工业矿物与岩石(马鸿文)（第四版）

前言

值《工业矿物与岩石》作为“‘十二五’普通高等教育本科规划教材”再版之际,为使其内容更好地适应我国资源产业与生态环境可持续发展,适应高等教育课程体系和教学内容改革的需要,对原教材内容作了适当调整、精简和更新补充。

鉴于“矿物材料科学系列教材”中拟出版《硅酸盐材料学》教材,故本版教材结构调整为:绪论,上篇——工业矿物学,下篇——工业岩石学。重写了富钾岩石一节的内容。更新补充了近年来对主要工业固废资源化利用和工业岩石原料工程化应用,以及在高技术领域应用研究进展等内容。补充修订了主要矿物资源的地质成因、资源现状及应用概况,有关数据主要引自国土资源部信息中心编著的《世界矿产资源年评》(2015,2016)和《中国非金属矿业》(2008)三本专著;更新了对工业矿物原料的质量要求,主要引自《矿产资源工业要求手册》(2014年修订本)。正文中不再说明。

据Fleischer’s Glossary ofMineral Species (Back,2014),更新了有关辉石族、云母族、沸石族的晶体化学分类等内容;引入了有关矿物超族(闪石、电气石、石榴子石)的概念;新增了铯沸石、透锂长石、海绿石、黑云母、铁锂云母、绿泥石、天然碱、钾石膏、钾芒硝、杂卤石、钾明矾、胆矾、钾硝石、磷锂铝石、鸟粪石、铜铀云母、钙铀云母共17种工业矿物,使全书收入的工业矿物达到146种,工业岩石36种,另收入工业固废资源4类16种;补充了近年来有关工业矿物方面的若干研究成果。

本次教材修订,工业固体废物资源一章由白志民完成,其余部分由马鸿文完成。教材修编过程中,得到杨静、刘梅堂、余晓艳3位副教授和苏双青、聂轶苗、马玺、刘昶江、罗征5位博士的热情协助,晶体结构图由聂轶苗绘制。全书内容由在读博士生姚文贵、田力男、殷丛丛、蒯雨晴、郭若禹和硕士生常倩倩、张少刚、邱宇、高原、时浩、徐建昂等核校。书中尚存不足之处,敬请读者不吝指正!

积30年研究教学工作感悟,笔者深感矿物资源作为材料工业乃至国民经济发展的物质基础,其科学意义和技术经济价值,皆蕴含于“集约化绿色加工”之中。是尔值本书付梓,特录6年前拙笔《念奴娇·霞石赋》,以记:

碱脱硅去,钾溶出、破解白云难事。锡域霞石,曾敕信,配钙烧结制铝。八五攻关,九七俄案,抱憾空文已。长时纷绕,一石激起涟漪。

回首十载蓝途,昊青承大任,循环经济。绿色加工,推物理、低耗高值零废。科海逐潮,三十寒复暑,点石金玉。浮云神马,淡茶还写长路!

马鸿文

2017年双十日初雪时节, 于北地苑

版前言

本教材是在中国地质大学(北京)自1992年以来为非金属矿物材料、无机非金属材料、材料化学等专业讲授《工业矿物与岩石》及相近专业课程讲义的基础上,为适应当前教学改革和学科交叉、渗透的综合发展趋势,以及教学计划中学时的减少和强化素质培养,进行了必要的内容精简和补充而编著完成的。

本教材内容包括工业矿物学、工业岩石原料、工业岩石制品三部分。工业矿物学包括常见的120余种工业矿物原料和材料,主要为非金属矿物,对重要的金属矿物和宝石矿物也做了简要论述。工业岩石原料部分重点加强了理化性能、工业应用及技术要求的论述。工业岩石制品包括传统陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥和混凝土,以及工业固体废物。上述内容大体上可反映近年来工业矿物和工业岩石领域的研究新进展和开发应用现状。

为适应当前高等学校教学改革和学科综合发展的大趋势,本教材在内容的安排上,既充分考虑到兼顾保留地质、矿业、建材类高校原有的结晶学、矿物学和岩石学的学科优势,又尽可能满足材料学专业教学与材料工程中实际应用的要求。因此,设计《工业矿物与岩石》教材内容直接与《结晶学与矿物学(通论)》、《材料科学概论》相衔接,而无须学生再系统学习《晶体光学》、《光性矿物学》、《岩石学》等传统地学课程的基础内容;同时,《工业矿物与岩石》教材内容又必须基本满足《无机材料工艺学》、《技术陶瓷学》等材料学专业课程学习的基础知识要求。

本教材适用于地质、矿业、建材类高校的材料学专业教学,也可作为其他理工科高校材料学专业的参考教材。计划学时约80学时。尽管《工业矿物与岩石》教材的容量较大,但考虑到今后随着MCAI教学手段的广泛使用,必然导致单位时间内的教学内容显著增加,因此,在上述计划学时内完成教材主要内容的讲授和学习应当是可能的。

本教材前言、绪论、附录由马鸿文编写;篇工业矿物学部分由廖立兵、马鸿文编写;第二篇工业岩石原料部分由白志民编写;第三篇工业岩石制品部分由李博文、袁家铮编写。全书由马鸿文统稿,白志民负责全书图件的整理并组织完成了全书内容的核校。吴瑞华教授、杨静博士、余晓艳博士、王英滨博士提供了部分文献资料。教材出版经费主要由中国地质大学(北京) “211工程”建设项目和“教材出版基金”资助。北京大学郑辙教授、中国地质大学(北京)周珣若教授、北京科技大学曹贞源教授分别对本教材的工业矿物学、工业岩石原料、工业岩石制品三部分书稿的内容进行了认真的审阅,并提出了宝贵的修改意见。责任编辑赵俊磊副编审对书稿进行了认真的编辑加工。谨此致以衷心的感谢。书中尚存的疏漏或不当之处,敬请读者赐正。

编 者

2001年11月于北京

第二版前言

本书版作为普通高等教育教材,于2002年出版。值《工业矿物与岩石》作为“北京市高等教育精品教材立项项目”再版之际,为使其内容更好地适应当前课程体系和教学内容改革的要求,对原教材内容进行了较大程度的精简和更新补充。主要包括如下内容。

篇删除了板钛矿、铜铀云母、钙铀云母3种较少见的矿物;精简了黏土矿物的一般性质和应用的论述;考虑到石棉因具有致癌作用而已受到发达国家应用的严格限制,因而大大精简了有关石棉的性质和工业应用的内容;精简了对一般工业矿物的论述,补充了近年来有关的研究成果。

第二篇整合了原教材、二篇中相近的内容,如对橄榄石和橄榄岩,石英与石英岩类,黏土矿物与黏土岩,沸石与沸石岩,方解石、白云石与碳酸盐岩的论述等;第七章第七节补充了中国名贵砚石材料的内容;第八章重写了有关富钾岩石的内容;此外还补充了对典型岩浆矿床有关内容的简要介绍。

第三篇新增了有关陶瓷的制备工艺,特别是烧结反应机理和有关玻璃结构的内容;精简了耐火材料的部分内容;无机胶凝材料精简了对硅酸盐水泥的一般论述,重写了硅酸盐水泥水化的内容,补充了有关混凝土腐蚀的论述,新增了矿物聚合材料一节;新增了近年来对矿山尾矿、粉煤灰等工业固体废物资源化应用研究方面的新成果。

此外,删除了原附录二、附录三;书后新增了矿物元素周期简表。与版相比,原内容约删减2/5,新增补内容约1/3,总篇幅精简约1/7。

本次教材修订,篇由廖立兵、马鸿文完成;第二篇由白志民、马鸿文完成;第三篇由马鸿文完成,白志民、黄朝晖分别参与了第十一、十三章和十四章的修订工作。全书晶体结构图由李国武、聂轶苗按照原子坐标精绘。全书由马鸿文统稿。教材修订过程中得到杨静博士、余晓艳博士、王英滨博士、方勤方博士和肖万、李金洪等的协助。教材出版经费由北京市*和中国地质大学(北京)教材出版基金资助,谨致谢忱。

值本教材修订完成之际,特录拙笔《青玉案·石之韵》小令,以赞自然造化之神奇,记从事本领域研究之妙趣。词曰:

锂铍铌钽铯铷钾,铝沥尽、硅云霞。远山幽谷玉烟发。祖母透绿,海蓝若水,碧玺锦三华。

补天取火炼丹砂,铜铁铝镁皆自她。英石光导锗掺杂;热液水晶,高压翡翠,比尔黄金甲。

马鸿文

2005年5月于北京

第三版前言

本书第二版作为“北京市高等教育精品教材”,于2005年出版。值《工业矿物与岩石》作为“普通高等教育‘十一五’规划教材”和“矿物材料科学系列教材”之一再版之际,为适应当前高等教育中学时减少和强化素质培养的需要,使其内容更好地适应课程体系和教学内容改革的要求,对原教材内容进行了适度精简和更新补充。

据Fleischer’s Glossary ofMineral Species (Back et al,2008)更新了有关辉石族、闪石族、云母族、沸石族的晶体化学分类等内容;新增了伊利石、六方钾霞石两种矿物;精简了对一般工业矿物的论述,重点补充了近年来有关层状硅酸盐矿物等方面的研究成果。删除了11种不太重要的晶体结构图和16种不太常见的矿物晶形图。

国家发改委在《产业结构调整指导目录(2005年本)》中,已将角闪石石棉(即蓝石棉)列为淘汰类落后产品,将含铬质耐火材料生产线列为限制类项目,因而精简了有关蓝石棉性质和工业应用的内容,删除了有关铬质耐火材料制品的内容。

新增了18种主要金属矿产和14种重要非金属矿产资源概况的内容,有关数据主要引自国土资源部信息中心编著的《2006—2007世界矿产资源年评》(2008)、《2007—2008世界矿产资源年评》(2009)和《中国非金属矿业》(崔越昭,2008)三本专著;对34种无机矿物原料的质量要求,引自《无机化工原料》(第五版)(王光建,2008),正文中不再说明。

据新版Industrial Minerals and Rocks (7thed)(Kogel etal,2006),对教材中25处内容做了补充或更新。参考GeopolymerChemistry and Applications (2nded) (Davidovits,2008),对矿物聚合材料部分内容做了补充;重写了有关富钾岩石的内容;更新了近年来对矿山尾矿、煤矸石、粉煤灰等固体废物资源化利用研究的内容;更新或补充了主要工业岩石原料的应用技术指标和工程化应用研究进展等内容。

本次教材修订,篇由廖立兵、马鸿文、李国武、杜高翔完成;第二篇由白志民、马鸿文完成;第三篇和绪论部分由马鸿文完成,李金洪参与了第十五章的修订工作。全书由马鸿文统稿,博士生苏双青、李歌负责全书内容的核校,新增补图件由刘浩清绘。教材修订过程中,得到杨静博士、余晓艳博士、刘梅堂博士等的协助。书中尚存的疏漏或不足之处,敬请读者赐正!

值本书付梓,是日晨即兴作歪诗《无题》一首,慨然骋怀,聊以记之:

三修精典续石缘,劫历洪荒欲补天。

造化浑金锁翠谷,汗青无日写流年。

马鸿文

2010年10月8日于北地苑

绪论 / 1

节 工业矿物与岩石的概念及分类 1

第二节 工业矿物与岩石的研究历史 5

第三节 工业矿物与岩石的发展现状 14

第四节 工业矿物与岩石的研究方法 20

参考文献 31

上篇　工业矿物学 / 33

章　硅酸盐矿物 / 33

节 架状硅酸盐 33

石英族:α-石英,β-石英,鳞石英,β-方石英,α-方石英,蛋白石 33

长石族:碱性长石,斜长石 41

似长石:霞石,六方钾霞石,白榴石,铯沸石 48

透锂长石 51

绿柱石,堇青石 52

沸石族:沸石 55

第二节 层状硅酸盐 63

滑石,叶蜡石 63

云母族:白云母,海绿石,金云母、黑云母,锂云母,铁锂云母,伊利石 69

蛭石 79

绿泥石 81

黏土矿物:高岭石,蒙脱石,坡缕石、海泡石 82

蛇纹石 93

第三节 链状硅酸盐 96

辉石族:顽辉石,透辉石,硬玉,锂辉石 96

闪石超族:角闪石石棉,透闪石、阳起石 103

硅灰石 107

蔷薇辉石 111

莫来石 111

第四节 环状硅酸盐 112

电气石 112

第五节 岛状硅酸盐 114

锆石 114

石榴子石 117

橄榄石 119

黄玉 122

绿帘石族:黝帘石,绿帘石,褐帘石 123

红柱石族:红柱石、蓝晶石、夕线石 125

第二章　自然元素与卤化物矿物 / 130

节 自然元素矿物 130

自然金,自然铜 130

金刚石 132

石墨 137

自然硫 141

第二节 卤化物矿物 142

萤石,氟镁石,冰晶石 143

石盐,钾石盐 147

光卤石 150

第三章　硫化物矿物 / 151

节 四面体硫化物 151

闪锌矿 151

黄铜矿 153

斑铜矿 155

第二节 八面体硫化物 155

方铅矿 155

磁黄铁矿,红砷镍矿 156

第三节 混合型硫化物 157

镍黄铁矿 157

第四节 异常配位及其他复杂硫化物 159

辉钼矿 159

辰砂 160

辉铜矿 161

辉银矿 161

黄铁矿 162

毒砂 163

辉锑矿,辉铋矿 164

淡红银矿,浓红银矿 166

雄黄 167

雌黄 167

第四章　氧化物与氢氧化物矿物 / 169

节 四面体氧化物 170

红锌矿 170

第二节 八面体氧化物 170

刚玉,赤铁矿,钛铁矿 170

方镁石 176

金红石,锐钛矿,锡石,软锰矿 176

黑钨矿 180

铌铁矿-钽铁矿 181

易解石 182

烧绿石 183

第三节 立方体氧化物 184

晶质铀矿,方钍石 184

第四节 混合型及异常配位氧化物 185

尖晶石,磁铁矿,铬铁矿 185

金绿宝石 190

钙钛矿 191

硬锰矿 191

第五节 氢氧化物矿物 192

水镁石 192

硬水铝石,软水铝石,三水铝石 195

针铁矿 197

水锰矿 198

第五章　其他含氧盐矿物 / 199

节 碳酸盐矿物 199

方解石,菱镁矿,菱铁矿,菱锰矿,菱锌矿,白云石 200

碳酸锶矿,碳酸钡矿 208

孔雀石,蓝铜矿 209

天然碱 210

第二节 硫酸盐矿物 211

重晶石,天青石 212

硬石膏,石膏,钾石膏 214

芒硝,无水芒硝,钾芒硝,泻利盐 218

杂卤石 220

明矾石,钾明矾 220

胆矾 221

第三节 其他盐类矿物 222

钠硝石,钾硝石 222

方硼石 223

硼砂,钠硼解石,硼镁石 223

白钨矿 225

独居石 226

磷锂铝石 227

磷灰石 227

鸟粪石 229

绿松石 230

铜铀云母,钙铀云母 231

参考文献 / 232

下篇　工业岩石学 / 238

第六章　超镁铁-镁铁质岩类 / 238

节 橄榄岩、蛇纹岩 238

第二节 辉石岩、角闪(石)岩 241

第三节 玄武岩、辉绿岩、辉长岩 243