书城童书《地球知识篇》(下)
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第5章 丰富的矿藏(3)

氟不仅存在于萤石中,而且也存在于某些地下水和温泉中。中国饮用水标准规定:每升饮水中氟化物不得超过1毫克。若含氟过量,就会造成氟中毒,轻则牙齿发黑,成“氟斑牙”,重则骨节变形甚至丧失劳动力。地方性氟中毒遍及五大洲30多个国家。我国氟中毒病区分布在23个省、市,以山东最为严重。科研人员用天然沸石和明矾石体系降氟已取得成功。

可剥离的玻璃纸——云母

在两千多年前,我国已有人采掘云母了。古籍记载:“此石乃云之根,故得云母之名。”这种说法虽属牵强,但取名者看到的云母出产于云雾飘渺的大山上却是事实。现在,我国云母矿山大都和上于高原山区。

云母实际上是钾、铝、镁、铁、锂等的层状结构的铝硅酸盐矿物,它有一个庞大的家族,成员有白云母、黑云母、金云母、锂云母、铁锂云母、铜铀云母等,广泛分布于岩浆岩、沉积岩和变质岩中。

云母有玻璃样的光泽,所以有的地方叫它“玻璃纸”。云母的结构很奇特,有的叠得像书本似的,用小刀或手指甲可以把它们一层一层地剥成富有弹性的薄片。云母在猛火中烧不焦,久埋地下不腐。大的云母片有两米左右见方,古人常用它们制作屏风,较小的云母片则用来做窗户和灯笼的透明挡风片。白云母作中药,有明目、止痢、补肾冷、安五脏、除死肌等功效。

到了19世纪,云母作为一种绝缘材料,已在电子、电气工业中施展本领。从大型电机到收音机里小小的电容器,都有它的用武之地。电熨斗、电烤箱、电吹风机、电饭煲、电热杯等都用云母制品作绝缘材料和支架。云母粉大量用于电焊条、油毡纸、消防器材、油漆、云母陶瓷等领域。

世界上约有25个国家生产云母。印度是优质白云母的最大生产国,其次是巴西和马尔加什。

云母粉产量最多的是美国。工业用的优质白云母都产于花岗伟晶岩中。中国新疆阿尔泰山是世界白云母的著名产地之一。四川省不仅丹巴产白云母,而且还有一个遍地皆云母的“金川”:“境内云母片岩很多,风化下来的云母碎片满地可见,映日发光……璀灿闪灼,炫耀眼帘,旅行其间者,风尘扑面,眉目也具金光。”像个神话世界。那里既产云母,也产金。

透明、耐热的大片云母做冶炼炉的炉窗十分理想。云母在建材工业中被称为“花皮莲”、“天冰”及“千层纸”。

能吃的石头——石盐

石盐就是我们平时吃的食盐,由于它产于山岩之中,因此又称为岩盐。石盐的化学成分是氯化钠,它的晶体呈立方体状,块大透明,因此古人称它光明盐、水晶盐、玉华盐、白盐。

盐类是一个大家族,几乎大部分矿物都是盐,如石灰石、胆矾、石膏、氯化钾、氰化钾等。

但除氯化钠(食盐)能为人类食用之外,其他大部分都不能为人类直接食用。

石盐主要产于海成及陆成的盐矿中。在几万年以前,这些地方大多是海洋。后来因气候干燥、高温,使海水蒸发结晶成盐,再经过海陆变迁,使海盆地变成了陆地,海盆地中的盐聚集在一起便形成了盐矿。

石盐和湖盐里含有镁、锂、硼、溴、碘、钾、石膏、芒硝、天然碱和天青石等宝贵资源可供提炼利用,因而是重要化工原料。在制碱、造纸、制炸药、纺织、印染、冶金、陶瓷、玻璃、电气等工业中都需用氯化钠。

食盐也是人们生活必需品之一。世代沿用以盐腌菜腌肉而不腐,这个千古之谜近年已揭开:

盐水中钠离子和氯离子所带的微电荷将产生干扰,使肉类和细菌间的静电吸引发生短路,从而使细菌无法粘附或生存于肉食表面。盐还能使细菌脱水并破坏细菌从肉食中获取养分的能力,从而杀死细菌。

石盐在世界各地都有丰富的储量。我国四川省的自贡一向以“盐都”闻名,那里有厚达40米左右的石盐。四川攀西地区的盐源县的盐层厚达一千多米;号称“川东门户”的万县,江苏淮安县,湖北省潜江县等地,石盐储量都十分丰富。

波兰的维利奇卡盐矿120米深的部位已采完,建成了地下盐晶宫和盐矿博物馆。四周岩壁上雕刻了立体的动物和人像,在灯光照耀下,辉煌瑰丽,使人感到置身于“水晶宫”中一般,每年有70万旅游者前往探奇。这里还特设盐井医院,使病人呼吸含盐空气,可以治疗哮喘病和肺病,疗效以儿童患者最高。更有趣的是,那里的大块结晶的石盐中还包裹着海洋植物和珊瑚。这就证明了这一带原来是一片古海域。

美国得克萨斯州的卡尔盐矿,既是产石盐的矿井,其空间又用作地下仓库。这个矿已开采了近60年。离地面200米深处,废弃了的坑道两侧,有1.5万个房间,内藏珍贵物品和文件资料。

全世界的人每年要吃掉约3500万吨食盐。那么,食盐是否会被消耗光呢?不会的。因为除岩盐外,还有海盐、池盐、湖盐、井盐等。海洋中溶解有2000立方公里食盐,如果用来修筑一堵宽1公里、高280米的墙,可以沿着赤道环绕地球一周!我国青海省的柴达木盆地有24个盐湖,湖中食盐储量400多亿吨,可供全世界食用一千多年。青藏公路有32公里穿越察尔汗盐湖,从路基到路面全面盐铺成,被称为“万丈盐桥”。

肥田的石头——磷选岩

传说,明朝农民起义领袖张献忠率领义军进入四川时,驻兵在风景幽雅的青城山上。有一次,明朝官兵前来夜袭,忽然发现满山灯火,以为是天兵降下的“神灯”,给吓跑了。原来,有“天下幽”美誉的青城山蕴藏着磷矿。当磷矿露出地面,被土壤里的细菌分解成磷化氢气体,遇空气自燃时,会发出绿荧荧的光,有人叫它“鬼火”或“鬼灯”。

磷矿是重要的化工矿物原料,主要用于制造磷肥,也可用来提取黄磷(白磷)、赤磷、磷酸及其他磷酸盐。自然界含磷矿物很多,有工业利用价值的主要是磷酸钙,即磷灰石。由于磷灰石很难溶解于水,即使把它磨细撒到田里,植物也不大能吸收,因此不能直接施用,必须把磷矿粉加上硫酸,转变成过磷酸钙才能当肥料。三大肥料之一的磷肥,既能促进种子发芽生根,加速植物的生长,又可增强植物抗旱、御寒、耐热、抵抗虫害的能力。

磷在生命起源、进化及生物生存、繁殖中,都起着不可缺少的作用。人体含有1%的磷,存在于细胞、血液、牙齿和骨骼中。脑磷脂还供给大脑活动所需的巨大能量,所以有人称“磷是思维的元素”。

磷块岩颜色呈灰白或黄白,貌不出众,很难与普通石头区别开来。找矿人员要随身带上铒酸铵溶液,滴在石头上观察反应后的颜色,若有黄色反应才能确认是磷矿石。民间有一种简便的鉴别法:将石粉放在火上烧,如果出现绿色的火花,就可断定是磷矿石。我国地质工作者曾用这种方法找到了几个工业价值可观的矿床。

岩浆岩和沉积岩中都含有磷,当这些岩石风化分解后,其中的磷易被富含二氧化碳和有机酸的地表水溶解,并陆续搬运到浅海盆地中去。在水盆地中加上生物作用(鱼、虾、虫类吸收大量磷质),便慢慢富集起来,逐渐沉积成磷矿床。

古代海洋里沉积生成的磷块岩矿床约占世界磷矿床总储量的80%。我国云南的昆阳磷矿、贵州的开阳磷矿、江西的朝阳磷矿均属这种类型。我国磷矿工业储量居世界第二位。

用途广泛的矿物——石膏

石膏用途很广。做豆腐要用石膏;著名中药“白虎汤”里,石膏是主药,治疗急性高热、口渴烦躁有很好的疗效;牙科医生用石膏做牙床模型;外科医生给骨折病人正位固定也用石膏;……石膏的主要成分是含水的硫酸钙,大都呈白色的半透明晶体;用手指甲能刻动,所以又称“软石膏”。失去结晶水的叫硬石膏;呈纤维状的称纤维石膏,具朋明显的丝绢光泽;晶体无色透明状如玻璃的称为透石膏;还有雪花石膏、土状石膏等。

建筑工匠将石膏煅烧到170℃时所得的灰泥石膏,用于涂抹天棚、木板和檐板等;烧到750℃后碾成粉末制得的水硬石膏,用来制造印花地板、窗框、窗台、台阶、墙檐等。美国芝加哥113层的西尔斯大厦所用的主要轻型建筑材料就是石膏制品。

把石膏加热到150℃,脱去结晶水而成熟石膏。其粉末混入水后调成可塑性的浆状物,是艺术家理想的雕塑材料。再加入凝胶、纤维、石灰等物,将其注入人像模子,几小时后打开模子,便出现了各种栩栩如生的塑像。工艺美术商店里出售的石膏“维纳斯”等,就是这么铸出来的。最初混入石膏粉中的水既没有流走也没有蒸发掉,那么它们到哪里去了呢?原来,这些水摇身一变,又成了石膏里的结晶水。因为在石膏晶体中有水分子的固定岗位,它会自动对号入座。

中国已探明的石膏矿储量居世界首位。“六朝古都”南京的地下有一个“石膏湖”,已探明储量有11亿吨。石膏的成因类型较多,我国主要是蒸发沉积型矿床。石膏常赋存于红色、灰色、灰白色和深灰色的沉积岩中,一层一层的,常与石盐矿共生在一起,都是盐湖中化学沉积加上干热蒸发形成的。因此,沉积型石膏矿和石盐矿是互为重要的找矿线索。

天生丽质的建材——大理岩

大理岩是一种高级的建筑、石雕材料,因主要产于我国云南省的大理县而得名。

大理岩的种类很多,其中有一种纯洁雪白的细粒大理岩,称为汉白玉,它是美丽、华贵、坚不可催的象征。我国北京天安门前的华表,法国巴黎卢浮宫内的断臂维纳斯雕像,都是汉白玉的杰作。

大理岩的主要成分是碳酸钙,形成于几亿年以前的古地史时期。那时,盛产大理岩的地方是一片汪洋,水底沉积了许多碳酸钙和生物遗体。由于沉积物中所含的杂质不同,因此各层的颜色也不相同。后来,经过海陆大变迁,这些碳酸钙沉积物便固结成石灰岩。成岩后,如果再受到地壳运动及岩浆的烘烤,在高温高压的环境里,那些坚硬的石灰岩便会变成柔软的半流动状态,在变动压力的作用下,搓来揉去,互相渗透,使本来像夹心饼干似的石灰岩熔解后再次结晶。因此,大理岩中常可见到流动状态的条纹图案。

大理岩软硬适中,便于铁器雕凿,且很坚韧,不易崩裂,先人早就用它来雕刻佛像、人物、动物、石碑、栏杆等。

意大利西北部濒临地中海的卡拉拉,号称“世界大理石之都”,开采大理石矿已有2000多年的历史。世界上一些著名建筑物,如佛罗伦萨的大教堂、比萨斜塔、圣彼得堡博物馆、纽约世界贸易中心等,几乎都有卡拉拉的大理石。

虽然大理岩的防水、防冷性能好,又比较致密坚固,但它不耐酸,很易受到酸的侵蚀。因此,被称为“20世纪空中死神”的酸雨,对由大理石构筑的世界文物造成严重的威胁,伦敦的大理石建筑曾因其上空的酸雾而剥落。

能筛分子的石头——沸石

1756年,瑞典矿物学家在冰岛发现了一种奇怪的石头。把这种石头放在水里并加热到200℃时,就会像水一样沸腾冒泡,于是给它取名沸石。

沸石是铝硅酸盐组成各种格架状矿物的总称。它是个庞大的家族,世界上已发现的天然沸石有40种,人工合成的有150种。沸石的颜色一般为浅灰色,有时为肉红色。拿在手上明显地感到比一般的石头轻,这是因为沸石内部充满了微细的孔穴和通道,比蜂房要复杂得多。假如把沸石比作旅馆,那么1立方微米的这种“超级旅馆”内竟有100万个“房间”!这些房间能根据“旅客”(分子和离子)的性别、高矮、胖瘦、嗜好的不同自动开门或挡驾,绝对不会让“胖子”到“瘦子”房间去,也不会使高个子与矮个子同住一室。根据沸石的这一特性,人们用它来筛选分子,获得很好的效果。这对在工业废液中回收铜、铅、锌、镉、镍、钼等金属微粒具有特别重要的意义。

沸石还具有吸附性、离子交换性、催化和耐酸耐热等性能,因此被广泛用作吸附剂、离子交换剂和催化剂,也可用于气体的干燥、净化和污水处理等方面。沸石还具有“营养”价值。

在饲料中添加5%的沸石粉,能使禽畜生长加快,体壮肉鲜,产蛋率高。

很久以来,人们只把沸石作为一种特殊的石头,放在博物馆里供人参观。直到本世纪60年代,才引起人们的重视而作为矿产开采。当时我国在这方面还是一项空白。1972年6月,一位地质技术员在浙江缙云县靖岳山中发现了中国的第一块沸石,由此引起了全国地质界的高度重视。随后,在全国21个省、自治区相继发现了140个沸石矿床(点)。世界上已有美国、日本等40多个国家发现了沸石矿床,总数已达一千个以上。集中分布在环太平洋地区和地中海地区。

鸳鸯矿物——雄黄、雌黄

雄黄和雌黄在山岩中总是形影不离,犹如成双成对的鸳鸯,所以被人们戏称为“鸳鸯矿物”。

雌黄的化学成分是硫化砷或四硫化四砷,桔红色,所以被称为“鸡冠石”。雌黄的化学成分是三硫化二砷,呈略带绿的柠檬黄色。人们可以根据不同的颜色区别雌雄,但雄黄受长时间的光照射后会直接转变成雌黄。

两千多年前的《山海经》中已记载了雄黄矿。湖南省的石门县界牌峪雄黄矿,蕴藏量为50万吨,纯度在80%以上,是世界上最大的雄黄矿。1965年9月曾在那里发现一颗特大雄黄晶体,重255.32克。1988年2月,这颗泛着鲜艳红光的特大雄黄晶体在美国图森举办的国际标本及宝石珍品展览会上露面,使各国矿物学家及宝石专家大为惊讶。

雄黄作为中药,有祛风、杀虫、解毒的功效。它有特殊的辛味,蛇虫嗅到会迅速远遁。因此人们进山考察,最好身边带些雄黄,可防蛇虫野兽的侵袭。我国民间传统的端午节,有喝雄黄酒的习俗,并遍洒住宅,用以消毒。但雄黄摄入量不宜过量,否则容易中毒。据统计,1975~1985年的十年间,全国因喝雄黄酒中毒死亡的有330多人。雌黄在医药上的功效与雄黄相仿。雌黄量较少,价格比雄黄贵,常用作高级颜料。

雄黄主要用于提炼砷,以熔炼合金。砷铜合金用于制造汽车、雷达的零件。铜里加入0.5%的砷,砷度大为增加,可制弹头。砷和镓合成的砷化镓,是制造大功率的半导体器体。

矿物蚂蟥——蛭石

蛭石是一种铁镁质铝硅酸盐矿物。外貌形状很像黑云母,但颜色却是褐色、黄褐色或古铜色。当把它加热到150℃~950℃时,会失去水分而迅速膨胀,体积能比原来增大18~25倍,其受热变化时的形态恰似蚂蟥扭动,所以取名“蛭石”。

蛭石经焙烧后体积急剧增大而重量减轻,形成极细的空气间层,导热系数减少,因而具有隔音、隔热、防火、防震、耐潮等功能。它又是良好的耐火建筑材料。用蛭石配制消声灰浆,抹在大会堂、剧院、录音室、公共电话室的墙壁上,能降低声音的回响。掺和有蛭石的轻骨料混凝土,容重可减少20~45%,热导率可降50~60%。英国试制一种新型硅基仿塑料薄膜,价廉且耐高温,所用的主要原料就是蛭石。