书城科普读物探究式科普丛书-大自然的礼物:岩石和矿物质
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第7章 矿物与矿石的对话——探索篇(2)

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。

在研究矿石的矿物组成时,还应区分矿物的成因(原生的、次生的、变质的)和矿物的工艺特征(易选冶的、难选冶的)等。

第三节药理矿物——芒硝

芒硝属硫酸盐类矿物,经加工精制而成有序结晶体。盐湖、盐泉和干盐湖,是形成芒硝的地方。芒硝的晶体为短柱状或针状,一般这些晶体聚集在一起成块状、纤维团簇状。它们无色或白色,具有玻璃光泽,入水即化。芒硝,在干燥的环境下,会失去水分而变成粉末状,这时就称为无水芒硝。芒硝可以用来提取硫酸铵、硫酸钠、硫酸及硫化钠等化工原料,还是制造洗衣粉的重要原料。中国芒硝分布较多。

然而,最重要的是芒硝具有重要的药理作用:

(1)排泻作用:芒硝系含有杂质的硫酸钠,玄明粉则系纯粹的硫酸钠,内服后,其硫酸离子不易被肠黏膜吸收,存留肠内成为高渗溶液,使肠内水分增加,引起机械刺激,促进肠蠕动。盐类对肠黏膜也有化学刺激作用,但并不损害肠黏膜。过浓的溶液到达十二指肠时,可引起幽门痉挛,从而延迟全部药物从胃中排空,同时可将组织中的水分吸入肠管,故服时应饮大量的水,以稀释之。服后4~6小时发生下泻作用,排出流体粪便。如用以治疗组织水肿,饮水需少量。

(2)减轻阑尾炎症:实验性阑尾炎和阑尾穿孔的家兔,腹部外敷大黄、芒硝、大蒜加适量食醋的糊剂,对阑尾及脾脏的网状内皮系统有明显的刺激作用,使其增生现象与吞噬能力有所增强,阑尾炎症较对照组明显减轻。

(3)利尿:硫酸钠无菌溶液,静脉滴入,可作为利尿剂,以治疗无尿症和尿毒症。

(4)用于纤维结肠镜检查前,清洁结肠。

(5)治疗外科感染。

(6)治疗大骨节病。

(7)治湿疹患者。

第四节放光神石——萤石

萤石也叫氟化钙,是一种常见的卤化物矿物,也是一种化合物,它的成分为氟化钙,是提取氟的重要矿物。萤石的颜色各种各样,也有透明无色的。透明无色的萤石,可以用来制作特殊的光学透镜。此外,萤石还有很多用途,如作为炼钢、铝生产用的熔剂,用来制造乳白玻璃、搪瓷制品、高辛烷值燃油生产中的催化剂等。萤石一般呈粒状或块状,具有玻璃光泽,绿色或紫色为多。萤石在紫外线或阴极射线照射下,常发出蓝绿色荧光,它的名字也就是根据这个特点而来。

古代印度人发现,有个小山岗上的眼镜蛇特别多,它们老是在一块大石头周围转悠。这一自然现象,引起人们探索奥秘的兴趣。

原来,每当夜幕降临,这里的大石头会闪烁微蓝色的亮光,许多具有趋光性的昆虫。而便纷纷到亮石头上空飞舞,青蛙跳出来竞相捕食昆虫,而躲在不远处的眼镜蛇,也纷纷赶来捕食青蛙。于是,人们把这种石头叫作“蛇眼石”。经后人验证,才知道蛇眼石就是萤石。

萤石的成分是氟化钙,又称氟石、砩石等,因含各种稀有元素,而常呈紫红、翠绿、浅蓝色,无色透明的萤石,稀少而珍贵。晶形有立方体、八面体或菱形十二面体。如果把萤石放到紫外线荧光灯下照一照,便会发出美丽的荧光。

近年来,萤石及其加工品的用途,已涉足30多个工业部门。炼钢铁加入萤石,能提高熔液的流动性,除去有害杂质硫和磷。

世界萤石产量的一半,用以制造氢氟酸,进而发展制造冰晶石,用于炼铝工业等。电冰箱里的冷却剂(氟利昂)要用萤石;1986年,我国第一代人造血液也要用萤石。近年,科学家正在研制氟化物玻璃,有可能制成新型光导纤维通信材料,能穿过2万千米宽的太平洋,而不设重发站。

在这里特别要说明的是,萤石因其产量较大,色彩丰富,所以经常被制成各种饰品,但是其硬度较低,佩戴时勿与天然水晶一起,否则水晶会刮划萤石。直接从矿上采下来的萤石,有一定辐射,不宜摆放在卧室内。

萤石所发出的光,有荧光和磷光两种,荧光是指在光源照射后,撤去光源仍然能短暂发光(所有萤石都可以),而发磷光,属于稀土离子引起的内能量发光,无需外光源补充就能持续发光。能发磷光的夜明珠,稀少而珍贵,因此具有收藏价值(这种含磷萤石自然界非常稀少)。只有用这种萤石经过细致打磨加工后,才能制成夜明珠。萤石发荧光很正常,并不代表这就算是真正的夜明珠,因此导致市场上是个萤石球就做个鉴定,当夜明珠卖。夜明珠发光(指磷光)机理,同稀土元素的掺入有关,即“三价稀土元素进入晶格,形成发光中心和电子捕获中心”,电子受热或光激发,晚间电子回到原位,释放出光能,即矿物学中所说的“磷光”。

第五节异彩纷呈

1.观赏佳品——雨花石

雨花石的成分以二氧化硅为主,见于河床、河流阶地的沉积物之中,其中最着名的是南京雨花台产出的雨花石。雨花石又分为细石和粗石两类,细石以玛瑙为主,石质细腻,颜色艳丽,磨圆度高,晶莹可爱;粗石质地较粗,以石英或变质岩为主,价值较低。美丽的雨花石中,常可呈现各种山水、人物、鸟兽、树木等景象,使人遐想联翩,思绪入石。由于雨花石石面有形状各异、大小不等的石纹,因此而得名。

雨花石玲珑妩媚,晶莹圆润。

绚丽的色彩、奇妙的纹理,构成雨花石无穷无尽的图形,有风花雪月、飞禽走兽、亭台楼阁、人物风景、花卉虫鱼……万种风物石头生,使雨花石闻名遐迩。

从雨花石的孕育到形成,经历了原生形成、次生搬运和沉积砾石层这三个复杂而漫长的阶段,也可谓是历尽沧桑方显风流了。雨花石是一种天然花玛瑙,主要出产于江苏省南京市六合区,为全国最大的雨花石产地。所产雨花石之质、形、纹、色、呈象、意境六美兼备,被誉为“天赐国宝,中华一绝”。美丽的雨花石历来被人们欣赏、收藏,现已有千年历史了。近年来,古风复起,雨花石备受国内外人士青睐,成为馈赠亲友、欣赏、收藏的珍贵礼品。

雨花石是中华特有的美石,在百千种奇石中,堪称石中皇后。提到雨花石,先声夺人的是一则关于雨花石的神话:传说古时雨花台上,有一座雨花观,雨花观中有一位雨花真人。雨花真人端庄睿智、深藏若虚,他常年静坐而绝少宣道,仿佛自己就是一部玄秘古奥的经书。一天,雨花真人开坛讲经。微言大义、悬河流水、探本溯源、咳唾成珠,品格和智慧的魅力,震撼了众多百姓,乃至感动了上苍诸神,欢悦之际,诸神命令降下一场五彩天雨来。五彩天雨比肩接踵杂沓而下,好似一幅珍藏在故宫博物院里的米芾山水长卷。泠泠雨水敲击在雨花台上,变成了一粒粒玛瑙般的雨花石。

2.妙不可言——珍珠岩

珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩,经急剧冷却而成的玻璃质岩石,因其具有珍珠裂隙结构而得名。

我国珍珠岩矿床,主要产于我国大陆地壳活动频繁的中生代。这个代的火山形成了北起黑龙江,南达南海海滨和海南岛,长3000千米,宽300~800千米的火山岩带。

(1)膨胀珍珠岩:膨胀珍珠岩是一种无毒、无味、不燃、不腐、耐酸碱、保温、隔音隔热,内部呈蜂窝状结构产品。该产品主要用于建筑物屋面及墙体的保温、隔热,建筑材料的轻质骨料。

(2)憎水珍珠岩:憎水珍珠岩保温板(又称FSG防水保温板)。

它是以憎水膨胀珍珠岩散料为骨料,加入防水剂和黏结剂进行配制、筛选、加压成型、烘干等工序制成的隔热防水保温板。

(3)膨胀珍珠岩粉:是一种超轻质、保温绝热材料。它具有容重轻,导热系数低,色泽洁白,吸音性能好,还具有无毒无味不燃不蛀,耐酸耐碱耐腐蚀等优点,其价格实惠,是其他保温材料所不能比拟的。目前已广泛用于国防、冶金、石油、化工、冷藏、电力、轻纺、食品过滤、民用住宅建筑和室内装饰等行业。

(4)珠岩防水保温制品:水黏结剂混合、压制、烘干等工艺加工成一定规格的板材或弧形瓦。该产品具有防水、容重轻、强度高、易施工等一系列特点。该产品板材适用于建筑屋面防水保温层、地下结构防水保温结构施工、外墙保温框架施工等。

(5)球形闭孔珍珠岩:可用于生产轻质耐火材料、高档墙体板、保温砂浆等配料,现已广泛应用于生产耐火材料中。

(6)玻化微珠:应用于内外墙保温砂浆、保温腻子、轻质装饰板、吊顶板、吸音板、保温涂料、轻质墙板、轻质耐火材料、热力管道保温、工业窑炉绝热、炸药密度调节、石油、化工、消防材料、助滤剂。还可以做炸药填充料,具有显着的经济效益。

3.文明使者——铜矿石

人类从石器时代进入青铜器时代以后,青铜被广泛地用于铸造钟鼎礼乐之器,如中国的稀世之宝——商代晚期的司母戊鼎,就是用青铜制成的。所以铜矿石被称为“人类文明的使者”。

铜在地壳中的含量,只有十万分之七,可是40000多年前的先人就开始使用了,这是因为铜矿床所在的地表,往往存在一些纯度达99%以上的紫红色自然铜(又叫红铜)。它质软,富有延展性,稍加敲打,即可加工成工具和生活用品。

铜矿上面的氧化带中,还常见一种绿得惹人喜爱的孔雀石。孔雀石因其色彩像孔雀的羽毛而得名。它多呈块状、钟乳状、皮壳状及同心条带状。用孔雀石制成的绿色颜料,称为石绿。孔雀石别号叫“铜绿”,它还是探矿的标志。1957年,地质队员来到湖北省大冶市铜绿山普查探矿,通过勘探,发现大冶市铜绿山是一个大型铜、铁、金、银、钴综合矿床。

南美洲的智利,号称“铜矿之国”。那里有个大铜矿,也是外国人根据孔雀石发现的,那是18世纪末的一个趣闻。当时,智利还在西班牙殖民者的统治下。一次,有个西班牙的中尉军官,因负债累累而逃往阿根廷。他取道智利首都圣地亚哥以南80千米的卡佳波尔山谷,登上1600米高的安第斯山时,无意中发现山石上有许多翠绿色的铜绿。他的文化素养,使他认识到这是找铜的“矿苗”,于是带着矿石标本去报矿。后经勘察证实,这是一个大型富铜矿。这座铜矿特命名为“特尼恩特”(西班牙文意为“中尉”)。它是目前世界上最大的地下开采铜矿,年产铜锭30万吨。

目前为止,已发现的含铜矿物有280多种,主要的只有16种。

除自然铜和孔雀石之外,还有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝和黝铜矿等。我国开采的主要是黄铜矿,其次是辉铜矿和斑铜矿。

目前,全世界探明的铜矿储量6亿多吨,储量最多的国家是智利,约占世界储量的1/3。我国也有不少着名的铜矿,如江西德兴、安徽铜陵、湖北大冶、山西中条山、甘肃白银厂、云南东川、西藏玉龙等。德兴铜矿是亚洲第一大铜矿。

在金属王国里,铜的导电性仅次于银。铜矿比银矿多,且价格便宜。当今世界,一半以上的铜,广泛应用于电力和电讯工业。

第六节用处多多——稀土矿

在地壳中,稀土元素主要以矿物形式存在,其存在状态主要有三种:

作为矿物的基本组成元素,稀土以离子化合物形式,赋存于矿物晶格中,构成矿物必不可少的成分。这类矿物通常称为稀土矿物,如独居石、氟碳铈矿等。

作为矿物的杂质元素,以类质同象置换的形式,分散于造岩矿物和稀有金属矿物中,这类矿物可称为含有稀土元素的矿物,如磷灰石、萤石等。

已经发现的稀土矿物约有250种,但具有工业价值的稀土矿物只有50~60种,目前具有开采价值的只有10种左右,现在用于工业提取稀土元素的矿物主要有四种:氟碳铈矿、独居石矿、磷钇矿和风化壳淋积型矿,前3种矿占西方稀土产量的95%以上。在独居石和氟碳铈矿中,轻稀土含量较高。

磷钇矿中,重稀土和钇含量较高,但矿源比独居石少。

1.常见矿物种类

(1)独居石:呈黄褐色、棕色、红色,间或有绿色,半透明至透明,条痕白色或浅红黄色,具有强玻璃光泽,主要用来提取稀土元素。具有经济开采价值的独居石,主要资源是冲积型或海滨砂矿床。

最重要的海滨砂矿床,分布在澳大利亚沿海、巴西以及印度等沿海。

此外,斯里兰卡、马达加斯加、南非、马来西亚、中国、泰国、韩国、朝鲜等地,也都含有独居石的重砂矿床。独居石的生产近几年呈下降趋势,主要原因是由于矿石中钍元素具有放射性,对环境有害。

(2)氟碳铈矿:呈黄色、红褐色、浅绿或褐色。玻璃光泽、油脂光泽,条痕呈白色、黄色,透明至半透明。它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料。铈族元素可用于制作合金,提高金属的弹性、韧性和强度,是制作喷气式飞机、导弹、发动机及耐热机械的重要零件,亦可用作防辐射线的防护外壳等。此外,铈族元素,还用于制作各种有色玻璃。目前,已知最大的氟碳铈矿,位于中国内蒙古的白云鄂博矿,作为开采铁矿的副产品,它和独居石一道被开采出来,其稀土氧化物平均含量为5%~6%。品位最高的工业氟碳铈矿矿床,是美国加利福尼亚州的芒廷帕斯矿,这是目前世界上唯一以开采稀土为主的氟碳铈矿。

(3)磷钇矿:呈黄色、红褐色,有时呈黄绿色,亦呈棕色或淡褐色,条痕淡褐色。玻璃光泽,油脂光泽。

主要产于花岗岩、花岗伟晶岩中,亦产于碱性花岗岩以及有关的矿床中。