氧化物與氫氧化物礦物大類.ppt

第八章 氧化物與氫氧化物礦物大類 Oxide & Hydroxide,概念：O2-和(OH)- 金屬元素 化合物。 種數(shù)：300種以上，其中氧化物200種以上，氫氧化物80種左右。 分布：占地殼總重量17%，其中石英族占12.6%，鐵的氧化物和氫氧化物占3.9%。 用途: (a)提取金屬元素，如磁鐵礦、軟錳礦；（b）直接用作工業(yè)原料，剛玉、石英、蛋白石等。（c）作寶石原料。,一 概述,二. 晶體化學(xué),1.化學(xué)組成 氧化物:陰離子O2-。 附加陰離子少數(shù)有F-、Cl- 氫氧化物：（OH）-或O2-和（OH）- 陽離子約40種，惰氣型和過渡型，少量銅型 類質(zhì)同象復(fù)陽離子氧化物較單陽離子氧化物廣泛；,二. 晶體化學(xué),2. 結(jié)構(gòu)型 氧化物:,二. 晶體化學(xué),2. 結(jié)構(gòu)型 氫氧化物:,O2-和（OH）-常呈互層層狀或鏈狀，比相應(yīng)氧化物對稱度低。 例：方鎂石MgO等軸晶系，水鎂石MgOH2三方晶系,二. 晶體化學(xué),3. 鍵型,離子鍵為主，隨陽離子電價增加，從惰氣型向過渡型和銅型轉(zhuǎn)變而共價鍵性增強。 例：剛玉40%共價鍵，石英50%共價鍵；赤銅礦Cu2O因共價成鍵而使的配位數(shù)不是4而是2。 少數(shù)呈分子鍵（方銻礦Sb2O3中Sb4O6砷華As2O3中As4O6分子）。 氫氧化物中多存在氫鍵，且（OH）-比O2-的電價低，使之與陽離子的鍵力減弱比重硬度減小。,1 形態(tài)： 氧化物?？尚纬赏旰玫木?，亦常見呈粒狀、致密塊狀及其他集合體形態(tài)； 氫氧化物則常見為細分散膠態(tài)混合物，結(jié)晶好時，晶體呈板狀、細小鱗片狀或針狀。 粒狀或塊狀: 島狀、架狀和配位型氧化物。其中，因剛玉有AlO6配位體沿c軸呈三次螺旋狀排列，向鏈狀過渡，故呈柱狀。 柱狀或針狀：鏈狀氧化物氫氧化物。因黑鎢礦的鏈為折狀，故呈板條狀。,三形態(tài)物性,（2）硬度：氧化物高硬度（5.5以上）。氫氧化物硬度顯著降低。 例如方鎂石的硬度為6，而水鎂石僅為2.5。 （3）解理：氧化物僅少數(shù)發(fā)育中等至不完全解理。氫氧化物因鍵力較弱，往往發(fā)育一組完全極完全解理。 （4）密度：氧化物相對密度變化較大，如W、Sn、U等的氧化物相對密度一般大于6.5，而石英僅2.65。氫氧化物結(jié)構(gòu)松散，相對密度小，例如方鎂石的相對密度為3.6，而水鎂石僅為2.35。 （5）光學(xué)性質(zhì)： 玻璃光澤：陽離子惰性氣體型離子Mg、Al、Si等的氧化物和氫氧化物， 半金屬光澤：陽離子為過渡型離子如Fe、Mn、Cr等元素，呈深色或暗色； 磁性增強。 。,三形態(tài)物性,2.物性,根據(jù)陰離子劃分為氧化物和氫氧化物兩類。 （1）氧化物類礦物主要有： 剛玉、赤鐵礦、鈦鐵礦；金紅石、錫石、軟錳礦；石英、蛋白石；尖晶石、磁鐵礦、鉻鐵礦；黑鎢礦；赤銅礦；鈣鈦礦。 （2）氫氧化物類礦物主要有： 水鎂石、三水鋁石、一水硬鋁石、一水軟鋁石、針鐵礦、纖鐵礦、水錳礦、硬錳礦。,四分類,褐鐵礦、鋁土礦、硬錳礦,1. 絕大部分的氧化物礦物可形成于內(nèi)生、外生和變質(zhì)作用過程中。少數(shù)是單成因的，如鉻鐵礦、鈦鐵礦等只產(chǎn)于超基性、基性巖中；而赤銅礦Cu2O、銻華Sb2O3、鉍華Bi2O3等是氧化帶的次生礦物。 2. 氫氧化物往往是風(fēng)化和沉積作用過程中的膠體溶液凝聚而成。,五成因,1、 石英族（含蛋白石） 同質(zhì)多像變體: -石英、-石英（酸性火山巖）； -鱗石英、1-鱗石英、2-鱗石英；（酸性火山巖） -方石英、-方石英；（酸性火山巖） 柯石英；（隕石坑） 斯石英；（隕石坑） 凱石英(合成礦物) 。 其中表示低溫變體， 表示高溫變體。,六 主要礦物概覽,（一）氧化物礦物類,【晶體結(jié)構(gòu)】 SiO4四面體以角頂相聯(lián)平行于c軸呈線狀分布。 【形態(tài)】 六方柱1010和菱面體1011、0111等單形之聚形。柱面橫紋。貝殼狀斷開。 集合體呈晶簇狀、梳狀、粒狀、致密塊狀。隱晶質(zhì)集合體呈殼狀、腎狀、鮞狀、球狀。 且具纖維狀隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)時稱石髓或玉髓(chakedong)（多熱液成因）； 呈瘤狀、結(jié)核狀者稱燧石（多沉積成因）； 具同心帶狀構(gòu)造，由多色的石髓成層平行排列稱為瑪瑙(agate)。 【物理性質(zhì)】 顏色多種多樣，常為無色、乳白色、灰色。玻璃光澤；斷口油脂光澤。無解理，貝殼狀斷口。硬度7。相對密度2.65。具壓電性。 【成因產(chǎn)狀】 極廣，瑪瑙為膠體成因,主要產(chǎn)于噴出巖的孔洞中。 【鑒定特征】 晶形,無解理,貝殼狀斷口,硬度。 【主要用途】 壓電材料, 光學(xué)材料, 寶玉石材料。色澤差的瑪瑙和石髓用于制作研磨器具。較純凈的一般石英則大量用作玻璃原料,研磨材料,硅質(zhì)耐火材料及瓷器配料。,石英(Quartz)-SiO2,水晶(rock crystal)：無色透明。 紫水晶(amethyst)：紫色透明或半透明，加熱可脫色。Fe3代 Si引起。 薔薇石英(rose quartz)：淺玫瑰色，致密半透明。 Al3、Ti4代 Si引起。 煙水晶(smoky quartz)：煙色或褐色透明異種。 Al3代 Si引起。 墨晶(black quartz)：黑色半透明。Al3代 Si引起。 黃水晶(yellow quartz)：金黃色或檸檬黃色。含F(xiàn)e2所致 蔥綠石髓：含綠色針狀陽起石包裹體，呈淺綠色。 砂金石：含云母、赤鐵礦等細小包裹體，呈淺黃或褐紅色。 貓眼石、虎眼石、鷹眼石：呈各種不同深淺的色調(diào)，具絲絹光澤，似貓眼石、虎眼(黃褐色)或鷹眼(藍綠色)，都是由于石英交代纖維石棉所致。 碧玉：呈紅、黃褐、綠色不透明的致密塊體。（多變質(zhì)成因） 血玉髓(又名血石、雞血石)綠色石髓碧玉，內(nèi)含約色斑點。 瑪瑙：各色條帶狀玉髓呈同心狀自外向內(nèi)排列。,石英異種：,SiO4四面體以角頂相聯(lián)平行于c軸呈線狀分布。,石英/水晶,石英與辰砂共生,瑪瑙,碧玉,【化學(xué)組成】 SiO2：65%90%，H2O：常為4%9%，最高20%，其他雜質(zhì)。 【晶體結(jié)構(gòu)】 內(nèi)部具方石英雛晶和大量水分子。貴蛋白石中SiO2小球呈六方緊密堆積。 【形態(tài)】 通常呈葡萄狀、鐘乳狀、皮殼狀等。 【物理性質(zhì)】 顏色不定,通常呈蛋白色；微透明；玻璃光澤或蛋白光澤。無色透明者稱玻璃蛋白石;半透明而具強烈的橙、紅等反射色者稱火蛋白石；半透明帶乳光變彩的蛋白石稱貴蛋白石。硬度55.5。相對密度介于1.92.3之間。 【成因及產(chǎn)狀】 從淺成熱液或地面水的硅質(zhì)溶液中生成。 【鑒定特征】 以蛋白光澤和變彩為鑒定特征,有時類似于石髓,但硬度較低。 【主要用途】 優(yōu)質(zhì)者俗稱“歐泊”為寶玉石材料，硅藻土用作過濾劑和建材。,蛋白石(Opal)SiO2nH2O,蛋白石,三方晶系 腰鼓狀、柱狀。集合體成粒狀或致密塊狀。 一般為灰、黃灰色，含F(xiàn)e者呈黑色；含Cr者呈紅色者，稱紅寶石；含Ti而呈藍色稱藍寶石；在 0001面上可看到定向分布的六射針狀金紅石包體而呈星彩狀，稱星彩紅寶石或星彩藍寶石；玻璃光澤。無解理；常因聚片雙晶或細微包體產(chǎn)生0001或1011的裂開。硬度9。相對密度3.954.10。熔點20002030C，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易腐蝕。,2、剛玉族（剛玉、赤鐵礦、鈦鐵礦）,剛玉(Corundum) Al2O3,【剛玉結(jié)構(gòu)】 三方晶系。沿垂直三次軸方向上氧離子成六方最緊密堆積，而鋁離子則在兩氧離子層之間，充填三分之二的八面體空隙。八面體在平行0001方向上共棱成層，在平行c軸方向上，共面聯(lián)結(jié)構(gòu)成兩個實心的AlO6八面體和一空心由O2-圍成的八面體相間排列的柱體。 AlO鍵具離子鍵向共價鍵過渡的性質(zhì)(共價鍵約占40%)，使剛玉具共價鍵化合物的特征。,玄武巖中的藍寶石,山東昌樂,lxy02,剛玉（紅寶石）,三方晶系。剛玉型結(jié)構(gòu)。 形態(tài)：單晶常呈板狀（平行雙面與菱面體之聚形）。集合體：顯晶質(zhì)的有片狀、鱗片狀或塊狀；隱晶質(zhì)的有鮞狀、腎狀、粉末狀和土狀等。 具金屬光澤的片狀集合體者，稱鏡鐵礦。 物性：顯晶質(zhì)的赤鐵礦呈鐵黑至鋼灰色，隱晶質(zhì)的鮞狀，腎狀和粉末狀者呈暗紅色；條痕櫻紅色；金屬光澤(鏡鐵礦)至半金屬光澤，或土狀光澤；不透明。無解理。硬度5.56，土狀者硬度顯著降低。相對密度5.05.3。性脆。鏡鐵礦常因含磁鐵礦細微包裹體而具較強的磁性。,赤鐵礦(Hematite)-Fe2O3,形態(tài)：單晶體常呈沿c軸延伸的100板狀或短柱狀,001晶帶中的晶面上常具平行于c軸的條紋。集合體為刃片狀或粗粒狀。 物性：紅褐色(鎢錳礦)至黑色(鎢鐵礦);條痕黃褐色(鎢錳礦)至褐黑色(鎢鐵礦);光澤由樹脂光澤(鎢錳礦)至半金屬光澤(黑鎢礦、鎢鐵礦)。解理平行010完全。硬度44.5。相對密度7.12(鎢錳礦)7.51(鎢鐵礦)。性脆。鎢鐵礦具弱磁性。,3、黑鎢礦族（黑鎢礦）,黑鎢礦(鎢錳鐵礦)(Wolframite)(Mn,Fe)WO4,【晶體結(jié)構(gòu)】 單斜晶系。由Mn(Fe)O6配位八面體共棱連結(jié)成平行c軸的折狀鏈；WO6配位八面亦平行c軸成鏈狀，并位于Mn(Fe)O6配位八面體所成的鏈體之間,以其四個角頂與上下鏈體相連接。因而晶體結(jié)構(gòu)可視為鏈狀結(jié)構(gòu)，亦可看成平行100呈似層狀結(jié)構(gòu)。,黑鎢礦（鎢錳鐵礦，白色為石英）,【化學(xué)組成】 常含F(xiàn)e、Nb、Ta、Cr、Sn等類質(zhì)同像混入物。當(dāng)其中富含F(xiàn)e時稱為鐵金紅石。 【晶體結(jié)構(gòu)】 四方晶系。金紅石的晶體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為氧離子近似成六方緊密堆積，而鈦離子位于變形八面體空隙中，構(gòu)成TiO6八面體配位。鈦離子配位數(shù)為6，氧離子配位數(shù)為3。在金紅石的晶體結(jié)構(gòu)中TiO6配位八面體沿c軸共棱成鏈狀排列。鏈間由配位八面體共角頂相連。（媒體） 【形態(tài)】 常見完好的四方短柱狀、長柱狀或針狀。集合體成致密塊狀。 【物理性質(zhì)】 常見褐紅、暗紅色，含F(xiàn)e者呈黑色；條痕淺褐色；金剛光澤；微透明。解理平行110中等。硬度66.5。相對密度4.24.3。性脆。鐵金紅石和鈮鐵金紅石均為黑色，不透明。鐵金紅石相對密度4.4，而鈮鐵金紅石可達5.6。,4、金紅石族（金紅石、錫石、軟錳礦）,金紅石(Rutile) TiO2,【晶體結(jié)構(gòu)】 四方晶系。氧離子近似成六方緊密堆積，而鈦離子位于變形八面體空隙中，構(gòu)成TiO6八面體配位。鈦離子配位數(shù)為6，氧離子配位數(shù)為3。在金紅石的晶體結(jié)構(gòu)中TiO6配位八面體沿c軸共棱成鏈狀排列。鏈間由配位八面體共角頂相連。,金紅石型結(jié)構(gòu)。 雙錐柱狀，柱面上有細的縱紋；肘狀雙晶常見。集合體常呈不規(guī)則粒狀，也有致密塊狀。 黃棕色至深褐色，富含Nb和Ta者，為瀝青黑色；條痕白色至淡黃色；金剛光澤。解理不完全。貝殼狀斷口，斷口油脂光澤。硬度67。相對密度6.87.0。 【鑒定特征】 錫石的晶形和顏色與金紅石很相似，但可據(jù)其解理、相對密度和化學(xué)反應(yīng)區(qū)別開： 將小顆粒放鋅片上，加HCl一滴，經(jīng)數(shù)分鐘后，如果是錫石，則在表面形成一層淡灰色金屬錫膜，而金紅石和鋯石均無此反應(yīng)。,錫石(Cassiterite)SnO2,錫石（白色為石英）,【晶體結(jié)構(gòu)】 四方晶系。晶體結(jié)構(gòu)屬金紅石型。 【形態(tài)】 完整晶體少見,有時呈針狀、放射狀集合體。常呈腎狀、結(jié)核狀、塊狀或粉末狀集合體。 【物理性質(zhì)】 黑色，表面常帶淺藍的錆色;條痕黑色;半金屬光澤至土狀光澤。解理平行110完全。硬度視結(jié)晶粗細程度而異,顯晶質(zhì)者可達6,而隱晶質(zhì)的塊體則降至2。晶體的相對密度為4.75,塊狀的降至4.5。性脆。 【成因及產(chǎn)狀】 主要形成于風(fēng)化作用和沉積作用中。 【鑒定特征】 以其黑色,條痕黑色,性脆,成晶體者有完全的柱面解理,成隱晶質(zhì)者硬度低而易污手為特征。此外,滴H2O2劇烈起泡。 【主要用途】 為錳的主要礦石礦物。,軟錳礦(Pyolusite)MnO2,化學(xué)通式：AB2O4 A：Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+等 二價； B：Fe3+、Al3+、Cr3+等 三價。 尖晶石型結(jié)構(gòu)（等軸晶系）：O2-最緊密堆積 （1）正尖晶石型 AB2X4：即單位晶胞中8個A組二價陽離子占據(jù)四面體位置，16個B組三價陽離子占據(jù)八面體位置(內(nèi)為八面體配位，下同)。如鉻鐵礦FeCr2O4； （2）反尖晶石型 BABX4：即單位晶胞中1/2的B組三價陽離子(8個)占據(jù)四面體空隙；剩余的1/2B組三價陽離子(亦為8個)和全部的A組二價陽離子(8個)共同占據(jù)八面體位置；如磁鐵礦Fe3+Fe2+ Fe3+ O4； （3）混合型A1-xBxAxB2xX4。如鎂鐵礦MgFe2O4、錳鐵礦MnFeO4等,5、尖晶石族（尖晶石、磁鐵礦、鉻鐵礦）,尖晶石型結(jié)構(gòu)（等軸晶系）：Z=8. O2-呈立方緊密堆積，陽離子充填1/8的四面體空隙和1/2的八面體空隙。沿三次軸方向上AO4四面體和BO6八面體共同組成的層與單純的BO6八面體層交替排列；AO4四面體與上、下八面體層中BO6八面體以共角頂?shù)姆绞较嗦?lián)結(jié)。,【晶體結(jié)構(gòu)】 等軸晶系。晶體結(jié)構(gòu)大多數(shù)為正尖晶石型，少數(shù)屬于混合型。 【形態(tài)】 八面體 111, 八面體111菱形十二面體110 。 尖晶石律(111)成接觸雙晶。 【物理性質(zhì)】 通常呈紅色(含Cr),綠色(含F(xiàn)e3+)或褐黑色(含F(xiàn)e2+和Fe3+)；玻璃光澤。無解理；偶有平行(111)裂開。硬度8。相對密度3.55。,尖晶石(Spinel)MgAl2O4,尖晶石,【晶體結(jié)構(gòu)】 等軸晶系。反尖晶石型。 【形態(tài)】 八面體111,較少呈菱形十二面體110。在菱形十二面體面上長對角線方向常現(xiàn)條紋。雙晶依尖晶石律(111)成接觸雙晶。集合體常成致密塊狀和粒狀。 【物理性質(zhì)】 鐵黑色；條痕黑色；半金屬光澤；不透明。無解理；有時具111裂開。硬度6。相對密度5.20。性脆。具強磁性。 【成因及產(chǎn)狀】 主要形成于內(nèi)生作用和變質(zhì)作用中。 【鑒定特征】 以其晶形,黑色條痕和強磁性可與其相似的礦物如赤鐵礦、鉻鐵礦等相區(qū)別。 【主要用途】為最重要的煉鐵礦物原料之一。所含的釩、鈦、鉻等元素?？删C合利用。,磁鐵礦(Magnetite)Fe2Fe3+2O4,磁鐵礦,【晶體結(jié)構(gòu)】 等軸晶系。晶體結(jié)構(gòu)為正尖晶石型。 【形態(tài)】 通常呈粒狀或塊狀集合體。單晶呈八面體111,但極少見。 【物理性質(zhì)】 暗褐色至鐵黑色；條痕褐色；半金屬光澤；不透明。無解理。硬度5.56.5；相對密度4.34.8。性脆。具弱磁性,含鐵量高者磁性較強。 【成因及產(chǎn)狀】 為巖漿作用的產(chǎn)物,常產(chǎn)于超基性巖中。 【鑒定特征】 以其暗棕色或黑色,條痕褐色,弱磁性，硬度大和產(chǎn)于超基性巖中為鑒定特征。 【主要用途】 提煉鉻的唯一礦物原料。富含鐵的劣質(zhì)礦石可供制高級耐火材料。,鉻鐵礦(Chromite)FeCr2O4,鉻鐵礦,【晶體結(jié)構(gòu)】 三方晶系。典型層狀結(jié)構(gòu)。 【形態(tài)】 晶體常呈板狀、鱗片狀、葉片狀、不規(guī)則粒狀集合體，有時成纖維狀集合體,稱纖水鎂石。 【物理性質(zhì)】 白色、灰白色,含有錳或鐵者呈紅褐色；斷口現(xiàn)玻璃光澤。解理平行0001極完全；解理薄片具撓。硬度2.5。相對密度2.32.6。 【成因及產(chǎn)狀】 水鎂石是蛇紋巖或白云巖中的典型低溫?zé)嵋何g變礦物。 【鑒定特征】 以其形態(tài),低硬度和0001極完全解理為鑒定特征。根據(jù)易溶于酸與滑石、葉蠟石相區(qū)別。 【主要用途】 大量產(chǎn)出時可作煉鎂的礦物原料。纖維水鎂礦是重要的非金屬礦物材料，是溫石棉的理想代用品。,（二） 氫氧化物礦物類,1.鎂的氫氧化物 水鎂石(氫氧鎂石)(Brucite) Mg(OH)2,水鎂石型結(jié)構(gòu)：兩層羥離子呈六方最緊密堆積，鎂離子充填于全部八面體空隙，構(gòu)成配位八面體的結(jié)構(gòu)層；結(jié)構(gòu)層與結(jié)構(gòu)層之間相接觸的兩層羥離子也呈近似六方最緊密堆積，但所形成的八面體空隙未充填陽離子。結(jié)構(gòu)層內(nèi)為離子鍵,結(jié)構(gòu)層間以氫鍵相聯(lián)。,水鎂石brucite,（1）包括：三斜晶系的一水硬鋁石(AlO(OH),單斜晶系的一水軟鋁石(AlO(OH)和單斜晶系的三水鋁石(Al(OH)3)。其中以三水鋁石分布最廣。 （2）鋁土礦 (bauxite), 是以極細的三水鋁石、一水硬鋁石或一水軟鋁石為主要組分,并包括數(shù)量不等的高嶺石、蛋白石、赤鐵礦、針鐵礦等而成的混合物。當(dāng)鋁土礦中Al2O340%,Al2O3SiO221時才具有工業(yè)價值而作為鋁礦石利用。 （3）常成豆狀、塊狀、多孔狀或土狀產(chǎn)出。 （4）顏色隨氧化鐵含量的增加而可從灰白直至棕紅色,有時并呈斑點狀分布。在新鮮面上，用口呵氣后有強烈的土臭味，或?qū)⑿K碾成粉末，用水濕潤不具可塑性，硬度、相對密度較頁巖為大，以此可與頁巖及粘土相區(qū)別。,2、鋁的氫氧化物,一水鋁石結(jié)構(gòu),硬水鋁石,（1）包括：針鐵礦(FeOOH)、水針鐵礦(FeOOHnH2O),纖鐵礦(FeOOH)和水纖鐵礦(FeOOHnH2O)。 （2）褐鐵礦 (limonite)，指以針鐵礦或水針鐵礦為主要組份,并包含數(shù)量不等的纖鐵礦、水纖鐵礦，含水氧化硅,粘土等細分散機械混合物。 （3）通常呈鐘乳狀、葡萄狀、致密和疏松塊狀等產(chǎn)出，亦常呈黃鐵礦晶形的假象出現(xiàn)。 （4）褐鐵礦呈各種色調(diào)的褐色,條痕黃褐色。硬度變化較大(14)，相對密度3.34.0。褐鐵礦在地表幾乎到處可見。,3、鐵的氫氧化物,【晶體結(jié)構(gòu)】 斜方晶系。晶體結(jié)構(gòu)同硬水鋁石，即晶體結(jié)構(gòu)中O2-和(OH)-共同呈六方最緊密堆積(堆積層垂直a軸)，F(xiàn)e3+充填1/2的八面體空隙。FeO3(OH)3八面體以共棱的方式聯(lián)結(jié)成平行于c軸的八面體鏈；雙鏈間的共八面體(此角頂為O2-占據(jù))的方式相聯(lián)。 【形態(tài)】 單晶極少見，常見呈針狀或鱗片狀、腎狀、鐘乳狀、結(jié)核狀或土狀集合體。 【物理性質(zhì)】 褐黃至褐紅色；條痕褐黃色；半金屬光澤；結(jié)核狀，土狀者光澤暗淡。解理平行010完全；參差狀斷口。硬度55.5。相對密度4.28，但成土狀者可低至3.3。性脆。 【成因及產(chǎn)狀】 主要是含鐵礦物風(fēng)化作用的產(chǎn)物。沉積成因的針鐵礦見于湖沼和泉水中。偶見產(chǎn)于某些熱液脈的空隙中。 【鑒定特征】 以其膠體形態(tài)和褐黃色條痕為特征。 【主要用途】 為煉鐵的礦物原料?！拌F帽”是找尋原生銅鐵硫化物礦床的標志。,針鐵礦(Goethite)FeOOH,針鐵礦,褐鐵礦, 【