個(gè)論-氧化物和氫氧化物類

3、氧化物和氫氧化物大類1）概述氧化物和氫氧化物是一系列金屬陽離子和某些非金屬陽離子與O2-或（OH）-形成的化合物。在各種地質(zhì)作用中，與O2-或（OH）-組成化合物的元素有40多種。(如表)氧是地殼中分布量最多的一種元素，其化學(xué)性質(zhì)很活潑，與其結(jié)合的金屬陽離子主要是惰性氣體型(Si、Al、Mg等)和外層電子數(shù)接近于惰性氣體型的過渡型(Fe、Mn、Ti、V、Cr、Nb、Ta等)離子，而銅型離子類很少。氧化物和氫氧化物礦物有200多種，占地殼總重量的17%左右，其中石英族礦物占12.6%，鐵的氧化物和氫氧化物占3.9%,其次是AlMnTiCr的氧化物或氫氧化物。氧化物和氫氧化物礦物大多形成于氧化電位(Eh)較高的條件下，因此，變價(jià)元素Fe、Mn等在這類礦物中一般都以高價(jià)狀態(tài)出現(xiàn)。本大類礦物的晶體化學(xué)性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)中，陰離子O2-和（OH）-具有相同的離子半徑，一般為0.132nm，遠(yuǎn)大于一般的陽離子半徑，在晶體結(jié)構(gòu)中呈立方或六方最緊密堆積，而陽離子則充填于四面體和八面體空隙中。陽離子的配位數(shù)多為4和6，而配位數(shù)為2、8和12的，僅見于少數(shù)幾種礦物中。晶格中的鍵型，大都以離子鍵為主，其中以二價(jià)離子的金屬氧化物較為典型；某些三價(jià)和四價(jià)離子的金屬氧化物，其鍵型則具有明顯的共價(jià)鍵成分，如剛玉〔Al2O3)和金紅石(Ti02)等；在具層狀或鏈狀結(jié)構(gòu)的氫氧化物中，層內(nèi)或鏈內(nèi)為離子鍵，層間或鏈間為氫氧鍵。由于分子鍵和氫鍵的存在，加上較低的電價(jià)，與相應(yīng)的氧化物相比，氫氧化物有較低的比重和硬度。氧化物晶格中陽離子的類質(zhì)同象代替與硫化物比較，顯現(xiàn)出一定程度的復(fù)雜性，特別是異價(jià)的類質(zhì)同象在Ti、Nb、Ta的氧化物中表現(xiàn)得尤為突出。物理性質(zhì)在光學(xué)性質(zhì)方面，陽離子類型起著明顯的控制作用：由Mg、Al、Si等惰性氣體型離子組成的氧化物和氫氧化物，通常都呈無色或淺色，透明至半透明，以玻璃光澤為主。由一些過渡型離子如Fe、Mn、Cr、Ti等組成的氧化物，則常是深色或暗色，半透明至不透明。半金屬光澤，含鐵的礦物常具磁性。氧化物的熔點(diǎn)高、溶解度低，硬度大，其硬度大都在5.5以上,其物理化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定。成因及次生變化本大類礦物在內(nèi)生、外生和變質(zhì)作用過程中都可形成。對于以變價(jià)元素(Fe、Mn等)為主要成分的礦物，低價(jià)氧化物往往形成于內(nèi)生作用，而高價(jià)氧化物在內(nèi)、外生條件下都可以形成。氫氧化物多集中于地表或近地表部位，是巖石和礦床的風(fēng)化產(chǎn)物，外生成因的氧化物和氫氧化物大多是通過膠體途徑形成的。氫氧化物形成后，經(jīng)過變質(zhì)作用和脫水作用，可轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水的氧化物，如一水鋁石轉(zhuǎn)變?yōu)閯傆?。由于氧化物礦物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因而也常出現(xiàn)于各種砂礦床中。工業(yè)價(jià)值：由Si、Al、Mg等陽離子組成的礦物，在適宜的地質(zhì)條件下，常形成重要的非金屬礦產(chǎn)；由Fe、Mn、Cr、V、Nb等陽離子組成的礦物，常構(gòu)成重要的金屬礦產(chǎn)。分類屬于本大類的礦物，按其成分中的陰離子種類可分為：第一類：氧化物，陰離子為O2-，如石英、赤鐵礦等。第二類：氫氧化物，陰離子為OH-，如三水鋁石、針鐵礦等。剛玉化學(xué)組成：化學(xué)成分為Al2O3，可含微量的Fe3+、Ti4+或Cr3+等元素，以等價(jià)或異價(jià)類質(zhì)同象的形式代替Al3+，或以機(jī)械混入物的形式存在于剛玉晶體中。晶體結(jié)構(gòu)：晶體屬三方晶系，單晶呈桶狀雙錐形，或雙錐與底板面的聚形，較少為厚板狀，晶面上常有斜紋或橫紋。（如page136)物理性質(zhì)：顏色多變，與成分中所含的雜質(zhì)成分有關(guān)，含有Co、Ni、V時(shí)呈綠色，稱為綠寶石;含少量的鉻呈紅色，為紅寶石;含少量的鐵和鈦呈藍(lán)色，叫藍(lán)寶石。小知識之一：

藍(lán)寶石的化學(xué)成分為三氧化二鋁（Al2O3），因含微量元素鈦（Ti4+）或鐵（Fe2+）而呈藍(lán)色。在一定的條件下，可以產(chǎn)生美麗的六射星光，被稱為“星光藍(lán)寶石”。藍(lán)寶石可以分為藍(lán)色藍(lán)寶石和艷色（非藍(lán)色）藍(lán)寶石。艷色以印度產(chǎn)“矢車菊藍(lán)”為最佳。據(jù)說藍(lán)寶石能保護(hù)國王和君主免受傷害，有“帝王石”之稱。國際寶石界把藍(lán)寶石定為“九月誕生石”，象征慈愛、忠誠和堅(jiān)貞。

小知識之二：各種婚戒寶石代表意義

在婚禮上新人們互相交換戒指是最最浪漫的時(shí)刻，但你知道他送給你的戒指所代表的是什么意義嗎？

鉆石：堅(jiān)貞（硬度最高）

紅寶石：熱情（色澤艷麗如火）

藍(lán)寶石：沉穩(wěn)（富有成熟氣息）

翡翠(NaAL(Si2O6)

：高貴（中國人的最愛）,佩戴在腰部的寶石。

橄欖石：浪漫無憂（透澈晶瑩的綠）

變色石：神秘高雅（如貓眼、亞歷山大石等，寶石中的星光極為迷人）

剛玉集合體呈粒狀或致密塊狀。玻璃光澤至金剛光澤，透明到不透明，無解理，摩氏硬度9，比重3.95—4.10，密度隨著Cr2O3的含量的增加而增加，熔點(diǎn)可達(dá)到2050℃。成因產(chǎn)狀：剛玉常產(chǎn)于超基性巖內(nèi)的偉晶巖中、接觸交代變質(zhì)巖和高鋁低硅的變質(zhì)巖中，并常見于沖積砂礦中。鑒定特征：晶形，晶面條紋，高硬度、無解理。用途：可作為研磨材料及制造精密儀器的軸承，顏色鮮艷透明者可作貴重寶石，如紅寶石、藍(lán)寶石。分布：世界著名產(chǎn)地有俄羅斯的烏拉爾山脈、南非的德蘭士瓦、加拿大的安大略、土耳其的士麥那、希臘的納克索斯。寶石級的砂礦剛玉主要產(chǎn)于緬甸、斯里蘭卡、泰國、坦桑尼亞、美國蒙大拿州。赤鐵礦化學(xué)成分：Fe2O3，晶體屬三方晶系,與等軸晶系的磁鐵礦呈同質(zhì)多象。集合體形態(tài)多樣,單晶體常呈片狀、鱗片狀；菱面體和板狀；隱晶質(zhì)及非晶質(zhì)呈粒狀、鮞狀、腎狀、土狀、致密塊狀等。物理性質(zhì)：顯晶質(zhì)呈鐵黑至鋼灰色；隱晶質(zhì)呈暗紅色，條痕櫻紅色，金屬光澤至半金屬光澤，摩氏硬度為5--6，無解理，比重5.0-5.3。呈鐵黑色金屬光澤的片狀赤鐵礦集合體稱為鏡鐵礦；呈灰色、金屬光澤的鱗片狀赤鐵礦集合體稱為云母赤鐵礦；呈紅褐色、光澤暗淡的稱為赭石；呈鮞狀或腎狀的赤鐵礦稱為鮞狀或腎狀赤鐵礦。成因產(chǎn)狀：多數(shù)赤鐵礦礦床是變質(zhì)成因的，也有一些是熱液形成的，或大型水盆地中風(fēng)化和膠體沉淀形成的。鑒定特征

櫻紅色條痕是鑒定鑒定赤鐵礦的最主要特征，此外形態(tài)和弱磁性可與磁鐵礦、鈦鐵礦相區(qū)別。用途：赤鐵礦是自然界分布極廣的鐵礦物，是重要的煉鐵原料，也可用作紅色顏料。分布世界著名礦床有美國的蘇必利爾湖和克林頓、俄羅斯的克里沃伊洛格和巴西的邁那斯格瑞斯。中國著名產(chǎn)地有遼寧鞍山、甘肅鏡鐵山、湖北大冶、湖南寧鄉(xiāng)和河北宣化。磁鐵礦化學(xué)組成磁鐵礦的化學(xué)成分為Fe3O4。因?yàn)榫哂写判裕袊糯址Q為慈石、磁石、玄石。晶體結(jié)構(gòu)

等軸晶系，結(jié)晶習(xí)性呈粒狀，集合體為致密塊狀或粒狀。完好單晶形態(tài)呈八面體或菱形十二面體，呈菱形十二面體時(shí)，菱形面上有平行該晶面長對角線方向的條紋，如page139圖8-7。物理性質(zhì)顏色為鐵黑色，條痕呈黑色，半金屬光澤，不透明，無解理，摩氏硬度5.5-6，比重4.9-5.2，性脆。具強(qiáng)磁性，是礦物中磁性最強(qiáng)的，能被永久磁鐵吸引，中國古代的指南針“司南”就是利用這一特性制成的。成因產(chǎn)狀磁鐵礦形成于還原條件，在內(nèi)生作用和變質(zhì)作用中都可形成：接觸變質(zhì)形成的鐵礦以中國大冶鐵礦為典型；含鐵沉積巖層經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用形成的鐵礦，品位低，規(guī)模大。次生變化：磁鐵礦在炎熱氣候下，晶體中的Fe2+可被氧化為Fe3+，形成假象赤鐵礦。鑒定特征：根據(jù)晶形、黑色條痕和強(qiáng)磁性可與相似的礦物赤鐵礦、鉻鐵礦相區(qū)別。用途：磁鐵礦是煉鐵的主要礦物原料，也是傳統(tǒng)的中藥材。分布：俄羅斯、北美、巴西、澳大利亞和中國遼寧鞍山等地都有大量產(chǎn)出。錫石化學(xué)成分為SnO2。常含鐵和鈮、鉭等氧化物的細(xì)分散包裹體。錫石成分中微量元素可作為標(biāo)型特征：偉晶巖中的錫石，富含Nb和Ta，且Ta的量大于Nb；氣化-高溫?zé)嵋旱V床中的錫石，Nb和Ta含量減少，不超過1%，并且Nb大于Ta；錫石硫化物礦床中的錫石，Nb和Ta含量很低，但富含稀散元素In。晶體結(jié)構(gòu)：晶體屬四方晶系，單晶體常呈雙錐短柱狀，也有呈細(xì)長柱狀或雙錐狀的，膝狀雙晶普遍，集合體多呈粒狀、葡萄狀或鐘乳狀。具有同心帶狀構(gòu)造。如page143圖8-14物理性質(zhì)：純凈錫石近乎無色，一般呈黃棕色至深褐色、黑色，金剛光澤，斷口油脂光澤，透明度隨著顏色的深淺而變化，貝殼狀斷口，半透明至不透明，摩氏硬度6.8-7.0，比重6-7.0，性脆。成因：錫石主要產(chǎn)于花崗巖類侵入體內(nèi)部或近巖體圍巖的熱液脈中，當(dāng)花崗巖發(fā)生云英巖化，由于揮發(fā)組分FCl的作用，錫以SnF4的形式存在，經(jīng)過水解作用形成錫石。SnF4+2H2O→SnO2+4HF鑒定特征：以晶形和膝狀雙晶，硬度高和比重大為其特征，將錫石放在鋅板上滴一滴HCl，2-3min后，在錫石表面可見有一層錫白的金屬錫薄膜。用途：是最常見的錫礦物，大部分采自砂礦，是煉錫的最主要礦物原料。分布：世界著名產(chǎn)地是中國云南、廣西及南嶺一帶以及東南亞、玻利維亞、俄羅斯。中國是世界上產(chǎn)錫的主要國家之一，廣西南丹大廠規(guī)模最大。云南個(gè)舊錫礦開采悠久，素有“錫都”之稱。石英石英的化學(xué)成分為SiO2，低溫石英（α-石英）為三方晶系，密度2.65，是石英族礦物中分布最廣的一個(gè)礦物種。穩(wěn)定溫度范圍為573℃，可產(chǎn)在各種地質(zhì)作用中。廣義的石英還包括高溫石英（β-石英）。屬于六方晶系，密度2.53，穩(wěn)定溫度范圍為573--870℃，產(chǎn)于火山巖中。低溫石英常呈帶尖頂?shù)牧街鶢罹w產(chǎn)出，柱面有橫紋。石英集合體通常呈粒狀、塊狀或晶簇、晶腺等。石英因粒度、顏色、包裹體等的不同而有許多變種。無色透明的石英稱為水晶，紫色水晶俗稱紫晶；煙黃色、煙褐色至近黑色的俗稱茶晶、煙晶或墨晶；玫瑰紅色的俗稱芙蓉石；具不同顏色同心條帶構(gòu)造的晶腺叫瑪瑙；瑪瑙晶腺內(nèi)部有明顯可見的液態(tài)包裹體的俗稱瑪瑙水膽；細(xì)粒微晶組成的灰色至黑色隱晶質(zhì)石英稱燧石，俗稱火石。注意：石英族礦物中，石英、磷石英和方石英各自的高中低溫變體之間，其同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變不涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂和重建，轉(zhuǎn)變過程迅速而且可逆，低溫變體在名稱前加α，高溫變體前加β。在石英和磷石英間，磷石英和方石英之間的轉(zhuǎn)變，都涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂和重建，過程緩慢，當(dāng)降溫時(shí)往往過冷卻而不發(fā)生轉(zhuǎn)變，繼續(xù)以準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)存在，直到最后變?yōu)樽陨淼牡蜏刈凅w。α石英化學(xué)組成：接近純二氧化硅，變化范圍小，含有液體、固體、氣態(tài)混入物。晶體結(jié)構(gòu)：三方晶系，在晶體結(jié)構(gòu)中，硅氧四面體間以頂角相連構(gòu)成架狀結(jié)構(gòu)，沿C軸方向呈三次螺旋狀排列。形態(tài)：α-石英的結(jié)晶習(xí)性隨著形成溫度和過飽和程度的不同而不同，高溫時(shí)錐面發(fā)育，低溫時(shí)柱面發(fā)育。集合體形態(tài)有顯晶和隱晶質(zhì)兩種，前者呈晶簇狀、塊狀、致密狀，后者呈種乳狀，皮殼狀、結(jié)核狀等。α-石英的雙晶發(fā)育，常見的雙晶有道芬雙晶和巴西雙晶。物理性質(zhì)：純凈的石英無色透明，稱為水晶，因?yàn)楹形⒘可仉x子或細(xì)分散包裹體而呈現(xiàn)各種顏色，使透明度降低；玻璃光澤，貝殼狀斷口上具油脂光澤；無解理，摩氏硬度7，比重2.65。受壓或受熱能產(chǎn)生電效應(yīng)，具有壓電性和焦電性。呈腎狀、皮殼狀、鐘乳狀的隱晶質(zhì)石英稱石髓，蠟狀光澤，微透明，硬度6.5，具有不同顏色條帶和花紋相間分布的石髓稱為瑪瑙，呈暗紅色，其中含有氧化鐵達(dá)20%以上時(shí)稱為碧玉。成因產(chǎn)狀：在自然界分布廣，是巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖的主要造巖礦物。是花剛偉晶巖和大多數(shù)熱液礦脈的主要組成礦物，在晶洞中往往形成晶形好的石英晶體，是工業(yè)用壓電水晶的主要來源。鑒定特征：以晶形、光澤、無解理和高硬度為特征。用途：石英的用途很廣：無裂隙、無缺陷的水晶單晶用作壓電材料，用來制造石英諧振器和濾波器；一般石英可以作為玻璃原料，紫色、粉色的石英和瑪瑙還可作雕刻工藝美術(shù)的原料。β石英：β石英的穩(wěn)定溫度范圍為573--870℃，溫度低于573℃，就轉(zhuǎn)變?yōu)棣潦?。晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)：六方晶系，六方雙錐晶形發(fā)育，有時(shí)能見六方柱與其成聚形。物理性質(zhì)：灰白、乳白色，斷口呈現(xiàn)油脂光澤，無解理，硬度7，密度2.53。成因產(chǎn)狀：在自然界是直接結(jié)晶的產(chǎn)物，產(chǎn)在酸性巖漿巖中，在酸性噴出巖中呈斑晶或見于晶洞中，多已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閍石英，但常保留β石英的假象。鑒定特征：晶形、光澤和硬度為特征。用途：作為玻璃原料，研磨材料，硅質(zhì)耐火材料和陶瓷材料。蛋白石：化學(xué)組成：二氧化硅的含量65%-90%，水的含量為4%-9%，最高可達(dá)到20%，三氧化二鋁含量達(dá)到9%，三氧化二鐵可達(dá)3%，氧化錳含量10%，有機(jī)物達(dá)到3.9%，以及其它雜質(zhì)。晶體結(jié)構(gòu)：屬于晶質(zhì)礦物，其內(nèi)部存在著二氧化硅球體堆積。各種蛋白石中的球體直徑不同，變化范圍是150-400nm，在空隙中充填各種水雜質(zhì)。常呈現(xiàn)隱晶質(zhì)致密狀，或鐘乳狀、皮殼狀等。物理性質(zhì)：由于含有各種雜質(zhì)而顏色多變，一般為蛋白色，玻璃光澤或蛋白光澤，硬度5.5-6.5，密度1.99-2.25。無色透明者稱為玻璃蛋白石，半透明，具有強(qiáng)烈的橙紅變彩者稱為火蛋白石，在乳白色基質(zhì)中有各種顏色變彩者稱為貴蛋白石。成因產(chǎn)狀：蛋白石可從溫泉、淺成低溫?zé)嵋褐行纬桑３Ｅc低溫石英、鱗石英、方石英等伴生；

在外生條件下，硅酸鹽分解后，二氧化硅成為硅膠就地沉積遷移到海水，被生物吸收后構(gòu)成硅質(zhì)骨骼，死后堆積成硅藻土。鑒定特征：以顏色、變彩及蛋白光澤為特征，有時(shí)類似石髓，但硬度較低。用途：變彩的蛋白石可作為名貴的工藝雕刻品的材料。硅藻土質(zhì)輕多孔，用于制造過濾劑，又是重要的隔音材料以及陶瓷原料。軟錳礦軟錳礦化學(xué)成分為MnO2，晶體屬四方晶系金紅石型結(jié)構(gòu)。通常呈腎狀、結(jié)核狀、塊狀或粉末狀集合體，其中呈樹枝狀似化石的形態(tài)，俗稱假化石。

物理性質(zhì)：通常鐵黑色，條痕黑色，半金屬光澤，摩氏硬度1--2，摸之污手，比重4.55。成因產(chǎn)狀：軟錳礦是在強(qiáng)烈氧化條件下形成的。除呈礦巢或礦層產(chǎn)于殘留粘土中外，主要在沼澤中以及湖底、海底和洋底形成沉積礦床。用途：軟錳礦是最普通的錳礦物，也是提煉錳的重要的礦石礦物。世界著名產(chǎn)地有俄羅斯、加蓬、巴西、澳大利亞。中國湖南、廣西、遼寧、四川等地有產(chǎn)出。金紅石金紅石的化學(xué)成分為TiO2，晶體屬四方晶系。它有兩個(gè)同質(zhì)多相變體，即板鈦礦和銳鈦礦。外形：金紅石通常呈帶雙錐的柱狀或針狀晶體，柱面常有縱紋。膝狀雙晶常見。金紅石顯微針狀晶體常被包裹于石英、金云母、剛玉等晶體中，尤其在剛玉中呈六射星形分布形成星光紅寶石和星光藍(lán)寶石。物理性質(zhì)：金紅石通常呈紅褐色到幾乎黑色，條痕淺