用分析天平准确地测定矿物的质量m，用游标卡尺或千分尺等量具测定其体积V，由上式求出样品的密度，但此方法往往既麻烦又不易测准，从而降低了测量精度。
（2）流体静力称衡法
对几何形状不规则的矿物，其体积无法用量具测定，但可利用阿基米德原理，先测量矿物在空气中的质量m，再将矿物浸没在密度为ρ0的某液体中，该矿物所受到的浮力F等于所排开的液体的重m0g量，即
F=ρ0×V×g=m0×g
矿物在空气中的质量m，在液体中的质量m1均可由分析天平精确测定，此矿物的密度可由下式确定：
结晶学与矿物学
液体的密度随着温度变化，在某一温度下的密度，通常可以从物理学常数表中查出。因此，求矿物体积就转化为求m和m1的问题，而m和m1是能够准确测定的。
（3）比重瓶法
用比重瓶法能够准确地测定小块固体或粉末颗粒状矿物的密度。假设空比重瓶质量为m0，比重瓶加待测固体的总质量为m1，比重瓶加待测固体和加满液体时的总质量为m2，比重瓶仅盛满液体时的质量为m3，则待测矿物的密度可由下式求出
结晶学与矿物学
3.折射率
光线自一种透明介质进入另一透明介质的时候，由于两种介质的密度不同，光的进行速度发生变化，即发生折射现象。一般折射率系指光线在空气中进行的速度与在待测物质中进行速度的比值。根据折射定律，折射率是光线入射角的正弦与折射角正弦的比值，即
n=sin i/sin r
式中：n为折射率；i为光线入射角；r为折射角。
物质的折射率因温度或光线波长的不同而改变，透光物质的温度升高，折射率变小；光线的波长越短，折光率就越大。
对于矿物等固体物质可以用油浸法测定，利用稳定的油在显微镜下比较贝克线，再用阿贝折射仪测定浸油的折射率。