宝石有什么用途

宝石种类介绍 宝石多为单矿物晶体，透明者加工成刻面，半透明至不透明者常加工成素身饰品，后者部分具星光和猫眼效应。钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、金绿猫眼为举世公认的五大珍贵宝石，具保值和收藏价值，其余属中低挡宝石。 1、钻石 矿物名金刚石，是自然界最硬的物质，被誉为“宝石之王”，以无色透明者为佳，无色微带蓝色者称为“水火钻”价值最高。粉、蓝、绿、金黄等色因罕见也为珍品。产于南非、澳大利亚、俄罗斯及我国辽宁、山东等地。世界上最大的宝石金刚石库里南产于南非，重3106克拉。我国国宝“常林钻石”产于山东，重158786克拉。 2、红宝石 矿物名刚玉，是仅次于钻石的珍贵宝石，硬度9，仅次于钻石。产于缅甸、泰国、斯里兰卡等东南亚各国。缅甸是世界上首屈一指的优质红宝石产地，以“鸽血红”最佳，次为石榴红，玫瑰红等。红宝石是七月诞辰石，象征热情奔放和品德高尚，千百年来为世人所喜爱。 3、蓝宝石 矿物成分与红宝石同，故有“姐妹宝石”之称。广义蓝宝石包括除红色以外的各色宝石级刚玉，以印占克什米尔矢车菊蓝宝石质量最佳，惜已采空。为前，优质蓝宝石主要产一缅甸和斯里兰卡，以鲜艳的天蓝色色调均匀者为佳，靛蓝、浅蓝等色次之，我国山东，江苏，海南等省也出产。为九月诞辰石。 4、祖母绿 为绿柱石矿物的一种，因具特殊晶莹的“祖母绿色”被誉为“绿色宝石之王”，据说其绿色之美，任何绿色以宝石皆望尘莫及。以翠绿、皆为佳，优质绿祖母绿均产于哥伦比亚。 5、金绿猫眼 矿物名金绿宝石，硬度85，仅次于钻石和红宝石。具绿黄、蜜黄、黄棕等色，以深蜜**为上品，产于斯里兰卡。当具变色效应时，称变石（亚历山大石），日光下呈绿色，白炽灯下呈红色，亦为珍贵宝石。 6、欧泊 矿物名蛋白石，具瑰丽夺目的变彩。以色彩丰富、鲜艳、红色变彩较多且分分均匀的五色变彩为佳，以黑欧泊最好，白欧泊、火欧泊次之；产于澳大利亚。 7、海蓝宝石 为绿柱石矿物的一种，具海水蓝色，以色浓鲜艳者为佳，具猫眼效应者价值倍增。产于疆，云南等省（区）。 8、尖晶石 别名大红宝在，常为红、蓝等色，以接近红宝石的红色得较珍贵。红色尖昌石易与红宝石相混，一颗被称为“黑色王子红宝石”的红尖晶石，1660年被镶嵌于英王王冠上，直至20世纪才被识破。优质尖晶石产于缅甸。 9、橄榄石 因具有橄榄绿色而得名，以酷似祖母绿色者最佳，次为浓绿色和黄绿色，为八月诞辰石，产于河北，吉林。 10、托帕石 矿物名黄玉，硬度8，颜色较多，以酒**和红色最珍贵，无色者最差。商店里常见的蓝色黄玉为人工改色而成，但颇受青眯。为十一月诞辰石，产于新疆，云南等地。 11、紫牙乌 为石榴石族矿物。由于此族矿物化学成分，故品种和颜色也较多，以酷似祖母绿色的翠榴石和血红色镁铝榴石最佳。 12、月光石 为长石族矿物。其淡蓝色晕彩颇似秋夜的月光，故名。优质月光石产于缅甸，其晕彩有淡蓝、金黄、银白等色，以淡蓝及金**晕彩最佳。若具猫眼效应及“瞳孔”者，价值倍增，是受青睐的宝石品种。有学者认为，闻名遐迩的“和氏壁”就是月光石。 13、珍珠 被誉为“宝石皇后”。为珍珠蚌类的分泌物，矿物成为为文石。分天然珠和养殖珠两大类，以大而圆珠光佳美者为上品。我国广西合浦的海水养殖珠，世界驰名。

矿物的定义

　　地壳中存在的自然化合物和少数自然元素，具有相对固定的化学成分和性质。大部分是固态的（如铁矿石），有的是液态的（如自然汞）或气态的（如氦）。矿物是组成岩石的基础，一般为固体，但也有液态的矿物，如汞（水银）。　目前科学已经能够制造出某些矿物，如人工水晶，人工钻石等。　目前已知的矿物约有3000种左右，绝大多数是固态无机物[1]，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同的单质或化合物，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一类天然资源，广泛应用于工农业及科学技术的各个部门。（图：世界矿产主要金属、非金属矿产资源分布图）

矿物的分类

　　矿物的分类方法很多。早期曾采用纯以化学成分为依据的化学成分分类。以後有人提出以元素的地球化学特征为依据的地球化学分类﹐以矿物的工业用途为依据的工业矿物分类等。一般广泛采用以矿物本身的成分和结构为依据的晶体化学分类。　从矿物的分类及矿物成分来看，矿物分成单质和化合物两种。单质是由一种元素组成的矿物，如金刚石成分是碳，自然金成分是Au。化合物则是由阴阳离子组成的，根据阴离子成分不同分为若干类：　化合物类型　阴离子成分　硫化物 S-2　氧化物 O-2　氢氧化物　（OH）-1　卤化物 F-1、Cl-1、Br-1、I-1　碳酸盐 [CO3]-2　硫酸盐 [SO4]-2　硝酸盐[NO3]-1　铬酸盐 [CrO4]-2　钨、钼酸盐　[WO4]-2 、[MoO4]-2　磷、砷、钒酸盐 [PO4]-3 、[AsO4]-3、[VO4]-3　硅酸盐 [SiO4]-4　硼酸盐 [BO3]-3　亚硒、亚碲酸盐 [SeO3]-2、[TeO3]-2　硒、碲酸盐 [SeO4]-2、[TeO4]-2　碘酸盐 [IO3]-2　氧、氢氧卤化物 [O2Cl2]-6 、[(OH)3Cl]-4　硫卤化物 S2Cl2　以上各类化合物加上单质矿物共十八类。这些矿物中硅酸盐矿物种数最多，占整个矿物种类的24%，占地壳总重量75%，硫卤化物最少，只有一种。　矿物分为下列大类﹕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(包括硅酸盐﹑硼酸盐﹑碳酸盐﹑磷酸盐﹑砷酸盐﹑钒酸盐﹑硫酸盐﹑钨酸盐﹑钼酸盐﹑硝酸盐﹑铬酸盐矿物等)。　新矿物。世界上已知矿物约3000种。随著研究手段的改进﹐新矿物种的发现逐年增多。若以20年为一个计算单位﹐则新矿物的发现﹐1880～1899年为87种﹐1900～1919年为185种﹐1920～1939年为256种﹐1940～1959年为347种。80年代平均每年发现新矿物约 40～50种。中国从1958年发现香花石开始﹐至1989年已发现新矿物约70种。

金宗哲

（中国建筑材料研究院，北京 100024）

摘要 讨论了在日光、地辐射、热辐射条件下和在矿物中金属离子的催化作用下，水和空气被激活产生有益于健康功能的空气离子和离子水的机理。讨论了健康功能岩土、矿物，简述了具有净化功能、调湿功能、绝热功能等的矿物。

关键词 健康功能；含离子矿物；含离子空气；离子水；光子催化；协合材料；净化作用；调湿材料。

作者简介：金宗哲（1935—），男，朝鲜族，工学博士，教授级高级工程师。****：010-68312052，jinzongzhe@sinacom。

生命科学已证实，疾病和衰老的根本原因与氧化作用有关，防止氧化的物质就是还原剂。对生命科学来说，抗氧化物质就是健康长寿的食物及材料。人类不可缺的空气、水和食物中都含有氧化作用和还原作用的两种物质，即氧化还原作用的离子。酸性物质实际上有时候也是有害健康的氧化物，疲劳过度也与氧化有关。正离子加速氧化反应，受污染的空气中含有大量的正离子，所以人们感到很不舒服。让人们感到舒服和有利于健康的是负离子。总之，空气、水和食物都与周围的土地、岩石协合催化作用下产生有健康功能的负离子空气、还原功能的离子水和含离子的健康食物。

本文讨论具有健康功能的含离子矿物，简述具有净化功能、调湿功能、绝热功能等的矿物［1～6］。

一、健康功能矿物

中国古代就利用健康材料，在我国的古籍中记载了一种神奇的石料——磬石（古代称泗滨浮石），夏、商、周开始用磬石砭术治病，孔子采用磬石养身（公元前551～479年）。它是古代制造石磬（乐器）和砭具（治病）的矿石，是一种微晶方解石，以碳酸钙为主要成分，含有钛、铬、锰、锌、锶、稀土等有益于健康的元素。远红外辐射率高，对人有热效应，敲击时发出可听见的声音，还发出频率约20000 Hz的超声波脉冲，至今没有搞清楚其作用于人体健康方面的机理。李时珍的《本草纲目》中有106种矿石药物。另外还有健康宝石：水晶——解除疲劳，提高效率；绿、红宝石——提高生育能力；钻石——使人精力旺盛，玉——远红外辐射材料，活化血液；琥珀——中医学上用于化瘀、利尿、安神，主治尿血、失眠，还可治溃疡。

麦饭石（maifan stone）：偏碱性的矿石，含36种元素、26种微量元素。用于水质净化、养殖、饲料、肥料、产生负离子；吸附有害物（有机、无机）、保鲜、防腐及除臭。该石又被称为长寿石、净化石、矿化水的健康石。

电气石（Tourmaline）：纯度高的称为碧玺（宝石的一种），有红、蓝、白、黑等多种颜色，一种独特的具有自发激化电极、兼具有压电性和热电性的矿物。1989年日本学者Kubo证实了电气石微粒周围静电场的存在。它能产生负离子、活化水分子：吸附粉尘、净化大气、净化水质、杀菌除垢，有电磁屏蔽作用等。

电气石是一种天然晶体材料，属三方晶系，呈复三方柱状。电气石的化学式为：XR3Al6B3O27（OH）4，其中X为Na、K、Ca，R为Mg、Fe、Mn、Li、Al等，X的种类、含量和离子价态直接影响电气石的性能。其产生负离子的原因，一般认为是与其内部存在永久性电极［1］和变价金属离子有关，电离空气中的分子而产生的。

（一）负离子对人体健康的影响

空气中的离子（air ion）对人体医疗和生理的影响的研究早在20世纪30年代就有论述。究竟空气中对人有益的是什么离子，近些年来又引起世界的广泛关注。1980年德国医学界率先证明正离子多的地方人们得各种慢性疾病的比率高，发生交通事故也多。日本医学界对空气离子的作用一直较为重视，进行了大量的观测和临床实验，证明了负离子对人体的健康有益。

1）负离子直接影响细胞膜的电位，提高细胞的各种功能，促进新陈代谢，增加机体免疫力。

2）碱性离子可增加细胞的渗透性，增加吸氧量，改善肺功能。

3）负离子通过呼吸进入人体，调整血液的酸碱度，使之为弱碱性。碱性离子具有表面活性剂的作用，使血管中的胆固醇形成胶体而分散，减轻血液中的絮凝，降低血压。

4）负离子具有安定自律神经、控制交感神经、改善睡眠效果的作用。

5）增加发汗量，增加脑波α波，减轻疲劳。

6）负离子还有控制炎症、镇痛、抗癌的作用，对肝硬化、糖尿病、神经麻痹均有治疗效果。

（二）产生负离子的机理与表征

1）机械作用：空气中的分子的机械运动能量转化为化学能，使空气中的水分子电离；由于空气的热运动，空气分子产生摩擦、相互碰撞，气体分子发生电离或电荷转移；由于水的落差，水分子与空气摩擦或水分子之间撞击，气体分子发生电离或电荷转移。

2）光作用：可见光、红外线、紫外线、宇宙射线。

3）在岩石和土壤的放射作用下，空气中的分子与之电离。

4）静电作用：外加电场使气体电离或尖端放电气体分子俘获电子而成为负离子。所以，雷雨过后，空气中负离子浓度高，空气非常清新。

5）化学能与生物能作用：多种化学反应、植物的光合作用、海洋的藻类所提供的生物能量也可增加空气中的负离子。

总之，负离子的产生必须有能量的来源和负电荷的载体，其效果用负离子的产量与氧化还原电位表征，见表1。

表1 健康功能矿石在水中的氧化还原电位和负离子产量

注：仪器用ORP/REDOX MONITOR（American Marine inc），2006年10月至2007年1月，将试样置于水中，每月测试数次取平均值，其数值变化很小。

血液的氧化还原电位为124～160 mV，因此把氧化还原电位在160 mV以下的物质定为有益于健康长寿的还原剂。广西巴马县从石灰岩和粘土中涌出的水的ORP为150 mV以下。由此，国际自然医学会认定此水为健康长寿水。

（三）电气石中金属与稀土元素协合材料（Synergy materials）

一些矿物和无机氧化物复合粉体中含有金属离子。研究发现，稀土元素的复合盐也具有导致空气中分子电离的功能，而增加空气中负离子的浓度［2］。

变价稀土元素Re的变价过程、电气石中的变价金属离子、压电与热电效应，以及低能辐射的协同作用，提高了产生自由基的浓度，并把自由基转化为负离子（图1），负离子的产率可提高到2000个/cm3以上［3］。

图1 在日光、地辐射和热辐射条件下，水和空气在电气石中的金属离子和稀土元素的催化作用下产生负离子的过程

二、净化功能的矿物

绝大多数矿物在水介质中，表面发生羟基化，具有荷电荷性；盐类和硫化矿物的矿物表面具有盐基与硫基。因此，矿物表面产生极性、化学吸附作用。

以吸着、分解、中和反应或离子交换等各种方式或净化某种气体，因此净化量为吸着量、分解量、化学反应量或离子交换量的函数。净化量大于挥发量，且吸着速度大于脱附解吸速度的材料都称为空气净化材料。

1）土壤——是含空气和水的多孔材料，具有呼吸、天然自净化和过滤功能。

2）多孔矿物：沸石、硅藻土、轻质蛋白石、磷灰石、电气石、石英、磁铁矿等。

3）离子交换矿物：方解石、文石、碳酸盐矿物、沸石、粘土等。

4）光子-离子协合净化材料［3，4］：综合了化学吸附、物理吸附、光催化等多元催化技术，主要是经过各种途径产生活性氧自由基，具有持久的空气净化性能。

NH3的净化，NH3＋·OH→ NH2＋H2O NH2＋·OH→HNO HNO＋O2→HNO3（1）

NOx的净化，当λ≤430nm时：NO2＋hν→ NO ＋O NO ＋NH2→ N2＋H2O NO2＋·OH→HNO3 （2）

VOC的净化：VOC ＋·OH ＋ O2→H2O ＋CO2＋其他产物 （3）

甲醛的净化，当λ≤370nm时：

HCHO ＋hν→·H ＋HCO，或H2＋CO CO ＋·OH→H ＋CO2 （4）

CO2的净化，当λ≤186nm时：

2H2O→O2＋4 H＋＋4e CO2＋4 H＋＋4e→CH2O ＋H2O （5）

MeO ＋CO2→MeCO3（Me金属离子） （6）

三、绝热纳米矿物

1992年美国Haunt［5］提出超级绝热材料（Supper in sulator）的概念，在预定的使用条件下，其导热系数低于“无对流空气”导热系数的绝热材料。

空气中的主要成分氮气和氧气的自由程都在70nm左右，因此只有在大部分气孔尺寸都小于50nm时，材料内部才基本消除对流，使对流传热大幅度降低。许多研究表明：当材料中气孔的直径小于50nm时，气孔内的分子就失去了自由流动的能力，而相对地附着在气孔上，这时材料近处的状态近似于直孔状态。同时，由于纳米吸气孔及极低的体积密度，材料内部会有极多的反射界面与散射微粒，可见光和紫外光反射率为95%以上。可使材料不论是在高温和常温下均有低于空气的热导率。粉状λ≤0020W/m·℃，块状 λ≤0014W/m·℃。

美国NASA的航天飞机的隔热瓦是用陶瓷纤维板的骨架中充满SiO2气凝胶来实现的。SiO2气凝胶（aeragels）是纳米多孔非晶态材料，孔洞率80%～998%，孔尺寸1～100nm，比表面200～1000 m2/g，密度3～500 kg/m3。

实际上有很多绝热作用的矿物，如蛭石（Mg、Fe、Al）3（Si、Al）4O10OH·4H2O是一种良好的绝热纳米矿物，于900℃下燃烧，1分钟体积膨胀10～30倍，膨胀后的蛭石有空气隔层，具有最良好的绝热、保温、隔音性能并吸收放射性的特性，其热导率为λ＜0013W/m·℃，密度为60～200 kg/m3，吸声系数为006～060。这种材料也可用于隔热、隔音涂料及节能住宅的外墙。

四、调湿功能纳米材料

要求室内湿度保持相对一定，湿度大时吸湿、干燥时放湿功能的材料称为调湿材料。湿度大时，空气中的水分凝结成水蒸气，湿度小时凝缩水气化。常温蒸气压力p与毛细管的半径R的关系为lnp∝1/R。当常温相对湿度为40%时，R＝32nm；相对湿度为70%时，R＝74nm。由此原理，调湿材料设计成为进水孔的半径为≥74nm，出气孔的气化毛细孔半径为≤32nm。纳米SiO2，经酸处理的海泡石、硅藻土都具有上述功能。吸放湿量为12g/m2·h。

五、纳米粘土

在高分子材料中加入粘土，可改善其力学、热学和其他性能，已有10多年的应用历史。

汽车上：丰田、三菱汽车上都采用尼龙、粘土混杂材料，纳米粘土量加入5%，提高刚度32%～50%，弹性模量提高98%。包装材料：啤酒瓶中加入粘土，保鲜期由120天提高到200天。

纳米粘土可用于光催化材料的载体、远红外健康功能材料、空气净化、抗菌功能内外墙涂料等方面。

六、结语

21世纪对矿物提出新的要求，新的概念。韩国将玉（宝）石用于内墙涂料、床垫等日常生活用品方面；日本将宝石碧玺不仅用于舒适、健康功能建筑材料和日用品［6］，还进一步用于环境、节能等方面。高技术和衣食住各种领域对非金属矿的要求越来越多，同时也发现了很多的非金属矿纳米材料。天然矿物相对于纳米材料具有含杂质或有害元素、不十分规则等缺点，需经选别、分离、分级。主要优点：成本低，可大量生产，有广大的市场前景。早已用于内墙涂料、脱色、催化、塑料、造纸、食油、食品、化工等行业，现还要扩大应用范围。

在日光、地辐射、热辐射条件下和在矿物中金属离子的催化作用下，水和空气被激活产生有益于健康功能的空气离子和离子水，这一技术可应用于食品、中药、纺织品、健康住宅等行业，应用前景广阔。

参考文献

［1］Jin Zongzhe，Ji Zhijiang，Liang Jinsheng，et alObservation of spontaneous polarization of tourmalineChinese Physics，2003，12（2）：222-225

［2］Jin Zongzhe，Ji Zhijiang，Liang Jinsheng et alThe effect of photocatalysis activated by rare earth on purifying indoor airThe fifth International conference on ecomaterialsTokai University Pacific Center，Honolulu，Hawaii，USA，2001

［3］Jin Zongzhe，Wang Yi et alPhoto-ion catalyzed RE functional synergymateJof rare earths Vol，2005，（12）：54

［4］金宗哲有益于健康的室内环境，见：中国科技发展经典文库（第六卷） 北京：中国档案出版社，2006，545

［5］Haunt A，Aerogel JA transparent，porous superinsulator materials engineering congressSponsored by：ASCE，Pucloby，ASCE，1992：398-403

［6］Jochen FrickeAerogels and their applicationsJournal of Non-crystalline solids，1992，（3）：356-362

Functional healthy minerals and their application

Jin Zongzhe

（China Building Materials Academy，Beijing 100024，China）

Abstract：Water and air can produce ion with health function by virtue of catalytic effects of metal ion of mineral under sunlight，earth radiation and thermal radiationThe paper studied rocks and minerals with health function，and introduced briefly minerals with purifying，moisture regulating and adiabatic function

Key words：functional healthy minerals，ion-air，ion-water，photon-catalysis，synergy materials，clean-up effect，moisture regulating fumaterial

矿物材料是指将天然矿物(主要是非金属矿物)或岩石作为主要原料经加工、改造所获得的材料产品或是能直接作为材料应用，并以利用其本身的主要物理、化学性质为目的的矿物或岩石。这个含义主要包含了以下四个方面内容：第一，能被直接利用或经过简单的加工处理，即可被利用的天然矿物、岩石；第二，以天然的非金属矿物、岩石为主要原料，通过物理化学反应制成的成品或半成品材料；第三，人工合成的矿物或岩石；第四，这些材料的直接利用目标主要是其自身具有的物理或化学性质，而不局限于其中的个别化学元素。

人们将材料分为金属材料、有机材料、无机非金属材料及复合材料。而将矿物分为金属矿物、非金属矿物和燃料矿物三类。

金属矿物是指通过冶炼提取其中的金属元素为最终利用目的的矿物，如铝矿物是通过冶炼后提取利用其中的铝元素。

非金属矿物大部分是指直接利用其天然矿物原料所固有的物理化学特性的一些矿物，如高岭土、石英等，这些都是直接用作材料应用的矿物。

燃料矿物是指通过热化学反应，提取利用其中的热能的矿物，如煤主要是通过燃烧后获取其中的热能。

很明显，在传统意义上，金属矿物和燃料矿物的利用手段是以改变矿物原有的化学结构来达到利用的目的，也就是通过改变矿物本身的微观结构，来实现矿物的价值；而非金属矿物则是利用了其宏观结构的技术物理特性，大多不改变矿物的微观结构。那么，根据矿物材料的定义可知，矿物材料与目前应用的非金属矿物非常相近，但是它又包含了金属矿物和燃料矿物，也就是说，只要是不破坏目前应用的金属矿物或燃料矿物原有的微观结构，且保留其宏观的技术物理特性而加以利用，则这种金属矿物或燃料矿物也属于矿物材料，比如赤铁矿可直接用作铁红，此时的赤铁矿就是矿物材料。所以，矿物材料的范畴比目前的非金属矿物的范畴要大，不能等同看待。那么广义地说，矿物材料包含了自然界中的各种矿物，包括金属矿物、非金属矿物和燃料矿物。

矿物材料具有以下特点：

1、多用性

矿物材料的多用性是指一种矿物材料能具有多种用途。比如以蒙脱石为主要成分的膨润土可用于石油钻井泥浆、铁矿球团黏结剂、食用油的脱色剂、酒和饮料的澄清、石油的净化、污水处理、农药载体、防水密封、化妆品原料等各个行业。

2、多样性

矿物材料的多样性是指矿物的种类繁多以及矿物性质的复杂性。目前，已知的天然矿物有3000多种，它们的成分结构都非常复杂，而且每种矿物都具有各自独特的物理化学性质和工艺性质。但纵使矿物材料的种类繁多，但是在20世纪初，人类开发应用的矿物材料不足60种，虽然现在已开发应用的矿物材料已经达到200多种，但是所占矿物材料种类总数的比例仍然非常小，这也就是说，矿物材料仍有着巨大的研究开发应用潜力。

3、储量大，价格低廉

与人工合成材料相比较，矿物材料一般都具有储藏量巨大，生产成本低的特点。

4、替代性强

矿物材料的替代性强是指那些具有相似性质的矿物在应用中可以相互替代。

5、应用领域广

目前，矿物材料的应用几乎已经涉及所有的工业领域，包括建材、化工、机械、冶金、轻纺、电子、农业、食品、医药、环保、宝石、工艺美术等各个领域和部门。并且，矿物材料尤其在那些需要抗高强、高速、耐高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等特殊要求的地方更能大显身手的地方。

6、经济效益显著

由于矿物材料具有用途多、储量大、价格低的特点，所以矿物材料的研究开发，可获得巨大的经济效益，且随着矿物材料的开发深度和广度不同，所得到的经济效益也会不一样。比如散装的膨润土价格在30美元／t，而有机膨润土的价格则为2400～3600美元/t，这种增值可达80～120倍。

矿物材料的分类

随着矿物材料的研究，目前人们将矿物材料的分类方法定为以下三种：第一，按照矿物材料中主要矿物名称分类；第二，按照矿物材料的结构分类；第三，按照矿物材料的功能分类。其中按照矿物材料中主要矿物名称分类是一种最古老的分类方法，是用矿物材料中最主要的矿物名称来命名。如石棉材料、石墨材料、云母材料等，这是指在这些矿物材料中的主要矿物为石棉、石墨、云母等。但是由于被开发利用的矿物材料越来越多，并且对同一功能所应用的矿物材料常常又可以相互代用，因此这种分类方法已逐渐显现出了它的局限性，这就要求有其他的分类方法来加以丰富和补充。于是就衍生了以下几种分类方法：

1、按照矿物材料的结构分类

这种分类方法是根据矿物材料中的物质组成及其相互关系来进行分类。那么，按矿物材料的结构通常将矿物材料分为单一矿物材料和复合材料两大类。

1）单一矿物材料

单一矿物材料是指那些主要由某一单一矿物所组成的材料，称为单一矿物材料，如柔性石墨纸、石墨填料、碳纤维、石墨纤维、电气云母片、钻石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙和重质碳酸钙等。

2）复合材料

复合材料是指由矿物材料与其他材料组成的混合体系，称为复合材料。复合材料又分为无机复合材料、无机与有机复合材料和混杂复合材料三类：

(1)无机复合材料是指由两种或两种以上无机矿物材料组成的体系，称为无机复合材料。如石棉水泥制品、微孔硅酸钙和陶瓷材料等。但是需要指出的是，在复合材料中通常只要复合材料的基体是矿物材料，即使在复合材料中使用了部分其他类材料，如有机或金属材料作增强材料时也称为无机复合材料。例如钢纤维水泥和纸纤维石膏板等都属于无机复合材料。

(2)无机与有机复合材料是指将无机矿物材料作为增强材料，与有机高分子聚合物材料复合而成的一种体系。例如火车合成闸瓦、石棉橡胶板和玻璃钢制品等。

(3)混杂复合材料是指由两种或两种以上的普通复合材料构成的体系。通常指由两种不同特性的纤维作为增强材料混杂在基体中的材料。混杂复合材料被认为是复合材料的最新研究成果，也被称为“复合材料的复合材料”。例如飞机用摩阻材料、航空和能源部门使用的高强结构材料等就是混杂复合材料。

2、按照矿物材料成分结构和加工改造特点分类

这种方法将矿物材料分为以下四大类型：

1）天然矿物材料。指直接利用其物理、化学性质的矿物或岩石，经物理加工未改变原料成分和结构。包括填料类(如重钙粉、滑石粉等)、装饰类(如石材、宝石等)、光学类(如水晶、萤石等)、中药类(如芒硝、石膏等)、研磨材料类(如石榴子石、刚玉等)、保健营养类(如电气石、麦饭石等)和隔热材料类(如石棉绳、布等)等。

2） 改性矿物材料。矿物(岩石)进行超细、超纯改型、改性等加工改造后，改变或部分改变了原料的成分或结构，包括表面改性类(如珠光云母、改性碳酸钙等)、成分改性类(如改性膨润土、氟化石墨、熟石膏等)以及结构改性类(如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、膨胀石墨、岩棉等)等。

3） 人工矿物材料。这是模拟天然矿物或岩石生成的原理采用人工合成的矿物材料。包括人工晶体(如人造水晶、人造金刚石、人造宝石、矿物晶须等)、多孔材料(如合成沸石、微孔硅酸钙)、纳米矿物粉体材料(如纳米碳酸钙、纳米氧化锌等)等。

4） 复合矿物材料。复合矿物材料是具有不同相组成的人工合成矿物材料，包括矿物-有机复合类(如石棉、蛭石、硅灰石、云母等与高分子材料合成的摩擦材料、密封材料、绝缘材料等)以及矿物-无机复合类(如矿物纤维增强的无机胶凝材料、矿物为主骨架的建筑材料、绝热保温材料、电功能材料等)。

3、按照矿物材料的功能分类

这种分类方法是根据矿物材料的使用性能和用途的不同来进行分类。根据矿物材料的性能，如利用矿物材料的电、磁、光、热、摩擦、表面化学反应、胶体性质和填充密封性质等不同性质进行划分。通常将矿物材料分为九大类：力学功能材料、热学功能材料、电与磁功能材料、光功能材料、吸附功能材料、黏结与覆盖功能材料、填料与增强功能材料、装饰功能材料和原子能核反应堆功能材料等。根据矿物材料的用途，可将矿物材料分为耐火、保温、绝缘、陶瓷、建材、化工、填料、农用、药用、环保、研磨、功能和宝石等多种应用类型。

韩跃新等在《矿物材料》一书中结合以上分类方法，以中国硅酸盐学会工艺岩石学专业委员会的分类方法为主线，兼顾行业分类和成分分类。

郑水林按照矿物材料的功能与应用进行了如下分类，见表1。

表1 矿物材料的类型及其应用

材料类型 矿物原料 材料品种 应用领域

功能粉体材料 方解石、大理石、白垩、滑石、叶蜡石、伊利石、石墨、高岭土、地开石、云母、硅灰石、硅线石、硅藻土、膨润土、皂石、海泡石、凹凸棒石、金红石、长石、锆英砂、重晶石、石膏、石英、石棉、石榴石、电气石、红柱石、蓝晶石、水镁石、沸石、透闪石、浮石、霞石、蛋白石、金剐石等 细粉(10～1000μm)、超细粉(01～10μm)、超微细粉或一维、二维纳米粉(0001～01μm)、表面改性粉体、高纯度粉体、复合粉体、高长径比针状粉体、大径厚比片状粉体、多孔隙粉体等 塑料、橡胶、胶黏剂、化纤、油漆、涂料、陶瓷、玻璃、耐火材料、保温隔热材料、阻燃剂、胶凝材料、造纸、机械、石化、电力、交通、微电子、冶金、建材、饮料、仪器、药品、饲料、航空航天、土壤改良、废水、废气处理等

力学功能材料 石棉、石膏、石墨、花岗岩、大理岩、石英岩、锆英砂、高岭土、长石、金刚石、石榴石、云母、滑石、硅灰石、透闪石、石灰石、硅藻土、燧石、蛋白石等 石棉水泥制品、硅酸钙板、纤维石膏板、石料、石材、结构陶瓷、无机／聚合物复合材料(上下水管、塑钢门窗等)、金刚石(刀具、钻头、砂轮、研磨膏)、磨料、衬里材料、制动器衬片、闸瓦、刹车带(片)、石墨轴承、垫片、密封环、离合器面片、润滑剂(膏)、汽缸垫片、石棉橡胶板、石棉盘根等 建材、建筑、机械、电力、交通、农业、化工、轻工、航空航天、石油、微电子、地质勘探、冶金、煤炭等

热学功能材料 石棉、石墨、石英、长石、金刚石、蛭石、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、水镁石、珍珠岩、云母、滑石、高岭土、硅灰石、沸石、金红石、锆英砂、石灰石、自云石、铝土矿等 石棉布、片、板、岩棉、玻璃棉、矿棉吸声板、泡沫石棉、泡沫玻璃、蛭石防火隔热板、硅藻土砖、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、微孔硅钙板、玻璃微珠、保温涂料、耐火材料、镁碳砖、碳／石墨复合材料、储热材料、莫来石、堇青石、氧化锆陶瓷等 建材、建筑、冶金、化工、轻工、机械、电力、交通、航空航天、石油、煤炭等

电磁功能材料 石墨、石英、金刚石、蛭石、云母、滑石、高岭土、金红石、电气石、铁石榴石等 碳-石墨电极、电刷、胶体石墨、氟化石墨制品、电极糊、热敏电阻、电池、非线性电阻、陶瓷半导体、石榴子石型铁氧体、压电材料(压电水晶、自动点火元件等)、云母电容器、云母纸、云母板、电瓷、封装陶瓷等 电力、微电子、通讯、计算机、机械、航空、航天、航海等

光功能材料 水晶、冰洲石、萤石等 偏光、折光、聚光镜片、光学玻璃、光导纤维、滤光片、偏振材料、荧光材料等 通讯、电子、仪器仪表、机械、航空、航天、轻工等

吸波与屏蔽材料 金红石、电气石、石英、高岭土、石墨、重晶石、膨润土、滑石等 二氧化钛(钛白粉)、纳米二氧化硅、氧化铝、核反应堆屏蔽材料、护肤霜、防护服、保暖衣、塑料薄膜、消光剂等 核工业、军工、化妆(护肤)品、民(军)用服装、农业、涂料、皮革等

催化材料 沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、地开石等 分子筛、催化剂、催化剂载体等 石油、化工、农药、医药等

吸附材料 沸石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、地开石、膨润土、皂石、珍珠岩、蛋白土、石墨、滑石等 助滤剂、脱色剂、干燥剂、除臭剂、杀(抗)菌剂、水处理剂、空气净化剂、油污染处理剂、核废料处理剂等 啤酒、饮料、食用油、食品、工业油脂、制药、化妆品、环保、家用电器、化工等

流变材料 膨润土、皂石、海泡石、凹凸棒石、水云母等 有机膨润土、触变剂、防沉剂、增稠剂、凝胶剂、流平剂、钻井泥浆等 各种油漆、涂料、黏合剂、清洗剂、采油、地质勘探等

黏结材料 膨润土、海泡石、凹凸棒石、水云母等 团矿黏结剂、硅酸钠、胶黏剂、铸模、黏土基复合黏结剂等 冶金、建筑、铸造、轻工等

装饰材料 大理石、花岗岩、砚石、云母、叶蜡石、蛋白石、水晶、石榴石、橄榄石、玛瑙、玉石、辉石、孔雀石、冰洲石、琥珀石、绿松石、金刚石、月光石等 装饰石材、珠光云母、彩石、各种宝玉石、观赏石等 建筑、建材、涂料、皮革、化妆品、珠宝业、观光业等

生物功能材料 沸石、麦饭石、高岭土、硅藻土、海泡石、凹凸棒石、膨润土、皂石、珍珠岩、蛋白土、滑石、电气石、碳酸钙等 药品及保健品、药物载体、饲料添加剂、杀(抗)菌剂、吸附剂、化妆品添加剂 制药业、生物化学工业、畜牧业、化妆品等

矿物材料的应用

矿物材料的应用可以说是最古老的。远在石器时代，人类就使用了天然矿物制作工具，但当时只是一种无意识的应用。随着社会的发展，人类逐渐掌握了金属的冶炼技术，金属材料的应用也逐渐得到了发展，并渐渐超过了天然矿物的应用，到了铜器时代和铁器时代，已经是金属材料占绝对优势。但在近代，随着研究手段的发展及人类对天然矿物性质的深入了解，人们发现天然矿物有许多性质是人造物品所无法与之相比的。如耐高温材料，人类至今也未能造出可达到石墨矿的耐高温性能的材料，石墨矿熔点为3 850℃，汽化温度为4 500℃，在7 000℃的超高温条件下加热l0s的质量损失为0．8％，而人造的最耐高温金属材料在此条件下的质量损失为12．9％，并且在2500℃时石墨的强度反而比室温时的强度提高一倍。又比如耐腐蚀抗氧化性能方面，许多天然矿物也大大优于金属材料的耐腐蚀抗氧化性能。正因为如此，对天然矿物的开发和利用又重新受到了人们的重视，并获得了迅速地发展。现在对矿物材料的开发应用程度已是衡量一个国家工业化程度的标志。有人曾说21世纪将是人类的第二个石器时代，这是指在21世纪人类将大量地开发应用矿物材料。还有人说当一个国家的经济中矿物材料的产值首次超过金属矿物的产值时，即是这个国家工业成熟的界线。矿物材料的产值超过金属矿物产值的现象在英国、美国两个国家中出现的时间为：英国在20世纪初，美国在1934年，到了20世纪70年代这两个国家中矿物材料与金属矿物的产值比达到2：1，到l986年达到3：1。世界范围内，自20世纪50年代开始，矿物材料的消耗量每十年增长50％～60％，目前年总产值超过800亿美元，其中各国的出口量约300亿美元，年增长率约3％。

矿物材料的应用领域几乎已涉及所有的工业领域和部门，由于各领域中对所使用的矿物材料的种类和性质的要求各不相同，因此有必要首先了解各领域中所使用的矿物材料的情况。目前，根据矿物材料被应用的领域不同，矿物材料主要可分为矿物保温材料、绝缘矿物材料、陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物原料、农用矿物材料、填料矿物材料、药用矿物材料、环保用矿物材料、研磨矿物材料、宝玉石矿物材料和功能矿物材料等。

与发达国家相比，我国对矿物材料的研究和开发时间较晚，前年出口额约6亿美元，仅占世界出口额的2％，且大多为未加工的原材料。就我国的矿产资源而言，我国的矿物资源种类繁多，为资源品种大国，且有自身的特点，相当数量的矿产资源储量居于世界前列，如钨、稀土等矿物，因此，在矿物材料的研究和开发方面存在巨大的潜力，尤其是那些针对我国矿产瓷源特点的矿物材料研究开发工作，前景更加广阔。

宝石解理——天然矿物晶体的解理。

解理（Cleavage）矿物晶体受力后常沿一定方向破裂并产生光滑平面的性质称为解理。解理可以用来区别不同的矿物质，不同的晶质矿物，解理的数目，解理的完善程度和解理的夹角都不同。利用这一特性可以在样品和显微镜下区别不同的矿物质。

宝石是岩石中最美丽而贵重的一类。它们颜色鲜艳，质地晶莹，光泽灿烂，坚硬耐久，同时赋存稀少，是可以制作首饰等用途的天然矿物晶体，如钻石、水晶、祖母绿、红宝石、蓝宝石和金绿宝石（变石、猫眼）等；也有少数是天然单矿物集合体，如玛瑙、欧泊。还有少数几种有机质材料，如琥珀、珍珠、珊瑚、煤精和象牙，也包括在广义的宝石之内。

解理面反光和光泽、解理的完全度、解理面组数及其夹角、解理的空间形态、解理面反光与矿物粒度的关系等构成了矿物解理的属性，这些属性在不同种的宝石矿物或同种宝石矿物各个体中性质不同，因此可应用于宝石的鉴定，尤其肉眼对翡翠鉴别时起到关键作用。

解理也是宝石鉴定的依据之一，只有少数宝石有明显的解理，如钻石、黄玉等。钻石的解理：完全八面体；黄玉的解理：一组完全的底面解理，因底面解理发育，常常造成晶体一端为锥状，另一端平面，加工时台面需与解理面斜交5度以上，否则刻面不易抛光。蓝宝石、红宝石无解理……