矿物的鉴定(7)

2019-04-22 10:35

共价键占优势,络阴离子与外部的阳离子结合时,主要以离子键相联系。因而含氧岩的许多物理性质表现出离子晶格的特点,如不呈金刚光泽,一般为玻璃光泽,少数为金刚光泽,不导电和难传热,无水含氧岩一般具有较高的硬度,难溶解和不易熔融等。而含水含氧岩硬度较小。

根据络阴离子的不同类型、把含氧岩分成如下各类: 一、硅酸盐 二、硼酸盐

三、磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐 四、硫酸盐

五、钨酸盐、钼酸盐 六、络酸盐 七、碳酸盐 八、硝酸盐

硅 酸 盐 类

一、概述

硅酸盐矿物包括所有含硅酸根的矿物。这类矿物在自然界分布非常广泛,目前已发现的矿物约有800多种,占已知矿物的三分之一,占地壳总重量的80%。它们不仅是三大类岩石(火成岩、变质岩、部分沉积岩)的主要造岩矿物,同时也是工业上、国防上重要的非金属矿物资源。如云母、石棉、高岭石、长石、滑石等。此外,还有一系列有用元素如Be、Li、B、Zn、Rb、Cs等也可从硅酸盐中提取。

二、晶体化学特点

(一)化学成分

组成硅酸盐矿物的主要元素有:O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K其次是Mn、Ti、B、Be、Zr、Rb、Cs、F及其他元素等。组成硅酸盐的元素主要为惰性气体型离子,其次为过渡型离子,由铜型离子所组成的硅酸盐数量很少。

(二)晶体构造

组成硅酸盐矿物的元素种类虽然不多,但矿物的种数却非常繁多,这主要是由于其内部构造比较复杂,并存在着广泛的类质同象的原因所引起的。在硅酸盐晶体构造中,每一个硅离子都被四个氧离子包围,而四个氧离子则分布于四个角

4+

顶,构成硅氧四面体[SiO4],这是硅酸盐的基本构造单位。

1、岛状构造 2、环状构造 3、链状构造(包括单链和双链) 4、层状构造 5、架状构造

(三)类质同象

硅酸盐中类质同象代替现象极为普遍。从而使硅酸盐的成分进一步复杂化。连续类质同象矿物系列在硅酸盐中很普遍。如大家熟知的斜长石类质同象系列;橄榄石系列等。除了阳离子之间存在着广泛的等价和异价的类质同象外,阴离子之间亦存在着类质同象现象,如[SiO4]4-可被[PO4]3-或[SO4]2-代替;O、[OH]和F之间的互相替换等。

(四)化学键

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硅酸盐矿物的化学键主要为离子键和共价键。硅氧形成的络阴离子内部主要为共价键,而络阴离子与阳离子结合的键为离子键。层状构造硅酸盐矿物尚有分子键。

三、分类

硅酸盐矿物的形态和许多物理性质都与其内部构造有明显的制约关系,如链状构造硅酸盐,其晶形多为柱状、针状;层状构造硅酸盐晶体多呈板状、片状,且有一组完全解理。由此可见,硅酸盐构造能较好的反映硅酸盐的本质特征,故可根据内部构造将硅酸盐分成以下五个亚类。

1、岛状硅酸盐亚类, 2、环状硅酸盐亚类, 3、链状硅酸盐亚类, 4、层状硅酸盐亚类, 5、架状硅酸盐亚类。

四、主要矿物描述 (一)岛状硅酸盐亚类:

本亚类主要由孤立的硅氧四面体[SiO4]4-与金属阳离子所组成的硅酸盐。少数为双硅氧四面体[Si2O7]6-与金属阳离子组成。由于孤立的硅氧四面体[SiO4]4-是一种最小的络阴离子,且形状为三向等长状,因此由这种络阴离子形成的晶格往往比较均匀而紧密,要求在空隙中充填的阳离子主要是半径小的金属如Fe2+、Mg2+、Zr4+、Ca2+等。因而决定了本亚类矿物在晶形上多具三向等长性如石榴子石、橄榄石等;在物理性质上往往具有较大的硬度(6-8)较大的比重和较高的熔点。

橄榄石 (Mg,Fe)2[SiO4]

[化学组成] 通常所说的橄榄石是指由镁橄榄石Mg2[SiO4]与铁橄榄石Fe2[SiO4]两个端员组分所形成的连续类质同象系列的中间成员(见下表),其化学成分为,含MgO 40-50% , FeO 5-20%,并常含有Mn、Ni、Co等元素。

橄 榄 石 的 分 类 及 特 征

矿物名称 化学成分 形态 物理性质

镁橄榄石

Mg2[SiO4]

橄榄石

(Mg,Fe)2[SiO4]常含Ni、Co有时含Mn。 黄绿色,玻璃光泽,硬度6.5-7。解理平行{010}不完全,贝壳状断口,比重3.3-3.5。

铁橄榄石

Fe2[SiO4]常含Mn、Mg、有时含有Zn。

深黄至绿黑色,强玻璃光泽近于金刚光泽。硬度6-6.5。{010}解理不完全。比重4.0-4.4。

斜方晶系,晶体为柱状,板状。通常为粒状集合体。

无色或浅色,透明。玻璃光泽。{010}解理不完全。硬度7。比重3.2-3.3.

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在HCl中几乎不溶,粉在HCl中几乎不溶,粉末在浓H2SO4中剧烈分解并生成SiO2胶冻。 主要产于超基性,基性火

在HCl中分解析出SiO2胶冻。

发现于流纹岩、黑曜岩(火山玻璃)及花岗伟晶岩脉中,比较少见。

化学性质

末在浓H2SO4中剧烈分解并生成SiO2胶冻。 1)产于白云岩及含镁的石灰岩与火成岩接触带中,与粒硅镁石、金云母等共生。2)超基性岩经蛇纹石化可产生镁橄榄石。与菱镁矿、金云母、赤铁矿、尖晶石等伴生。

成岩中,与辉石、基性斜长石、角闪石、铬尖晶石等共生。为橄榄石系列中最常见的一种。

成因及产状

[形态] 斜方晶系。晶形呈断柱状厚板状,但不常见。通常为粒状集合体。 [物理性质] 橄榄绿色、黄绿色(黄色和绿色的透明变种称贵橄榄石)也有时呈灰红,淡灰绿色。玻璃光泽。硬度6.5-7。比重3.3-3.5。性脆。解理{010}不完全。贝壳状断口。

[成因及产状] 橄榄石主要产于超基性和基性火成岩中,常与辉石、角闪石、基性斜长石、铬铁矿、磁铁矿等共生。

橄榄石受热液作用可转变成蛇纹石和菱镁矿。有时还可以转变为滑石,含铁多时还可以析出磁铁矿。

3Mg2[SiO]4+4H2O+SO2→Mg6[Si4O10][OH]8

(蛇纹石)

4Mg2[SiO]4+4H2O+CO2→Mg6[Si4O10][OH]8+2Mg[CO3]

(蛇纹石 ) ( 菱镁矿)

橄榄石受强烈风化作用后,Mg和Si被淋滤走,而Fe质则生成褐铁矿,常停积在橄榄石颗粒的表面及裂隙中形成暗褐色薄膜。

[鉴定特征] 根据粒状、黄绿色、玻璃光泽和贝壳状断口,主要产于超基性、基性火成岩中以及共生矿物等较易区别。

锆石(锆英石) Zr[SiO4]

[化学组成] ZrO2 67.01%, SiO2 32.9%。经常含有Hf(鉿)Th、U及稀土元素等,HfO2的含量最高可达24%,ThO2和UO2分别可达15%和5%。富含放射性元素而非晶质化的锆石称为曲晶石,含水较高者称水锆石。

[形态] 四方晶系。晶体常呈四方柱及四方双锥的聚形。锆石的晶形可随其成因而变化,一般在碱性或偏碱性的火成岩中,锥面发育柱面不发育;在中酸性火成岩中锥面柱面均较发育;而在酸性火成岩中则柱面发育。故有时可依形态作为成因标志。锆石亦有成膝状双晶,但很少见。

[物理性质] 无色,常染成黄色、橙、红等色。水锆石常呈深蓝色。金刚光泽,有时为油脂光泽。硬度7-8。性脆。解理不完全,参差状断口。比重4.6-4.71。水锆石及曲晶石具放射性。

[成以及产状] 锆石为各种火成岩尤其是花岗岩、碱性岩的一种常见的副矿物。在伟晶岩中可形成较大晶体。由于化学性质比较稳定,硬度大,解理不发育,因而可转入砂矿中。

[鉴定特征] 以特有的晶形,硬度大,无解理和金刚光泽为其特征。与金红石区

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别是硬度大;与锡石区别是比重小;与独居石的区别是晶形及较大硬度。

石榴子石 A3B2[SiO4]3 (化学通式)

其中A代表二价阳离子,主要为:Mn2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+等;B代表三价阳离子,主要为:Al3+、Fe3+、Cr3+等。上述三价阳离子的离子半径相近似彼此可以类质同象置换。在二价阳离子中,Mg2+、Fe2+、Mn2+三者的离子半径相近,也可以彼此类质同象置换;而Ca2+则由于离子半径较大,难以与Mg2+、Fe2+、Mn2+等置换。因此可将石榴子石分为两种类型的类质同象系列:一类是三价阳离子均为Al3+,二价阳离子不同(Mg2+、Fe2+、Mn2+),另一类是二价阳离子均为Ca2+,三价阳离子不同(Al3+、Fe3+、Mn3+);前者称为铝质榴石系列,后者称为钙质榴石系列。它们是:

铝质榴石系列:1、镁铝榴石Mg3Al2[SiO4]3 2、铁铝榴石Fe3Al2[SiO4]3 3、锰铝榴石Mn3Al2[SiO4]3

钙质榴石系列:1、钙铝榴石Ca3Al2[SiO4]3 2、钙铁榴石Ca3Fe2[SiO4]3

3、钙铬榴石Ca3Cr2[SiO4]3

[形态] 等轴晶系。常呈完好晶体。晶形为菱形十二面体,四角八面体或二者所组成的聚形。此矿物的名称是因为其晶体象石榴中的子粒而得名。晶面上常有平行菱形晶面长对角线的条纹。有时亦常呈歪晶出现,集合体呈散粒状、致密块体等。

[物理性质] 颜色、比重折光率随成分作有规律变化(如下表)油脂光泽。有时近于金刚光泽(Ca――Fe榴石)。硬度6.5-7.5。断口不平坦通常无解理。

石 榴 子 石 的 分 类 及 特 征

系列

铝质石榴石系列(Mg,Fe,Mn)

3Al2[SiO4]3

矿物名称

镁铝石榴石 铁铝石榴石 锰铝石榴石

成分

Mg3Al2[SiO4]3 Fe3Al2[SiO4]3 Mn3Al2[SiO4]3 Ca3Al2[SiO4]3 Ca3Fe2[SiO4]3 Ca3Cr2[SiO4]3

颜色

深红,玫瑰红

色 红,褐红色 深红、桔红、褐红色

黄褐,浅绿,红白 褐红、黑色 鲜绿色

比重

3.71 4.32 4.18 3.53 3.83 3.78

折光率

1.705 1,850 1.80 1.735 1.895 1.860

钙质石榴石系列Ca3(Al,Fe,Cr)2[SiO4]3

钙铝石榴石 钙铁石榴石 钙铬石榴石

[成以及产状] 石榴子石主要为变质成因矿物。铝质榴石常见于火成岩、伟晶岩和某些区域变质岩内,而钙质榴石除个别变种产于火成岩中外,通常均见于石灰岩与火成岩的接触变质带中。具体产出如下:

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(1)产于中酸性侵入岩与碳酸岩接触带的矽卡岩中,为矽卡岩的主要组成矿物,以钙铝榴石及钙铁榴石为主。

(2)在区域变质岩(结晶片岩、片麻岩)中亦有广泛分布。石榴子石的类型视原岩成分而定,如富Al及Fe的岩石变质时多形成铁铝榴石。

(3)在火成岩中可出现各种石榴子石。以伟晶岩中较为常见,一般为铁铝榴石及锰铝榴石。

(4)因化学性质稳定,因而可出现在沉积岩中。

[鉴定特征] 根据其特有的晶形、颜色、油脂光泽、高硬度、无解理、比重大等较易识别。

红柱石 Al2[SiO4]O

[化学组成] Al2O3 63.1%, SiO2 36.9%,常含Fe3可达9.6%,有时可达7.7%。

[形态] 斜方晶系。晶体呈柱状,横断面近于正方形。晶体的主要单形为斜方柱{110}、{101}和平行双面{001}。某些红柱石,在生长过程中俘获部分碳质和粘土质,并形成定向排列,有时在横断面上呈黑十字状。这种红柱石称为空晶石。集合体呈柱状、放射状、有时呈粒状。呈放射状者形似菊花俗称菊花石。

[物理性质] 新鲜面常呈玫瑰红色,通常为灰白色、褐色。玻璃光泽。{110}解理中等。硬度7-7.5。比重3.1-3.2。亦风化,风化后硬度降低。断口不平坦。 [成因及产状] 红柱石主要产于火成岩与泥质岩的接触变质带中。在区域变质的结晶片岩及片麻岩中亦有产出。红柱石很易变成绢云母。

[鉴定特征] 以晶形,横断面近于正方形,柱面解理,颜色和产状为其特征。以硝酸钴试之呈Al的反应。

蓝晶石(二更石) Al2[SiO4]O

[化学组成] Al2O3 63.1%, SiO2 36.9%,常含Fe3+、Ti4+、Cr3+等类质同象混入物。

[形态] 三斜晶系。晶体沿c轴延长呈扁平柱状。双晶常见,双晶面平行{100}。集合体有时排列成放射状。

[物理性质] 颜色为浅蓝色或蓝灰色(晶体中心较深,边缘较浅。玻璃光泽。硬度随晶体方向而不同,在{100}面上平行晶体延长方向的硬度为4.5(小刀能刻动),平行b轴方向为6(小刀可不动)。性脆。解理平行{100}完全,平行{010}中等。比重3.56-3.68。

[成因及产状] 蓝晶石为典型的区域变质矿物,是由富含Al质的岩石在高压中温条件下变质而成,例如粘土矿物经区域变质可变成蓝晶石,其反应式为: Al4[Si4O10](OH)8→2Al2[SiO4]O+2SiO2+4H2O

(高岭石) (蓝晶石)

蓝晶石多出现于各种片岩中,与云母、十字石、刚玉、电气石、金红石等矿物共生。

[鉴定特征] 根据特有的浅蓝色,扁平柱状晶形,明显的硬度异向性和主要产于结晶片岩中为鉴定特征 。以硝酸钴试之呈深兰色(铝的反应)。

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