礦物學第十章氧化物和氫氧化物礦物大類

Chap.10

氧化物和

氫氧化物礦物大類氧化物和氧化物礦物：金屬陽離子和某些非金屬陽離子(如Si等)與O2-或(OH)-化合而成的礦物?！?概述地殼中分布廣泛，僅次于含氧鹽礦物大類。知的礦物超越200種，占地殼總分量的17%±：石英族礦物分布最廣，占12.6%，最常見的石英是主要的造巖礦物；Fe的氧化物和氫氧化物占3.9%；次有Al、Mn、Ti、Cr的氧化物和氫氧化物。意義：1〕許多礦物為重要的造巖礦物；2〕許多為提取黑色金屬和有色金屬〔Fe、Mn、Cr、Al、Sn等〕、稀有金屬〔Ti、Nb、Ta等〕、放射性金屬〔U、Th、Y、TR等〕及非金屬的礦物原料以及耐火資料等。3〕為儀表軸承或研磨資料、無線電工業(yè)原料、工藝美術原料及寶石的重要來源。一、化學組成化學組成陰離子：主要為O2-、(OH)-陽離子：40種左右。主要為惰性氣體型〔Si、Al、Mg、U等〕和過渡型〔Fe、Mn、Ti、Cr、V、Nb、Ta等〕離子；銅型離子極少見〔Sn、Cu、Pb、Zn、Sb、Bi等〕。少數(shù)氧化物中附加陰離子〔F-、Cl-〕和水分子。1〕銅型離子往往見于由硫化物氧化而成的次生礦物中，且含量很少。2〕變價元素Fe、Mn、U等在氧化物中往往呈高價態(tài)。3〕氧化物中類質同像〔尤其是異價類質同像〕替代較硫化物廣泛，完全類質同像替代在成分復雜的氧化物中較常見。氫氧化物中類質同像替代少見，而吸附作用使其化學組成復雜化。二、晶體化學特點1．氧化物氧化物氧化物中O2-常作立方或六方最嚴密堆積或近似最嚴密堆積，陽離子充填四面體或八面體空隙。鍵性以離子鍵為主，且以低價惰性氣體型離子的氧化物中為最強，如方鎂石MgO。由于陽離子具不同程度的極化性質，剛玉〔Al2O3〕、石英〔SiO2〕等的鍵性趨于向共價鍵過渡；而磁鐵礦〔FeFe2O4〕、軟錳礦〔MnO2〕等那么有向金屬鍵過渡的趨勢。1〕陽離子電價增高，其共價鍵的成分趨于增多，如：Na+→Mg2+→Al3+→Si4+離子鍵→→共價鍵2〕鍵性因陽離子的類型而異：惰性氣體型→過渡型→銅型離子，共價鍵性趨于加強，CN趨向減小。2．氫氧化物(OH)-或(OH)-和O2-共同構成嚴密堆積，后者中(OH)-與O2-通常成互層分布。多數(shù)礦物為層狀構造，層內(nèi)為離子鍵，層間以分子鍵或氫鍵結合；部分礦物為鏈狀構造，鏈內(nèi)為離子鍵，沿鏈的方向結合力較強，鏈間為氫鍵。三、形狀氧化物常具完好的晶形。集合體常成粒狀和致密塊狀。氫氧化物多屬三方、六方、斜方或單斜晶系。具層狀構造者常呈板狀、片狀、鱗片狀；具鏈狀構造者多呈柱狀、針狀、纖維狀。但更常見成細分散膠態(tài)混合物，呈鮞狀、豆狀、腎狀、葡萄狀、鐘乳狀多孔狀、土狀、致密塊狀等。四、物理、化學性質1．光學性質主要取決于陽離子類型〔1〕惰性氣體型離子〔Mg、Al、Si等〕的氧化物和氫氧化物：通常為無色、白色或淡色的顏色及條痕，玻璃光澤為主，透明～半透明?！?〕過渡型離子〔Fe、Mn、Cr、Ti等〕和銅型離子〔Sn、Cu等〕的氧化物和氫氧化物：深色或暗色，常呈各種彩色或鋼灰色～鐵黑色，條痕深色(黃、褐、黑色)，半金屬或金剛光澤，半透明～不透明。2．力學性質及其他性質決議于其晶體構造1〕氧化物大部分礦物為離子鍵向共價鍵過渡，構造的嚴密程度高。通常具較高的硬度〔普通＞5.5，最高達9〕；較大的比重〔多數(shù)＞4.0，僅架狀構造的石英族較低，為2.65〕；解理不發(fā)育；含鐵礦物具強弱不等的磁性；含放射性元素者具放射性；熔點高；溶解度低。2〕氫氧化物層狀構造者的硬度和比重均較相應的氧化物稍低或低得多，常具一組極完全～完全解理；鏈狀構造者的硬度和比重皆相對稍大些，其解理中等。氫氧化物因產(chǎn)于地表，常為膠態(tài)或隱晶質，解理的意義不大。五、成因產(chǎn)狀1〕氧化物：廣泛構成于內(nèi)生、外生和蛻變作用中?！?〕對變價元素：低價態(tài)(Fe2+、Mn2+、V3+、Cr3+等)的氧化物多構成于內(nèi)生(主要是熱液、巖漿作用，次為偉晶作用)或蛻變作用較為復原的環(huán)境中；而高價態(tài)(Fe3+、Mn4+、Sb5+、W6+等)的氧化物那么主要構成于外生(表生作用，如巖石或礦床的風化殼)或內(nèi)生作用的較氧化的環(huán)境中?！?〕Fe在不同的氧化—復原條件下，易于相互轉變?yōu)椴煌瑑r態(tài)的氧化物礦物。〔3〕非變價元素的氧化物，絕大部分在巖漿、偉晶、熱液或蛻變作用均可構成，也常見于砂礦中。〔4〕少數(shù)氧化物具單成因性，如鉻鐵礦屬典型巖漿成因，只產(chǎn)于超基性、基性巖漿巖中。2〕氫氧化物：往往為低溫表生作用的產(chǎn)物，主要產(chǎn)于地表或近地表，由風化作用及化學堆積而構成：多見于金屬礦床的氧化帶和水化帶或巖石風化殼；在湖沼盆地中可構成規(guī)模宏大的堆積礦床，其中尤以Fe、Mn、Al的氫氧化物最為典型，為風化作用和堆積作用過程中的膠體溶液凝聚構成的。少數(shù)氫氧化物可產(chǎn)于熱液礦脈。六、分類七、鑒定方法鑒定氧化物，主要根據(jù)晶形、條痕、解理，以及其他物理性質(如磁性等)，必要時可作簡易化學實驗(如錫鏡反響或試Ti、試Mn、試U等)。氫氧化物粒細，多為細分散膠態(tài)混合物，肉眼難以準確鑒別。因常含(OH)-、H+、H2O，普通需利用差熱分析、紅外吸收光譜分析，并配合X射線分析、化學分析及電子顯微鏡等方法方能奏效。也可試Mn或試Al。一、氧化物礦物剛玉：Al2O3化學組成：普通含微量Cr3+、Fe2+、Ti4+、Mn2+、V5+、Ga3+等，常見赤鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、尖晶石、石榴子石等包裹體?！?主要礦物晶體構造：三方晶系，對稱型m剛玉型構造剛玉型構造：O2-呈六方最嚴密堆積構成氧離子層，Al3+在兩層O2-之間，充填2/3的八面體空隙。=4，=6。鑒定特征鑒定特征：晶體常呈完好的腰鼓狀、桶狀或短柱狀。常依()呈聚片雙晶。晶面上常見相交的幾組條紋。通常呈藍灰、黃灰色，含雜質可呈各種顏色：紅寶石：含Cr，紅色；藍寶石：含Ti和Fe2+，藍色；黑星石：含F(xiàn)e2+、Fe3+，黑色、透明；白寶石：純真無色透明的晶體；含Co、V、Ni呈綠色；含Ni呈黃色；含F(xiàn)e3+、Mn2+呈玫瑰紅色。玻璃光澤～金剛光澤。透明～半透明。在某些紅(藍)寶石的{0001}面上可見因含有定向分布的針狀金紅石包裹體而呈現(xiàn)的六射星光，稱為星光紅(藍)寶石星光紅(藍)寶石。H9。無解理；常因聚片雙晶或微細包裹體而產(chǎn)生{0001}或{}的裂開。成因產(chǎn)狀：各種成因。多構成于高溫、富Al貧Si的條件下。有巖漿結晶作用構成；產(chǎn)于堿性偉晶巖中；構成于巖漿巖與石灰?guī)r的接觸帶；可產(chǎn)于粘土質巖經(jīng)區(qū)域蛻變而成的結晶片巖中；也見于砂巖中。用途：作研磨資料及精細儀器、儀表和鐘表的軸承；色澤美麗透明的晶體可作寶石；合成紅寶石單晶可作激光資料。赤鐵礦：Fe2O3化學組成：常含Ti、Al、Mn、Fe2+、Mg、Ca和少量的Ga、Co等類質同像混入物，以及金紅石、鈦鐵礦等顯微包裹體。致密塊體常含SiO2、Al2O3、粘土等機械混入物。晶體構造：三方晶系，對稱型m剛玉型構造剛玉型構造。鑒定特征：常成各種集合體形狀：鏡鐵礦鏡鐵礦：具金屬光澤的片狀集合體；云母赤鐵礦云母赤鐵礦：具金屬光澤的細小鱗片狀集合體；鐵赭石：紅色土狀(粉末狀)集合體；鮞狀、豆狀、腎狀赤鐵礦鮞狀、豆狀、腎狀赤鐵礦：鮞狀、豆狀、腎狀的集合體。尚有致密塊狀集合體。顯晶質者呈鋼灰～鐵黑色；隱晶質及膠態(tài)者呈暗紅色、紅褐色。條痕櫻紅色或紅棕色，金屬～半金屬光澤，或土狀光澤。H5.5～6，土狀者顯著降低。無解理。無磁性，性脆。留意：鏡鐵礦常因含磁鐵礦微細包裹體而具較強的磁性。成因產(chǎn)狀：構成于各種地質作用。主要有熱液成因、堆積成因〔著名產(chǎn)地有河北宣化、湖南寧鄉(xiāng)等〕和堆積蛻變成因〔著名產(chǎn)地如遼寧鞍山等〕。赤鐵礦〔Fe2O3〕和磁鐵礦〔FeFe2O4〕易相互轉變：在自然條件下，當氧的濃度增大，磁鐵礦可氧化成赤鐵礦，并保管其晶形，稱假像赤鐵礦；當氧濃度減小，赤鐵礦可復原為磁鐵礦，假設原晶形不變，稱穆磁鐵礦。用途：提煉鐵的礦物原料之一；純真的粉末狀赤鐵礦是天然的礦物顏料；可綜合利用成分中的Ti、Ga、Co等。鈣鈦礦：CaTiO3金紅石：TiO2化學組成：常含F(xiàn)e2+、Fe3+、Nb5+、Ta5+、Cr3+、Sn4+等類質同像混入物。金紅石具成分標型性：堿性巖中富Nb；基性巖和巖漿成因的碳酸巖中的含V；偉晶巖及熱液礦床中者往往富Sn；月巖中的金紅石富Nb和Cr。晶體構造晶體構造：四方晶系，對稱型4/mmm。金紅石型構造：O2-近似成六方最嚴密堆積，Ti4+位于變形八面體空隙中，=6。O2-位于以Ti4+為角頂所組成的平面三角形之中心，=3。[TiO6]彼此上、下共棱結合成∥c軸的鏈，鏈間由[TiO6]共角頂相連。鑒定特征鑒定特征：晶體呈短柱狀、長柱狀或針狀，柱面有縱紋。雙晶依(101)成膝狀雙晶、三連晶或環(huán)狀雙晶。致密塊狀集合體。通常為褐紅、暗紅或褐色，富Fe者黑色；條痕淺褐色～黃褐色；金剛光澤；微透明。{110}完全解理；H6～6.5。G4.2～4.3。試Ti反響：粉末溶于熱H3PO4，冷卻，稀釋后，加H2O2或Na2O2，溶液呈黃褐色。成因產(chǎn)狀：高溫成因。主要產(chǎn)于偉晶巖和區(qū)域蛻變巖系的含金紅石石英脈中以及砂礦床中。用途：提煉Ti的主要原料：Ti具密度小、強度高、耐腐蝕、抗高溫等優(yōu)良性能；鈦合金廣泛運用于化工、軍事和空間技術中〔用于噴氣發(fā)動機、飛機機體、導彈火箭等及堿工業(yè)等用的反響塔、蒸餾塔、熱交換器、閥門等設備和部件上〕。鈦白粉可作高級白色油漆、涂料、人造絲的減光劑、白色橡膠和高級紙張的填料。金紅石可作半導體檢波器。人造金紅石可制造優(yōu)質電焊條。石英族包括SiO2的一系列同質多像變體，常見的有：常壓下，1〕尤以-石英最常見。2〕石英應為-石英和-石英之總稱，但普通指低溫石英〔即-石英〕。3〕將含水的SiO2礦物—蛋白石，也列入本族內(nèi)。-石英-石英〔低溫石英，-quartz〕：SiO2晶體構造：三方晶系，對稱型32構造中[SiO4]四面體以角頂相連，∥c軸呈螺旋狀陳列，有左、右旋之分。鑒定特征鑒定特征：常呈柱狀晶體，六方柱面上具橫紋，為{100}和{101}之聚形紋。常見道芬雙晶和巴西雙晶。集合體呈粒狀、致密塊狀或晶簇狀。通常為無色、乳白色、灰白色，因含雜質色心或細分散包裹體而呈各種顏色；玻璃光澤，貝殼狀斷口油脂光澤；透明—半透明。無解理；H7。G2.65。具壓電性。異種：主要有：1〕顯晶質異種：水晶簇水晶簇：純真者無色透明。紫水晶紫水晶：微量Fe3+→Si4+產(chǎn)生色心而致紫色。加熱退色。煙水晶煙水晶：Al3+＋H+或Na+→Si4+，在x射線或射線作用下，Al–O鍵電子對中的一個電子離位產(chǎn)生空穴色心而成煙黃～暗褐色、黑色。加熱至225℃開場緩慢褪色，至400℃±煙色漸消逝。注：黑色透明者稱墨晶；茶褐色者稱茶晶。黃水晶：黃色透明者，能夠為Fe2+所致。薔薇石英薔薇石英〔芙蓉石〕：薔薇紅色或粉紅色，能夠由Ti、Mn呵斥。通常呈致密塊狀。加熱至575℃褪色；日光下長期暴曬顏色變淺。乳石英：乳白色半透明的塊體，含大量細分散的氣、液包裹體及微裂隙。藍石英：藍色。含Ti較高，次有Al、Mn。加熱至300～400℃，褪色或變?yōu)樽仙?。發(fā)晶發(fā)晶：細小針狀金紅石、電氣石或角閃石等包裹體呈發(fā)狀、纖維狀。貓眼石、虎睛石、鷹眼石：由于石英交代并膠結石棉纖維而具絲絹光澤的黃褐、棕黃、棕紅、深藍或藍灰色的致密塊體。砂金石(東陵石)：含鱗片狀金云母、赤鐵礦等包裹體且分布均勻的次生石英巖或水晶晶體，琢磨后呈閃爍的金黃色、褐黃色、粉紅色或綠色。

2〕隱晶質異種：玉髓〔石髓〕：呈鐘乳狀、腎狀、葡萄狀、皮殼狀等外貌，具蠟狀光澤半透明的纖維狀異種，常呈乳白、黃、褐、深藍等色，尚有紅褐色(光玉髓)、蘋果綠〔綠玉髓〕、綠色中夾有紅色碧玉小斑點(血玉髓，血滴石，雞血石)。瑪瑙：不同顏色的玉髓條帶或同心環(huán)狀相間分布。有纏絲瑪瑙、苔紋瑪瑙、縞瑪瑙、截子瑪瑙等。碧玉：含氧化鐵(可＞20%)的致密塊狀石英?？沙拾导t、紫紅、褐色～黃色、藍色、青綠色等。燧石：暗色(淺灰～褐黑等色)無光澤，呈結核狀、瘤狀、透鏡狀、條帶狀、似層狀的堅韌極致密的隱晶質石英。成因產(chǎn)狀：-石英分布廣泛，是三大巖類許多巖石的主要造巖礦物，為花崗偉晶巖脈和大多數(shù)熱液脈的主要礦物成分。壓電水晶和寶石原料(包括各種水晶)主要源自偉晶巖脈晶洞及熱液脈中。紫水晶的構成溫壓相當?shù)?；煙水晶只在較高的溫度下構成。水晶也見于殘坡積及沖積砂礦中?；◢弬ゾr的中心部位常見有薔薇石英大塊體。乳石英見于各種石英脈和石英巖中。藍石英產(chǎn)于巖漿巖和高蛻變相的蛻變巖中。玉髓有低溫熱液成因(常產(chǎn)于噴出巖氣孔或熱液脈及溫泉堆積物中)和表生成因〔見于風化殼和氧化帶〕?，旇榈蜏責嵋褐z體成因，主要產(chǎn)于噴出巖氣孔中；也見于殘坡積及沖積層中。碧玉廣泛產(chǎn)于堆積巖、蛻變巖中。燧石主要產(chǎn)于石灰?guī)r及白堊層中，多為成巖交代成因。用途：純真的普通石英大量用作玻璃、陶瓷、混凝土、冶煉硅鋼的原料，以及硅質耐火資料、建筑資料、研磨資料、瓷器配料等。還可用于提取單晶硅以制造太陽能電池。無裂隙、雙晶和包裹體等缺陷的無色透明晶體〔≮6×6×6mm3〕作壓電資料用于無線電工業(yè)中振蕩器元件及光學儀器資料〔用以制光譜棱鏡、透鏡等〕、耐酸耐高溫的器材。顏色美麗者可作工藝品及寶石原料。色澤差的瑪瑙和玉髓可作研磨器具。熔煉水晶是電子工業(yè)和技術的礦物資料。-石英-石英〔高溫石英，-quartz〕：SiO2六方晶系，對稱型622鑒定特征：呈特征的六方雙錐晶形(六方柱發(fā)育差)。顆粒較小，晶體幾乎總呈渾圓狀，外表粗糙?；野咨?，乳白色，玻璃光澤，斷口油脂光澤。成因產(chǎn)狀：常呈分散粒狀的斑晶產(chǎn)于酸性噴出巖〔如流紋巖〕中。常壓下，＜573℃即轉變?yōu)?石英，但仍保管六方雙錐晶形呈副像。蛋白石蛋白石〔歐泊〕：SiO2?nH2O非晶質，但掃描電子顯微鏡研討發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在SiO2小球體堆積。鑒定特征：無定形，通常呈肉凍狀致密塊體或葡萄狀、鐘乳狀、皮殼狀、多孔狀、結核狀。顏色不定，通常為蛋白色、無色，含雜質可呈各種顏色；微透明；玻璃光澤或蠟狀光澤，具美麗的變彩。H5～5.5。比重較小(1.9～2.3)。易脫水龜裂而呈白色。成因產(chǎn)狀：低溫熱液成因。其中從火山溫泉堆積物中沉淀而成的稱硅華。外生條件下，可由硅酸鹽礦物經(jīng)風化分解而產(chǎn)生的硅酸溶液凝聚而成。硅酸溶液即硅膠就地堆積或帶至海水中被硅藻、放射蟲等生物吸收后構成硅質骨骼，死后堆積成硅藻土。用途：色澤美麗的致密塊狀貴蛋白石或火蛋白石可作名貴的寶石及工藝品資料。硅藻土質輕多孔，是優(yōu)良的隔音、隔熱資料，建筑資料、研磨資料、陶瓷原料、炸藥原料；可用于制造過濾劑，及煉油、制糖的吸附劑和凈化劑；作為催化劑的載體運用于化學工業(yè)上。尖晶石族化學通式：AB2O4A：主要為Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+及Ni2+、Co2+、Cu2+等；B：主要為Al3+、Fe3+、Cr3+及V3+、Ti4+等，也可有Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn3+等。陽離子間類質同像替代極為普遍而復雜。據(jù)R3+的不同，可劃分為三個系列三個系列：〔1〕尖晶石系列〔Al—尖晶石〕；〔2〕磁鐵礦系列〔Fe—尖晶石〕；〔3〕鉻鐵礦系列〔Cr—尖晶石〕。晶體構造晶體構造：等軸晶系，對稱型m3m。構造中O2-近似成立方最嚴密堆積，陽離子充填其中的四面體空隙和八面體空隙，配位四面體和配位八面體以共角頂結合。單位晶胞中有8個A組的R2+和16個B組的R3+?！?〕正尖晶石型構造：AIV(B2)VIO4全部A2+充填1/8的四面體空隙；全部B3+充填1/2的八面體空隙。注：尖晶石MgAl2O4、鉻鐵礦FeCr2O4屬正尖晶石型構造。〔2〕反尖晶石型構造：BIV(AB)VIO41/2的B3+充填1/8的四面體空隙；全部A2+及另1/2的B3+充填1/2的八面體空隙。注：磁鐵礦屬反尖晶石型構造。留意：〔1〕尚有混合型構造：〔A1-xBx)IV(AxB2-x)VIO4，如鎂鐵礦MgFe2O4，錳鐵礦MnFe2O4?！?〕尖晶石型構造尖晶石型構造的礦物，反映在形狀上通常呈{111}、{110},在物性上為硬度高、無解理等特征。磁鐵礦：FeFe2O4化學組成：常含Ti4+、V3+、Cr3+、Al3+、Si4+等替代Fe3+；Fe2+易被Mg2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Ca2+等替代。含雜質高的異種有：鈦磁鐵礦、鉻磁鐵礦、釩磁鐵礦、釩鈦磁鐵礦等。鑒定特征鑒定特征：晶體常為{111}或{110}，在{110}的晶面上常可見有沿長對角線方向的條紋。常見粒狀和塊狀集合體。鐵黑色，條痕黑色，半金屬～金屬光澤，不透明。H5.5～6，無解理，有時具{111}裂開，性脆。G較大，具強磁性。成因產(chǎn)狀：主要有巖漿成因〔如四川攀枝花〕、接觸交代成因〔如湖北大冶〕、氣化—高溫熱液成因、堆積蛻變成因〔如遼寧鞍山〕、火山作用成因。也常見于砂礦中。用途：提煉鐵的最重要的礦物原料之一；可綜合利用V、Ti、Cr。鉻鐵礦：FeCr2O4化學組成：Cr3+可為Al3+、Fe3+〔Ti、V〕替代；Fe2+可被Mg2+〔Mn2+、Zn2+、Ca2+〕替代。鑒定特征鑒定特征：晶體呈細小八面體。通常為粒狀或致密塊狀集合體。黑色，條痕棕色、褐色，半金屬光澤，不透明。H5.5～6.5，無解理，不平坦狀斷口。具弱磁性。試Cr反響：用濃H3PO4溶解鉻鐵礦粉末，冷卻，稀釋后，呈翠綠色。成因產(chǎn)狀：巖漿成因礦物，常產(chǎn)于超基性巖中；也見于砂礦中。我國主要產(chǎn)地在甘肅、西藏、青海、四川等。用途：提煉Cr的獨一礦石礦物：Cr用以煉特種鋼〔鉻鋼和鉻鎳鋼〕；金屬外表鍍鉻可防腐蝕；Cr也用于化學工業(yè)制穩(wěn)定顏料、鉻酸和重鉻酸鹽。低檔次(含Cr2O3少，而FeO、Fe2O3多)的鉻鐵礦礦石可作耐火資料、化工原料等。二、氫氧化物礦物〔一〕Mg的氫氧化物水鎂石Mg(OH)2〔二〕Al的氫氧化物包括：硬水鋁石：-AlO(OH)軟水鋁石：-AlO(OH)三水鋁石：Al(OH)3其中以硬水鋁石最常見。通常，上述三種礦物與數(shù)量不等的高嶺石、蛋白石、赤鐵礦、針鐵礦等構成細分散膠態(tài)混合物，統(tǒng)稱“鋁土礦〞。鋁土礦：Al2O3?nH2O鑒定特征鑒定特征：常呈鮞狀、豆狀、致密塊狀、多孔狀、土狀集合體。普通為青灰、灰白、灰褐、灰黃色等色，有時具紅褐色斑點；條痕白色～淺黃褐色；