第一节矿物基础知识
1．什么是矿物？
自然界无奇不有，神奇而复杂，那么什么样的物质才可以称为矿物？
矿物的定义，是由天然产出且具有特定的化学成分和内部晶体结构的均匀固体，通常由无机作用所形成。具体解释如下：
(1)矿物是天然生成的。虽然矿物没有生命，但它经过漫长的地质历史时期，在自然界里慢慢形成。最近几十年来，人们模拟天然晶体生长的条件，在实验室或工厂里制造出来的人造晶体，如人造金刚石﹑人造压电石英等，这样的晶体，人们通常称为“人造矿物”。
(2)对于每种矿物而言，都有特定的化学成分。绝大多数矿物，是由两种或两种以上的元素化合而成的，例如，石英是由硅元素的一个原子和氧元素的两个原子化合而成的二氧化硅。除此以外，还有少数矿物是由单质元素组成的，例如金刚石和石墨均由碳元素组成。
(3)矿物必须是均匀的固体，这意味着天然产出的气体和液体，液态的自然汞和水都不属于矿物，而自然存在的冰，却属于矿物。
(4)作为矿物，各部分必须是均一的，像花岗岩，它是由钾长石、斜长石、石英及黑云母等多种互不相同的物质组成的，根本不是矿物，而是岩石。
(5)矿物一般是由无机作用形成的。如此看来我们日常生活中常用的煤和石油，虽然是重要的矿产资源，但由于它们是有机作用所形成，且无一定的化学成分，石油还是液态的，所以它们不是矿物。
目前已知的矿物约有3000种，绝大多数是固态无机物，液态的（如石油、自然汞）、气态的（如天然气、二氧化碳和氦）以及固态有机物（如油页岩、琥珀）仅占数十种。在固态矿物中，绝大部分都属于晶质矿物，只有极少数（如水铝英石）属于非晶质矿物。来自地球以外其他天体的天然单质或化合物，称为宇宙矿物。由人工方法所获得的某些与天然矿物相同或类似的单质或化合物，则称为合成矿物，如人造宝石。矿物原料和矿物材料是极为重要的天然资源，广泛应用于工业、农业及科学技术等各个部门。
2．矿物是如何形成的？
根据考古学家的研究发现，史前的人类很早就已开始利用红色的赤铁矿和黑色的氧化锰，作为颜料绘画洞穴壁画。由此可见，那些生活在石器时代的人类，就已经知道利用燧石、石英、玉、铜、金来制作工具和从事交易。
矿物是化学元素通过地质作用等过程发生运移﹑聚集而形成。
具体的作用过程不同﹐所形成的矿物组合也不相同。矿物在形成后﹐还会因环境的变迁，而遭受破坏或形成新的矿物。
岩浆作用，发生于温度和压力均较高的条件下。主要从岩浆熔融体中，结晶析出橄榄石﹑辉石﹑闪石﹑云母﹑长石﹑石英等主要造岩矿物﹐它们组成了各类岩浆岩。同时还有铬铁矿﹑铂族元素矿物﹑金刚石﹑钒钛磁铁矿﹑铜镍硫化物以及含磷﹑锆﹑铌﹑钽的矿物形成。结晶作用中，矿物在400℃～700℃﹑外压大于内压的封闭系统中生成。所形成的矿物颗粒粗大。除长石﹑云母﹑石英外﹐还有富含挥发组分氟﹑硼的矿物如黄玉﹑电气石﹐含锂﹑铍﹑铷﹑铯﹑铌﹑钽﹑稀土等稀有元素的矿物如锂辉石﹑绿柱石和含放射性元素的矿物形成。在热液作用下，矿物从气液或热水溶液中形成。高温热液(300℃~400℃)以钨﹑锡的氧化物和钼﹑铋的硫化物为代表﹔中温热液(200℃~300℃)以铜﹑铅﹑锌的硫化物矿物为代表﹔低温热液(50℃~200℃)以砷﹑锑﹑汞的硫化物矿物为代表。此外﹐热液作用还能导致石英﹑方解石﹑重晶石等非金属矿物形成。
风化作用中，早先形成的矿物可在阳光﹑大气和水的作用下，化学风化成一些在地表条件下稳定的其他矿物﹐如高岭石﹑硬锰矿﹑孔雀石﹑蓝铜矿等。金属硫化物矿床，经风化产生的CuSO4和FeSO4溶液渗至地下水面以下﹐再与原生金属硫化物反应﹐可产生含铜量很高的辉铜矿﹑铜蓝等﹐从而形成铜的次生富集带。化学沉积中﹐由真溶液中析出的矿物，如石膏﹑石盐﹑钾盐﹐硼砂等﹔由胶体溶液凝聚生成的矿物，如鲕状赤铁矿﹑肾状硬锰矿等。生物沉积，可形成如硅藻土等。
区域变质作用形成的矿物，趋向于结构紧密﹑比重大而不含水。在接触变质作用中﹐当围岩为碳酸盐岩石时﹐可形成夕卡岩，它由钙﹑镁﹑铁的硅酸盐矿物，如透辉石﹑透闪石﹑石榴子石﹑符山石﹑硅灰石﹑硅镁石等组成，后期常伴随着热液矿化形成铜﹑铁﹑钨和多金属矿物的聚集。围岩为泥质岩石时，可形成红柱石﹑堇青石等矿物。
矿物在空间上的共存称为组合。组合中的矿物，属于同一成因和同一成矿期形成的﹐则称它们是共生﹐否则称为伴生。研究矿物的共生﹑伴生﹑组合与生成顺序﹐有助于探索矿物的成因和生成历史。就同一种矿物而言﹐如果在不同的条件下形成时﹐其成分﹑结构﹑形态或物性上都可能显示出不同的特征﹐称为标型特征﹐它是反映矿物生成和演化历史的重要标志。
3．矿物的分类与命名
矿物通常可分为以下几类﹕自然元素矿物﹑硫化物及其类似化合物矿物﹑卤化物矿物、氧化物及氢氧化物矿物﹑含氧盐矿物。
中国习惯上把具金属或半金属光泽的﹑或可以从中提炼某种金属的矿物﹐称为某某“矿”﹐如方铅矿﹑黄铜矿﹔把具玻璃或金刚光泽的矿物称为某某“石”，如方解石﹑孔雀石﹔把硫酸盐矿物，常称为某“矾”﹐如胆矾﹑铅矾﹔把玉石类矿物，常称为某“玉”﹐如硬玉﹑软玉﹔把地表松散矿物，常称为某“华”﹐如砷华﹑镍华、钨华。至于具体命名，则又有各种不同的依据。有的依据矿物本身的特征﹐如成分﹑形态﹑物性等命名﹔有的以发现﹑产出该矿物的地点或某人的名字命名。
例如锂铍石(成分)﹑金红石(颜色)﹑重晶石(比重大)﹑十字石（双晶形态)﹑香花石（发现于湖南临武香花岭)﹑彭志忠石等。
矿物的中文名称，除少数由中国学者发现和命名及沿用中国古代名称者外﹐主要均来源于外文名称。其中有的意译﹐如上述的金红石﹑重晶石﹑十字石等﹔少数为音译﹐如埃洛石等﹔大多数则系根据矿物成分﹐间或考虑物性﹑形态等特征另行定名﹐如硅灰石﹑黝铜矿等﹔还有音译首音节加其他考虑的译名﹐如拉长石等。
4．什么是重砂矿物？
岩石或矿石遭受风化、破坏所形成的碎屑物质，以及经搬运、分选而沉积的松散的机械沉积砂粒，其中所含比重较大（一般在2.9以上）、机械性质和化学性质比较稳定的矿物，称为重砂矿物，常见的重砂矿物有自然金、自然铂、金刚石、磁铁矿、钛铁矿、铬铁矿、尖晶石、刚玉、金红石、锡石、铌钽铁矿、锆石、独居石、黑钨矿、白钨矿等。很多重砂矿物具有经济价值，如果其富集程度达到工业要求时，便成为砂矿床。重砂矿物的组合与原生岩石的种类有关，例如自然铂、锇铱矿、铬铁矿、橄榄石、磁铁矿的组合，与超基性岩有关。利用重砂矿物及其组合，可以推测砂矿中某种有用矿物存在的可能性，并可对原岩类型的确定和寻找原生矿床提供线索。
5．什么是矿床？
矿床是由地质作用形成的。有开采利用价值的有用矿物的聚集地，包括地质的和经济的双重含义。矿床是地质作用的产物，但又与一般的岩石有所不同，它具有经济价值。
确定矿床的基本条件是：①有用元素或矿物的含量，要达到最低可采品位，如铜的最低可采品位是0.4％，铁的最低可采品位一般是25％。②矿石工艺性质，包括有用组分的赋存状态。如铝在霞石和高岭石中，含量较高，也可分离出来，但加工工艺复杂，成本很高，因此一般只从铝土矿中提取铝。③矿体的形状和内部结构，有用物质在岩石中，是均匀分布，还是在局部集中（如矿脉），对于采矿难易和成本影响很大，因而也对确定矿床的最低可采品位有重要影响。④矿床规模，指可采矿石的储藏量。矿床规模大，矿山建设投资大，但经济效益很高。⑤获得矿产品的全部费用，包括采矿、选矿、交通运输、设备、能源和水源供应、劳动工资等的开支，也决定着矿床的最低可采品位。上述条件的综合分析和评价，对于决定矿床的经济价值有着重要的意义。
矿床是自然界中分散存在的矿质富集到一定程度的产物。如铁在地壳中平均含量约为5％，铁矿石最低可采品位为25％，铁必须经过地质作用富集到5倍以上并具有一定规模，才能成为矿床。导致有用元素或矿物高度富集的地质作用，称成矿作用。发生明显矿化的地点，称为矿点。
矿床种类繁多，固体矿床分布最广，液态矿床有石油、热卤水和地下水，气态矿床有天然气。
按成矿作用方式，矿床可分为内生矿床（内力地质作用生成）、外生矿床（外力地质作用生成）和变质矿床（变质作用生成）。按矿产性质和工业利用情况，可分为金属矿床（如金矿床、钨矿床）、非金属矿床（如耐火黏土、萤石矿床）和能源矿床（如石油、煤和天然气）。
第二节矿石
1．矿石简介
我们知道，矿石是从矿体中开采出来的，从中可提取有用组分（元素、化合物或矿物）的矿物集合体。矿石是在各种地质成矿作用中形成的，不同的地质成矿作用形成的矿石，有不同的特征。矿石研究应包括矿石产出特征、矿石类型、矿石品位、工艺特性，以及矿石中的矿物组成、结构构造、矿物共生关系等。对矿石的全面研究，可以帮助分析成矿的物理化学环境、成矿作用特点、成矿过程以及矿床的次生变化等，还可以为矿石的工业评价、选择最佳的技术加工方法和选矿流程等提供基础资料。
矿石，一般由矿石矿物和脉石矿物组成。矿石矿物，是指矿石中可被利用的金属或非金属矿物，也称有用矿物。如铬矿石中的铬铁矿，铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿和孔雀石，石棉矿石中的石棉等。脉石矿物，是指那些与矿石矿物相伴生的、暂不能利用的矿物，也称无用矿物。如铬矿石中的橄榄石、辉石，铜矿石中的石英、绢云母、绿泥石，石棉矿石中的白云石和方解石等。脉石矿物主要是非金属矿物，但也包括一些金属矿物，如铜矿石中含极少量方铅矿、闪锌矿，因无综合利用价值，也称脉石矿物。矿石中所含矿石矿物和脉石矿物的分量比，随不同金属矿石而异。在同一种矿石中，亦随矿石贫富品级不同而有差别。在许多金属矿石中，脉石矿物的分量往往远远超过矿石矿物的分量，因此矿石在冶炼之前，须经选矿，弃去大部分无用物质后方可冶炼。
矿石矿物按矿物含量的多寡可分为：①主要矿物，指在矿石中含量较多且在某一矿种中起主要作用的矿物；②次要矿物，指矿石中含量较少、对矿石品位不起决定作用的矿物；③微量矿物，指矿石中一般含量很少，对矿石不起大作用的矿物。矿石中某些特征元素矿物，如镍矿石中微量铂族元素矿物，虽其含量甚微，但有较高的综合利用价值，这类微量矿物仍有较大的经济意义。
矿石中除主要组分外，还伴生有益组分和有害组分。有益组分，是可回收的伴生组分或能改善产品性能的组分，如铁矿石中伴生有锰、钒、钴、铌和稀土金属元素等。有害组分，对矿石质量有很大影响，如铁矿石中含硫高，会降低金属抗张强度，使钢在高温下变脆；磷多了又会使钢在冷却时变脆等。
矿石的概念是相对的，随着人类对新矿物原料要求的不断增长和工艺技术条件的不断改进，目前无用的矿物，也可成为矿石矿物。
确定矿与非矿的主要因素，是对矿石品位的要求。
矿石品位指矿石中金属元素或有用组分的含量。它的表示方法不同，大多数金属矿石，如铁、铜、铅、锌等矿石，是以其中金属元素含量的重量百分比表示；有些金属矿石品位是以其中的氧化物（如三氧化钨、五氧化二钒等）的重量百分比表示；大多数非金属矿物原料，是以其中有用矿物或化合物的重量百分比表示，如钾盐、明矾石等；有些非金属矿物，则取决于矿物本身的物理、化学特性，如水晶及宝石类；贵金属矿石以克/吨表示；原生金刚石矿石以0.2克/吨或毫克/吨表示；砂矿以克/立方米或千克/立方米表示。在矿产勘察中，常用的边界品位，是划分矿与非矿界线的最低品位。
工业品位，是指在当前能供开采利用矿段或矿体的最低平均品位，又称最低工业品位。达此品位才能计算工业储量。对不同矿种的矿石工业品位要求是不同的，矿种虽同，但矿石类型不一，工业品位要求也有差别。
2．矿石的分类
通常情况下，按照不同的分类标准，矿石可分为以下几类。
（1）按矿石中矿物含量的多寡，可分为主要矿物、次要矿物、微量矿物。
（2）按矿石中有用矿物的工业性能，可分为金属矿石（如铁矿石、铜矿石、钼矿石等）和非金属矿石（如萤石矿石、石棉矿石等）。
（3）按矿石中所含有用矿物或金属元素的多少，可分为简单矿石（如钨矿石、汞矿石等）和综合矿石（如铅锌矿石、钨锡矿石等）。
（4）按矿石中有用成分含量的多少，可分为贫矿石（如条带状贫磁铁矿矿石，含铁30%左右）和富矿石（致密块状磁铁矿矿石，含铁60%左右）。
（5）按矿石的结构构造，可分为致密块状矿石、浸染状矿石、条带状矿石、角砾状矿石等。
（6）按矿石受风化程度不同，可分为原生矿石、氧化矿石和混合矿石。
