矿物的物理性质-光学性质.ppt

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1、工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程第五章第五章 矿物的物理性质矿物的物理性质前言前言 矿物的物理性质取决于矿物本身的矿物的物理性质取决于矿物本身的化学成分和内部结构。化学成分和内部结构。不同种矿物，由于其不同种矿物，由于其成分和结构成分和结构不同，物理性质不同，不同，物理性质不同，可以可以借助物理性质的差异来识别矿物借助物理性质的差异来识别矿物。不同矿物其形成条件不同，其物理性质往往发生微细的不同矿物其形成条件不同，其物理性质往往发生微细的变化，为此可为人们提供变化，为此可为人们提供矿物成因矿物成因方面的信息。方面的信息。工艺矿物

2、学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程矿物的物理性质有着广泛的应用：如利用矿物的物理性质有着广泛的应用：如利用刚玉的高硬度刚玉的高硬度作为研磨材料；利用作为研磨材料；利用石英的压电性石英的压电性在电子工业中作振荡元在电子工业中作振荡元件，重晶石因件，重晶石因密度大密度大可作为钻井泥浆的加重剂。可作为钻井泥浆的加重剂。随着近代科学的发展，矿物广泛地进入了新的技术领域，随着近代科学的发展，矿物广泛地进入了新的技术领域，尤其是某些尖端科学技术的发展，都需要具有某些具有特尤其是某些尖端科学技术的发展，都需要具有某些具有特殊性能的矿物材料。殊性能的矿物

3、材料。如如冰洲石冰洲石因可获得偏振光而成为因可获得偏振光而成为激光的偏光材料激光的偏光材料;石墨石墨因因相对密度小，耐高温相对密度小，耐高温，在航空、航天工业，在航空、航天工业用作轻质材料用作轻质材料。因此，研究矿物的性质将大大促进国民经济和高科技的发因此，研究矿物的性质将大大促进国民经济和高科技的发展。展。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程一、矿物的光学性质一、矿物的光学性质 矿物的光学性质指矿物矿物的光学性质指矿物对光线的吸收、反射和折射时对光线的吸收、反射和折射时所表现的各种性质，以及由矿物所表现的各种性质，以及由矿物晶体裂

4、隙晶体裂隙引起的光线引起的光线干涉干涉和散射和散射等现象。等现象。其光学性质包括矿物的其光学性质包括矿物的颜色、条痕、光泽和透明度颜色、条痕、光泽和透明度等等。1 1矿物的颜色矿物的颜色 矿物的颜色最明显、最直观矿物的颜色最明显、最直观，对可见光进行对可见光进行选择性吸选择性吸收收是矿物呈现颜色的主要原因。是矿物呈现颜色的主要原因。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程可见光波波长约在可见光波波长约在390390一一760nm760nm之间，波长由长至短依次之间，波长由长至短依次显示显示红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫红、橙、黄、绿、蓝、靛

5、、紫等色；可见光的混合色等色；可见光的混合色就是就是白色白色。不同颜色的光波，用不同颜色的光波，用不同波长不同波长来表示，单位为来表示，单位为纳米纳米(nm(nm），或用或用波数波数(cm(cm-1-1)表示；如果以表示；如果以能量能量表示时，则用表示时，则用电子伏待电子伏待(evev)表示。表示。波数是每厘米波长的数目，波数是每厘米波长的数目，其数值等于波长的倒数其数值等于波长的倒数。以。以波数表示波长时，可以直接转换为能量单位。波数表示波长时，可以直接转换为能量单位。1cm1cm-1-12.859cal=1.24102.859cal=1.2410-4-4eV(1cal=4.1868JeV(

6、1cal=4.1868J）;1ev=8066cm1ev=8066cm-1-1=1.60218910=1.60218910-19-19J)J)。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程 2 2、矿物的呈色机理、矿物的呈色机理 矿物受白光照射时，对光产生矿物受白光照射时，对光产生吸收、反射和透射吸收、反射和透射等各等各种光学现象。种光学现象。如果矿物对光如果矿物对光全部吸收全部吸收，矿物，矿物呈黑色呈黑色；如果矿物对白光中所有波长的色光如果矿物

7、对白光中所有波长的色光均匀吸收均匀吸收，则矿物，则矿物呈呈灰色灰色，基本上都不吸收则为无色或白色基本上都不吸收则为无色或白色。如果矿物只如果矿物只选择吸收选择吸收某些波长的色光，而透过或反射出某些波长的色光，而透过或反射出另一些色光，则矿物就呈现相应颜色。另一些色光，则矿物就呈现相应颜色。矿物所吸收的颜色和观察到的光的颜色之间存在矿物所吸收的颜色和观察到的光的颜色之间存在互补关互补关系系（如表（如表H H一一4141）。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适

8、用专业：矿物加工工程 3 3、矿物的呈色机理、矿物的呈色机理（1 1）过渡金属离子内部的电子跃迁过渡金属离子内部的电子跃迁 含过渡型离子的矿物含过渡型离子的矿物呈色的主要方式。呈色的主要方式。在过渡金属元素的晶体结构中，阳离子都具有在过渡金属元素的晶体结构中，阳离子都具有未填满未填满的的d d或或f f电子亚层电子亚层。（。（铁电子构型:1s22s22p63s23p63d64s2）过渡金属离子周围的过渡金属离子周围的配位阴离子配位阴离子(配位体配位体)可视为可视为点电点电荷荷，在这些点电荷的静电场作用下，原来属于同一能级的在这些点电荷的静电场作用下，原来属于同一能级的d d或或f f亚层将发生

9、分裂亚层将发生分裂，使离子外层电子轨道重新排列，使离子外层电子轨道重新排列，为为维持新的轨道状态，需要吸收一定波长的可见光维持新的轨道状态，需要吸收一定波长的可见光，晶体因，晶体因此呈色。此呈色。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程 注解：注解：1.1.在这个过程中，电子是在同一个离子的内部轨道间的在这个过程中，电子是在同一个离子的内部轨道间的跃迁跃迁(即即d-dd-d跃迁或跃迁或f-ff-f跃迁跃迁)，并不是从一个离子向另一，并不是从一个离子向另一个离子跃迁，故称个离子跃迁，故称离子内部的电子跃迁离子内部的电子跃迁。实例：实例：红

10、宝石红宝石(含铬的刚玉含铬的刚玉A1A12 2O O3 3)，在其晶体结构中，在其晶体结构中，A1A13+3+被被CrCr3+3+代替，代替，Cr3+Cr3+在畸变的八面体中受到配位阴离子在畸变的八面体中受到配位阴离子O2-O2-的作用的作用，发生，发生d-dd-d跃迁，其能量差跃迁，其能量差相应于篮绿色光所相应于篮绿色光所具有的能量具有的能量，自然光照射时，自然光照射时，吸收蓝绿色光，故呈红色吸收蓝绿色光，故呈红色。2.2.过渡型元素主要是过渡型元素主要是TiTi、Cr Cr、V V、MnMn、FeFe、CoCo、Ni)Ni)，及及CuCu、TRTR和和U U等离子，等离子，都可使矿物呈色都

11、可使矿物呈色，故称，故称色素离子。色素离子。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程注解：注解：1.1.同种离子在不同矿物中可呈不同颜色同种离子在不同矿物中可呈不同颜色。这是因为轨道分裂。这是因为轨道分裂产生的分裂能产生的分裂能不仅取决于过渡型金属离子的种类不仅取决于过渡型金属离子的种类，而巳与周围阴离而巳与周围阴离子的种类以及由这些阴离子组成的配位多面体的形状子的种类以及由这些阴离子组成的配位多面体的形状有关。有关。2.2.惰性气体型离子所构成的矿物，通常无色惰性气体型离子所构成的矿物，通常无色。这是因为惰性气体。这是因为惰性气体型离

12、子的型离子的P P轨道同其最邻近的空轨道间的能量差值远比可见光的能轨道同其最邻近的空轨道间的能量差值远比可见光的能量为大，量为大，其电子在可见光能量的作用下，不能被激发其电子在可见光能量的作用下，不能被激发，不发生跃迁，不发生跃迁，从而从而可见光不能被吸收可见光不能被吸收，因此矿物无色。，因此矿物无色。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程(2)(2)离子间的电子转移离子间的电子转移 在在矿物晶体结构矿物晶体结构中，构成共同中，构成共同分子轨道分子轨道的离子之间在的离子之间在一定能量光波作用下，电子可以从一个离子轨道跃迁到另一定能量光

13、波作用下，电子可以从一个离子轨道跃迁到另一个离子轨道上，一个离子轨道上，这种发生在不同离子之间的电子跃迁称这种发生在不同离子之间的电子跃迁称为电子转移为电子转移(或电荷转移或电荷转移)。伴随着电子转移，伴随着电子转移，矿物对可见光有很强的吸收矿物对可见光有很强的吸收，使矿，使矿物呈现不同的颜色。物呈现不同的颜色。实例：实例：蓝闪石晶体中存在着金属离子蓝闪石晶体中存在着金属离子FeFe2+2+和和FeFe3+3+之间的电子之间的电子转移而转移而呈蓝色呈蓝色；石墨晶体石墨晶体结构中碳原子组成的六方网层，结构中碳原子组成的六方网层，层内层内电子可以或多或少地电子可以或多或少地自由转移自由转移，造成强

14、的光吸收呈，造成强的光吸收呈黑色黑色。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程(3)(3)能带间的电子跃迁能带间的电子跃迁-带隙跃迁带隙跃迁 根据能带理论，根据能带理论，晶体中的电子按照能量高低不同分别晶体中的电子按照能量高低不同分别位于各能带中位于各能带中，其描述的，其描述的能带模型能带模型有两种：有两种：其一，能带的下部被电子占满，为其一，能带的下部被电子占满，为满带满带（或称价带），（或称价带），能能量较低量较低；能带的上部没有被电子占满，为能带的上部没有被电子占满，为导带导带，其中的电子能量，其中的电子能量较高；较高；二者之间是

15、二者之间是禁带禁带，禁带的宽度随矿物的禁带的宽度随矿物的键性不同键性不同而不而不同同;其二，其二，价带与导带部分重叠价带与导带部分重叠，中间没有禁带。，中间没有禁带。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程 当自然光通过矿物时，矿物吸收能量，电子当自然光通过矿物时，矿物吸收能量，电子从满带向从满带向导带跃迁导带跃迁，所需的能量取决于禁带的宽度所需的能量取决于禁带的宽度，即满带顶部与即满带顶部与导带底部间的能量差导带底部间的能量差，（能量间隔

16、），（能量间隔），以，以EgEg表示表示。不同矿物由于禁带宽度不同而呈现各种颜色不同矿物由于禁带宽度不同而呈现各种颜色。q 当当矿物禁带宽度窄矿物禁带宽度窄(EgEg 1.77eV)1.77eV)，甚至价带与导带甚至价带与导带重叠（重叠（EgEg 0ev0ev）时）时，能量间隔均比可见光的能量小能量间隔均比可见光的能量小。可见光中的各种色光都可以使电子跃迁，可见光中的各种色光都可以使电子跃迁，各种波长的可见各种波长的可见光被大量吸收，矿物不透明。光被大量吸收，矿物不透明。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程跃迁到导带上的电子不稳定，

17、又极易回到满带上，返回跃迁到导带上的电子不稳定，又极易回到满带上，返回时电子的大部分能量时电子的大部分能量以可见光的形式辐射以可见光的形式辐射，此时矿物具有，此时矿物具有很强的很强的反射能力反射能力，使晶体具有，使晶体具有金属颜色和金属光泽金属颜色和金属光泽。如果矿物对各种色光大致均匀地吸收并再辐射时，如果矿物对各种色光大致均匀地吸收并再辐射时，根据根据反射率大小不同反射率大小不同，分别可呈现，分别可呈现银白、锡白、钢灰、铬灰、银白、锡白、钢灰、铬灰、铁黑铁黑等金属颜色。等金属颜色。实例：实例：自然金属元素的自然金属元素的EgEg 0ev0ev，如自然金、自然铜；如自然金、自然铜；部分硫化物部

18、分硫化物(如黄铁矿、方铅矿如黄铁矿、方铅矿)EgEg 1.7eV1.7eV。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程q 当矿物当矿物禁带宽度中等禁带宽度中等(1.773.10ev)(1.773.10ev)时，时，能量间隔在能量间隔在可见光区范围内可见光区范围内，矿物可，矿物可选择吸收能量选择吸收能量比自身比自身EgEg大的各大的各种色光，使电子跃迁而呈色。种色光，使电子跃迁而呈色。如辰砂如辰砂EgEg 2.0 2.0 evev，能选择吸收黄、绿、青、蓝、能选择吸收黄、绿、青、蓝、紫色光，紫色光，透过橙、红色光而呈红色。透过橙、红色光而呈

19、红色。q当当矿物禁带宽度大矿物禁带宽度大(EgEg 3.10ev)3.10ev)时，其能量间隔比时，其能量间隔比可见光的能量大。可见光的能量大。在在正常情况下正常情况下，可见光范围内的能量都不能使电子跃可见光范围内的能量都不能使电子跃迁迁，光不能被吸收，光不能被吸收而大部分透过，矿物呈无色透明而大部分透过，矿物呈无色透明，如如无色透明的金刚石，其无色透明的金刚石，其EgEg 5.5ev5.5ev。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程辰砂

20、辰砂工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程辰砂世界辰砂世界工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程注解：注解：对于某些纯净的矿物，由于能带间隔较大，本身不对于某些纯净的矿物，由于能带间隔较大，本身不呈现颜色，但如果呈现颜色，但如果含有杂质元素含有杂质元素(激活剂激活剂)，在禁带中可形在禁带中可形成局部能级，降低其能带间隙，使矿物颜色发生变化。成局部能级，降低其能带间隙，使矿物颜色发生变化。实例：如金刚石含实例：如金刚石含N N时呈黄色时呈黄色，含含B B时则呈蓝色时则呈蓝色。(

21、4)(4)色心色心 由于由于各种物理各种物理-化学因素化学因素的影响，在的影响，在晶体局部范围晶体局部范围内，内，质点的排列偏离严格的周期性重复规律质点的排列偏离严格的周期性重复规律，形成，形成晶格缺陷晶格缺陷。色心概念：色心概念：晶体中能选择吸收可见光而使晶体呈色的晶体中能选择吸收可见光而使晶体呈色的点点缺陷缺陷称色心。色心的类型很多，最常见是称色心。色心的类型很多，最常见是F F心和心和V V心心。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程F F心心 F F心是晶体结构中由于心是晶体结构中由于阴离子缺位而引起阴离子缺位而引起的的。阴离

22、子缺。阴离子缺位时，空位成为一个带正电荷的中心，它能捕获电子，并位时，空位成为一个带正电荷的中心，它能捕获电子，并将之束缚于该空位，将之束缚于该空位，该种电子呈激发态，能吸收某种波长该种电子呈激发态，能吸收某种波长的色光而使晶体呈色的色光而使晶体呈色。因此，因此，F F心是由心是由一个阴离子空位和一个受此空位电场束一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电子构成，又称电子心缚的电子构成，又称电子心。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程F F心是由心是由一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电子组一个阴离子空位和一个受此空位电场束缚的电

23、子组成成，又称为电子心。萤石就是，又称为电子心。萤石就是由于存在由于存在F F心心而呈而呈紫色紫色。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程萤石萤石工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程V V心心 晶体结构中由于晶体结构中由于阳离子缺位而产生阳离子缺位而产生。晶体中缺少一个阳离子，等于附近增加了一个负电荷，晶体中缺少一个阳离子，等于附近增加了一个负电荷，附近一个阴离子必须成为附近一个阴离子必须成为“空穴空穴”才能保持静电平衡。才能保持静电平衡。因此，因此，V V心是由一个阳离子

24、空位捕获一个心是由一个阳离子空位捕获一个“空穴空穴”所组所组成，又称空穴心成，又称空穴心，是是F F心的反型体。心的反型体。注解注解1 1 ：在同一种矿物晶体中，在同一种矿物晶体中，如果同时存在不同的色心，如果同时存在不同的色心，且且数量亦不相同时，将会产生不同的颜色，数量亦不相同时，将会产生不同的颜色，故一些晶体可呈故一些晶体可呈现多种颜色，现多种颜色，如萤石。如萤石。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程萤石萤石工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5

25、 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程注解注解2 2 由于矿物的由于矿物的成分、结构、键型非常复杂成分、结构、键型非常复杂，引起矿物颜，引起矿物颜色变化的因素也是非常复杂，色变化的因素也是非常复杂，矿物的颜色往往是多种呈色矿物的颜色往往是多种呈色机理所产生的总效应机理所产生的总效应。实例：蓝宝石的蓝色（含少量实例：蓝宝石的蓝色（含少量铁、铁、钛钛的刚玉），其蓝色的刚玉），其蓝色机理是机理是d-dd-d跃迁和离子间的电子转移综合作用跃迁和离子间的电子转移综合作用

26、引起的。引起的。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程(5)物理光学效应物理光学效应 由于光的由于光的反射、干涉反射、干涉等物理因素能使矿物呈色，包括等物理因素能使矿物呈色，包括晕色、锖色、晕色、锖色、变彩变彩等等。晕色晕色 某些某些透明矿物透明

27、矿物的表面常呈现出一种的表面常呈现出一种彩虹般彩虹般的色带称为的色带称为晕色晕色；实例：云母、方解石、石英。这主要实例：云母、方解石、石英。这主要由于透明矿物内部的由于透明矿物内部的解理面或解理面或裂隙面对光连续反射裂隙面对光连续反射，引起光的，引起光的干涉干涉而产生的而产生的。锖色锖色 某些某些不透明矿物不透明矿物，因风化，因风化表面产生氧化薄膜表面产生氧化薄膜，引起，引起反射光的干反射光的干涉作用涉作用，使矿物表面呈现各种颜色称为锖色。，使矿物表面呈现各种颜色称为锖色。实例：实例：斑铜矿斑铜矿具有独特的、色彩斑驳的具有独特的、色彩斑驳的蓝、绽、紫色蓝、绽、紫色，可作为鉴定，可作为鉴定特征特

28、征。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程 变彩变彩 某些某些透明矿物透明矿物由于内部有微细的叶片状包裹体由于内部有微细的叶片状包裹体，对光对光发生发生反射和干涉反射和干涉，在，在转动时或沿不同角度转动时或沿不同角度观察，可呈现不观察，可呈现不同颜色的变化称为同颜色的变化称为变彩变彩。注解：注解：1.1.在矿物学中，矿物的颜色分为在矿物学中，矿物的颜色分为自色、他色、假色自色、他色、假色。自色自色是指由矿物本身固有的是指由矿物本身固有的成分、结构成分、结构所决定的颜色。所决定的颜色。他色是由矿物中含的他色是由矿物中含的机械杂质、气液包

29、裹体机械杂质、气液包裹体（红色方解（红色方解石）石）等所引起的颜色。等所引起的颜色。假色是由假色是由物理光学效应物理光学效应而产生的颜色，如上所述的而产生的颜色，如上所述的晕色、晕色、锖色、变彩锖色、变彩等。等。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程晕色晕色 锖色锖色 变彩变彩 工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程你知道么？你知道么？石英（石英（紫色、烟黄色、烟褐色、玫瑰色紫色、烟黄色、烟褐色、玫瑰色 烟灰色黑色烟灰色黑色）石）石英因英因粒度、颜色、包裹体粒度、颜色、包裹体

30、等的不同而有许多变种。等的不同而有许多变种。无色透明的石英称为无色透明的石英称为水晶水晶，紫色水晶俗称紫色水晶俗称紫晶紫晶，烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰，玫瑰红色的俗称红色的俗称芙蓉石芙蓉石；呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙玛瑙，玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石燧石，俗称，俗称火石。火石。工艺

31、矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程2 2矿物的条痕矿物的条痕 矿物的条痕是指矿物的条痕是指矿物新鲜表面在白色无釉瓷板矿物新鲜表面在白色无釉瓷板上刻划上刻划后，留下的后，留下的粉末颜色粉末颜色。注解注解1 1 矿物的条痕可以矿物的条痕可以消除假色，减弱他色消除假色，减弱他色，比矿物颜色更比矿物颜色更稳定稳定。在鉴定。在鉴定各种彩色或金属色矿物各种彩色或金属色矿物时，条痕色是重要的时，条痕色是重要的鉴定特征之一。鉴定特征之一。注解注解2 2 对对浅色矿物浅色矿物，条痕色皆为白色或灰白色，则毫无鉴定意义。，条痕色皆为白色或灰白色，则毫无鉴定

32、意义。注解注解3 3 有些矿物有些矿物由于类质同象混入物由于类质同象混入物影响，会使条痕发生变化。影响，会使条痕发生变化。根据条痕色的微细变化，可根据条痕色的微细变化，可大致了解矿物成分大致了解矿物成分。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程雌黄雌黄(金黄色金黄色)赤铁矿赤铁矿(红棕色红棕色)铬铅矿铬铅矿(黄色黄色)矿物的颜色矿物的颜色工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程黄铜矿黄铜矿(铜黄色铜黄色)辰砂辰砂(红色红色)辉钼矿辉钼矿(灰色灰色)工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的

33、物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程3.3.矿物颜色的描述方法矿物颜色的描述方法1 1）采用标准色谱描述采用标准色谱描述 使用使用红、橙、黄、绿、蓝、紫以及白、灰、黑色红、橙、黄、绿、蓝、紫以及白、灰、黑色描述描述矿物的颜色，矿物的颜色，或根据实际情况加上形容词或根据实际情况加上形容词，如浅绿色、墨，如浅绿色、墨绿色等；绿色等；2 2）类比描述法类比描述法 与与常见实物的颜色相类比常见实物的颜色相类比：如描述具有如描述具有非金属光泽矿物非金属光泽矿物的颜色时用的颜色时用桔红色、橙黄桔红色、橙黄色、孔雀绿色、孔雀绿。描述具有描述具有金属光泽的矿物金属光泽的矿物颜色时

34、，颜色时，常与金属的颜色类常与金属的颜色类比比：如：如锡白色、铅灰色、铜红色、金黄色锡白色、铅灰色、铜红色、金黄色等；等；工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程3 3）混合色描述法（二名法）混合色描述法（二名法）因有很多矿物往往呈现两种颜色的混合色，因有很多矿物往往呈现两种颜色的混合色，可用两种色可用两种色谱的颜色来命名谱的颜色来命名，主要颜色写在后面，次要色调写主要颜色写在后面，次要色调写在前面在前面，如黄绿色，以绿色为主。如黄绿色，以绿色为主。注意：注意：在颜色描述过程中，在颜色描述过程中，应注意区分新鲜面与风化面的颜应注意区分新

35、鲜面与风化面的颜色色，应着重观察和描述，应着重观察和描述新鲜面上新鲜面上的颜色：的颜色：区分金属色与区分金属色与非金属色。非金属色。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程4 4矿物的透明度矿物的透明度 矿物的透明度是矿物的透明度是指矿物透过可见光的程度指矿物透过可见光的程度。矿物透射系数（矿物透射系数（Q Q）：设投入矿物的光线强度为设投入矿物的光线强度为I I，当透当透过过1cm1cm厚厚的矿物后，其透射光强度为的矿物后，其透射光强度为I I0 0，则则I I。I I的比值称的比值称为透射系数。为透射系数。注解：关于矿物的透明度注解

36、：关于矿物的透明度 透射系数大，矿物透明；反之，矿物半透明或不透明。透射系数大，矿物透明；反之，矿物半透明或不透明。矿物的透明与不透明是矿物的透明与不透明是相对相对的；在研究矿物透明度时，的；在研究矿物透明度时，应以应以同一厚度同一厚度为准。为准。根据矿物在根据矿物在岩石薄片岩石薄片(其其标准厚度为标准厚度为0.03mm0.03mm)中的透光程中的透光程度，矿物的透明度可分为：度，矿物的透明度可分为：工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程 透明透明 ：矿物在矿物在0.030.03mmmm厚的薄片上能透光，如石英、厚的薄片上能透光，如石

37、英、长石、角闪石。长石、角闪石。半透明半透明 :矿物在矿物在0.030.03mmmm厚的薄片上透光能力较弱，如厚的薄片上透光能力较弱，如辰砂、锡石。辰砂、锡石。不透明不透明 :矿物在矿物在0.030.03mmmm厚的薄片上不能透光，如方铅厚的薄片上不能透光，如方铅矿、黄铁矿、磁铁矿。矿、黄铁矿、磁铁矿。矿物的透明度取决于矿物的矿物的透明度取决于矿物的化学成分和内部价键类型化学成分和内部价键类型。矿物中的矿物中的包裹体、气泡、杂质、裂隙及矿物的集合方式包裹体、气泡、杂质、裂隙及矿物的集合方式等也影响矿物的透明度。等也影响矿物的透明度。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业

38、：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程透明透明 半透明半透明 不透明不透明工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程对于不透明矿物；对于不透明矿物；对于透明矿物，对于透明矿物，吸收系数吸收系数(K)(K)很小很小，可略去不计，故，可略去不计，故5 5矿物的光泽矿物的光泽 指指矿物表面对光的反射能力矿物表面对光的反射能力，用反射率（，用反射率（R R）表示。）表示。反射率：反射率：指反射光强度指反射光强度(I(IR R)与垂直入射到矿物光面时的与垂直入射到矿物光面时的光强度光强度(I(I。)的比值，即的比值，即R=IR=IR RI I。1 1

39、）矿物反射率的计算方法）矿物反射率的计算方法 其大小主要取决于其大小主要取决于折射率折射率(N)(N)和吸收系数和吸收系数(K)(K)的大小的大小工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程2 2）矿物光泽的分级矿物光泽的分级 根据反射率的大小，光泽分为四级，即根据反射率的大小，光泽分为四级，即金属光泽、半金属光泽、半金属光泽、金刚光泽和玻璃光泽金属光泽、金刚光泽和玻璃光泽，后三者又统称为后三者又统称为非金非金属光泽属光泽。各光泽等级的具体特征如下：各光泽等级的具体特征如下：金属光泽金属光泽 R R2525，呈金属般光亮。条痕黑色、灰黑、绿

40、黑呈金属般光亮。条痕黑色、灰黑、绿黑或金属色，不透明。或金属色，不透明。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程 半金属光泽半金属光泽 R R25192519，呈呈弱金属般的光亮弱金属般的光亮，不透明。条痕深，不透明。条痕深彩色彩色(棕色、褐色棕色、褐色)。如铬铁矿、黑钨矿。如铬铁矿、黑钨矿。金刚光泽金刚光泽 R R19101910，如同金刚石般的光亮。条痕为浅色如同金刚石般的光亮。条痕为浅色(浅浅黄、桔黄、桔红黄、桔黄、桔红)或无色，透明或无色，透明-半透明。半透明。如金刚石、辰砂、雌黄。如金刚石、辰砂、雌黄。玻璃光泽玻璃光泽 R R

41、10-410-4，如同玻璃般的光亮。条痕无色或白色，如同玻璃般的光亮。条痕无色或白色，透明。如石英、长石、方解石。透明。如石英、长石、方解石。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程注解：矿物表面的注解：矿物表面的光滑程度和集合方式不同光滑程度和集合方式不同，会使光泽发，会使光泽发生变化。如果矿物表面不平整或因集合体的影响，生变化。如果矿物表面不平整或因集合体的影响，使光产使光产生多次的折射和散射，形成一些特殊的光泽生多次的折射和散射，形成一些特殊的光泽，其光泽类型其光泽类型一般可与一些实物类比一般可与一些实物类比。如：。如：珍珠光泽珍

42、珠光泽 矿物光泽如同珍珠表面或蚌壳内壁那种矿物光泽如同珍珠表面或蚌壳内壁那种柔和的光泽柔和的光泽，如石膏、云母的极完全解理面上具有珍珠光泽。如石膏、云母的极完全解理面上具有珍珠光泽。丝绢光泽丝绢光泽 透明矿物呈透明矿物呈纤维状集合体纤维状集合体时，表面呈丝绢状光泽。时，表面呈丝绢状光泽。如石棉、纤维石膏等。如石棉、纤维石膏等。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程油脂光泽、松脂光泽和沥青光泽油脂光泽、松脂光泽和沥青光泽 无色透明无色透明的矿物其断口具的矿物其断口具油脂光泽油脂光泽，如石英；，如石英；黄色黄色-黄褐色黄褐色矿物其断口为矿

43、物其断口为松脂光泽松脂光泽，如雄黄；，如雄黄；黑色矿物黑色矿物的断口则为的断口则为沥青光泽沥青光泽，如铀矿。，如铀矿。土状光泽土状光泽 一般是一般是粉末状或土状集合体粉末状或土状集合体的矿物，表面光泽暗谈的矿物，表面光泽暗谈如土如土 如高岭石、褐铁矿等。如高岭石、褐铁矿等。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程金属光泽金属光泽半金属光泽半金属光泽 金刚光泽金刚光泽玻璃光泽玻璃光泽 工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程 6.6.矿物的发光性矿物的发光性 发光性是指发光性是指矿

44、物受外来能量激发，发出可见光矿物受外来能量激发，发出可见光的性质。的性质。q 根据根据发光激发源发光激发源不同，分为：不同，分为：光致发光，如可见光、红外光和紫外光等激发；光致发光，如可见光、红外光和紫外光等激发；阴极射线发光，如电子束激发；阴极射线发光，如电子束激发；辐射发光，如辐射发光，如x x射线、射线、射线等激发；射线等激发；热致发光，如热能激发；热致发光，如热能激发；其它激发源：电致发光，摩擦发光，化学发光等。其它激发源：电致发光，摩擦发光，化学发光等。q根据根据发光持续时间长短发光持续时间长短分为分为荧光和磷光荧光和磷光。发光体一旦停止受激，发光现象立即消失，称为发光体一旦停止受激

45、，发光现象立即消失，称为荧光荧光；如果停止激发后，发光体仍持续发光则称为如果停止激发后，发光体仍持续发光则称为磷光磷光。能发出荧光或磷光的物体分别为能发出荧光或磷光的物体分别为荧光体或磷光体荧光体或磷光体。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程q发光机理发光机理 矿物发光机理矿物发光机理主要与矿物中的晶体缺陷和杂质元素主要与矿物中的晶体缺陷和杂质元素有关。有关。晶格缺陷称之为晶格缺陷称之为“陷井陷井”；能引起矿物发光的杂质元；能引起矿物发光的杂质元素称素称激活剂激活剂。注解：注解：1.1.激活剂大都是激活剂大都是过渡金属元素过渡金属元

46、素，其中尤以，其中尤以稀土元素和某些稀土元素和某些锕系元素锕系元素最为重要。表示方法：如最为重要。表示方法：如CaCOCaCO3 3：MnMn2+2+。2.2.大多数组分纯净的矿物不发光，只有在大多数组分纯净的矿物不发光，只有在含有微量含有微量(小于小于1 1)的杂质元素的杂质元素时才能发光。矿物发光机制可以用时才能发光。矿物发光机制可以用能带理能带理论论解释。解释。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程q发光机理发光机理组分纯净的矿物，由于组分纯净的矿物，由于晶体的价带和导带间能量间隔较晶体的价带和导带间能量间隔较大，大于可见光的能

47、量大，大于可见光的能量，因而电子受激跃迁所需的跃迁能，因而电子受激跃迁所需的跃迁能较大，都大于可见光的能量，因而不发射可见光。较大，都大于可见光的能量，因而不发射可见光。当晶体中存在当晶体中存在激活剂激活剂时，它们将在价带和导带之间产生时，它们将在价带和导带之间产生新的新的局部能级局部能级，这时，这时，如同在禁带中架起一个能级如同在禁带中架起一个能级“阶梯阶梯”，使跃迁电子得以逐级回跳。，使跃迁电子得以逐级回跳。在回跳过程中，电子所具有的额外能量以在回跳过程中，电子所具有的额外能量以可见光的形式可见光的形式释放出来释放出来，晶体便产生发光现象。，晶体便产生发光现象。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿

48、物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程荧光磷光的产生机理荧光磷光的产生机理 荧光产生机理荧光产生机理 如果矿物中含有激活剂，如果矿物中含有激活剂，晶体在禁带中晶体在禁带中靠近满带顶部靠近满带顶部附附近形成一个附加能近形成一个附加能级级(如图如图a a）。当晶体受当晶体受高能辐射高能辐射时，在满带或局部能级的时，在满带或局部能级的部分电子部分电子因因受激进入导带受激进入导带(跃迁跃迁1 1和和2)2)。受激电子在导带中不稳定，受激电子在导带中不稳定，很快又跳回满带或局部能很快又跳回满带或局部能级级，并释放出相当于可见光的能量并释放出相当于可见光的能量，产生一种，产

49、生一种很短时间很短时间的的发光现象，这就是发光现象，这就是荧光荧光。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程磷光磷光 某些矿物中的激活剂，某些矿物中的激活剂，在禁带中在禁带中靠近导带靠近导带附近形成附近形成一个附加能级一个附加能级(44b)44b)。当晶体受激时，满带电子除跃入当晶体受激时，满带电子除跃入导带外导带外(跃迁跃迁1)1)，还有可能跃入局部能级中，还有可能跃入局部能级中(跃迁跃迁2)2)，被，被晶体缺陷晶体缺陷(陷井陷井)所滞留所滞留；被滞留的电子被滞留的电子受到热和光的激发受到热和光的激发，可以从陷井中释，可以从陷井中释放

50、出来，再跃进导带放出来，再跃进导带(跃迁跃迁3)3)。当辐射停止后，由于当辐射停止后，由于陷井类型和一些杂质陷井类型和一些杂质的影响，的影响，位于导带的电子还持续不断位于导带的电子还持续不断地回到满带地回到满带，并与其空穴复，并与其空穴复合合(跃迁跃迁4)4)，伴随着这种复合，伴随着这种复合,不断发射出不断发射出一定波长一定波长的可的可见光，这就是见光，这就是磷光磷光。工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专业：矿物加工工程满带满带导带导带导带导带满带满带禁带禁带禁带禁带工艺矿物学工艺矿物学5 5矿物的物理性质矿物的物理性质适用专业：矿物加工工程适用专