Bài giảng Khoáng vật - Hà Quốc Đông

KHOÁNG VẬT 
Ths. Hà Quốc Đông 
08/2006 
KHOÁNG VẬT 
Định nghĩa 
Dạng tồn tại của khoáng vật 
Tính chất vật lý của khoáng vật 
Các loại khoáng vật tạo đá chính 
Sự bền vững của KV trong điều kiện tự nhiên 1,2,3. 
Định nghĩa KV 
Khoáng vật là những chất rắn vô cơ tự nhiên. 
Tuy nhiên để định nghĩa một cách đầy đủ thuật ngữ khoáng vật chúng ta cần nói rõ hơn rằng khoáng vật là những chất kết tinh , có các cấu trúc bên trong và thành phần hóa học đặc trưng cố định hoặc biến đổi trong giới hạn cố định. 
Cấu trúc đặc thù bên trong của mỗi khoáng vật dẫn đến những tính chất biểu hiện bên ngoài, có thể sử dụng để nhận biết khoáng vật. 
Khoảng 3000 khoáng vật đã biết có hơn 50 khoáng vật tạo đá chính. 
Dạng tồn tại của khoáng vật 
- Khoáng vật là những đơn chất hay hợp chất hóa học tự nhiên được hình thành và tồn tại ổn định trong vỏ Trái Đất hay trên mặt đất trong những điều kiện địa chất nhất định. 
- Khoáng vật có thể ở thể khí (khí cacbonic, sunfua hydro...), thể lỏng (thủy ngân, nước...) nhưng phần lớn là ở thể rắn (thạch anh, fenpat, mica,...) và hầu hết ở trạng thái kết tinh. Mỗi khoáng vật có tính chất vật lý, hóa học riêng biệt. 
- Nghiên cứu các tính chất vật lý, hóa học của khoáng vật không những có giá trị nhận biết khoáng vật mà còn thu được các thông tin về nguồn gốc sinh thành và điều kiện tồn tại mà đất đá trãi qua. 
Tính chất vật lý của khoáng vật 
Hình dạng của khoáng vật 
Màu của khoáng vật 
Màu của vết vạch 
Độ trong suốt 
Ánh của khoáng vật 
Tính cát khai của khoáng vật 
Vết vở của khoáng vật 
Độ cứng của khoáng vật 
Tỷ trọng khoáng vật 
Hình dạng của khoáng vật 
Phát triển theo một phương: tuamalin, amfibon, thạch cao, 
Phát triển theo hai phương:mica, barit, clotit, bentonit, 
Phát triển theo ba phương:muối mỏ, pyrit, granat, 
Màu của khoáng vật 
Màu của vết vạch 
Thí dụ : Hêmatit Fe 2 O 3 (quặng sắt đỏ) kết tinh màu gần như đen, nhưng vết vạch có màu đỏ rượu vang, Pyrit ( FeS 2 )có màu vàng thau nhưng vết vạch có màu đen. 
	Đôi khi màu của khoáng vật và màu của vết vạch giống nhau như: caolinit. 
	Nói chung màu của khoáng vật ít thay đổi so với màu của vết vạch 
Độ trong suốt 
Khoáng vật trong suốt: thạch anh, thủy tinh,  
Khoáng vật nữa trong suốt: thạch cao, sphalêrit,.. 
Khoáng vật không trong suốt: manhetit, graphit, pyrit, 
Ánh của khoáng vật 
Ánh thủy tinh: thạch anh, canxit,.. 
Ánh tơ: atbet 
Ánh đất: caolinit 
Ánh xà cừ: mica 
Ánh kim: pyrit 
Tính cát khai của khoáng vật 
Là khả năng của tinh thể và hạt kết tinh dễ bị tách ra theo mặt phẳng song song dưới tác dụng của ngoại lực, bao gồm các loại sau: 
Cát khai rất hoàn toàn như mica 
Cát khai hoàn toàn như canxit 
Cát khai trung bình như ôlivin, pyroxen , amphibol,.. 
Cát khai không hoàn toàn như thạch anh 
Vết vở của khoáng vật 
Mặt vỡ của khoáng vật không theo quy tắc nào khi khoáng vật bị đập gọi là vết vỡ, bao gồm các loại sau: 
Vết vỡ phẳng: vỡ theo mặt dễ tách 
Vết vỡ dạng vỏ sò: vết vỡ của thạch anh 
Vết vỡ dạng đất: vết vỡ tựa như đất bột, caolinit 
Vết vỡ sần sùi: thạch anh dạng trụ 
Như vậy mặt cát khai cũng là vết vỡ của khoáng vật 
Độ cứng của khoáng vật 
Là khả năng chóng lại tác dụng cơ học bên ngoài lên bề mặt của khoáng vật. Để đánh giá độ cứng tương đối của khoáng vật người ta dùng thang độ cứng Mols gồm 10 khoáng vật tiêu chuẩn tương ứng với cấp độ cứng thay đổi từ 1 đến 10. 
1.Tan (tale): 	 Mg 3 (Si 4 O 10 )(OH) 8 
2.Thạch cao (gypse):	 CaSO 4 .2H 2 O 
3.Canxit (calcite): 	 CaCO 3 
4.Florit (fluorine): 	 CaF 2 
5.Apatit (apatite): 	 Ca 5 (PO 4 ) 3 (Cl, F) 
6.Octoclaz (orthoclase): 	 K(AlSi 3 O 8 ) 
7.Thạch anh (quartz): 	 SiO 2 
8.Tôpan (topaze): 	 Al 2 (SiO 4 )(F, OH) 2 
9.Cương khoáng (coridon): 	 Al 2 O 3 
10.Kim cương ( diamant ): 	 C 
Tỷ trọng khoáng vật 
Tỷ trọng của khoáng vật thay đổi trong phạm vi khá lớn. 
Tỷ trọng phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc của mạng tinh thể. Tỷ trọng lớn khi khoáng vật chứa nguyên tố nặng và có sự sắp xếp nguyên tử chặt. 
Những khoáng vật tạo đá có tỷ trọng từ 2,5 đến 3,5. 
Theo tỷ trọng khoáng vật được chia ra: 
Loại nhẹ tỷ trọng < 2,5 
Loại trung bình khi tỷ trọng 2,5 - 4,00 
Loại nặng khi tỷ trọng: > 4,00 
Các loại khoáng vật tạo đá chính 
Căn cứ vào nguồn gốc hình thành 
Căn cứ vào thành phần hóa học 
Căn cứ vào hàm lượng của các khoáng vật chiếm trong đất đá 
Căn cứ vào nguồn gốc hình thành người ta chia khoáng vật ra: 
Khoáng vật nguyên sinh là khoáng vật được thành tạo từ dung nham macma nguội lạnh hoặc kết tủa từ dung dịch hóa học. 
Khoáng vật thứ sinh là những khoáng vật tạo thành từ các khoáng vật khác (khoáng vật nguyên sinh). 
Căn cứ vào thành phần hóa học 
Người ta chia khoáng vật ra các lớp, phụ lớp và nhóm: 
1 .Lớp các nguyên tố tự nhiên như đồng, vàng, bạc, 
2 .Lớp sunfua (hợp chất của lưu huỳnh) như pyrit FeS 2 
3 .Lớp silicat (muối của các axit silic) như octoclaz K[AlSi 3 O 8 ] 
4 .Lớp oxyt như thạch anh SiO 2 
5 .Lớp cacbonat (muối của axit cacbonit) như canxit CaCO 3 
6 .Lớp sunfat (muối của axit sunfuaric) như thạch cao CaSO 4 .2H 2 O 
7 .Lớp photphat (muối của các axít photphoric) như photphat CaP 2 O 5 
8 .Lớp halogen (muối của axit halogendric) như muối mỏ NaCl (halit), KCl (xinvin) 
9 .Lớp hợp chất hữu cơ như CH 4 
Căn cứ vào hàm lượng của các khoáng vật chiếm trong đất đá 
Chia ra: 
 Khoáng vật chính, >5% 
khoáng vật phụ và khoáng vật hiếm (<1%). 
(khoáng vật chính đá này có thể là khoáng vật phụ đá khác). 
1. Lớp các nguyên tố tự nhiên - vàng 
Vàng tìm thấy ở California, dài 15cm 
1. Lớp các nguyên tố tự nhiên – kim cương 
1. Lớp các nguyên tố tự nhiên – Graphite - C 
2. Lớp sunfit - Pyrite 
- Pyrit : công thức hóa học là FeS 2 là khoáng vật thuộc lớp sunfua, màu đồng thau, ánh kim mạnh, vết vạch nâu hay đen nâu, độ cứng 06 - 6.5, cát khai không hoàn toàn. 
2. Lớp sunfit - Galena 
Công thức: PbS 
Quặng chì 
3. Lớp silicat - talc 
Mg 3 (Si 4 O 10 )(OH) 8 
Tan : là khoáng vật lớp silicat, công thức hóa học màu lục sáng, ánh mỡ, độ cứng 01, cát khai hoàn toàn, sờ tay có cảm giác trơn mát. 
3. Lớp silicat - Orthoclase 
Fenspat Kali : công thức hóa học K[AlSi 3 O 8 ] là khoáng vật lớp silicat màu hồng nhạt, vàng nâu, đôi khi màu đỏ, ánh thủy tinh, độ cứng 06 - 6.5, cát khai hoàn toàn. 
3. Lớp silicat - Plagioclase 
Na[AlSi 3 O 8 ] 
Fenspat Natri-Canxi : là khoáng vật thuộc lớp silicat màu trắng sữa, xám, ánh thủy tinh, độ cứng 06 - 6.5, cát khai hoàn toàn. 
3. Lớp silicat 
- Biotit : là khoáng vật mica thuộc lớp silicat, công thức hóa học K(Fe,Mg) 3 [AlSi 3 O 10 ][OH] 2 , màu đen, nâu, ánh thủy tinh, độ cứng 02 - 03, cát khai rất hoàn toàn. 
- Muscovit : là khoáng vật mica trắng thuộc lớp silicat, công thức hóa học KAl 2 [AlSi 3 O 10 ][OH] 2 màu trắng, ánh thủy tinh, vết vạch trắng, độ cứng 02 - 03, cát khai tất hoàn toàn. 
- Pyroxen : là khoáng vật lớp silicat công thức hóa học Ca(Mg,Fe,Al)[(SiAl) 4 O 11 ][OH] 2 màu đen lục, ánh thủy tinh, độ cứng 05 - 06, cát khai hoàn toàn. 
3. Lớp silicat 
- Amphibon : là khoáng vật lớp silicat công thức hóa học CaNa(Mg,Fe) 4 (Al,Fe)[(SiAl) 4 O 11 ][OH] 2 màu lục hoặc nâu, ánh thủy tinh, độ cứng 5.5 - 6.0, cát khai hoàn toàn. 
- Olivin là khoáng vật lớp silicat công thức hóa học (Mg, Fe) 2 SiSO 4 màu vàng ánh thủy tinh, độ cứng 6.5 - 7.0, cát khai trung bình. 
- Các khoáng vật sét : đây là những khoáng vật thứ sinh của lớp silicat bao gồm: 
Caolinit:	 Al 4 [Si 4 O 10 ][OH] 6 
Ilit: 	 KAl 2 [(SiAl) 4 O 10 ][OH]nH 2 O 
Monmorionit:	 	 (Al,Mg) 2 [(SiAl) 4 O 10 ][OH]nH 2 O 
4. Lớp Oxyd - Sapphire 
Là một loại khoáng vật của Corundum. Có màu xanh 
Công thức: Al 2 O 3 
4. Lớp Oxyd - Ruby 
Là một loại khoáng vật của Corundum. Có màu đỏ 
Công thức: Al 2 O 3 
4. Lớp Oxyd – Thạch anh hồng 
- Thạch anh : công thức hóa học SiO 2 là khoáng vật thuộc lớp oxyt, không màu, trắng sữa, xám đen, hồng, ánh thủy tinh, vết vỡ vỏ sò, độ cứng 07, cát khai không hoàn toàn. 
4. Lớp Oxyd – Thạch anh màu trắng sữa 
SiO 2 
4. Lớp Oxyd 
Fe 3 O 4 
Độ cứng 5,5 
Là quặng sắt 
5. Lớp Cacbonat 
- Canxit : công thức hóa học là CaCO 3 là khoáng vật thuộc lớp cabonat, không màu, trắng sữa, khi lẫn tạp chất có màu xám, vàng,ánh thủy tinh, cát khai hoàn toàn, độ cứng 03, sủi bọt với axit clohyric loãng 10%. 
5. Lớp Cacbonat - Dolomite 
CaMg(CO 3 ) 2 
6. Lớp Sunfat 
- Thạch cao : công thức hóa học CaSO 4 .2H 2 O là khoáng vật thuộc lớp sunfat màu trắng, khi lẫn tạp chất có màu xám, vàng nâu, ánh thủy tinh, độ cứng 02, cát khai hoàn toàn. 
7. Lớp Phosphates 
Calcium (Fluoro, Chloro, Hydroxyt) phosphate 
Công thức 
Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH,F,Cl) 
Class: Phosphates 
Group: Apatite 
7. Lớp Phosphates 
The mineral Hedyphane 
Pb 3 Ca 2 (AsO 4 ) 3 Cl 
Lead Calcium Arsenate Chloride 
Class: Phosphates 
Group: Apatite 
8. Lớp Halogenur 
9. Lớp vật chất hữu cơ 
Hoá thạch 
Sự bền vững của KV trong điều kiện tự nhiên 
Khoáng vật thuộc lớp silicat được thành tạo do sự nguội lạnh của macma, là khoáng vật chủ yếu của đá macma, trầm tích và biến chất. 
 Mối liên kết giữa các yếu tố kiến trúc cơ bản là liên kết hóa trị. Vì vậy các khoáng vật này có cường độ cao và khó hòa tan. 
Sự bền vững của KV trong điều kiện tự nhiên 
Khoáng vật sét rất phổ biến trong đá trầm tích, nó thuộc nhóm silicat. 
Trong mạng lưới tinh thể ngoài liên kết hóa trị còn có vai trò của liên kết phân tử và liên kết nước, trong tự nhiên chúng thường gặp ở các dạng vật chất kết tinh phân tán nhỏ, nên chúng có một loạt các tính chất đặc biệt khi tác dụng với nước. 
Sự bền vững của KV trong điều kiện tự nhiên 
Khoáng vật nhóm cacbonat, sunfat, halogenua có kiến trúc và tính chất đặt biệt, mối liên kết kiến trúc chủ yếu là ion. 
Cường độ liên kết giảm nhanh khi tác dụng dưới nước, nên khả năng hòa tan rất cao. 
Ứng dụng của khoáng vật