實習(xí) 氧化物和氫氧化物礦物大類

一、目的要求1、初步認(rèn)識氧化物和氫氧化物礦物的主要特征2、描述并認(rèn)識幾種常見氧化物和氫氧化物礦物二、預(yù)習(xí)內(nèi)容教材第三章第二節(jié)的有關(guān)部分三、實習(xí)內(nèi)容1、氧化物礦物赤鐵礦Fe2O3磁鐵礦Fe3O4鉻鐵礦FeCr2O4軟錳礦MnO2石英SiO2剛玉Al2O3錫石SnO2

2、氫氧化物礦物褐鐵礦Fe2O3·nH2O鋁土礦Al2O3·nH2O硬錳礦mMnO·MnO2·nH2O3、鹵化物螢石CaF四、思考題

1、氧化物與氫氧化物礦物在主要物性上有什么區(qū)別？2、如何區(qū)別下列鐵的氧化物礦物？赤鐵礦磁鐵礦鉻鐵礦實習(xí)三氧化物和氫氧化物礦物氧化物和氫氧化物礦物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)-相化合形成的化合物。目前已發(fā)現(xiàn)的氧化物礦物已逾200種，它們在地殼中分布廣泛。其中一些為重要的造巖礦物，如石英；一些為提取如Fe,Mn,Al,Ti,Sn,Nb,Ta,U,Th等重要金屬元素、放射性元素的礦石礦物。此外，一些氧化物礦物可直接作為重要的工業(yè)原料和工藝原料而加以利用。如剛玉由于其高硬度而用以制作磨料和精密儀器的軸承；石英由于具有壓電性質(zhì)而被應(yīng)用于無線電工業(yè)等；剛玉、石英以及尖晶石等礦物還是制作高／中檔寶石的原材料

陰離子主要陰離子是氧。氧具有離子鍵性和共價鍵性雙重特點，由與其配位的陽離子的電價和離子類型決定：在電價低的惰性氣體型離子所組成的氧化物中以離子鍵為主，如方鎂石MgO，隨著電價的增加，共價鍵的成分趨向增多，如剛玉（Al2O3）已具有較多的共價鍵成分，至石英（SiO2）則以共價鍵為主Si-O鍵共價鍵成分達50％

陽離子主要是惰性氣體型和過渡型離子化學(xué)組成氧化物礦物晶體化學(xué)特征化學(xué)鍵以離子鍵為主，且在以惰性氣體型離子組成的氧化物中表現(xiàn)的最為明顯。但由于陽離子性質(zhì)的不同也可呈現(xiàn)出共價鍵、分子鍵等其它鍵性。在由氧和小半徑陽離子組成的氧化物中，氧呈最緊密堆積，陽離子充填于八面體空隙（CN＝6）、四面體空隙（CN＝4）和其它類型的空隙中；也可由氧和大半徑的陽離子共同呈最緊密堆積，而由較小半徑的陽離子充填其形成的空隙；在含有大半徑堿金屬陽離子的氧化物中，氧不呈緊密堆積；在非離子鍵性（共價鍵、分子鍵等）已占相當(dāng)比例的氧化物中，氧一般也難以實現(xiàn)最緊密堆積形態(tài)及物理性質(zhì)常形成完好晶形，亦常見致密塊狀、粒狀及其它集合體形態(tài)。陽離子為惰性氣體型離子的氧化物表現(xiàn)為無色或淺色，透明至半透明，以玻璃光澤為主。陽離子為過渡型離子或銅型離子的氧化物顏色加深，半透明至不透明，金剛光澤、半金屬至金屬光澤。氧化物礦物的硬度一般大于5.5。礦物的相對密度變化較大，主要與礦物化學(xué)組成中元素的原子量及礦物晶體結(jié)構(gòu)的緊密程度有關(guān)。氧化物礦物熔點高、溶解度低，物理和化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的特點。含F(xiàn)e,Ti,Cr等元素的礦物具有強弱不等的磁性；含放射性元素U,Th等的礦物具有放射性，并往往由于放射性元素的蛻變而使礦物產(chǎn)生非晶質(zhì)化成因和產(chǎn)狀氧化物礦物廣泛形成于內(nèi)生、外生和變質(zhì)作用中對于變價元素來說，其低價（如Fe2+,Cr3+,Mn2+等）氧化物多是在內(nèi)生作用(主要是熱液作用、巖漿作用、其次是偉晶作用)下產(chǎn)生的；而高價（如Mn4+,W6+,Sb5+等）氧化物則多是在表生作用（如巖石或礦床的風(fēng)化殼）中產(chǎn)生的不變價元素的氧化物則往往有多種成因。由于這些礦物形成時所要求的溫度、壓力都比較高，因而多在巖漿、偉晶、熱液或變質(zhì)作用中產(chǎn)生；又因其物理化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，故又能保存于砂礦中分類A2X型（赤銅礦族）AX型（方鎂石族）A2X3型（剛玉族）AX2型（金紅石族）ABX3型（鈣鈦礦族）AB2X4型（尖晶石族）ABX4型（黑鎢礦族）AB2X6型（鈮鉭鐵礦族）A2B2X7型（燒綠石族）(corundum)-Al2O3常見礦物介紹晶體結(jié)構(gòu)O2-作六方最緊密堆積，堆積層垂直于三次軸；Al3+充填2／3的八面體空隙，[AlO6]八面體在平行（0001）的方向上共棱成層；在單位晶胞中c軸長度范圍內(nèi)相當(dāng)于六個[AlO6]八面體共面相聯(lián)。由于Al-O鍵具離子鍵向共價鍵過渡的性質(zhì)（共價鍵約占40％），從而使剛玉表現(xiàn)出共價鍵化合物的特征形態(tài)和物性腰鼓狀晶體，透明剛玉無色、白色，由于成分中所含色素離子的存在可呈多種顏色；如：白寶石、紅寶石（含Cr）、藍(lán)寶石（含F(xiàn)e和Ti）、綠寶石（含Co,Ni,V）、鐵剛玉（含F(xiàn)e2+和Fe3+）、黃寶石（含Ni）、星光紅（或藍(lán)）寶石。無解理，硬度為9，熔點高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被腐蝕剛玉赤鐵礦(hematite)Fe2O3赤鐵礦的晶形與形成條件有關(guān)：在熱液條件下常具扁平的菱面體狀、板狀或片狀晶形接觸交代作用多為粒狀晶形沉積作用的產(chǎn)物多呈隱晶質(zhì)的鮞狀、腎狀、豆?fàn)?、粉末狀集合體區(qū)域變質(zhì)作用形成鏡鐵礦（片狀、鱗片狀、金屬光澤）和云母赤鐵礦（細(xì)小鱗片狀或貝殼狀鏡鐵礦）赤鐵礦形態(tài)：單體片狀或板狀；集合體鱗片、腎狀、鮞狀土狀或致密塊狀。

顏色：顯晶鋼灰至鐵黑色，隱晶紅色，土狀者紅褐色

條痕：櫻紅色

光澤：金屬至半金屬光澤

透明度：不透明

解理：無

硬度：5-6隱晶質(zhì)較低

其它：

赤鐵礦HematiteFe2O3石英(quartz)SiO2

晶體結(jié)構(gòu)為[SiO4]四面體以角頂相連沿三維空間延伸而成。[SiO4]以角頂相連，Si-O鍵為很強的共價鍵。比重低（2.7），硬度大，玻璃光澤，無解理，但由于石英表面一般不平滑，呈油脂光澤。在各種地質(zhì)條件下均可存在，而且抗風(fēng)化能力強。石英形態(tài)：單體針狀、柱狀集合體粒狀、致密塊狀或晶簇狀（1）粗粒晶體（粒）異種

水晶無色透明的晶體紫水晶藍(lán)紫、淺藍(lán)、淺紅、淺紫的藍(lán)紫色調(diào)煙水晶煙黃色、暗褐至黑色(黑色者又稱墨晶)黃水晶金黃色或檸檬黃色薔薇水晶淺玫瑰或粉紅色（2）隱晶質(zhì)異種玉髓（石髓）纖維狀，特別是指褐至灰色、半透明、蠟狀光澤的鐘乳狀體。產(chǎn)于巖石孔洞中瑪瑙

各種顏色的玉髓條帶或同心圓環(huán)帶交互排列而成燧石暗色、堅韌、極致密的結(jié)核狀物質(zhì)碧玉塊狀、細(xì)粒密實的石英，呈暗紅色、褐色或黃色，廣泛產(chǎn)出于沉積巖或變質(zhì)巖中玉髓瑪瑙錫石CassiteriteSnO2錫石的單晶（A）與膝狀雙晶（B）四方晶系。常含鐵和鈮、鉭等氧化物的細(xì)分散包裹體。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。純凈錫石近乎無色，一般呈黃棕色至深褐色，金剛光澤，斷口油脂光澤，半透明至不透明；摩氏硬度6.0-7.0，比重6.8-7.1。據(jù)A、B組陽離子在結(jié)構(gòu)中的分布將尖晶石型結(jié)構(gòu)分為三種類型：正尖晶石型：A[B2]X4型。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。如鉻鐵礦Fe[Cr2]O4；反尖晶石型：B[AB]X4。即單位晶胞中1／2的B組陽離子（8個）占據(jù)四面體空隙，剩余的1／2B組陽離子（亦為8個）和全部A組陽離子（8個）共同占據(jù)八面體位置，如磁鐵礦Fe3+[Fe3+Fe2+]O4;化學(xué)成分A組陽離子:Mg2+,Mn2+,Fe2+,Ni2+,Zn2+,Co2+,Cu2+等B組陽離子:Al3+,Cr3+,Fe3+,V3+,Ti4+晶體結(jié)構(gòu)：O2-呈立方最緊密堆積，堆積層與三次軸方向垂直，陽離子充填單位晶胞中1／8的四面體空隙和1／2的八面體空隙，整個結(jié)構(gòu)由[AO4]四面體和[BO6]八面體以一定的方式聯(lián)結(jié)而成(Spinel)尖晶石族磁鐵礦的化學(xué)成分為Fe3O4，晶體屬等軸晶系的氧化物礦物。單晶體呈八面體或菱形十二面體，集合體為致密塊狀或粒狀。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4.8-5.3。具強磁性，是礦物中磁性最強的，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磁鐵礦（magnetite)Fe3O4磁鐵礦有多種成因。巖漿作用，火山作用，接觸變質(zhì)，含鐵沉積巖層經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用也可形成磁鐵礦磁鐵礦是煉鐵的主要礦物原料，也是傳統(tǒng)的中藥材。磁鐵礦軟錳礦PyrolusiteMnO2

形態(tài)：晶體針狀、柱狀；集合體腎狀、結(jié)核、針狀、放射狀；也可呈土狀、粉末狀。物性：鋼灰至黑色；條痕黑色；半金屬至金屬光澤；不透明；柱狀解理完全；硬度變化大，6-6.5，小者1-2；易污手。雙氧水氣泡。軟錳礦形態(tài)：單體八面體；集合體粒狀或致密塊狀。

顏色：黑色至暗棕色

條痕：棕色、褐色

光澤：半金屬光澤

透明度：不透明

解理：無

硬度：5.5-6.5

其它：弱磁性

鉻鐵礦ChromiteFeCr2O4

鉻鐵礦

陽離子Mg2+,Fe2+,Fe3+,Mn4+,Al3+，以及少量Ca2+晶體結(jié)構(gòu)由(OH)-或(OH)-和O2-共同形成緊密堆積，在后一種情況下，(OH)-和O2-通常呈互層分布。主要是層狀或鏈狀，除離子鍵外，還往往存在氫鍵，由于氫鍵的存在，以及(OH)-的電價較O2-的低，而導(dǎo)致陽離子與陰離子之間鍵力的減弱。相對密度和硬度較小成因產(chǎn)狀風(fēng)化型和化學(xué)沉積型。主要集中在巖石風(fēng)化殼和金屬礦床的氧化帶或湖沼水盆地中，后者可以形成巨大的沉積礦床。少數(shù)氫氧化物可產(chǎn)于熱液礦脈中氫氧化物礦物形態(tài)：集合體多孔狀、鐘乳狀、結(jié)核狀、腎狀、鮞狀土狀或致密塊狀

顏色：黃褐至黑褐色

條痕：黃褐色

光澤：土狀光澤

透明度：不透明

解理：

硬度：5.5-1

其它：參差狀斷口鐵的氫氧化物：包括針鐵礦(FeOOH)，水針鐵礦(FeOOH.nH2O)，纖鐵礦(FeOOH)和水纖鐵礦(FeOOH.nH2O)。鐵的氫氧化物聚集體實際上常呈針鐵礦、纖鐵礦、水針鐵礦、水纖鐵礦和更富于水的氫氧化鐵膠凝體以及鋁的氫氧化物、泥質(zhì)物質(zhì)的混合物，這種混合物統(tǒng)稱為“褐鐵礦“

褐鐵礦Limonite褐鐵礦褐鐵礦鋁的氫氧化物：包括硬水鋁石(AlOOH)、一水軟鋁石(AlOOH)和三水鋁石(Al[OH]3)三種礦物。常與其它礦物形成細(xì)分散機械混合物，為含水氧化物（如褐鐵礦）、含水的鋁的硅酸鹽（如高嶺石）、赤鐵礦、蛋白石等礦物膠結(jié)，稱為鋁土礦Bauxite鋁土礦形態(tài)：集合體豆?fàn)?、鮞狀、土狀或致密塊狀

顏色：變化大，灰白、灰褐、青灰、棕紅、黑灰

條痕：灰白、淺黃褐色

光澤：土狀光澤

透明度：

解理：

硬度：3-4

其它：哈氣有強烈土臭味鋁土礦錳的氫氧化物：包括水錳礦MnO(OH)和硬錳礦。廣義硬錳礦為含有多種元素的錳的氧化物和氫氧化物。往往呈葡萄狀、