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第一节 工业矿物与岩石的概念及分类 一、概念 ，是指除金属矿石、矿 工业矿物与岩石一词来自英文的 物燃料、宝石以外的其化学成分或技术物理性能可资工业利用而具有经济价值的所有非金 属矿物与岩石。 然而，严格限定工业矿物与岩石一词的应用范围是困难的。首先，某些金属矿石不仅 是冶炼金属元素的工业原料，同时又可作为利用其某种技术物理特性的工业矿物原料，如 用做耐火材料的铝土矿，用做颜料的赤铁矿等。其次，许多宝石矿物的用途不仅是作为宝 石，而且大量用作其他工业矿物原料，如金刚石、蓝晶石、石榴子石等。再次，有些文献 将人工制品排除于工业矿物与岩石之外，如水泥、石灰、陶瓷、耐火材料、磨料、人造金 刚石、人造水晶等，而另一些文献则将这类人工制品归入工业矿物与岩石中。由此可见， 工业矿物与岩石一词的基本含义是清楚的，但其涵盖的范围则较模糊。 工业岩石制品，如水泥、玻璃、耐火材料、传统陶瓷 我们认为，工业矿物与岩石应包括原料和材料（制品）两部分，即①工业矿物原料， 如长石、石英、铝土矿、透辉石、石膏等；②工业矿物材料，又可分为天然矿物材料和人 工矿物材料，前者如石墨、白云母、冰洲石、石棉、沸石等，后者主要包括人工晶体材 料，如人造金刚石、人造水晶、人造红宝石、合成沸石等；③工业岩石原料，如高岭土、 膨润土、沸石岩、霞石正长岩等； （或称硅酸盐陶瓷），以及通常以硅酸盐或氧化物为主要物相的工业固体废物等。 由此，本书将工业矿物与岩石定义为除矿物燃料以外其技术物理性能或化学成分可 资工业利用且具有经济价值的天然矿物与岩石，或由其作为主要原料而人工制备的具有相 似的化学成分、物相组成和显微结构的无机非金属固体物质。 二、特点 相对于金属矿石和燃料矿产而言，工业矿物和岩石具有以下重要特点 与金属矿石一般通过冶炼而利用其金属元素不同，工业矿物与岩石虽也有利用其 所含的元素者，如钾盐、明矾石、黄铁矿等，但绝大部分是利用其固有的技术物理特性， 如石棉、滑石、白云母等，或利用经加工后形成的技术物理特性，如珍珠岩、膨润土等。 金属及燃料矿产的用途一般较为单一，而每一种工业矿物或岩石通常都具有多种 用途，不同种的工业矿物或岩石，有时又可代用；且随着科学技术的发展，同一种工业矿 物与岩石的用途也愈来愈广。例如，高岭土最早只是用做陶瓷原料，后又成为造纸、橡 胶、搪瓷、医药填料，近代经处理的高岭土则被用于石油加工工业。又如，滑石和高岭土 都可用做造纸填料，而叶蜡石又可代替高岭土作为陶瓷原料。 绪 论 。但这一分类方案中不包括工业岩石制品，因而 金属矿石及燃料矿产的种类有限，而工业矿物与岩石不仅种类繁多，而且随着科 世纪初，工业与技术领域可利用的工业矿物与岩 技的发展，其种类还在不断增多。在 年代以前，压电石英是一种宝贵 种。如，在世纪种，目前则已超过 石不足 世纪 的资源，以后就被人造压电石英所代替。又如，云母过去主要用于制作电容器与电子管、 年代后期电机绝缘材料所需的大片云母已 电机的绝缘材料、仪器仪表零件等， 为碎云母制成的云母纸所代替，高压锅炉零件所需的云母则已由人造云母代替。再如，玄 武岩和辉绿岩过去仅被用做建筑石材，而后来用于制成铸石，广泛用于冶金、化工、水 电、建材等领域，节约了大量金属材料，并具有耐磨损、抗腐蚀的优点。 工业矿物与岩石的价值相差悬殊。一些价值较低的品种，如石灰岩、石膏等，其 产地必须靠近主要交通线，以降低矿石开采过程中的运输成本，否则即可能失去工业价 值。价值的差别不仅表现在不同的矿种之间，如金刚石和建筑集料，而且表现在同一矿种 不同的矿石类型之间，如纤维石膏比泥质石膏的市场售价高出数倍。 工业矿物与岩石的成矿地质条件较为复杂，既有其多样性，又有特殊性。前者如 高岭土矿床，既有热液成因，又有风化成因和沉积成因，而不同成因类型的矿石质量及性 能有所差异。后者如石英，作为普通造岩矿物它几乎无处不在，但作为玻璃原料的石英， 其产出的地质条件要求较严，而对于光学石英，则必须具备特殊的成矿地质环境。 由于工业矿物与岩石的上述特点，要求从事这类矿产资源勘查和产品研究开发的技术 人员必须具备良好的地质成矿理论知识，掌握这类矿产勘查和产品开发的技术经济评价要 素和方法，了解工业和技术领域对非金属材料的需求及市场供需状况，熟悉产品深加工技 术及其发展动向，注意研究发掘新的工业矿物与岩石品种，不断开发新的用途及应用领 域，以适应科技进步与社会发展对工业矿物与岩石的需求。 三、分类 年以来，见诸于文献中的分类方案为 由于工业矿物与岩石种类繁多，每一矿种又可能有几种成因，其用途又多种多样，因 此，要提出一个完善的分类方案是困难的。最近 数不少，按其分类原则大体有三类。第一类是以地质成因作为分类基础。如 和 将工业矿物分为伟晶岩的、脉岩的、交代的、变质的、沉积的五种，将工业岩石分为岩浆 的、变质的、沉积的三种。第二类是以产品的价值作为分类原则。如 将工业矿物与岩石分为低价大体积的如建筑材料，高价大体积的如化工材料，高 价小体积的如长石、滑石三大类。第三类是以工业用途作为分类原则。如 将工业矿物与岩石分为建筑材料 、陶瓷材料 、耐火材料 、化工材料和肥料等 。 ）提 则按矿物的工艺技术性能先将其分为化学矿物和物理矿物两大类，然后再按用途 分类。此外，也有将地质因素与工业用途综合起来作为分类原则的，如 在中 国工业 出以坐标的一轴表示工业用途和工艺，另一轴表示岩石类型的分类方案。 我国多采用按主要工业用途的分类方案，代表性的如陶维屏等（ 矿物和岩石一书中采用的方案（表 世纪自然科学领域各学科综合发展的趋势，本教材的内容力求既与传统的 可认为是对工业矿物与岩石原料的分类。 为适应 矿物学和岩石学的学科体系相衔接，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，本书中尝试性地将工业矿物与岩石分为三大类，即工业矿物、工业岩石原 注 据陶维屏 等 （ 料和工业岩石制品。 工业矿物包括工业矿物原料和工业矿物材料，后者也可称为晶体材料（包括天然晶体 材料和人工晶体材料）。无论工业矿物原料，或是工业矿物材料，两者均具有相同的晶体 化学规律性。矿物的成分和结构的统一，决定了矿物本身的性质，并与特定的形成条件有 关，在一定程度上反映了自然界元素结合的规律。因此，本书中采用以矿物的成分、结构 为依据的晶体化学分类。这也是目前矿物学中所广泛采用的矿物分类方法（潘兆橹等， 。按晶体化学原则分类，矿物类的划分依据是阴离子或配阴离子的种类，矿物族的 划分依据是晶体结构型和阳离子性质，而划分矿物种则是依据一定的晶体结构和一定的化 学成分。 按照上述分类原则，本书对工业矿物的分类如下 硅酸盐矿物 架状硅酸盐 层状硅酸盐 链状硅酸盐 环状硅酸盐 岛状硅酸盐 表主要工业矿物与岩石的用途分类 。这里的陶瓷材料是指广义的陶瓷材料， 、先进 单质与卤化物矿物 单质矿物 卤化物矿物 硫化物矿物 四面体硫化物 八面体硫化物 混合型硫化物 异常配位硫化物 复杂硫化物 氧化物与氢氧化物 四面体氧化物 八面体氧化物 立方体氧化物 混合型及异常配位氧化物 氢氧化物 其他含氧盐矿物 碳酸盐矿物 硫酸盐矿物 其他盐类矿物 在第一篇中，对每一矿物族或矿物种的描述均按照晶体化学、结构与形态、理化性 能、产状与组合、鉴定特征、工业应用的格式给出。 对于工业岩石原料，由于其种类繁多，用途多样，且每一种属又可能不止一种成因， 因此，本书采用以成分为主要依据、同时参考其地质成因的分类方法。这种分类大致可与 一般岩石学教科书中的岩石分类相对比。 镁铁质岩类、硅铝质岩按照上述分类方法，将工业岩石原料分为五大类，即超镁铁 类、碱性岩类、碳酸盐岩类、有机质岩类。在各大类之下，再按照相似的化学成分划分为 若干亚类，每一亚类中所包括的工业岩石原料的岩石种属与一般岩石学教科书中的名称相 一致（表 在第二篇中，对每一种工业岩石原料的描述一般按照概念与分类、矿物成分与岩相 学、化学成分与物理性质、产状与分布、工业应用与技术要求的格式给出。某些重要的工 业岩石原料还对其研究现状与发展趋势给予简要评述。 对于工业岩石制品，首先涉及到这类材料的定义。众所周知，材料通常可划分为金属 材料、高分子材料、陶瓷材料（师昌绪， ）一词来自希腊语的，意为陶器或由即无机非金属材料的同义词。陶瓷 泥土原料烧制的材料。 一书中，在） 将 陶 瓷 学 定 义 为 制 ）和技术 陶瓷 （ 造和应用主要由无机非金属物质作为基本组分构成的固体制品的技艺和科学。在此定义的 基础上，将陶瓷材料分为传统陶瓷 、特种陶瓷两大类，后者的同义词还有新型陶瓷 提出，矿物材料是由矿物组成的无机非金属材 耐火材料（、磨料（） 等 ，其 中 白瓷 包 括 陶器 （）和 瓷器陶瓷原料的矿物加工也被作为陶瓷工业的一个分支，尽管它并不生产 任何上述的陶瓷制品。由此可见，绝大多数传统陶瓷工业可称之为硅酸盐工业（ 。传统陶瓷则可称为硅酸盐陶瓷。因此，本书中的工业岩石制品 的含义大致与传统陶瓷或硅酸盐陶瓷相当。 年代以来国内较普遍使用世纪讨论工业岩石制品的分类时，不能不提到大约在 的矿物材料这一术语。赵万智等（ 瓷 釉、白瓷、 水 泥 （玻璃（ 、硅酸盐）定义的传统陶瓷包括粘土制品（ 特 的 硬 度 、 强 度 、低 导 电 性 和 脆 性 的 无 机 非 金 属 固 体 制 品 （ 传统陶瓷的现代定义为由粉体原料烧制而相对很少改变其自然状态，且通常具有独 表工业岩石原料的成分分类 、高技术陶瓷 ）等 陶瓷、精细陶瓷 、高效陶瓷 世纪而倍加关注环境问题的今天，深入开展工业 料，有时也称硅酸盐材料；它是利用天然和人造的矿物为原料，经过一定的生产工艺直接 利用或加工成具有一定物理化学性能的非金属材料。广义者也包括金属材料。按照此定 义，将矿物材料按其生产过程分为以下四类 熔浆型材料是将选定配比的原料，经过高温熔融、冷凝成结晶态或非晶态的材料。 如高温炉渣、铸石、玻璃（平板玻璃、器皿玻璃、微晶玻璃、泡沫玻璃等）、矿岩棉、矿 岩珠等。 烧结型材料原料经过配料、粉碎、加工、成型等工艺，再在高温炉中经过固相反应 而形成的材料。如陶瓷、耐火材料、水泥熟料、烧结铸石、烧结砂轮、烧结矿、陶粒等。 ℃以下，压力在 胶凝型材料指基本上在常温常压下，物料经配比充分搅拌成型后由水化作用和硬化 作用而形成的材料。即使蒸养、蒸压制品，温度也在 如水泥制品、石膏制品、水泥混凝土、加气混凝土、陶粒空心砌块、刨花板、硅酸钙制品 等。 复合型材料上述三类材料都可以构成复合材料，而且还可以和金属材料、高分子材 料构成更加复杂的材料。 在矿物材料学导 上述前三类矿物材料的生产过程分别与地质作用中的岩浆作用、变质作用、沉积作用 相似。因此，上述分类实质上是一种成因分类方法。倪文等（ 论一书中的分类与此类似。由此不难看出，这里的矿物材料的内涵大致与本书的工业岩 石制品相当。 不言而喻，过分扩大或限定矿物材料一词的内涵都不可避免的会引起实际使用中的混 乱。我们认为，矿物材料一词应大致限定在本书中前述的工业矿物材料和工业岩石制品 （材料）的范围，而不应包括工业矿物原料和工业岩石原料，更不应扩大到涵盖金属材料 或其他更复杂的复合材料的范围（以矿物晶体相或硅酸盐玻璃相为主者除外）。换言之， 即矿物材料可包括粉体矿物材料、晶体材料（单晶材料和多晶材料，天然晶体材料和人工 晶体材料）、非晶材料、复相材料等。其中复相材料定义为含有两种或两种以上矿物相的 材料，而多晶材料是指含有一种晶体相的材料。 虽然工业固体废物不是一般意义上的陶瓷工业制品，但这类物质却是伴随着人类工业 活动过程而出现的产物。在人类进入 固体废物的综合利用和无害化处理研究，对于改善环境质量，促进经济和社会的可持续发 展，无疑具有特殊的重要意义。因此，本书将工业固体废物等同于工业岩石制品。 对传统陶瓷的分类，本书将工业岩石制品分为五大类 参考 陶瓷制品 日用陶瓷 建筑陶瓷 电瓷 化工陶瓷 多孔陶瓷 玻璃制品 器皿玻璃 光学玻璃 第二节 工业矿物与岩石的研究历史 石英玻璃 微晶玻璃 平板玻璃 耐火材料 系耐火制品 系耐火制品 尖晶石耐火制品 碳质耐火制品 锆质耐火制品 绝热耐火制品 水泥和混凝土 硅酸盐水泥熟料 通用水泥 专用水泥和特性水泥 混凝土 工业固体废物 矿业采掘废弃物 矿业加工废弃物 在第三篇中，对每一种工业岩石制品的描述一般包括概念与分类、制备工艺、结构与 性能、主要用途、研究现状与发展趋势等内容。 一、天然矿物原材料应用史 在人类的文明及进化中，天然矿物、岩石材料发挥了十分重要的作用。正如恩格斯指 出，人类能够用手把第一块岩石做成石刀，终于完成了从猿到人转变决定性的一步。自从 人类进入石器时代以后，岩石一直是人类生活和生产的重要工具和材料。 万年前的旧石器时代，中华先民就能够使用石器，据我国考古学研究，早在距今 万在我国已形成北方的小石片石器传统和南方的砾石石器传统。对距今万年间 公元前 的新石器早期的文化研究，在湖南道县玉蟾岩、江西万年仙人洞、广西邕宁顶狮山、河北 徐水南庄头、山西怀仁鹅毛口、北京怀柔转年等地，出土了原始陶器残片和磨制石器，以 及目前世界上年代最早的栽培稻等。公元前年的新石器时代中期，新 出现了玉器、彩陶、白陶等，说明先民手工业的发展。新石器时代晚期，至距今约四五千 年的新石器时代晚期的晚段，可能就是传说的“三皇五帝”时代。对这一时期的考古发现 说明，中国历史上以中原为中心的夏文化，最初形成于“龙山时代”，即夏王朝诞生时期 （刘庆柱， 公元前对河南偃师二里头约公元前年的夏王朝都城遗址的考古，发现两 座各自逾万平方米的大型殿堂建筑遗址、铸铜遗址、多座包含丰富随葬品并含朱砂的墓 葬，以及青铜器、大型玉器和陶质礼器等。对陕西长安的丰镐遗址的考古，发现了西周不 种，其中矿物药即达 同时期的建筑基址十余座，以及一些青铜器窖藏；对陕西扶风的周原遗址的考古，发现了 藏、占卜甲骨片和铸铭铜器。三门峡 西周时代的大型建筑基址、铸铜、铸陶、制骨等手工业作坊遗址，以及铜器墓、铜器窖 公墓西周晚期铁器的发现，江西瑞昌铜岭、湖北大 冶铜录山、安徽南陵与铜陵、山西中条山等地的铜矿、冶铁遗址发掘，山西侯马铸铜遗 址、河南西平酒店铁矿开采、冶铸遗址的清理，反映了商周时期金属矿藏开采、冶铸技术 已达到相当的水平（刘庆柱， 春秋战国时代，郑国以铁铸刑鼎，标志着铁器的出现。战国时，铁制工具广泛使用， 比欧洲早一千多年。冶铁业的发展，表明当时的铁矿开采（如山东金岭镇铁矿）、耐火材 料的使用和熔剂的选取，都达到了相当的水平。到秦代，冶铁业和铁器的使用得到了很大 的发展。然而，铁器普遍用于生产则是在西汉。在西汉初年，开始以煤作燃料，使钢铁的 质量达到了很高的水平。冶铁业是汉代三大手工业之一，考古发现以河南南阳瓦房店、巩 县铁生沟、郑州古荥镇和温县招贤村的冶铁、铸造遗址最具代表性。这些资料反映出当时 已发明了铸铁柔化术、块炼渗碳钢，发明了脱碳钢和百炼成钢等技术（刘庆柱， 公元前公元前 我国古代把矿物、岩石统称为“石”，最早记述石头的是春秋战国时期（公元前 年）的山海经。国外最先研究石头的著作，是希腊公元前 公元前 年的关于石头的论文。春秋战国时代，出现了我国历史上最早一批记载当时利用矿物 资源的著作，如禹贡、考工记、山海经、管子等。山海经中就有水晶、雄 黄等矿物名称的记载，并沿用至今。山海经中还记述了各种矿产的产地、用途和性质。 韩非（约公元前年）在内储中有“荆南之地，丽水之中生金”的记 载。 管子 地数篇中记载“天下名山五千三百七十，出铜之山四百六十七；出铁之山 三千六百有九。”并科学地总结了金属矿产的形成规律“山，上有赭者，其下有铁；上有 铅者，其下有银；上有丹沙者，其下有黄金；上有慈石者，其下有铜金；此山之所见荣者 也。”这里的赭、丹沙和慈石分别为赭石即赤铁矿、辰砂和磁石即磁铁矿。可见当时利用 矿物资源已达到较高的水平。 我国最早的药典神农本草经载药 别是在唐宋两代采矿业大发展的基础上，颜真卿 所著梦溪笔谈、杜绾著云林石谱 余种矿物的产地、性状和用途。本草纲目中载金石类 法。至明代，本草纲目（李时珍， 描述了多达 玉、石、卤石类，如加上土类，则多达 记载“浮梁景德镇，雄村十里，皆火山发焰，故其下当有陶殖应之。”陶殖即高岭土，说 明当时古人对找矿问题已相当注意。 ）为标志的。 在国外，矿物学作为一门独立的研究领域是以大约同时代的德国医生 的著作 总结了许多世纪以来民 。值得注意的是，在外国科学家关注于矿 间积累的观察现象，并根据自己的观察，提出了几种矿物的性质，包括颜色、透明度、光 泽、硬度、挠性和解理（ 年）的著述中即有论述。 物外观性质的时候，中国古代科学家早已注意并掌握了矿物的药用价值。如石膏、芒硝用 作药石，在南朝梁代著名的医药学家陶弘景（ 石棉在中国古籍中称为“不灰木”、“石绒”、“石麻”，以石棉织成的布称为“火浣 和天工开物（宋应星， 种。秦汉以来，特 年 ）年）、沈括（ ）总结了有关矿物资源的地质现象和找矿方 两部著作则 种，分为金、 余种药用矿物。明代王士性著广志绎卷 年前的沈阳新 年 的 红 山 文 公元前在商周时期（公元前 公元前战国时（公元前 还用于漆器彩绘。 我国开发利用玉石的历史悠久。在北京周口店猿人遗址发掘的石坠，起源于距今 万年前的旧石器时代晚期新人阶段。新石器时代出土的玉文化遗址达余处，出土玉 器数十万件。在浙江余姚“河姆渡文化”遗址，曾出土不少以萤石制作的珠、管、玦、璜 等饰物，这是我国历史上最早的美石装饰品。由此来看，至少在约 年前的人类遗物中，有玛瑙、手 年前，我国即已 有玉器存在。在辽河上游内蒙古翁牛特旗三星他拉村、黄彀屯村，先后出土了不少以岫玉 制作的管、珠、环、璧和一些墨绿色、黄色的龙形及其他兽、禽形饰物。这些属“红山文 化”的玉器，距今已五六千年。其中的玉龙，在我国属首次发现，故特定名为“三星他拉 玉龙”、“黄彀屯玉龙”。在江苏青莲岗发掘的一批 镯、圆珠、圆环，可见当时人们就喜爱色泽艳美、剔透晶莹、坚硬耐磨的珍宝。陕西姜寨 出土的白玉和绿松石耳环，其时代还要早。 荀子 最早关于宝石产地的记载见于春秋战国时期的山海经中。此后，在先秦时代的 劝学篇、晋代张华的博物志、梁代的地镜图中，都有找玉经验的记载，说 年）发掘出一东汉 （ 明当时对宝石资源已相当的注意。云母在我国最早就是作为宝石的。据东晋葛洪的抱朴 子记载，三国吴景帝时（年）广陵豪富的大家， 年）的嫦娥棺内置云母石厚一尺，尸下有白玉璧三十枚。晚唐诗人李商隐 诗句“云母屏风烛影深，长河渐落晓星沉”，说明当时以云母作为装饰材料已较普遍。 和田玉古称昆山玉，为驰名世界之美玉，以产于新疆和田（古“于阗”）地区而得名。 在新疆若羌县罗布淖尔出土的新石器时代文物中，即有和田玉斧。陕西卯龙山文化遗址出 土的文物中，有用青玉制作的镰刀、玉斧等。河南安阳殷墟出土的青玉盘，雕琢精美，距 今西山经记载“皇帝乃取峚山之玉荣，而投之锺山之阳。瑾瑜之多年。 山海经 之， 玉为良，坚栗精密，濁泽而有光。五色发作，以和柔刚。天地鬼神，是食是饗。君子服 不祥。”其中的“峚山”和“锺山”即是指新疆昆仑山的密尔岱山和于阗南山。 这表明，早在原始社会时期，皇帝就曾采取和田玉，并发现和认识了其工艺美术性能。 年前的独山玉铲、玉凿、玉璜等。在河南安阳殷墟出 独山玉产于河南省南阳市北郊的独山，又名南阳玉。在南阳县黄山的新石器时代文化 遗址中，即见有距今约 土的 件是用独山玉制作的。据汉书记载，当时的南阳独山称 件有刃石器中，有 为“玉山”。现今独山东南脚下的“玉街寺”旧址，即是汉代产销玉器之处。水经注中 有“南阳有豫山⋯⋯山多碧玉。”这些都说明，独山玉的应用历史十分悠久。 岫岩玉因产于辽宁省岫岩县而得名，简称岫玉。在距今约 乐文化遗址，出土有用岫玉制作的刻刀。在辽宁朝阳和赤峰一带距今约 公元前前 布 ” 、“ 火 毳 年）文献记载，在周穆王时（公元 公元 。在山海经中，就已有关于用石棉制成的“火浣布”记载，而欧洲直至 世纪才出现类似的石棉制品。晋朝（ 使布色皓然若雪；还记载在燕昭王时（公元前 中国即已有“火浣布”，可以投入火中烧去污垢，出火振去灰烬， ，已利用石棉纤维可以吸油而不燃的 特点作为灯心（陶维屏等， 年），我国已掌握利用多种矿物染料为服装染 色的技术，如以赭石（赤铁矿）、赤砂染红、石黄、石绿、石青作为黄、绿、蓝色染料。 年）丹砂、石黄、雄黄、雌黄、红土、白土等矿物染料 余年，保存至今，在用材及建筑艺术上，即使以现 化遗址，出土有用岫玉制作的手镯等多种玉器。河南安阳殷墟号墓出土的大量玉器和河 北满城汉墓出土的“金缕玉衣”的玉片，也有一部分是用岫玉制作的。 梅花玉是中国历史上的名玉，因产于河南汝阳县，故又有汝州玉、汝州石之称，因其 磨光后呈现美丽的梅花状图案或花纹而得名。相传东汉光武帝就视“汝州玉”为国宝。北 魏郦道元的水经注记载“紫逻南十里有玉床，阔两百丈。其玉缜密，散见梅花，曰 宝石。”这里的“紫逻”即紫逻山，在汝阳县境，为梅花玉产地。直隶汝州全志称 “汝州有三宝汝瓷、汝玉、汝帖。”此“汝玉”即梅花玉。 淑真训记述 年，在印度就曾出现经过热处理的红玛瑙和肉红 年的埃及土坦克人的坟葬中，就有经染色的肉红色玉髓。我国先秦 ，已有关于宝石改善加热法的文字记载。淮南子 。可见人类对宝玉石利用和改善的历 “锺山之玉，炊以炉炭，三日三夜，而色泽不变。”唐宋时期宝石改善的技术已较成熟。 宝石说记载陈性玉记云，有受石灰沁者，其色红如碧桃，名曰孩儿面，有受血沁者， 其色赤，有浓淡之别，如南枣北枣，名曰枣皮红，此外有朱砂红鸡血红诸色，受沁之深难 以深考，总名之曰十三彩。宋宜和政和间玉贾赝造，将新玉琢成器皿，以虹光草叶罨之， 其色深透，红如鸡血。虹光草出甘肃大山中，其汁能染玉，用草汁入矽砂少许，罨于玉纹 表裹间，用新鲜竹枝燃火逼之，则深入肤理，红光自透背，今世呼为老提油者是也，此来 玉工每以极壤夹石之玉染造，欲红则入红木屑中煨之，其石性处即红，欲黑则入乌木屑中 煨之，其石性处即黑，谓之新提油（章鸿钊， 史十分久远（吴瑞华等， 我国的卤水很早即已开采。山海经中就有关于四川开凿盐井的记载。西晋初左思 蜀都赋有“火井沉萤于幽泉”等句，说明在此之前已能用天然气煎煮采得的卤水。后 汉书中有关于四川盐井出火和煮盐的记载。 年），跨度长 石材在古代建筑上的应用，当推我国著名的安济桥（赵州桥）。桥在赵州（今河北赵 县）洨河之上，建于隋朝开皇中期（，为一座石砌单孔大 弧券桥，由工匠李春所造，历经 ，宽于 代的眼光来看，也令人赞叹。可以与之媲美的，还有福建泉州用花岗石砌成的洛阳桥（建 年，长、安平桥 （建于年 ，长 ，最大条 石重年，长，宽超过 ，以及由花岗石砌 年）、山东历城的四门塔（建于 、著名的卢沟桥（建于 成的泉州双塔（建于年）等古建筑。这些 都是我国历史上利用巨块石材砌成的著名工程（陶维屏等， 二、传统陶瓷工业发展史 年 ，就 年左右，制陶业已大为发展。高岭土最早在我 人类对传统陶瓷制品的使用有着悠久的历史。据考古，国外在约公元前 出现了烧制的粘土制品，而在公元前 万年间的新石器早期的文化研究，就在国用作陶瓷原料。据考古证实，对距今 湖南道县玉蟾岩、江西万年仙人洞、广西邕宁顶狮山、河北徐水南庄头、山西怀仁鹅毛 口、北京怀柔转年等地出土了原始陶器残片。河南新郑裴李岗和河北武安磁山出土的陶 器，制于公元前五六千年 。中国也是最早利用粘土烧制砖瓦的国家 ，在西周 （公元前 年），我国即已有粘土制成的瓦与铺地转。在埃及，粘土制品见于约公 元前 公元前 年。 在宝石改善方面，大约公元前 玉髓。在公元前 和秦代（公元前 公元前年），曾以大量 年）是我国陶器制造很发达的时代，原始瓷器的品种也 在我国浙江公元前 多年前的河姆渡遗址，发掘的陶器就有夹碳黑陶、夹砂陶等 多种。根据考古资料，史前文化分为“仰韶文化”（又称彩陶文化）和“龙山文化”（又称 黑陶文化）。前者以河南渑池仰韶村新石器时代晚期遗址的有红黑花纹的彩陶片为代表， 后者则以山东历城县龙山镇城子崖遗址的薄胎黑色有光泽的陶片为代表。龙山黑陶在烧制 技术上有了显著进步，开始采用陶轮制坯，胎薄而均匀。黑陶中最精致的制品，表面光 亮，厚仅 ，有“蛋壳陶”之称。以上考古发掘证明，在新石器时代，我国古人就已 掌握了制陶技艺，制作出了精致的器皿。 年的白陶最初发掘于河南安阳距今约商时代的遗存。同时发现施釉的陶器与 之共存，说明当时已懂得用釉的方法。至秦代（公元前 砖瓦修建长城和阿房宫。这是土器和陶器制品用于建筑的开始。秦俑坑的发掘，证明秦代 完美无缺。对秦始皇陵兵马俑坑的清理轰动世界，成为 的制陶工艺已非常发达，大批在尺寸上类同真人真马的精致陶俑，当时已能成型和烧制得 世纪最重大的考古发现之一， 号称世界第八大奇迹，被联合国科教文组织列为“世界遗产”。这是我国陶瓷工艺发展史 上的辉煌成就。 公元汉代（公元前 世 大为增多。汉代的绿釉陶器是以铜化合物为着色剂的低温铅釉制品。原始瓷器则是以铁为 着色剂的青釉器，故称为原始瓷器，它是青瓷的前身。浙江上虞出土的瓷器制于公元 多年。东汉晚期，浙江地区的陶纪的东汉，是中国目前已知最早的瓷器，比欧洲早 瓷工艺进步较快，由于采用瓷石为原料制胎和窑炉温度的相应提高，浙江越窑已开始制作 瓷胎致密、釉层较厚而光润美观的青瓷。这是我国陶瓷史的一个重要转折。 年）我国文化颇为发达，由于生活需要和当时禁用铜器的结果，陶唐代（ 瓷制造业有了更大的发展。以越窑的青瓷（浙江绍兴）和邢窑的白瓷（河北邢台）为鼎盛 时期。浙江当时为瓷器的制造中心，制品以铁为着色剂的青釉为主。唐代的三彩器也很有 名。近年发现的景德镇附近的胜梅亭窑，在唐代已经能烧制质量较高的瓷器。 年，南宋宋代（北宋年）以来，我国南北各地的窑业继承唐 代传统，得到了极大的发展。当时，河北曲阳县的定窑、彭城镇的磁州窑，陕西耀县黄堡 镇的耀州窑，河南临汝县的汝窑、禹县的钧窑，浙江的龙泉窑及江西的景德镇窑均负盛 名，为其后各时期窑业的发展奠定了基础。 定窑与磁州窑产品以白色为主。定窑尚有黑色及紫色制品，并以刻花、印花装饰著 称；磁州窑则有白器和黑器产品，并有在白釉上用黑色、赭色、茶色等色料作画，开创了 用笔彩绘的装饰方法。汝窑制品以卵青色为主，器物通体有极细纹片；其釉呈青色，是我 国烧瓷技术采用铁还原着色的一个划时代的发展。耀州窑以青器为上，近似汝窑产品，装 饰多用凸雕与印花，如串纸莲、莲瓣碗等，简朴壮美，为其他各窑所不及。钧窑产品的釉 面色调种类较多，如葱绿、茄皮紫、鹦哥绿、猪肝红以及窑变等。钧窑在我国制作红铜釉 最早，著称于世。龙泉窑继承唐代越窑的优良传统，制造青瓷，誉满海内外。相传龙泉窑 创建者为章姓兄弟二人其“哥窑”产品呈淡青色、炒米黄色，有“百圾碎”及“鱼子” 等裂纹釉，冠绝当时；而“第窑”产品以青色与翠色为主，胎较薄，纯翠如美玉，紫口铁 足，但少纹片。 年） ，发展于唐代 ，至北宋景德年间始置 景德镇窑起源于南北朝的陈代（ 。在古代，石灰岩不仅用作冶炼熔剂，而且还用做瓷业釉料。据查北宋 世纪末，景德镇的制瓷技术达到 镇；当时大量生产“色白花清”的影青瓷。北宋末年开始红釉器的制作。至南宋年间，则 仿定窑而生产白釉瓷器。南宋以后，特别是从明代开始，景德镇成为我国瓷业的中心。明 代以来，历代王室都在这里设过御窑厂，至今仍为我国重要的瓷器产地之一。 明代（年）景德镇的制瓷工艺继承了历代的优秀传统，在技术和艺术上 都有了极大的发展。从原料的开采、精选、胎釉配方的改进、成型、干燥、烧成和装饰等 一系列的工艺过程都有显著的改革。如当时已能烧制“半脱胎”和“大龙缸”等大型制 品。自宋景德年间置镇以来，景德镇各王室的瓷厂所烧造的，均以各皇帝的年号作为款 识，如明代“成化年制”、清代“康熙年制”等，其制品即称之为“成化窑”、“康熙窑”。 制品有白瓷，用钴为着色剂的青花白瓷，用铜为着色剂的霁红釉、釉里红以及釉上五彩。 当时仿制的宋代各窑制品，釉色精美。 宜兴陶器起源于宋代，到明代也很著名。其产品属于炻器类，表现出精湛的装饰艺 术。宋、明时期尚有建窑（福建）及广窑（广东）等窑场多处。 清代（ 世纪中叶至 年）窑场分布更广，但仍以景德镇为中心。清代的制瓷技术继承 了明代的优秀传统并加以发展。清初， 历史上的空前水平，制品种类更为丰富。除明代已有的品种外，尚有釉上粉彩，各种低温 和高温颜色釉，并因供应出口的需要，也从事“洋瓷”的专门制作。清代乾隆以后，由于 封建王朝的腐败，陶瓷工业受到严重摧残，生产逐渐低落，制品质量也逐渐下降。除景德 镇外，清代尚有广窑、宜兴窑、建窑、博山窑等多处。 万年，已出现釉面石珠。成型的玻璃则见于公元前 硅酸盐玻璃的制造是一种古老的技艺。早在石器时代，人类就已应用天然玻璃（黑耀 岩） 。 在约公元前年 。 年，埃及已有稳定的玻璃工业。我国有关玻璃制作的最早记述见于东大约在公元前 汉（年），王充的论衡说，术士熔炼五种石块，铸成阳燧，可在日光下取火。 可惜的是，术士故作神奇，熔炼法流传不广，玻璃工业未能得以发展（陶维屏等， 公元据考古，在广州市象岗山发掘出秦末汉初（约公元前年）南越王国第二代 ，宽，厚王赵昧的陵墓，其随葬品中有一块浅蓝色透明的平板玻璃，长 ，与现今的玻璃无异。这是目前所知我国最早的平板玻璃。 公元我国对耐火材料、冶炼熔剂和石墨的使用也很早。在西汉（公元前年 ） ，说明当时冶铁已使用了碱性熔剂。铁生沟出土的铁攫， 中晚期的河南巩县铁生沟遗址中，即发现由耐火粘土掺石英等制成的耐火砖，且其种类多 样，用于不同的炼炉及炼炉的不同部位。铁生沟遗址中还发现有石灰岩，对熔渣的化验发 现含 级石墨相当的带放射状的球状石墨。这是我国古代铸铁技术的杰具有和现代球墨铸铁的 年才研制成功的（陶出成就，也是石墨在冶炼业中的最早应用，而现代球墨铸铁是 维屏等， 年）景德镇年）定窑（今河北曲阳）使用白云岩作釉料，南宋（ 则开始用石灰岩作釉料。 年，英国人重新发现了轻烧的粘土质石灰的水硬性质。此后即发展了水泥制 在水泥制造技艺方面，埃及人最早以煅烧过的石灰作为灰浆使用。罗马人则用煅烧过 的石灰和火山灰混合，从而制造出一种天然的水硬性胶凝物。其后这一技术似乎失传了。 大约在 造工艺，与现今所采用的工艺基本相同。 商时代，玉石被大量用于制作各种礼仪器具和佩饰。因而，不少历史学家认 然而，用人造轻骨料和胶凝材料作为建筑材料，在我国的应用却十分悠久。在距今 年前的甘肃秦安大地湾新石器文化遗址中，发掘出我国年代最早的类似殿堂 式的房屋建筑，其主室的地坪光洁平整，分四层制作，其中一层就是用人造轻骨料作集料 抗压 的混凝土，胶凝材料是人工烧制的当地料礓石。这种原始混凝土历经数千年，经测定仍能 。人造轻骨料用作建筑材料，具有容重小、保温、防潮等优点，我国原 始人在多年前竟会使用，实乃建筑史上的奇迹（陶维屏等， 三、材料应用与社会发展 人类对天然矿物原材料的应用，是人类社会发展的物质基础和文明进步的重要标志。 天然矿物原材料的应用是人类社会发展的物质基础 据考古研究，距今 器。在山西峙峪发掘出土的距今 万年前的云南元谋人，就已懂得选择质地坚硬的石英岩打制石 万年的旧石器时代的峙峪人文化遗物中，已出现了琢 磨过的石簇。石簇作为弓箭的主要部分，曾使狩猎生产得到迅速发展。至距今 公元前 万年间的新石器时代早期，则使用打制为主、局部磨光的石器，以渔猎、采集生活为主， 年的新石器时代中期，新出现的玉器、彩开始出现原始陶器。公元前 陶、白陶等，说明了先民手工业的发展；骨笛、陶祖和契刻的龟甲，则反映了先民的文化 与精神生活。新石器时代晚期，是我国氏族社会的繁荣时期，也是中国古代文明逐渐形成 的时期。至距今大约四五千年的新石器时代晚期的晚段，考古发掘在黄河、长江中下游发 现了近座城址、大型祭祀遗迹或遗物，其中一些遗物上发现有原始文字。 年，代表性的如齐家文化遗址。青铜（红铜与锡的元前 人类进入红铜时代，亦称为铜（金）石并用时代，在美索不达米亚和埃及等地始于公 年，在我国始于公元前 年 ，在 我 国为 商代 （ 公元 前合金）时代，在美索不达米亚和埃及等地始于公元前 公元前世纪），已建立奴隶制国家，有相当发达的农业和手工业，并已有文字。 年。在我国，到春秋末年（公元前 人类进入铁器时代，即进入有文字记载的文明时代。在国外，最早锻造铁器的是赫梯 王国，约在公元前世纪），大部分地区已使用铁 器。 公元前世纪）由玉制工具演化，出现了大在新石器时代晚期，商代（公元前 批玉器。至 为，在石器时代和青铜时代之间，大致相当于新石器时代晚期，可称其为“玉器时代”。 由此可见，材料是人类社会发展的物质基础；人类对材料的应用水平，代表了社会生 产力发展的水平。 世纪以前。战国时，已有 天然矿物原材料的应用是中国古代四大发明的物质技术基础 中华先民对天然矿物物理性能的利用至少可追溯到公元前 世 纪 的 有度。北宋沈括的梦溪笔谈中，对于磁石磨成的指南针已有详细记载。 用天然磁铁矿琢磨而成的指南针，称为“司南”。其最早的记载见于约公元前 韩非子 年） 葛洪 的抱 朴子 内篇 中 ，就 有用 云母等 炼制 “长 我国古代不少矿物是因炼丹术而利用的。四大发明之一的火药就是伴随着炼丹术的发 展而问世的。在东晋（ 年）的炼丹术中。在八九世纪生仙药”的记载。硫黄、芒硝最早出现在唐代（ 前后的真元妙道要略中，记载有将硫黄、硝石与蜜混在一起燃烧，可以“焰起，烧手 面及屋宇”。蜜加热而成炭，此即为硫黄、硝石与炭混合而成的原始黑火药（陶维屏等， 。 在纸出现以前，人类曾使用过许多材料来写字记事。中华先民最初是把文字刻在龟甲 上或兽骨上，叫做甲骨文。商周时代，又把需要保存的文字铸在青铜器上，或刻在石头 上，叫做钟鼎文、石鼓文。到了春秋末期，则开始使用新的书写记事材料“简牍”。“简” 即竹片，“牍”为木片。把文字写在简牍上，较之刻在甲骨上、石头上或铸在青铜器上， 要方便得多，只是要“连篇累牍”，十分笨重。当时，已有用绢帛作书写材料的，但绢帛 价格昂贵，连孔夫子都感叹“贫不及素”。“素”即绢帛。 蔡伦传记载“自古书契多编竹简，其用缣帛者谓之纸，缣贵而简重，并 不便于人。伦乃造意，用树肤、麻头及蔽布、鱼网以为纸。元兴元年奏上之。帝善其能， 。”自此，即把蔡伦向汉和帝献纸的那一年（ 宣纸密切相关的。 后汉书 蔡伦纸自是莫不以用焉，故天下咸称 年）作为纸诞生的年份。 对东汉麻纸所作的模拟试验表明，其制造工艺至少要经过浸湿、切碎、浸灰水、蒸 煮、洗涤、舂捣、再洗涤、打槽、抄纸、晒纸、揭纸等十多道工序，如果用鱼网等作原 料，还必须有碱液蒸煮这样加强对纤维的腐蚀度和净化度的工序，这正是后世的化学制浆 技术的滥觞。蔡伦作为造纸术的发明者，其造纸的基本工艺一直沿用至今。在古代多种类 型的纸中，只有用植物纤维制造的蔡侯纸对世界造纸工业的发展及人类文明的传播产生了 深远的影响。从蔡伦利用植物纤维造纸的技术来看，与采用以石灰岩碱液蒸煮造纸原料的 工艺密切有关。 纸的推广使用，使书籍、文献资料的数量猛增，有力地促进了科学文化知识的传播。 在印刷术发明之前，由于著书的增加引起抄书之风盛行，促进了书法艺术的发展和汉字字 体的变迁。中国独特的传统水墨和彩墨绘画，也是和纸的特殊品种 印刷术出现的物质前提。据梦溪笔谈载，在宋代 魏晋以后，纸逐渐取代帛简而成为占支配地位的书写材料（王渝生， 纸还是我国另一项重大发明 年），毕升发明活字印刷，用胶泥刻字，一字一印，火烧使坚，排庆历年间（ 年。显然，活字印刷术的发版印刷。这一发明早于德国人谷登堡使用金属活字排版约 明，与使用以粘土类矿物原料制备、烧制而成的陶瓷材料有关。 工业矿物与岩石材料的应用促进了对外文化与技术交流 汉唐王朝被誉为中国古代史上的黄金时代，又是
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