chap12 氧化物与氢氧化物矿物大类

第八章氧化物与氢氧化物矿物大类Oxide&Hydroxide概念：O2-和(OH)-＋金属元素化合物。种数：300种以上，其中氧化物200种以上，氢氧化物80种左右。分布：占地壳总重量17%，其中石英族占12.6%，铁的氧化物和氢氧化物占3.9%。用途:(a)提取金属元素，如磁铁矿、软锰矿；（b）直接用作工业原料，刚玉、石英、蛋白石等。（c）作宝石原料。一概述二.晶体化学1.化学组成氧化物:阴离子——O2-。附加阴离子——少数有F-、Cl-氢氧化物：（OH）-或O2-和（OH）-阳离子——约40种，惰气型和过渡型，少量铜型类质同象——复阳离子氧化物较单阳离子氧化物广泛；二.晶体化学2.结构型氧化物:岛状分子型砷华As2O3族(方锑矿Sb2O3)链状金红石TiO2族,锑华Sb2O3族,黑钨矿(Fe,Mn)WO4族层状钼华MoO3族,板钛矿TiO2族架状石英SiO2族,锐钛矿TiO2族,赤铜矿Cu2O族,钙钛矿CaTiO3族,易解石Ce(Ti,Nb)2O6族配位型刚玉Al2O3族,尖晶石MgAl2O4族,晶质铀矿U24+U6+O7族,烧绿石NaCaNb2O6(OH,F)族二.晶体化学2.结构型氢氧化物:链状硬水铝石AlOOH族(针铁矿),水锰矿MnO(OH)族,硬锰矿BaMnMn9O20•3H2O族层状三水铝石Al(OH)3族,纤铁矿FeO(OH)族,水镁石Mg(OH)2族架状羟铁矿Fe(OH)2族O2-和（OH）-常呈互层——层状或链状，比相应氧化物对称度低。例：方镁石MgO等轴晶系，水镁石Mg[OH]2三方晶系二.晶体化学3.键型离子键为主，随阳离子电价增加，从惰气型向过渡型和铜型转变而共价键性增强。例：刚玉40%共价键，石英50%共价键；赤铜矿Cu2O因共价成键而使的配位数不是4而是2。少数呈分子键（方锑矿Sb2O3中[Sb4O6]砷华As2O3中[As4O6]分子）。氢氧化物中多存在氢键，且（OH）-比O2-的电价低，使之与阳离子的键力减弱——比重硬度减小。1形态：氧化物常可形成完好的晶形，亦常见呈粒状、致密块状及其他集合体形态；氢氧化物则常见为细分散胶态混合物，结晶好时，晶体呈板状、细小鳞片状或针状。粒状或块状:岛状、架状和配位型氧化物。其中，因刚玉有[AlO6]配位体沿c轴呈三次螺旋状排列，向链状过渡，故呈柱状。柱状或针状：链状氧化物氢氧化物。因黑钨矿的链为折状，故呈板条状。（2）硬度：氧化物高硬度（5.5以上）。氢氧化物硬度显著降低。例如方镁石的硬度为6，而水镁石仅为2.5。（3）解理：氧化物仅少数发育中等至不完全解理。氢氧化物因键力较弱，往往发育一组完全—极完全解理。（4）密度：氧化物相对密度变化较大，如W、Sn、U等的氧化物相对密度一般大于6.5，而α石英仅2.65。氢氧化物结构松散，相对密度小，例如方镁石的相对密度为3.6，而水镁石仅为2.35。（5）光学性质：玻璃光泽：阳离子惰性气体型离子Mg、Al、Si等的氧化物和氢氧化物，半金属光泽：阳离子为过渡型离子如Fe、Mn、Cr等元素，呈深色或暗色；磁性增强。。2.物性根据阴离子划分为氧化物和氢氧化物两类。（1）氧化物类矿物主要有：刚玉、赤铁矿、钛铁矿；金红石、锡石、软锰矿；石英、蛋白石；尖晶石、磁铁矿、铬铁矿；黑钨矿；赤铜矿；钙钛矿。（2）氢氧化物类矿物主要有：水镁石、三水铝石、一水硬铝石、一水软铝石、针铁矿、纤铁矿、水锰矿、硬锰矿。褐铁矿、铝土矿、硬锰矿1、石英族（含蛋白石）同质多像变体:α-石英、β-石英（酸性火山岩）；α-鳞石英、β1-鳞石英、β2-鳞石英；（酸性火山岩）α-方石英、β-方石英；（酸性火山岩）柯石英；（陨石坑）斯石英；（陨石坑）凯石英(合成矿物)。其中α表示低温变体，β表示高温变体。主要矿物概览（一）氧化物矿物类【晶体结构】［SiO4］四面体以角顶相联平行于c轴呈线状分布。【形态】六方柱{1010}和菱面体{1011}、{0111}等单形之聚形。柱面横纹。贝壳状断开。集合体呈晶簇状、梳状、粒状、致密块状。隐晶质集合体呈壳状、肾状、鲕状、球状。且具纤维状隐晶质结构时称石髓或玉髓(chakedong)（多热液成因）；呈瘤状、结核状者称燧石（多沉积成因）；具同心带状构造，由多色的石髓成层平行排列称为玛瑙(agate)。【物理性质】颜色多种多样，常为无色、乳白色、灰色。玻璃光泽；断口油脂光泽。无解理，贝壳状断口。硬度7。相对密度2.65。具压电性。【成因产状】极广，玛瑙为胶体成因,【鉴定特征】晶形,无解理,贝壳状断口,硬度。【主要用途】压电材料,光学材料,宝玉石材料。色泽差的玛瑙和石髓用于制作研磨器具。较纯净的一般石英则大量用作玻璃原料,研磨材料,硅质耐火材料及瓷器配料。石英(Quartz)α-SiO2水晶(rockcrystal)紫水晶(amethyst)：紫色透明或半透明，加热可脱色。Fe3＋代Si蔷薇石英(rosequartz)：浅玫瑰色，致密半透明。Al3＋、Ti4＋代Si引起。烟水晶(smokyquartz)：烟色或褐色透明异种。Al3＋代Si引起。墨晶(blackquartz)：黑色半透明。Al3＋代Si引起。黄水晶(yellowquartz)：金黄色或柠檬黄色。含Fe2＋葱绿石髓砂金石猫眼石、虎眼石、鹰眼石：呈各种不同深浅的色调，具丝绢光泽，似猫眼石、虎眼(黄褐色)或鹰眼(蓝绿色)碧玉：呈红、黄褐、绿色不透明的致密块体。（多变质成因血玉髓(又名血石、鸡血石)绿色石髓碧玉，内含约色斑点。玛瑙：各色条带状玉髓呈同心状自外向内排列。石英异种：［SiO4］四面体以角顶相联平行于c轴呈线状分布。石英/水晶石英与辰砂共生玛瑙碧玉【化学组成】SiO2：65%～90%，H2O：常为4%～9%，最高20%【晶体结构】内部具方石英雏晶和大量水分子。贵蛋白石中SiO2小球呈六方紧密堆积。【形态】【物理性质】颜色不定,通常呈蛋白色；微透明；玻璃光泽或蛋白光泽。无色透明者称玻璃蛋白石;半透明而具强烈的橙、红等反射色者称火蛋白石；半透明带乳光变彩的蛋白石称贵蛋白石。硬度5～5.5。相对密度介于1.9～2.3之间。【成因及产状】从浅成热液或地面水的硅质溶液中生成。【鉴定特征】以蛋白光泽和变彩为鉴定特征,有时类似于石髓,但硬度较低。【主要用途】优质者俗称“欧泊”为宝玉石材料，硅藻土用作过滤剂和建材。蛋白石(Opal)SiO2·nH2O蛋白石三方晶系腰鼓状、柱状。集合体成粒状或致密块状。一般为灰、黄灰色，含Fe者呈黑色；含Cr者呈红色者，称红宝石；含Ti而呈蓝色称蓝宝石；在{0001}面上可看到定向分布的六射针状金红石包体而呈星彩状，称星彩红宝石或星彩蓝宝石；玻璃光泽。无解理；常因聚片双晶或细微包体产生{0001}或{1011}的裂开。硬度9。相对密度3.95～4.10。熔点2000～2030°C，化学性质稳定，不易腐蚀。2、刚玉族（刚玉、赤铁矿、钛铁矿）刚玉(Corundum)Al2O3【刚玉结构】三方晶系。沿垂直三次轴方向上氧离子成六方最紧密堆积，而铝离子则在两氧离子层之间，充填三分之二的八面体空隙。八面体在平行{0001}方向上共棱成层，在平行c轴方向上，共面联结构成两个实心的［AlO6］八面体和一空心由O2-围成的八面体相间排列的柱体。Al—O键具离子键向共价键过渡的性质(共价键约占40%)，使刚玉具共价键化合物的特征。玄武岩中的蓝宝石山东昌乐©lxy’02刚玉（红宝石）三方晶系。刚玉型结构。形态：单晶常呈板状（平行双面与菱面体之聚形）。集合体：显晶质的有片状、鳞片状或块状；隐晶质的有鲕状、肾状、粉末状和土状等。具金属光泽的片状集合体者，称镜铁矿。物性：显晶质的赤铁矿呈铁黑至钢灰色，隐晶质的鲕状，肾状和粉末状者呈暗红色；条痕樱红色；金属光泽(镜铁矿)至半金属光泽，或土状光泽；不透明。无解理。硬度5.5～6，土状者硬度显著降低。相对密度5.0～5.3。性脆。镜铁矿常因含磁铁矿细微包裹体而具较强的磁性。赤铁矿(Hematite)α-Fe2O3形态：单晶体常呈沿c轴延伸的{100}板状或短柱状,［001］晶带中的晶面上常具平行于c轴的条纹。集合体为刃片状或粗粒状。物性：红褐色(钨锰矿)至黑色(钨铁矿);条痕黄褐色(钨锰矿)至褐黑色(钨铁矿);光泽由树脂光泽(钨锰矿)至半金属光泽(黑钨矿、钨铁矿)。解理平行{010}完全。硬度4～4.5。相对密度7.12(钨锰矿)～7.51(钨铁矿)。性脆。钨铁矿具弱磁性。3、黑钨矿族（黑钨矿）黑钨矿(钨锰铁矿)(Wolframite)(Mn,Fe)WO4【晶体结构】单斜晶系。由［Mn(Fe)O6］配位八面体共棱连结成平行c轴的折状链；［WO6］配位八面亦平行c轴成链状，并位于［Mn(Fe)O6］配位八面体所成的链体之间,以其四个角顶与上下链体相连接。因而晶体结构可视为链状结构，亦可看成平行{100}呈似层状结构。黑钨矿（钨锰铁矿，白色为石英）【化学组成】常含Fe、Nb、Ta、Cr、Sn等类质同像混入物。当其中富含Fe【晶体结构】四方晶系。金红石的晶体结构表现为氧离子近似成六方紧密堆积，而钛离子位于变形八面体空隙中，构成Ti－O6八面体配位。钛离子配位数为6，氧离子配位数为3。在金红石的晶体结构中Ti—O6配位八面体沿c轴共棱成链状排列。链间由配位八面体共角顶相连。（媒体）【形态】常见完好的四方短柱状、长柱状或针状。集合体成致密【物理性质】常见褐红、暗红色，含Fe者呈黑色；条痕浅褐色；金刚光泽；微透明。解理平行{110}中等。硬度6～6.5。相对密度4.2～4.3。性脆。铁金红石和铌铁金红石均为黑色，不透明。铁金红石相对密度4.4，而铌铁金红石可达5.6。4、金红石族（金红石、锡石、软锰矿）金红石(Rutile)TiO2【晶体结构】四方晶系。氧离子近似成六方紧密堆积，而钛离子位于变形八面体空隙中，构成Ti－O6八面体配位。钛离子配位数为6，氧离子配位数为3。在金红石的晶体结构中Ti—O6配位八面体沿c轴共棱成链状排列。链间由配位八面体共角顶相连。金红石型结构。双锥柱状，柱面上有细的纵纹；肘状双晶常见。集合体常呈不黄棕色至深褐色，富含Nb和Ta者，为沥青黑色；条痕白色至淡黄色；金刚光泽。解理不完全。贝壳状断口，断口油脂光泽。硬度6～7。相对密度6.8～7.0。【鉴定特征】锡石的晶形和颜色与金红石很相似，但可据其解理、相对密度和化学反应区别开：将小颗粒放锌片上，加HCl一滴，经数分钟后，如果是锡石，则在表面形成一层淡灰色金属锡膜，而金红石和锆石均无此反应。锡石(Cassiterite)SnO2锡石（白色为石英）【晶体结构】【形态】完整晶体少见,有时呈针状、放射状集合体。常呈肾状、结核状、块状【物理性质】黑色，表面常带浅蓝的锖色;条痕黑色;半金属光泽至土状光泽。解理平行{110}完全。硬度视结晶粗细程度而异,显晶质者可达6,而隐晶质的块体则降至2。晶体的相对密度为4.7～5,块状的降至4.5。性脆。【成因及产状】主要形成于风化作用和沉积作用中。【鉴定特征】以其黑色,条痕黑色,性脆,成晶体者有完全的柱面解理,成隐晶质者硬度低而易污手为特征。此外,滴H2O2剧烈起泡。【主要用途】为锰的主要矿石矿物。软锰矿(Pyolusite)MnO2化学通式：AB2O4A：Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+等——二价；B：Fe3+、Al3+、Cr3+等——三价。尖晶石型结构（等轴晶系）：O2-最紧密堆积（1）正尖晶石型A［B2］X4：即单位晶胞中8个A组二价阳离子占据四面体位置，16个B组三价阳离子占据八面体位置(［］内为八面体配位，下同)。如铬铁矿Fe［Cr2］O4；（2）反尖晶石型B［AB］X4：即单位晶胞中1/2的B组三价阳离子(8个)占据四面体空隙；剩余的1/2B组三价阳离子(亦为8个)和全部的A组二价阳离子(8个)共同占据八面体位置；如磁铁矿Fe3+［Fe2+Fe3+］O4；（3）混合型A1-xBx［AxB2x］X4。如镁铁矿MgFe2O4、锰铁矿MnFeO4等5、尖晶石族（尖晶石、磁铁矿、铬铁矿）尖晶石型结构（等轴晶系