结晶学籍矿物学

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1、第二十二章 含氧盐大类（二）,一、一般特点 碳酸盐（carbonates）矿物： 金属阳离子与CO32-结合形成 的含氧盐矿物。 已知种数近百种。地壳中（特别是 地表）分布很广，约占地壳总重量的 1.7%。,1 碳酸盐类,1）分布最广的是Ca、Mg的碳酸盐， 常形成巨大的海相或湖相沉积地层 （石灰岩、白云岩）。 2）碳酸盐类矿物及岩石是重要的 非金属原料。 3）为提取Fe、Mg、Mn、Zn、Cu等 金属元素及放射性元素Th、U和 稀土元素的重要矿物原料。,（一）化学组成 络阴离子： CO32- 阳离子： 20余种。 惰性气体型离子Ca、Mg、Sr、Ba、Na、K、Al； 过渡型离子Mn、Fe、

2、Co、Ni； 铜型离子Cu、Zn、Cd、Pb、Bi、Te； 稀土元素Y、La、Ce和放射性元素Th、U等的 离子。 其中最主要的是Ca2+、Mg2+；其次是 Fe2+、Mn2+、Na+，以及Ba2+、Sr2+、Cu2+、 Zn2+、Pb2+、TR3+等。,附加阴离子： 主要为(OH)- ； 其次有F-、Cl-、O2-、SO42-、 PO43-等。 一些矿物尚有结晶水。,阳离子类质同像替代普遍 而复杂（ R2+ 半径相近 ）， 仅Ca2+、Mg2+半径（分别为0.106nm、0.078nm）相差较大，不能形成类质同像，而形成复盐 CaMgCO32 。,（二）晶体化学特征 络阴离子CO32-呈平面

3、等边三角形， C4+位于其中心，CO间以共价键联系。 CO32-很稳定，半径(0.255 nm) 较一般 阴离子为大，比其他络阴离子小些。 CO32-与络阴离子团外的阳离子 以离子键联结。,晶体化学特征,（1）与CO32-结合的多为半径较大 或中等、电价不太高的R2+： 主要为Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、 Ba2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+等，形成 较稳定的无水碳酸盐。,（2） 对半径不大、极化能力强的 二价铜型离子：Cu2+、Zn2+，常形成含(OH)-的碱式碳酸盐。如 孔雀石 Cu2CO3(OH)2 ， 蓝铜矿 Cu3CO32(OH)2 ， 水锌矿 Zn5CO32(OH)6

4、,（3）对一价阳离子，主要为Na+， 往往形成易溶于水的含结晶水 碳酸盐。如苏打 Na2CO310H2O， 水碱 Na2CO3H2O。 有时尚有H+， 如天然碱 Na3HCO322H2O。,（4）对三价金属阳离子，主要是TR3+， 往往形成含附加阴离子F-的无水 碳酸盐，如氟碳铈矿 (Ce,La)CO3F。,（三）形态 晶体可呈柱状、针状、粒状等 完好晶形，取决于晶体结构和 形成条件。 集合体呈块状、粒状、放射状、 晶簇状、土状等。,（四）物理、化学性质 CO32-内主要为共价键结合， CO32-与金属阳离子间主要为 离子键，故本类矿物总体表现出 离子晶格及部分原子晶格的特性。,大多为无色或白

5、色 灰白色。 若含过渡型离子（色素离子 Cu、 Mn、Fe、Co、U、TR），则常呈 鲜艳透明的彩色： 含Cu呈翠绿色 或鲜蓝色；含Mn呈玫瑰红色；含Fe 或TR呈褐色或浅黄色；含Co呈淡红色； 含U呈黄色。玻璃光泽或金刚光泽。 双折率很高，双折射现象明显。,双折射,硬度不大（35），一般3； 最大的是稀土碳酸盐矿物H4.5。 大多矿物发育多组完全解理： 属方解石型结构者均具 的三组完全解理。 比重一般不大，仅Pb、Sr、Ba的 碳酸盐较大。,所有矿物遇HCl或HNO3或多或少 均会起泡，反应的难易程度是区分 某些碳酸盐矿物的重要标志。,与酸反应的速度因离子不同而异： 离子电位（电价/半径）越

6、高的阳离子 与CO32-的结合越强，矿物遇酸时 越难分解；仅Ba、Pb、Sr、Ca 的 碳酸盐遇冷稀HCl（5%）时迅速 分解而放出CO2，起泡剧烈。,（五）鉴别方法 除一般的方法外，常采用 染色法，配合热分析法（包括 差热分析和热重分析），可 有效地鉴别颗粒细小的无水 碳酸盐矿物。,（六）成因产状 主要有内生和外生成因。 但外生成因的矿物分布远为广泛， 如CaCO3、FeCO3、CaMgCO32、 MnCO3等可形成大面积分布及 厚度很大的海相沉积地层。 内生成因者多出现于热液作用中。 也见于接触变质带和火山岩气孔中。,（七）分类 据晶体结构、阳离子的种类， 主要有以下各族： （1）方解石族

7、：*方解石 CaCO3、 菱镁矿 MgCO3、 菱铁矿 FeCO3、 菱锰矿 MnCO3、 菱锌矿 ZnCO3 （2）白云石族：*白云石 CaMgCO32 （3）文石族： 文石 CaCO3、 白铅矿 PbCO3,（4）孔雀石族： *孔雀石 Cu2CO3(OH)2、 蓝铜矿 Cu3CO32(OH)2 （5）氟碳铈矿族：氟碳铈矿 (Ce,La)CO3F （6）天然碱族： 天然碱 Na3HCO322H2O,二、主要矿物 方解石（calcite）： CaCO3 晶体结构： 三方晶系，对称型 m 。,方解石型结构： 可视为NaCl型结构之衍生结构。 NaCl结构中的Na+和Cl-分别为 Ca2+和CO3

8、2-取代，其原立方面心 晶胞沿某一L3方向压扁而呈钝角 菱面体，即成方解石型结构， 。 NaCl的100立方体解理相应地 即变为 菱面体解理。,方解石型结构：,鉴定特征： 晶形完好，常见菱面体、复三方偏 三角面体、六方柱、平行双面等单形。 随形成温度由高低，晶形从板状 柱状。 常依（ ）成聚片双晶 （机械双晶）及0001成接触双晶。集合体常呈晶簇状、片状、粒状、块状、钟乳状、结核状等。,鉴定特征：,层解石： 叶片状、片状、板状方解石 平行或近平行连生。 钟乳石：钟乳状方解石。 冰洲石：纯净无色透明的方解石。 双折射现象显著。,一般呈白色，玻璃光泽。 三组 完全解理，菱形解理面上常见长对角线 方

9、向的聚片双晶纹。H = 3。比重较小。 块体加冷稀HCl 剧烈起泡。,成因产状： 分布广泛，各种成因。 主要系沉积作用形成，也见于 热液矿脉及变质岩中，是石灰岩、 大理岩的主要矿物成分。,用途： 冰洲石可作为光学仪器的贵重材料。 石灰岩、大理岩等用于烧制石灰、 制造水泥、冶金工业作熔剂、建筑 石料、提取固液态的碳酸等。 美丽的大理岩可作雕刻品或建筑石材。 高纯度的石灰岩是塑料、尼龙的重要 原料。,白云石（dolomite）：CaMgCO32 铁白云石：Ca(Mg,Fe)CO32 其Fe2+Mg =112.61。 三方晶系，对称型 。,鉴定特征： 常呈菱面体 ，晶面常弯曲成 马鞍状。因机械作用常

10、依（ ） 聚片双晶。集合体呈粒状、致密块状。 无色、白色或灰白色，含Fe2+而 微带黄褐或褐色，含Mn呈浅红色。 玻璃光泽。 三组完全解理， 解理面常弯曲。H3.54。,鉴定特征:,块体加冷稀HCl不起泡，加热则 剧烈起泡；粉末加冷稀HCl缓慢冒泡， 有咝咝声。,成因产状： 在沉积岩中分布广泛，主要见于 浅海相沉积物中； 可由热液交代和变质作用形成； 也有岩浆成因者。,用途： 冶金工业中用作碱性耐火材料； 作为炼钢、铁、铁合金的熔剂； 部分白云石用于提取金属Mg； 化学工业中，用于制造钙镁磷肥 和硫酸镁等； 用作玻璃、陶瓷、铸石（与辉绿岩 一起）的配料及建筑石材。,孔雀石（malachite）

11、： Cu2CO3(OH)2 单斜晶系，对称型 2/m 。,鉴定特征： 晶体少见，通常呈葡萄状、钟乳状、 肾状、皮壳状集合体，其内部具同心 层状或放射纤维状构造。 常呈孔雀绿色，色调从翠绿暗绿色， 条痕浅绿色，玻璃光泽金刚光泽。 H3.54。解理 完全、010 中等。加HCl起泡。,成因产状： 外生作用产物，主要产于含铜硫化物 矿床的氧化带，为含Cu硫化物矿物氧 化而成的次生矿物，与褐铁矿、蓝铜矿 等共生。,用途： 作为寻找原生含铜硫化物矿床的 标志； 量多时可作为提炼Cu的矿物原料； 质纯色美者可作装饰品和工艺品； 粉末可作绿色颜料。,一、一般特点 硫酸盐（sulfates）矿物： 金属阳离子

12、与SO42-结合 而成的含氧盐矿物。 分布不很广，已知近200 种， 占地壳总重量的0.1%。,2 硫酸盐类,（一）化学组成 络阴离子： SO42- 阳离子：20余种。 主要为惰性气体型 和过渡型离子，其次有铜型离子。 最主要有Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Ba2+、 Sr2+、Pb2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+等。 附加阴离子： 最主要为(OH) - ，次有 F-、Cl-、O2-、(CO3)2-等。 许多矿物有结晶水。,因多为表生作用的产物，常温下 形成，不利于类质同像替代。仅 MgFe2+和BaSr在某些矿物 中呈完全类质同像替代。,（二）晶体化学特征 SO42-呈孤立的

13、四面体，半径很大 （0.295 nm） 。 SO42-内部为共价键，SO42-与 金属阳离子间以离子键结合，矿物 具典型离子晶格。,（1）只有与大半径的二价阳离子 Ba2+、Sr2+、Pb2+结合形成稳定的无水化合物。如重晶石 BaSO4，天青石 SrSO4，铅矾 PbSO4。,（2）与半径较小的二价阳离子 Cu2+、Fe2+、Mg2+等形成含结晶水 的硫酸盐。如 胆矾 CuSO45H2O， 泻利盐 MgSO47H2O，水绿矾 FeSO47H2O 注：水分子的数量，一般随阳离子 半径的减小而增多。,（3） 与半径中等的Ca2+结合时， 则依生成条件的不同，可形成 无水硫酸盐(如硬石膏CaSO4

14、)或 含水的硫酸盐(如石膏CaSO42H2O)。 注意：硬石膏不如石膏稳定，一旦 出露地表，遇水即转变为石膏。,（4）至于大半径的R+，主要是与半径 较小的阳离子Al3+、Fe3+同时进入晶格 形成含附加阴离子(OH)-或结晶水的 复硫酸盐，如明矾石KAl3SO4(OH)6， 黄钾铁矾KFe3SO42(OH)6等； 也可形成无水芒硝Na2SO4、芒硝 Na2SO410H2O等无水或含水的 硫酸盐。,硫酸盐矿物的对称程度均比较低， 主要为斜方和单斜晶系： Ba2+、Pb2+、Sr2+、Ca2+、Na+的 无水硫酸盐均为斜方晶系； Ca2+、Na+、Fe2+的含水硫酸盐 属单斜晶系； Fe3+、A

15、l3+的硫酸盐属三斜晶系。 少数矿物属三方、六方晶系。,（三）物理、化学性质 一般呈无色、白色、灰白色、浅色， 但含Fe呈黄褐或蓝绿色，含Cu呈 蓝绿色，含Mn或Co呈红色。玻璃 光泽，少数金刚光泽，透明半透明。,硬度较低(通常24)，含水者更低 (H=12)。比重一般不大(24)，含Ba、Pb者例外，可4，甚至为67。 普遍具完全解理，因矿物种而异。 多数易溶于水，但Ca、Sr、Ba、 Pb的硫酸盐矿物难溶于水和酸。,（四）成因产状 形成于氧浓度很高的低温环境， 最常见于地表或近地表，有内生 和外生成因：,主要为表生条件下的湖、海相化学 沉积。沉积顺序是：CaMg碳酸盐， Ca (Ba、Sr) 、Mg、Na、K 的硫酸盐， 氯化物。 其次是金属硫化物的氧化产物 （矾类）。 部分为低温热液成因产于近地表。,（五）分类 重晶石族：重晶石BaSO4、天青石SrSO4、 铅矾PbSO4 石膏族：石膏CaSO42H2O 硬石膏族：硬石膏CaSO4 胆矾族：胆矾CuSO45H2O 芒硝族：芒硝Na2SO410H2O 明矾石族：明矾石KAl3SO42(OH)6、 黄钾铁矾KFe3SO42(OH)6 水绿矾族：水绿矾FeSO47H2O,二、主要矿物 重晶石（barite）： Ba