礦石學第二篇礦物各論

第二篇礦物各論2/2/20231第一章礦物的分類化學成分分類：以化學成分為依據(jù)；地球化學分類：以元素的地球化學特征為依據(jù)；成因分類：以礦物成因為依據(jù)；工業(yè)分類：從工業(yè)應用的角度對礦物進行分類；晶體化學分類：既考慮到礦物的化學組成的特點，也考慮到晶體結構的特點進行分類。2/2/20232§1礦物的工業(yè)分類工業(yè)上一般分為金屬礦物和非金屬礦物兩大類，但根據(jù)礦物的不同性質和用途，又將工業(yè)礦物作了具體的劃分：

1.金屬礦物類

1)鋼鐵基本原料金屬礦物(也稱黑色金屬礦物)2)有色金屬礦物

3)貴金屬礦物

4)稀有金屬礦物

5)分散元素

6)放射性金屬礦物2/2/202332.非金屬礦物類1)冶金輔助原料非金屬礦物2)化工原料非金屬礦物3)特種非金屬礦物4)建筑材料及其它非金屬礦物2/2/20234§2礦物的成因分類1.內(nèi)生成因礦物：這類礦物的形成主要與巖漿活動有關。

1)巖漿型礦物：主要產(chǎn)在巖漿巖型礦床中；2)偉晶型礦物：主要出現(xiàn)在偉晶巖型礦床中；3)氣成－熱液型礦物：主要產(chǎn)在氣成－熱液礦床中。2/2/202352.外生成因礦物：主要是在外生地質作用下(如風化、沉積作用)形成的，根據(jù)作用條件的不同，又分為：1)風化型礦物：由風化作用后形成；2)沉積型礦物：機械沉積作用形成。2/2/202363.變質成因礦物：形成于變質作用。1)接觸變質型礦物：礦石礦物如石墨、磷灰石、磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等；2)區(qū)域變質型礦物：礦石礦物如磁鐵礦、赤鐵礦、硬錳礦、褐錳礦等。

2/2/20237§3礦物的晶體化學分類是以礦物的化學成分和內(nèi)部構造為依據(jù)的分類方法。分類原則：根據(jù)化學組成的基本類型，將礦物分為五個大類。2/2/202381.自然元素礦物：這類礦物主要是單質元素金屬礦物，其次為金屬的互化物和少量非金屬自然元素礦物。金屬及金屬互化物為金屬鍵結合，非金屬元素礦物為共價鍵或帶金屬鍵或分子鍵結合。2.硫化物及其類似化合物礦物：這類礦物具有離子鍵向金屬鍵過渡并帶有某些共價鍵性質，陰離子的化學成分主要為硫離子。3.含氧鹽礦物：是金屬陽離子與各種含氧的絡陰離子所組成的化合物?；瘜W鍵主要為離子鍵，但有向共價鍵過渡的某些特性。4.氧化物和氫氧化物礦物：是金屬與氧或氫氧根所組成的化合物?；瘜W鍵主要為離子鍵，某些礦物具有共價鍵或分子鍵的特性。5.鹵化物礦物：這類礦物是金屬與氟、氯、溴、碘的化合物?；瘜W鍵具典型的離子鍵。2/2/20239大類以下，根據(jù)陰離子（包括絡陰離子）的種類分為類，有時在類以下根據(jù)絡陰離子再分為亞類，如硅酸鹽。類以及亞類以下，一般根據(jù)晶體結構型和陽離子性質分為族，有時在族以下根據(jù)陽離子種類分為亞族。族之下根據(jù)一定晶體結構和一定化學成分分為種，有時在完全類質同象系列中，根據(jù)其所含端元組分的比例劃分種為幾個亞種，對晶體結構相同，成分或物性稍異的則歸為變種或異種。2/2/202310礦物族的概念一般是指化學組成類似并且晶體結構類型相同的一組礦物。但是為了便于說明某些礦物之間的聯(lián)系，有時我們也把同質多象變體歸之于同一個族。

礦物分類的基本單位是種。所謂“種”，是指具有一定的化學組成和一定的晶體結構的獨立單位。這里的“一定”有相對意義，由于類質同象代換，它們可以在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化。對于同質多象變體而言，同一物質的不同變體雖然化學組成相同，但它們的晶體結構有明顯的差別，因而應區(qū)別為不同的礦物種。亞種（亦稱變種或異種）是指：同屬于一個種的礦物，但在化學組成、物理性質等方面有一定程度的變異者。2/2/202311具體分類方案第一大類自然元素礦物第二大類硫化物及其類似化合物

第一類單硫化物及其類似化合物第二類雙硫化物及其類似化合物第三類硫鹽第三大類鹵素化合物

第一類氟化物第二類氯化物第四大類氧化物和氫氧化物

第一類簡單氧化物第二類復雜氧化物第三類氫氧化物第五大類含氧鹽

第一類硝酸鹽第二類碳酸鹽第三類硫酸鹽第四類鉻酸鹽第五類鎢酸鹽和鉬酸鹽第六類磷酸鹽、砷酸鹽和釩酸鹽第七類硅酸鹽

第一亞類島狀結構硅酸鹽第二亞類環(huán)狀結構硅酸鹽第三亞類鏈狀結構硅酸鹽第四亞類層狀結構硅酸鹽第五亞類架狀結構硅酸鹽第八類硼酸鹽2/2/202312第二章自然元素礦物自然元素礦物共約有四十種，約占地殼總重量的0.1%，是數(shù)量最少的一個大類。自然元素礦物可以分為三類：第一類為金屬元素，如金、銀、銅；第二類為半金屬元素，如砷，銻；第三類為非金屬元素，如石墨、金剛石和硫。2/2/2023131.晶體化學和物理性質本大類礦物的晶格構造有三種類型：金屬晶格、原子晶格和分子晶格。金屬晶格礦物：質點半徑大，質點之間以典型的金屬鍵結合，質點之間排列緊密，連接力無方向性，所以這類礦物具有金屬性質，解理不發(fā)育，礦物比重大。原子晶格礦物：礦物內(nèi)部質點以共價鍵聯(lián)系，礦物具金剛光澤、色淺、透明，硬度高、熔點高和不導電等特性。分子晶格礦物：這類礦物由于分子內(nèi)的質點以共價鍵結合，分子之間是以很弱的分子鍵維系著，因此礦物一般具有硬度低、比重小、熔點低，以及導電、傳熱性能差等特性。2/2/2023142.產(chǎn)狀主要形成于內(nèi)生成礦作用，但是各種礦物的具體產(chǎn)出特點卻很不相同。例如鉑族元素和金剛石，均產(chǎn)在超基性巖石中；自然金、銀、鉍等常見于各類熱液礦床；石墨多產(chǎn)在巖漿礦床、接觸變質礦床。

自然銀－SILVER

金～GOLD

2/2/202315第三章硫化物及其類似化合物硫化物是硫與金屬、半金屬元素結合而成的天然化合物。也包括金屬與硒、碲、砷、銻等的化合物，總數(shù)約350種，重量約占地殼總重量的0.15%。該大類礦物是有色金屬（銅、鉛、鋅、銻、汞、鎳、鈷等）的主要來源，所以工業(yè)上具重大意義。2/2/2023161.晶體化學特點

硫化物的化學組成中，陰離子主要為S，其次是與硫性質相似的Se、Te、As、Sb等。陽離子主要為離子半徑小、原子量大、電價較高、極化能力強的銅型元素，如Cu、Pb、Zn、Ag、Cd、Au、Bi、Hg等，其次是過渡型如Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Pt等和半金屬元素As、Sb。這類礦物中的類質同象廣泛，但由于S2－等陰離子較易受極化的影響，不同類型的陽離子極化力不同，與硫形成化合物的晶格類型差異就大，因此在硫化物中只有銅型離子易于發(fā)生類質同象，過渡型離子只能有限地替換。硫化物礦物屬于離子化合物，但陽離子半徑較小，電荷較高，極化力強，而陰離子半徑大，易于極化，因此使化學鍵類型發(fā)生變化。由于極化程度的差異，有的硫化物有向金屬鍵過渡性質（如方鉛礦、黃銅礦等），有的礦物有向共價鍵過渡性質（如閃鋅礦、辰砂等）。2/2/2023172.物理性質和化學性質多數(shù)硫化物均具金屬特性，因此礦物具有金屬色和金屬光澤，不透明，條痕色較深。部分硫化物顏色較淺，條痕色較淡，而帶金剛光澤，半透明。但該大類沒有玻璃光澤的礦物。多數(shù)硫化物的比重大、硬度低為硫化物的另一特性。此外，一般硫化物具導電、導熱性并多具脆性。硫化物在水中的溶解度很低，這是由于晶格鍵型的變化，其質點已不再是典型的帶正負電荷的離子，質點和具有極性的水分子間的作用遠遠小于帶正負電荷的離子的緣故。然而，硫化物卻易遭氧化而分解，原因在于其陰離子硫（硒、碲、砷等）在氧化環(huán)境中易改變電價，形成硫酸鹽。2/2/2023183.產(chǎn)狀硫化物絕大部分屬于中低溫熱液礦床和接觸交代礦床產(chǎn)物，少數(shù)屬于巖漿成礦作用和外生風化作用產(chǎn)物。銅、鉛鋅、鐵、鈷、鎳等硫化物常緊密共生，這是本大類礦物在產(chǎn)狀上的最大特點。其次由于硫化物易于氧化分解，原生金屬硫化物氧化后在地表常形成一些鐵帽，形成次生的金屬氧化物、硫酸鹽及碳酸鹽等，同時在氧化帶的下部易形成次生金屬硫化物的富集帶。黃鐵礦－Pyrite

斑銅礦－Bornite

2/2/2023194.分類本大類礦物按陰離子的特點分為以下三大類：

1、簡單硫化物類即陰離子為簡單的S2－、Se2－、Te2－、As3－與金屬陽離子結合而成的化合物。如方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦等。

2、對硫化物類即復硫化物或二硫化物，它是對陰離子[S2]2－、[Se2]2－、[As2]2－、[AsS]2-等與金屬陽離子結合而成的化合物。[S2]2－稱偶陰離子團，是由兩個原子以共價鍵結合組成的陰離子團。如黃鐵礦FeS2、毒砂Fe[AsS]

3、含硫鹽類是S與半金屬元素As、Sb、Bi結合形成較復雜的絡陰離子團如[SbS3]3－、[AsS3]3－，再與金屬陽離子結合形成的化合物。例如黝銅礦Cu12[Sb4S13]。2/2/202320第四章氧化物和氫氧化物

是金屬和非金屬的陽離子與陰離子O2－和[OH]1－相結合的化合物，如石英、鋁土礦等，是地殼的重要組成礦物，化合物有200多種，約占地殼總重量的17％，其中以SiO2分布最廣，約占12.6%左右。

2/2/2023211.晶體化學特點組成氧化物和氫氧化物的陰離子為O2－和[OH]1－，因此，陽離子主要為親氧元素（Al、Si、Mg、Ca等）和過渡型元素（Fe、Mn、Ti等），其次為親硫(銅)元素（Cu、Pb、Zn、Sb、Bi等）。陰離子O2－和[OH]1－的半徑幾乎相等，O2－的半徑為1.32?，[OH]1－的半徑為1.33?，在結晶格架中由它們組成立方或六方最緊密堆積，陽離子便充填在四面體或八面體孔隙中，故陽離子的配位數(shù)為4或6，部分是8或12。典型的二價金屬氧化物以離子鍵為主，而某些三價或四價的金屬氧化物，則具有離子鍵向共價鍵過渡或趨于共價鍵的性質，如石英SiO2、金紅石TiO2、Al2O3等。有的金屬氧化物不僅具有離子鍵向共價鍵過渡的性質，還帶有金屬鍵特點，如磁鐵礦Fe3O4等。2/2/2023222.物理性質本類礦物晶形一般發(fā)育，氧化物多呈粒狀，氫氧化物多呈針柱狀、鱗片狀或土狀。內(nèi)生成因者（氧化物為主）晶形完好，外生成因者（氫氧化物為主）晶形較差，其集合體多為致密塊狀、土狀、粉末狀或隱晶狀和膠狀出現(xiàn)。由Fe、Mn、Cr等過渡型色素離子組成的礦物顏色較深，不透明至半透明，金屬光澤至半金屬光澤（如磁鐵礦）；由惰性離子型元素Si、Al、Mg等陽離子組成的礦物則顏色較淺至無色，透明至半透明，玻璃光澤（如石英）。氧化物硬度一般較高（>5.5），氫氧化物硬度一般較低。2/2/2023233.產(chǎn)狀氫氧化物主要為巖石和礦床風化的產(chǎn)物，它們的陽離子主要是從被風化的巖石或礦床中分離出來的Mg、Fe、Mn、Al、Sn、Ti等。并多呈細分散膠態(tài)混合物產(chǎn)出。低價的氧化物可以產(chǎn)出于火成巖、偉晶巖以及氣成熱液礦床中；而高價的氧化物（Mn4＋、W6＋、Sb4＋等）多在外生條件下形成。鏡鐵礦－grayhematite金紅石－RUTILE

2/2/2023244.分類由組成它們的陰離子和陽離子的不同而分成三類：第一類：簡單氧化物

這類氧化物的化學成分簡單，由一種金屬陽離子和氧結合而成。它有A2X型（赤銅礦Cu2O）、AX型（黑銅礦CuO）、A2X3型（赤鐵礦Fe2O3）和AX2型（金紅石TiO2）。第二類：復雜氧化物

由兩種或兩種以上的陽離子和氧結合而成的化合物。它有ABX3型（鈦鐵礦）、AB2X4型（尖晶石MgAl2O4）和AB2X6型[鈮鐵礦(Fe,Mn)Nb2O6]。第三類：氫氧化物

包括含H2O、(OH)－、H＋和金屬的化合物。由于(OH)－的半徑較大(1.33?)，礦物的結晶構造主要取決于(OH)－的分布。(OH)－呈六方最緊密堆積，構成層狀格架，層內(nèi)為離子鍵，層間為分子鍵。所以這類礦物多呈板狀、片狀和鱗片狀，解理發(fā)育。少數(shù)氫氧化物也呈針狀、柱狀產(chǎn)出，其內(nèi)部具鏈狀構造，鏈內(nèi)為離子鍵，鏈間以弱的氫鍵連接，故解理較差。2/2/202325第五章含氧鹽礦物

是各種含氧根與金屬陽離子組成的鹽類礦物，占已知礦物的2/3左右，達2000多種，在地殼內(nèi)分布極為廣泛。其中以硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽占主要地位。2/2/2023261.晶體化學特點

本大類的陰離子均屬于絡陰離子，具有較大的離子半徑（>2.5?）。因此，只能與離子半徑較大的陽離子結合才能形成穩(wěn)定的化合物。常見的陽離子有K＋、Na＋、Li＋、Ca2＋、Al3＋、Mg2＋、Sr2＋、Ba2＋等。當陽離子半徑較小或電價不平衡時，則由附加陰離子OH－、Cl－、F－或H2O等來補償。絡陰離子中的陽離子具有較高的電荷和較小的半徑，因此其中的氧離子與中心的陽離子之間的結合力很牢固，具共價鍵。絡陰離子與其外部陽離子的結合力則次之，主要為離子鍵，大多數(shù)含氧鹽礦物屬于這類晶格鍵。絡陰離子作層狀構造者，礦物晶格具分子鍵。因此含氧鹽具有多種鍵性。2/2/2023272.物理性質

一般來說，本類礦物大多數(shù)色淺，透明至半透明，玻璃光澤，比重小、硬度較高，導電性、傳熱性差，非磁性，難溶解和不易熔融。但少數(shù)向共價鍵過渡者則具金剛光澤，硬度更高，化學性質更穩(wěn)定。具分子鍵或含水者則透明度很差，呈土狀光澤，硬度也低，并易脫水分解。2/2/2023283.產(chǎn)狀

不同類型的含氧鹽礦物，它們的產(chǎn)出情況和形成條件是很不相同的。在巖漿作用過程中，形成大量硅酸鹽礦物和部分磷酸鹽礦物，如長石、云母、磷灰石等；熱液活動過程中除形成硅酸鹽外，還形成鎢酸鹽和部分的碳酸鹽及硫酸鹽，如黑鎢礦、方解石、重晶石等。外生地質作用也形成一些含氧鹽，如硝酸鹽及大部分的硫酸鹽、硼酸鹽和碳酸鹽。

2/2/2023294.分類

根據(jù)絡陰離子的類型分為以下幾類：硅酸鹽類礦物：如橄欖石、長石、云母碳酸鹽類礦物：如方解石、白鉛礦硫酸鹽類礦物：如重晶石、石膏等其他含氧鹽礦物類(磷酸鹽、鎢酸鹽、砷酸鹽、釩酸鹽、鉬酸鹽、鉻酸鹽等)：如磷灰石、白鎢礦。2/2/202330§1硅酸鹽礦物

在硅酸鹽結構中，每個Si原子一般為四個O原子包圍，構成[SiO4]四面體，即硅氧骨干，它是硅酸鹽的基本構造單位。由于Si離子的電價為+4價，配位數(shù)為4，它賦予每一個氧離子的電價為1，即等于氧離子電價的一半，氧離子另一半電價可以用來聯(lián)系其它陽離子，也可以與另一個硅離子相聯(lián)。因此，在硅酸鹽結構中[SiO4]四面體既可以孤立地被其它陽離子包圍起來，也可以彼此共用角頂?shù)姆绞竭B結起來形成各種形式的硅氧骨干。硅氧骨干有以下四種主要類型：

2/2/202331

1、島狀硅氧骨干：硅氧骨干被其它陽離子所隔開，彼此分離猶如孤島，包括孤立的[SiO4]單四面體及[Si2O7]雙四面體和孤立環(huán)狀四面體[SinO3n]型。孤立硅氧四面體型孤立雙硅氧四面體型孤立環(huán)狀硅氧四面體型A.三環(huán)B.四環(huán)C.六環(huán)2/2/202332本亞類礦物為具有絡陰離子[SiO4]4－、[Si2O7]6－、[Si3O9]6－、[Si4O12]8－和[Si6O18]12－的礦物；組成礦物的陽離子主要有：Fe2+、Mg2+、Ca2+，Mn2+，F(xiàn)e3+、Al3+、Cr3+，Ti4+、Zr4+等；一般具有離子鍵和共價鍵，故礦物具有表面極性較強，親水性較好，硬度較高，由于含各種色素離子而顏色變化較大，物理性質和化學性質較穩(wěn)定等特點。島狀構造硅酸鹽礦物的主要特征

尖晶石～SPINEL

2/2/2023332、鏈狀硅氧骨干：[SiO4]四面體以角頂聯(lián)結成沿一個方向無限延伸的鏈，其中常見的有單鏈和雙鏈。無論是單鏈還是雙鏈，鏈間均以陽離子來聯(lián)系。

單鏈雙鏈2/2/202334鏈狀構造硅酸鹽礦物的主要性質本亞類最常見的礦物為輝石族(單鏈構造)和角閃石族(雙鏈構造)。輝石族礦物的化學式為R2[Si2O6]；角閃石族礦物化學式為R7[Si4O11]2[OH]2。陽離子R主要為Fe2+、Mg2+、

Ca2+，有時為Na+、

Li+、Al3+、Fe3+等。絡陰離子中的Si4+可部分被Al3+代替。鏈內(nèi)為強的離子鍵，鏈間離子鍵較弱。主要物理性質：顏色較深，玻璃光澤，晶體為一向延長的柱狀或針狀，硬度較高，比重中等，含F(xiàn)e者具弱磁性，非導體。透閃石～TREMOLITE2/2/2023353、層狀硅氧骨干：[SiO4]四面體以角頂相連，形成在兩度空間上無限延伸的層。層中每一個[SiO4]四面體以三個角頂與相鄰的[SiO4]四面體相聯(lián)結，形成六方網(wǎng)狀，硅氧骨架以[Si4O10]4－表示。與兩個硅相聯(lián)結的氧電價飽和，為“惰性氧”或稱“橋氧”；只與一個硅相聯(lián)結的氧為“活性氧”或稱“端氧”?；钚匝蹩芍赶蛞环揭部梢灾赶蛳喾吹姆较?，[SiO4]四面體也可有不同的聯(lián)結方式。層狀構造硅酸鹽四面體群2/2/202336礦物主要包括絡陰離子[Si4O10]4－和附加陰離子

[OH]－的云母和類云母礦物；陽離子主要為Mg2+、Al3+，類質同象普遍。硅氧四面體中的一部分Si4+被Al3+代替，故有附加陽離子K＋、Na＋、Ca2＋等加入使電價平衡。層內(nèi)以離子鍵結合，層間以分子鍵或較弱的離子鍵聯(lián)結。多含有附加陰離子F－、Cl－、[OH]－等；礦物一般為片狀晶體，一向極完全解理，薄片具撓性或彈性，硬度較低，比重較小，非電熱導體，表面極性較差，故疏水性較好。層狀構造硅酸鹽礦物的主要性質2/2/2023374、架狀硅氧骨干：[SiO4]四面體四個角頂全部與其相鄰的四個[SiO4]四面體共用，每個氧與兩個硅相聯(lián)系，形成惰性氧，石英(SinO2n)族礦物即具此結構。

但在硅酸鹽的架狀骨干中，必須有部分的四價硅為三價鋁所代替，從而使氧離子帶有部分剩余電荷得以與骨干外的其它陽離子結合，形成鋁硅酸鹽。

架狀構造硅酸鹽四面體群2/2/202338架狀構造硅酸鹽礦物的主要性質絡陰離子多為[AlSi3O8]1－或[Al2Si2O8]2－，陽離子主要為K＋、Na＋、Ca2＋、Ba2＋等。由于晶格骨架中存在很大的空間，有時可容納附加陰離子F－、Cl－、[OH]－等以補償構造中過剩的正電荷。絡陰離子內(nèi)部為共價鍵，與陽離子之間為離子鍵結合。本亞類最常見的是長石族礦物，K、Na、Ca陽離子等可以形成廣泛的類質同象，形成兩個類質同象系列的礦物：鉀鈉長石系列：Na[AlSi3O8]－K[AlSi3O8]，組成正長石亞族鈉鈣長石系列：Na[AlSi3O8]－Ca[Al2Si2O8]，組成斜長石亞族2/2/202339主要物理性質：色淺、硬度較高、玻璃光澤、比重較輕、電熱的不良導體、具親水性等。鈉長石與白云母正長石－Orthoclase2/2/202340§2碳酸鹽礦物