1、矿物各论之三： 氧化物 和 氢氧化物矿物大类,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。 氧化物和氢氧化物矿物是一系列金属阳离子与O2-与(OH)- 相化合的化合物。这类矿物的种数约在300种左右。它们占地壳总重量的17%左右，其中石英族矿物就占了12.6%，而铁的氧化物和氢氧化物占了3.9%。 化学成分 阳离子主要是惰性气体型离子(如Si、Al等)和过渡型离子(如Fe、Mn、Ti、Cr等), 及少量铜型离子(如Cu、Sb、Bi等) 。此外，在少数氧化物中还含有水分子。,一 概 述,晶体化学特征 氧化物中以离子键为主，结构可以用最紧密
2、堆积原理来阐述，并服从鲍林法则。随着离子电价的增加，共价键的成分趋向增多。另一方面, 阳离子随着从惰性气体型、过渡型离子向铜型离子改变时，共价键性则趋向增强，同时阳离子配位数趋于减少。氢氧化物的晶体结构中，由(OH)- 或(OH)-和O2-共同形成紧密堆积，晶体结构主要是层状或链状，与相应的氧化物比较，其对称程度降低。除离子键外，还往往存在氢键。由于氢键的存在，以及(OH)-的电价较O2-为低而导致阳离子与阴离子间键力的减弱，因此与相应的氧化物比较，其比重和硬度都趋向减小。,形态及物理性质 形态：氧化物常形成完好的晶形，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
3、晶好时，晶体呈板状、细小鳞片状或针状。 硬度：氧化物的物理性质以硬度最为突出，一般均在5.5以上，氢氧化物的硬度与其相应的氧化物相比，硬度显著降低。 解理：氧化物仅少数可发育解理，且一般解理级别为中等至不完全解理。氢氧化物因键力较弱，发育一组完全至极完全解理。,形态及物理性质 比重：比重上，彼此相差很大。 光学性质：方面，Mg、Al、Si等惰性气体型离子组成的氧化物和氢氧化物，通常浅色或无色，半透明至透明，以玻璃光泽为主。而Fe、Mn、Cr等过渡型离子则呈深色或暗色，不透明至微透明，半金属光泽。,成因 氧化物可形成于内生、外生和变质等作用下，绝大多数是多成因的。氢氧化物多是外生成因的，在区域变
4、质作用过程中，氢氧化物和含水的氧化物往往转变为无水的氧化物。某些变价元素，如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，可作为判断氧化还原条件的依据。,分类,刚玉赤铁矿软锰矿-石英蛋白石磁铁矿,（一） 氧化物矿物,二 主要矿物,刚玉,化学组成: Al2O3。有时含微量Fe、Ti或Cr等。 结构特点: 三方晶系。,刚玉,形态及物理性质:一般呈近似腰鼓状、柱状晶形，多呈粒状或致密块状集合体。常为蓝灰或黄灰色，常因含杂质而呈现多种颜色；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(1011)裂理。比重3.95-4.10。,刚玉,红宝石：含Cr3+，红色；蓝宝石
5、：含Ti4+和Fe2+，蓝色；黑星石：含Fe2+、Fe3+或微细分布的碳质， 黑色、透明具星光；白宝石：纯净无色透明的晶体； 含Ni 2+ ，呈黄色含Co、V、Ni呈绿色；含Fe3+、Mn2+呈玫瑰红色。,刚玉,主要用途：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。,赤铁矿,化学组成: Fe2O3 。有时含TiO2、SiO2、Al2O3等混入物结构特点: 三方晶系。晶体结构属刚玉型。 形态及物理性质: 单晶体常呈板状。集合体多样，显晶质有片状、鳞片状或块状，隐晶质有鲕状、肾状、粉末状和土状。隐晶的呈暗红色，条痕樱桃红-褐红色，半金属-金属光泽
6、。硬度5.56；无解理。比重5.05.3。,赤铁矿,主要用途： 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。,鲕状赤铁矿,肾状赤铁矿,软锰矿,化学组成：MnO2，常含Fe2O3、SiO2等机械混入物，常含H2O结构特点:四方晶系。形态及物理性质: 单晶体少见，常呈肾状、结核状、块状和土状集合体，黑色，条痕黑色，半金属光泽；不透明；硬度显晶质可达6，而隐晶质仅为2；性脆；比重4.7-5。,软锰矿,用途：富集时可作为锰矿石，氧化带锰帽可作为找矿标志。,石英族 包括SiO2的一系列同质多像变体，常见的有： 常压下，,1）尤以-石英最常见。 2）石英
7、应为-石英和-石英之总称，但一般指低温石英（即-石英）。 3）将含水的SiO2矿物 蛋白石，也列入本族内。,-石英,化学组成：SiO2，类质同像混入物很少，但常有气液包裹体和其它机械混入物。晶体结构：三方晶系。 形态及物理性质:常呈柱状晶体，柱面上具横纹。常见道芬双晶和巴西双晶。集合体呈粒状、 致密块状或晶簇状。通常为无色、乳白色、灰白色，因含杂质色心或细分散包裹体而呈各种颜色；玻璃光泽，贝壳状断口油脂光泽；透明-半透明。无解理；硬度 7，比重 2.65。 具压电性。,-石英,异种： 显晶质异种：水晶簇：纯净者无色透明。紫水晶：微量Fe3+Si4+产生色心而致紫色。加热退色。,含纤铁矿包裹体的
8、紫水晶,晶洞中的石英晶簇,-石英,烟水晶：Al3+H+或Na+Si4+，在x射线或射线作用下，AlO键电子对中的一个电子离位产生空穴色心而成烟黄暗褐色、黑色。加热至225开始缓慢褪色，至400烟色渐消失。 注： 黑色透明者称墨晶；茶褐色者称茶晶。,-石英,黄水晶：黄色透明者，可能为Fe2+所致。蔷薇石英（芙蓉石）：蔷薇红色或粉红色，可能由Ti、Mn造成。通常呈致密块状。加热至575褪色；日光下长期暴晒颜色变浅。,-石英,乳石英：乳白色半透明的块体，含大量细分散的气、液包裹体及微裂隙。蓝石英：蓝色。含Ti较高，次有Al、 Mn。加热至300400，褪色或变为紫色。发晶：细小针状金红石、电气石或角
9、闪石等包裹体呈发状、纤维状。,-石英,虎睛石、木变石、鹰眼石：由于石英交代并胶结石棉纤维，而具丝绢光泽的黄褐、棕黄、棕红、深蓝或蓝灰色的致密块体。砂金石(东陵石) ：含鳞片状金云母、赤铁矿等包裹体且分布均匀的次生石英岩或水晶晶体，琢磨后呈闪烁的金黄色、褐黄色、粉红色或绿色。,-石英,隐晶质异种：玉髓（石髓）：呈钟乳状、肾状、葡萄状、皮壳状等外貌，具蜡状光泽半透明的纤维状异种，常呈乳白、黄、褐、深蓝等色，尚有红褐色(光玉髓)、苹果绿（绿玉髓）、绿色中夹有红色碧玉小斑点(血玉髓，血滴石，鸡血石)。,-石英,玛瑙： 不同颜色的玉髓条带或同心环状相间分布。按花纹或纹饰的差异进行划分，玛瑙有很多种，如：
10、黑白或褐红色相间的截子玛瑙红色杂色相间、纹细如丝的缠丝玛瑙黑白褐色细密花纹平行相间、颇为素雅的缟状玛瑙花纹如青苔的苔纹玛瑙,-石英,碧玉：含氧化铁 (可20%)的致密块状石英。可呈暗红、紫红、褐色黄色、蓝色、青绿色等。燧石：暗色(浅灰褐黑等色)无光泽，呈结核状、瘤状、透镜状、条带状、似层状的坚韧极致密的隐晶质石英。,-石英,主要用途：纯净的一般石英大量用作玻璃、陶瓷、混凝土、冶炼硅钢的原料，以及硅质耐火材料、建筑材料、研磨材料、瓷器配料等。还可用于提取单晶硅以制造太阳能电池。无裂隙、双晶和包裹体等缺陷的无色透明晶体（666mm3）作压电材料用于无线电工业中振荡器元件及光学仪器材料（用以制光谱棱
11、镜、透镜等）、耐酸耐高温的器材。颜色美丽者可作工艺品及宝石原料。色泽差的玛瑙和玉髓可作研磨器具。熔炼水晶是电子工业和技术的矿物材料。,蛋白石,化学组成：SiO2nH2O，含水量变化较大，一般4%9%，最高可达20%以上。含有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等杂质。蛋白石本质上是非晶质体，但扫描电子显微镜研究发现，其内部存在某种有序结构。,蛋白石,形态及物理性质： 通常呈肉冻状致密块体或葡萄状、钟乳状、皮壳状、多孔状、结核状。颜色不定，通常为蛋白色、无色，含杂质可呈各种颜色；微透明；玻璃光泽或蜡状光泽，具美丽的变彩。硬度55.5。比重较小(1.92.5)。 易脱水龟裂而呈白色。,蛋白石,主
12、要用途： 色泽美丽的致密块状贵蛋白石或火蛋白石可作名贵的宝石及工艺品材料。 硅藻土质轻多孔，是优良的隔音、隔热材料，建筑材料、研磨材料、陶瓷原料、炸药原料；可用于制作过滤剂，及炼油、制糖的吸附剂和净化剂；作为催化剂的载体应用于化学工业上。,磁铁矿,化学组成: FeFe2O4, 常含Mg、Mn、Ti、V、Cr等元素。 结构特点: 等轴晶系。晶体形态及物理性质: 单晶体常呈八面体。 集合体为粒状和致密块状。铁黑色；条痕黑色；半金属-金属光泽；不透明。硬度5.56；无解理；性脆。比重4.95.20。具强磁性。 主要用途：提炼铁的最重要的矿物原料之一；可综合利用V、Ti、Cr。,（二）氢氧化物矿物,铝
13、土矿褐铁矿硬锰矿,Al 的氢氧化物,Al 的氢氧化物： 一水硬铝石： -AlO(OH) 一水软铝石： -AlO(OH) 三水铝石： Al(OH)3 通常所谓的铝土矿，实际上并不是一个矿物种，而是以极细的三水铝石、一水硬铝石或一水软铝石为主要组份，并包含数量不等的高岭石、蛋白石、赤铁矿、针铁矿等而成的混合物。,铝土矿,形态及物理性质：常呈鲕状、豆状、致密块状、多孔状、土状集合体一般为青灰、灰白、灰褐、灰黄色等色，有时具红褐色斑点；条痕白色浅黄褐色；土状光泽。硬度一般34。脆性，水泡后易崩解成细小棱角状碎块。手摸有粗糙感。用口呵气湿润后有强烈的土腥臭味。 粉末湿润后无可塑性。,铝土矿,成因产状：主
14、要形成于外生作用。为富Al的岩浆岩和变质岩在湿热条件下风化残留的产物；或由胶体沉积形成。主要用途：提炼Al的最主要矿石矿物；劣质者可用作制造人工磨料、耐火材料和高Al水泥原料。为Ga的主要来源，也可综合利用Ge、V、Ti等元素。,Fe的氢氧化物,Fe 的氢氧化物以针铁矿分布最广。通常所谓的褐铁矿，实际上并不是一个矿物种，而是以针铁矿（-FeOOH）或水针铁矿（-FeOOH.nH2O）为主要组份，并由数量不等的纤铁矿（-FeOOH.nH2O） 、含水氧化硅、粘土等所组成的一种细分散多矿物集合体。,褐铁矿,形态及物理性质：常呈多孔状、土状、致密块状、结核状、钟乳状、葡萄状等集合体。也常见黄铁矿晶形
15、的假像，称假像褐铁矿。黄褐、红褐褐黑色；条痕土黄黄褐色；土状光泽。硬度较小（15）。 无磁性。,褐铁矿,成因产状： 外生作用之产物，主要有风化型和沉积型成因。 由原生含Fe的矿物经氧化和水化作用形成，尤其是金属硫化物矿床氧化带露头，矿石经氧化，形成“铁帽”，成为找寻原生CuFe硫化物矿床的标志。 海相和湖相沉积型褐铁矿，由氢氧化铁的胶体溶液凝聚而成，常可大量聚集成矿床。主要用途：可作炼Fe的矿物原料。,硬锰矿,化学组成: 成分不固定。是多种氢氧化锰矿物的细分散混合物的总称。 形态及物理性质： : 通常成葡萄状、钟乳状、肾状或土状集合体。单晶体极为罕见。呈土状，硬度低者称锰土。灰黑至黑色；条痕褐黑至黑色；半金属光泽至暗淡。硬度4-6；性脆。比重4.4-4.7。,硬锰矿,成因及产状：硬锰矿是一个典型的外生矿物，常由含锰的碳酸盐或硅酸盐矿物经氧化和水化后形成。在湖相、海相沉积中，可形成具有工业价值的沉积矿床。 硬锰矿遭受风化后，可部分地变为软锰矿。用途：锰的重要矿石矿物。,思考题,1. 试述氧化物和氢氧化物矿物的晶体化学特征、形态及物理性质。 刚玉与-石英的鉴定特征。以铝土矿为例，说明物理性质与成因。磁铁矿和褐铁矿的物理性质。,
