12、含氧鹽大類剖析

第十二章含氧鹽大類高嶺石的電子顯微鏡照片含氧鹽是由各種含氧酸根(如[SiO4]4-、[CO3]2-、[SO4]2-)與金屬陽離子結(jié)合所形成的一大類化合物。含氧鹽大類礦物約占礦物種數(shù)的三分之二，重量超過地殼總量的五分之四，是地殼中分布最廣泛、最常見的一大類礦物。是構(gòu)成三大巖類巖石的主要礦物，也是國民經(jīng)濟中很多重要的礦物原料，特殊是非金屬礦物原料：如建材、化工、陶瓷、冶金幫助原料以及很多珍貴的寶(玉)石原料，主要是來自含氧鹽大類礦物。意義：

〔1〕重要的造巖礦物：

橄欖石---輝石---角閃石---長石---沸石

〔2〕稀有金屬的重要來源：Li、Be、B、Zr、Rb、Cs

〔3〕珍貴的寶玉石原料：綠柱石〔祖母綠、海藍寶石〕、硬玉〔翡翠的主要礦物〕、軟玉(細膩致密的透閃石巖)、雞血石(“地”和“血”)、碧璽、坦桑石、紫牙烏

〔4〕重要的非金屬礦物原料：滑石、云母、石棉、沸石、方解石、石膏、粘土類如高嶺土等。坦桑石礦物名稱：黝簾石Zoisite〔tanzanite〕黝簾石屬斜方晶系，柱狀或板柱狀，一組完全解理，H=6.5-7，密度：中級，3.35g/cm3。含氧鹽大類--硅酸鹽類--島狀構(gòu)造硅酸鹽亞類--綠簾石族黝簾石是斜黝簾石的同質(zhì)多象變體。綠簾石中三價鐵被鋁完全代替---斜黝簾石。即綠簾石-斜黝簾石完全類質(zhì)同象系列。坦桑石光性特征：非均質(zhì)體，二軸晶，正光性。多色性：礦物依據(jù)入射光源和入射角度的不同而轉(zhuǎn)變顏色的性質(zhì)。坦桑石具強的多色性(三色)，如：藍色，紫紅色和綠黃色；紫牙烏礦物名稱：石榴子石Garnet等軸晶系，粒狀，無解理，H=7-7.5，密度：中-重級，克/立方厘米。含氧鹽大類--硅酸鹽類--島狀構(gòu)造硅酸鹽亞類--石榴子石族礦物紫牙烏是顏色深紅帶紫的石榴子石。紫牙烏光性特征：均質(zhì)體。無多色性。中低檔寶石之一。依據(jù)絡(luò)陰離子種類的不同，分為以下幾類：

硅酸鹽類----絡(luò)陰離子種類[SiO4]4-

碳酸鹽類----絡(luò)陰離子種類[CO3]2-

硫酸鹽類----絡(luò)陰離子種類[SO4]2-

磷酸鹽類----絡(luò)陰離子種類[PO4]3-

釩酸鹽類----絡(luò)陰離子種類[VO4]3-

砷酸鹽類----絡(luò)陰離子種類[AsO4]3-

硝酸鹽類----絡(luò)陰離子種類[NO3]-

硼酸鹽類----絡(luò)陰離子種類[BO3]3-含氧鹽大類重點1、陽離子---主要是惰性氣體型離子：Si4+、Al3+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+。局部過渡型離子：Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cr3+、Ti4+。銅型離子較少進入含氧鹽。2、陰離子----陰離子團，由Si、S、N、C、P等和O組成的絡(luò)陰離子〔如絡(luò)陰離子［SiO4］4-〕，還可消逝附加陰離子〔如O2-、OH-〕。還可有H2O分子的參與。3、類質(zhì)同象類質(zhì)同象極為普遍〔各類或亞類差異也較大〕。如：碳酸鹽類，菱鎂礦-菱鐵礦，完全類質(zhì)同象。硅酸鹽類，骨干外極為普遍，骨干內(nèi)各亞類不完全一樣。4、晶體構(gòu)造硅氧骨干：硅酸鹽的根本構(gòu)造單元中Si和O組成的硅氧四周體[SiO4]4-，在硅酸鹽構(gòu)造中，[SiO4]4-四周體既可以孤立地被其它陽離子包圍起來，也可以彼此以共角頂?shù)姆绞竭B結(jié)起來形成各種形式的硅氧骨干與其它陽離子結(jié)合，目前所覺察的硅氧骨干形式已有數(shù)十種，但主要有5種。5、形態(tài)與一般物理性質(zhì)絡(luò)陰離子內(nèi)部以共價鍵為主，絡(luò)陰離子與其外陽離子結(jié)合時多為離子鍵，所以晶體為典型的離子晶格。礦物多具白色條痕、玻璃光澤、透亮。硬度變化極大，視成份、構(gòu)造不同而異。硅酸鹽硬度最高〔層狀低〕，解理等級、組數(shù)差異都很大。第一類硅酸鹽類礦物氧和硅是地殼中分布最廣、平均含量最高的元素，其克拉克值分別為46.6%和27.72%，硅和氧結(jié)合。除形成SiO2礦物外，主要構(gòu)成[SiO4]4-絡(luò)陰離子

與其他陽離子結(jié)合形成大量的硅酸鹽。硅酸鹽礦物在自然界分布極為廣泛，硅酸鹽礦物有800余種，約占礦物種的1/4，就其質(zhì)量而言，約占地殼巖石圈總質(zhì)量的80%。硅酸鹽類礦物是三大類巖石的主要造巖礦物，同時也是工業(yè)上所需要的多種金屬和非金屬的礦物資源，此外，還有不少硅酸鹽礦物是珍貴的寶石礦物。一、化學(xué)成分1、陽離子---主要是惰性氣體型離子：Si4+、Al3+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+。局部過渡型離子：Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cr3+、Ti4+。銅型離子很少。2、陰離子----主要是由Si和O組成的硅氧骨干〔絡(luò)陰離子［SiO4］4-〕，此外還可消逝附加陰離子O2-、OH-、F-、Cl-等，還可有H2O分子的參與〔如異極礦〕。3、類質(zhì)同象硅酸鹽礦物中類質(zhì)同象極為普遍，主要類質(zhì)同象系列如下：硅氧骨干中：

Al3+→Si4+

硅氧骨干外：

Mg2+

—Fe2+

—Mn2+

—Ni2+—Co2+Al3+

—Fe3+—

Cr3+

—

Ti4+Na+—Ca2+Na+

—

K+

—

Ba2+K+

—

Rb+

—Cs+Zr4+

—

Hf4+

—

Th4+

—U4+

二、晶體構(gòu)造硅氧骨干：硅酸鹽的根本構(gòu)造單元中Si和O組成的硅氧四周體[SiO4]4-，在硅酸鹽構(gòu)造中，[SiO4]4-四周體既可以孤立地被其它陽離子包圍起來，也可以彼此以共角頂?shù)姆绞竭B結(jié)起來形成各種形式的硅氧骨干與其它陽離子結(jié)合，目前所覺察的硅氧骨干形式已有數(shù)十種，但主要有5種。1、島狀硅氧骨干單四周體[SiO4]4-雙四周體［Si2O7]6-石榴子石族橄欖石鋯石綠簾石符山石2、環(huán)狀硅氧骨干硅氧四周體彼此之間共用兩個〔或三個〕角頂構(gòu)成封閉的環(huán)狀：三方環(huán)[Si3O9]6-電氣石-復(fù)三方環(huán)四方環(huán)[Si4O12]8-六方環(huán)[Si6O18]12-綠柱石堇青石整柱石3、鏈狀硅氧骨干----單鏈和雙鏈硅氧四周體彼此之間共用兩個角頂構(gòu)成一向延長的單鏈輝石式[Si2O6]4-硅灰石式[Si3O9]6-薔薇輝石式[Si5O15]10-單鏈單鏈硅氧四周體一局部共用兩個角頂，一局部共用三個角頂相互聯(lián)接構(gòu)成一向延長的雙鏈。雙鏈角閃石式[Si4O11]6-硬硅鈣石[Si4O11]6-夕線石式[AlSiO5]3-每個硅氧四周體共用三個角頂構(gòu)成二向延展的平面層狀骨干----［Si4O10]4-4、層狀硅氧骨干滑石Mg3［Si4O10](OH)2葉臘石Al2［Si4O10](OH)2［AlSi3O10]5-云母族白云母K{Al2［AlSi3O10]}(OH)2活性氧？惰性氧？5、架狀硅氧骨干但是在硅酸鹽中，這種架狀構(gòu)造并不完全由硅氧四周體組成，而必需有一局部硅氧四周體被鋁氧四周體所代替，這樣才能消逝多余的負電荷，而成為架狀絡(luò)陰離子：[(AlxSin-x)O2n]x-硅氧四周體彼此共用四個角頂時構(gòu)成向三維空間進展的骨架。Al3+→Si4+的多少、能否，主要取決于硅氧骨干的形式。骨干形式：Al3+→Si4+島狀：幾乎沒有，極個別：Ca2〔Al2Mg〕[(Al，Si)［SiO7]黃長石環(huán)狀：極少(Mg.Fe)2Al3[AlSi5O18]堇青石鏈狀：少數(shù)一般輝石，一般角閃石層狀：較多KAl2[AlSi3O10](OH)2白云母架狀：必需有K[AlSi3O8]鉀長石否則，K[AlSi3O8]→[Si4O8]：為氧化物[Si4O8]：→α-SiO2［A1O4］四周體為不穩(wěn)定的配位形式，在構(gòu)造中需要由［SiO4］四周體的支持，只有在具有無限延長的硅氧骨干(鏈、層、架)的構(gòu)造中，Al3+代Si4+才有可能，而在具有架狀構(gòu)造硅氧骨干的硅酸鹽中，Al3+代Si4+是必需的。Al3+代Si4+的難易挨次如下：難→易→必需單鏈→雙鏈→層狀→架狀在晶體構(gòu)造中，兩個［AlO4］不能相連，Al3+代Si4+的數(shù)目不能超過硅氧骨干中Al和Si的總數(shù)的一半。即Al:Si＜1:1。三、硅酸鹽類礦物中亞類的劃分據(jù)強鍵在空間的分布：即硅氧骨干的形式分為四個亞類：1、島狀構(gòu)造硅酸鹽亞類：〔單、雙四周體〕2、環(huán)狀構(gòu)造硅酸鹽亞類：強鍵在有限空間分布。3、鏈狀構(gòu)造硅酸鹽亞類：〔單、雙鏈狀骨干〕強鍵在一個方向延長。4、層狀構(gòu)造硅酸鹽亞類：〔層狀骨干礦物〕強鍵在平面延長。5、架狀構(gòu)造硅酸鹽亞類：〔架狀骨干礦物〕強鍵在三維空間分布。四、鋁在硅酸鹽中的作用1、Al3+可以呈4次配位，代替局部的Si4+進入絡(luò)陰離子，形成鋁硅酸鹽。例：鈉長石----Na[AlSi3O8]2、Al3+可以呈6次配位，存在于硅氧骨干之外，作為陽離子，形成鋁的硅酸鹽。例：高嶺石---Al4[Si4O10](OH)83、雙重作用：Al3+的兩種配位形式可以同時存在于同一構(gòu)造中，形成鋁的鋁硅酸鹽。例：白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2葉臘石Al2［Si4O10](OH)2五、形態(tài)與一般物理性質(zhì)1、形態(tài)形態(tài)取決于硅氧骨干的形式以及骨干外的陽離子配位多面體的聯(lián)結(jié)形式。孤立四周體：主要為粒狀：石榴子石族、橄欖石；環(huán)狀骨干：柱狀：綠柱石、電氣石；鏈狀骨干：柱狀、針狀、纖維狀：輝石、角閃石、硅灰石；層狀骨干：板、片、鱗片：云母、綠泥石；架狀骨干：短柱狀、板、粒狀：長石、白榴石。2、一般物理性質(zhì)〔1〕光學(xué)性質(zhì)硅酸鹽類礦物，多為共價鍵--離子鍵，具離子晶格的特點：顏色多為淺色，少數(shù)為深色，但條痕均為白色；玻璃光澤，少數(shù)為金剛光澤；透亮?！?〕力學(xué)性質(zhì)①解理島狀硅酸鹽：解理不發(fā)育，多為不完全解理；鏈狀硅酸鹽：多為平行鏈方向的兩組完全-中等解理層狀硅酸鹽：平行層的一組〔極〕完全解理架狀硅酸鹽：長石族：兩組完全解理似長石族：解理不發(fā)育②硬度：除層狀構(gòu)造硅酸鹽礦物及沸石族礦物外，Ｈ均大于小刀。③密度：孤立四周體的硅酸鹽比重較大，可達重級，一般為中等，層、架、含水硅酸鹽比重較小。六、Si-O鍵性島狀：[SiO4]4-

Si:O=1:4共價鍵性100%環(huán)狀：[Si6O18]12-

Si:O=1:3共價鍵性75%單鏈：[Si2O6]4-

Si:O=1:3共價鍵性75%雙鏈：[Si4O