k09-氧化物和氢氧化物矿物

石英/水晶石英与辰砂共生玛瑙碧玉第20章氧化物和氢氧化物矿物概述简单氧化物矿物复杂氧化物矿物氢氧化物矿物氧化物和氢氧化物矿物金属阳离子和某些非金属阳离子(如Si等)与O2-或(OH)-化合而成的矿物。地壳中分布广泛，仅次于含氧盐矿物大类。已知的矿物超过200种，占地壳总重量的17%±：石英族矿物分布最广，占12.6%，最常见的石英是主要的造岩矿物；Fe的氧化物和氢氧化物占3.9%；次有Al、Mn、Ti、Cr的氧化物和氢氧化物。§1概述意义：许多矿物为重要的造岩矿物；许多为提取黑色金属和有色金属（Fe、Mn、Cr、Al、Sn等）、稀有金属（Ti、Nb、Ta等）、放射性金属（U、Th、Y、TR等）及非金属的矿物原料以及耐火材料等。为仪表轴承或研磨材料、无线电工业原料、工艺美术原料及宝石的重要来源。1.1化学组成阴离子：主要为O2-、(OH)-阳离子：40种左右。主要为惰性气体型（Si、Al、Mg、U等）和过渡型（Fe、Mn、Ti、Cr、V、Nb、Ta等）离子；铜型离子极少见（Sn、Cu、Pb、Zn、Sb、Bi等）。少数氧化物中附加阴离子（F-、Cl-）和水分子。化学组成返回铜型离子往往见于由硫化物氧化而成的次生矿物中，且含量很少。变价元素Fe、Mn、U等在氧化物中往往呈高价态。氧化物中类质同像（尤其是异价类质同像）替代较硫化物广泛，完全类质同像替代在成分复杂的氧化物中较常见。氢氧化物中类质同像替代少见，而吸附作用使其化学组成复杂化。1.2晶体化学特点1.2.1氧化物氧化物中O2-常作立方或六方最紧密堆积或近似最紧密堆积，阳离子充填四面体或八面体空隙。键性以离子键为主，且以低价惰性气体型离子的氧化物中为最强，如方镁石MgO。由于阳离子具不同程度的极化性质，刚玉（Al2O3）、石英（SiO2）等的键性趋于向共价键过渡；而磁铁矿（FeFe2O4）、软锰矿（MnO2）等则有向金属键过渡的趋势。AlOb0a0•氧化物返回1）阳离子电价增高，其共价键的成分趋于增多，如：Na+→Mg2+→Al3+→Si4+离子键→→共价键2）键性因阳离子的类型而异：惰性气体型→过渡型→铜型离子，共价键性趋于增强，CN趋向减小。1.2.2氢氧化物(OH)-或(OH)-和O2-共同形成紧密堆积，后者中(OH)-与O2-通常成互层分布。多数矿物为层状结构，层内为离子键，层间以分子键或氢键联结；部分矿物为链状结构，链内为离子键，沿链的方向联结力较强，链间为氢键。MgOHab返回•氢氧化物1.3形态氧化物常具完好的晶形。集合体常成粒状和致密块状。氢氧化物多属三方、六方、斜方或单斜晶系。具层状结构者常呈板状、片状、鳞片状；具链状结构者多呈柱状、针状、纤维状。但更常见成细分散胶态混合物，呈鲕状、豆状、肾状、葡萄状、钟乳状多孔状、土状、致密块状等。1.4物理、化学性质1.4.1光学性质主要取决于阳离子类型（1）惰性气体型离子（Mg、Al、Si等）的氧化物和氢氧化物：通常为无色、白色或浅色的颜色及条痕，玻璃光泽为主，透明～半透明。（2）过渡型离子（Fe、Mn、Cr、Ti等）和铜型离子（Sn、Cu等）的氧化物和氢氧化物：深色或暗色，常呈各种彩色或钢灰色～铁黑色，条痕深色(黄、褐、黑色)，半金属或金刚光泽，半透明～不透明。1.4.2力学性质及其他性质决定于其晶体结构1)氧化物大部分矿物为离子键向共价键过渡，结构的紧密程度高。通常具较高的硬度（一般＞5.5，最高达9）；较大的比重（多数＞4.0，仅架状结构的石英族较低，为2.65）；解理不发育；含铁矿物具强弱不等的磁性；含放射性元素者具放射性；熔点高；溶解度低。2)氢氧化物层状结构者的硬度和比重均较相应的氧化物稍低或低得多，常具一组极完全～完全解理；链状结构者的硬度和比重皆相对稍大些，其解理中等。氢氧化物因产于地表，常为胶态或隐晶质，解理的意义不大。1.5成因产状1.5.1氧化物：广泛形成于内生、外生和变质作用中。（1）对变价元素：低价态(Fe2+、Mn2+、V3+、Cr3+等)的氧化物多形成于内生(主要是热液、岩浆作用，次为伟晶作用)或变质作用较为还原的环境中；而高价态(Fe3+、Mn4+、Sb5+、W6+等)的氧化物则主要形成于外生(表生作用，如岩石或矿床的风化壳)或内生作用的较氧化的环境中。（2）Fe在不同的氧化—还原条件下，易于相互转变为不同价态的氧化物矿物。（3）非变价元素的氧化物，绝大部分在岩浆、伟晶、热液或变质作用均可形成，也常见于砂矿中。（4）少数氧化物具单成因性，如铬铁矿属典型岩浆成因，只产于超基性、基性岩浆岩中。1.5.2氢氧化物：往往为低温表生作用的产物，主要产于地表或近地表，由风化作用及化学沉积而形成：多见于金属矿床的氧化带和水化带或岩石风化壳；在湖沼盆地中可形成规模巨大的沉积矿床，其中尤以Fe、Mn、Al的氢氧化物最为典型，为风化作用和沉积作用过程中的胶体溶液凝聚形成的。少数氢氧化物可产于热液矿脉。1.6鉴定方法鉴定氧化物，主要依据晶形、条痕、解理，以及其他物理性质(如磁性等)，必要时可作简易化学实验(如锡镜反应或试Ti、试Mn、试U等)。氢氧化物粒细，多为细分散胶态混合物，肉眼难以准确鉴别。因常含(OH)-、H+、H2O，一般需利用差热分析、红外吸收光谱分析，并配合X射线分析、化学分析及电子显微镜等方法方能奏效。也可试Mn或试Al。1.7分类型：烧绿石族型：铌铁矿族（铬铁矿）（磁铁矿）(尖晶石），型：尖晶石族：（黑钨矿）型：黑钨矿族：(钛铁矿）型：钛铁矿族：复杂氧化物晶质铀矿族（蛋白石）），石英、鳞石英、方石英石英、β(α石英族：（软锰矿）（锡石），钛矿），(金红石、板钛矿、锐金红石族：型：（赤铁矿）（刚玉）、型：刚玉族：型：方镁石族（赤铜矿）型：赤铜矿族：简单氧化物氧化物7226242424242443222222232323222XBAXABOFeCrOFeFeOMgAlXABFe)WO(Mn,ABXFeTiOABXOnHSiOSiOMnOSnOTiOOFeOAlXAAXOCuXA2AXïïïïîïïïïíì×××(硬锰矿)OnHMnOO或mMnO3HOn硬锰矿族：BaMnM（水锰矿）H)水锰矿族：MnO(O）（针铁矿、纤铁矿、H)针铁矿族：FeO(O）（硬水铝石、软水铝石OH)硬水铝石族：AlO()（三水铝石、H)三水铝石族：Al(O（水镁石))水镁石族：Mg(OH22220932LLLL氢氧化物需要掌握的矿物简单氧化物矿物：刚玉,赤铁矿,金红石,锡石,石英复杂氧化物矿物：钛铁矿,钙钛矿,尖晶石,磁铁矿,黑钨矿氢氧化物：铝土矿(三水铝石……),褐铁矿(针铁矿……),水镁石,硬锰矿§2矿物分述简单氧化物矿物－－刚玉化学组成:CorundumAl2O3。一般含微量Cr3+、Fe2+、Ti4+、Mn2+、V5+、Ga3+等，常见赤铁矿、钛铁矿、金红石、尖晶石、石榴子石等包裹体。。结构特点:三方晶系；点群3m。空间群R3c；a0=4.75Å，c0=12.97Å；Z=6。晶体结构中，O2-成立方最紧密堆积；而Al3+则在两氧离子层之间，充填三分之二的八面体空隙，组成共面的Al-O6。晶体形态:一般呈近似腰鼓状晶形，常依菱面体(-1011)，较少依（0001）成聚片双晶。物理性质:蓝灰、黄灰色，含铁者呈黑色；含铬而呈红色者，称红宝石(ruby)；含钛而呈蓝色者称蓝宝石(sapphire)；玻璃光泽。硬度9；无解理；常因聚片双晶或细微包体产生(0001)或(10-11)裂理。比重3.95~4.10。鉴定特征:以其晶形，双晶条纹和高硬度作为鉴定特征。AlOb0a0刚玉型结构下一页AlOc0刚玉型结构返回简单氧化物矿物－－刚玉沿(10-10)面的投影c{0001}平行双面，a{11-20}六方柱，r{10-11}菱面体，n{22-43}，z{22-41}、w{14.14.-28.1}六方双锥通常呈蓝灰、黄灰色，含杂质可呈各种颜色：红宝石：含Cr，红色；蓝宝石：含Ti和Fe2+，蓝色；黑星石：含Fe2+、Fe3+，黑色、透明；白宝石：纯净无色透明的晶体；含Co、V、Ni呈绿色；含Ni呈黄色；含Fe3+、Mn2+呈玫瑰红色。鉴定特征返回星光红(蓝)宝石返回聚片双晶或微细包裹体产生｛0001｝裂开成因产状：各种成因。多形成于高温、富Al贫Si的条件下。有岩浆结晶作用形成；产于碱性伟晶岩中；形成于岩浆岩与石灰岩的接触带；可产于粘土质岩经区域变质而成的结晶片岩中；也见于砂岩中。用途：作研磨材料及精密仪器、仪表和钟表的轴承；色泽美丽透明的晶体可作宝石；合成红宝石单晶可作激光材料简单氧化物矿物－－赤铁矿化学组成:HematiteFe2O3。有时含TiO2、SiO2、Al2O3等混入物。常含Ti、Al、Mn、Fe2+、Mg、Ca和少量的Ga、Co等类质同像混入物，以及金红石、钛铁矿等显微包裹体。致密块体常含SiO2、Al2O3、粘土等机械混入物。结构特点:三方晶系；点群3m。空间群R3c；a0=5.029Å，c0=13.73Å；Z=6。晶体结构属刚玉型。晶体形态:单晶体常呈板状，主要由板面与菱面体等所形成之聚形。物理性质:显晶质的赤铁矿呈铁黑至钢灰色。硬度5.5~6，土状者显著降低；性脆；无解理。比重5.0~5.3。鉴定特征:樱红色条痕是鉴定赤铁矿的最主要特征。简单氧化物矿物－－赤铁矿c{0001}平行双面r{10-11}、e{01-12}、z{01-18}菱面体n{22-43}六方双锥鉴定特征：常成各种集合体形态：镜铁矿：具金属光泽的片状集合体；云母赤铁矿：具金属光泽的细小鳞片状集合体；铁赭石：红色土状(粉末状)集合体；鲕状、豆状、肾状赤铁矿：鲕状、豆状、肾状的集合体。尚有致密块状集合体。物理性质：显晶质者呈钢灰～铁黑色；隐晶质及胶态者呈暗红色、红褐色。条痕樱红色或红棕色，金属～半金属光泽，或土状光泽。H5.5～6，土状者显著降低。无解理。无磁性，性脆。注意：镜铁矿常因含磁铁矿微细包裹体而具较强的磁性。镜铁矿返回云母赤铁矿返回肾状赤铁矿返回鲕状赤铁矿成因产状：形成于各种地质作用。主要有热液成因、沉积成因（著名产地有河北宣化、湖南宁乡等）和沉积变质成因（著名产地如辽宁鞍山等）。赤铁矿（Fe2O3）和磁铁矿（FeFe2O4）易相互转变：在自然条件下，当氧的浓度增大，磁铁矿可氧化成赤铁矿，并保留其晶形，称假像赤铁矿；当氧浓度减小，赤铁矿可还原为磁铁矿，若原晶形不变，称穆磁铁矿。用途：提炼铁的矿物原料之一；纯净的粉末状赤铁矿是天然的矿物颜料；可综合利用成分中的Ti、Ga、Co等。简单氧化物矿物－－金红石本族化合物属AX2型，主要包括金红石、锡石和软锰矿。它们的晶体结构均属金红石型。另外还包括TiO2的其余两个同质多象变体锐钛矿和板钛矿。化学组成:常含Fe2+、Fe3+、Nb5+、Ta5+、Cr3+、Sn4+等类质同像混入物。金红石具成分标型性：碱性岩中富Nb；基性岩和岩浆成因的碳酸岩中的含V；伟晶岩及热液矿床中者往往富Sn；月岩中的金红石富Nb和Cr。结构特点:四方晶系；点群4/mmm。空间群P42/mnm。晶体结构表现为：O2-近似成六方最紧密堆积，Ti4+位于变形八面体空隙中，CN=6。O2-位于以Ti4+为角顶所组成的平面三角形之中心，CN=3。[TiO6]彼此上、下共棱联结成∥c轴的链，链间由[TiO6]配位八面体共角顶相连。简单氧化物矿物－－金红石a{100}、m{110}四方柱e{101}、s{111}四方双锥r{320}复四方柱z{321}复四方双锥z{22-41}、w{14.14.-28.1}六方双锥金红石结构：TiO2返回鉴定特征：晶体呈短柱状、长柱状或针状，柱面有纵纹。双晶依(101)成膝状双晶、三连晶或环状双晶。致密块状集合体。通常为褐红、暗红或褐色，富Fe者黑色；条