氧化物和氢氧化物矿物大类.ppt
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1、第二十章第二十章 氧化物氧化物 和和 氢氧化物矿物大类氢氧化物矿物大类 氧化物氧化物和氧化物氧化物矿物:金属阳离子金属阳离子和某些非金属阳离子非金属阳离子(如Si等)与O2-或(OH)-化合而成的矿物。1 概概 述述 地壳中分布广泛地壳中分布广泛,仅次于仅次于含氧盐含氧盐 矿物矿物大类。已知的矿物超过超过200种种,占地壳总重量地壳总重量的17%:石英族石英族 矿物分布最广分布最广,占12.6%,最常见最常见 的石英石英是主要的造岩矿物造岩矿物;Fe的氧化物氧化物和氢氧化物氢氧化物占3.9%;次有次有 Al、Mn、Ti、Cr 的氧化物氧化物和氢氧氢氧 化物化物。意义意义:1)许多矿物为重要重要
2、的造岩矿物造岩矿物;2)许多为提取提取黑色金属黑色金属和有色金属有色金属(Fe、Mn、Cr、Al、Sn等)、稀有金属稀有金属 (Ti、Nb、Ta等)、放射性金属放射性金属(U、Th、Y、TR等)及非金属非金属的矿物原料矿物原料 以及耐火材料耐火材料等。3)为仪表仪表轴承轴承或研磨研磨材料材料、无线电无线电 工业原料工业原料、工艺美术原料工艺美术原料及宝石宝石的重要重要 来源来源。一一、化学组成化学组成化学组成化学组成 阴离子阴离子:主要为O2-、(OH)-阳离子阳离子:40种种左右。主要为惰性气体型惰性气体型(Si、Al、Mg、U等)和过渡型过渡型(Fe、Mn、Ti、Cr、V、Nb、Ta等)离
3、离子;铜型离子铜型离子极少见极少见(Sn、Cu、Pb、Zn、Sb、Bi等)。少数氧化物中附加阴离子附加阴离子(F-、Cl-)和水分子水分子。1)铜型离子铜型离子往往见于由硫化物硫化物氧化氧化而成的次生矿物次生矿物中,且含量很少。2)变价元素变价元素Fe、Mn、U等在氧化物氧化物中往往呈高价态高价态。3)氧化物氧化物中类质同像类质同像(尤其是异价异价 类质同像类质同像)替代较硫化物广泛广泛,完全完全 类质同像替代类质同像替代在成分复杂成分复杂的氧化物氧化物中较常见。氢氧化物氢氧化物中类质同像替代少见类质同像替代少见,而吸附作用吸附作用使其化学组成复杂化化学组成复杂化。二二、晶体化学特点晶体化学特
4、点1氧化物氧化物氧化物氧化物 氧化物氧化物中O2-常作立方立方或六方六方最紧密最紧密 堆积堆积或近似最紧密堆积近似最紧密堆积,阳离子阳离子充填充填 四面体四面体或八面体八面体空隙空隙。键性键性以离子键离子键为主,且以低价惰性气体型离子低价惰性气体型离子的 氧化物氧化物中为最强最强,如方镁石方镁石MgO。由于阳离子阳离子具不同程度的极化极化性质性质,刚玉刚玉(Al2O3)、石英石英(SiO2)等的键性键性趋于向共价键共价键过渡;而磁铁矿磁铁矿(FeFe2O4)、软锰矿软锰矿(MnO2)等则有向金属键金属键过渡的趋势。1)阳离子电价增高阳离子电价增高,其共价键共价键的成分趋于增多,如:Na+Mg2
5、+Al3+Si4+离子键离子键 共价键共价键2)键性键性因阳离子阳离子的类型类型而异:惰性气体型惰性气体型过渡型过渡型铜型离子铜型离子,共价键性共价键性趋于增强增强,CN趋向减小减小。2氢氧化物氢氧化物(OH)-或(OH)-和和 O2-共同形成紧密紧密堆积堆积,后者中(OH)-与与O2-通常成互层分布互层分布。多数矿物为层状结构层状结构,层内层内为 离子键离子键,层间层间以分子键分子键或氢键氢键联结;部分矿物为链状结构链状结构,链内链内为离子键离子键,沿链的方向联结力较强,链间链间为氢键氢键。三三、形态形态氧化物氧化物常具完好完好的晶形晶形。集合体集合体常成 粒状粒状和致密块状致密块状。氢氢氧
6、氧化化物物多属三三方方、六六方方、斜斜方方或单单斜斜晶晶系系。具层层状状结结构构者常呈板板状状、片片状状、鳞鳞片片状状;具链链状状结结构构者多呈柱柱状状、针针状状、纤纤维维状状。但更常见成细细分分散散胶胶态态混混合合物物,呈鲕鲕状状、豆豆状状、肾肾状状、葡葡萄萄状状、钟钟乳乳状状多多孔孔状状、土状土状、致密块状致密块状等。四四、物理物理、化学性质化学性质1光学性质光学性质 主要取决于主要取决于阳离子类型阳离子类型(1)惰性气体型惰性气体型离子离子(Mg、Al、Si等)的氧化物氧化物和氢氧化物氢氧化物:通常为无色无色、白色白色或浅色浅色的颜色颜色及条痕条痕,玻璃光泽玻璃光泽 为主,透明透明半透明
7、半透明。(2)过渡型离子过渡型离子(Fe、Mn、Cr、Ti等)和铜型离子铜型离子(Sn、Cu等)的氧化物氧化物 和氢氧化物氢氧化物:深色深色或暗色暗色,常呈各种彩色彩色或钢灰色钢灰色铁黑色铁黑色,条痕条痕 深色深色(黄黄、褐褐、黑色黑色),半金属半金属或金刚金刚 光泽光泽,半透明半透明不透明不透明。2力学性质力学性质及其他性质其他性质决定于其晶体结构晶体结构1)氧化物氧化物大部分矿物为离子键离子键向共价键共价键 过渡过渡,结构结构的紧密程度高紧密程度高。通常具较高较高的硬度硬度(一般5.5,最高最高达9);较大较大的比重比重(多数4.0,仅架状结构架状结构的石英族较低石英族较低,为2.65);
8、解理不发育解理不发育;含铁矿物含铁矿物具强弱不等强弱不等的磁性磁性;含放射性元素放射性元素者具放射性放射性;熔点高熔点高;溶解度低溶解度低。2)氢氧化物氢氧化物层状结构层状结构者的硬度硬度和比重比重均较较相应的氧化物氧化物稍低稍低或低得多低得多,常具一组一组 极完全极完全完全完全解理解理;链状结构链状结构者的 硬度硬度和比重比重皆相对稍大稍大些,其解理解理 中等中等。氢氧化物氢氧化物因产于地表产于地表,常为胶态胶态或隐晶质隐晶质,解理解理的意义不大意义不大。五五、成因产状成因产状1)氧化物氧化物:广泛形成于内生内生、外生外生和变质作用变质作用中。(1)对变价元素变价元素:低价态低价态(Fe2+
9、、Mn2+、V3+、Cr3+等)的氧化物氧化物多形成于内生内生(主要是热液热液、岩浆作用岩浆作用,次为伟晶作用伟晶作用)或变质作用变质作用较为还原还原的环境环境中;而高价态高价态(Fe3+、Mn4+、Sb5+、W6+等)的氧氧化化物物则主要形成于外生外生(表生作用表生作用,如岩石岩石或矿床矿床的 风化壳风化壳)或内生作用内生作用的较氧化较氧化的环境环境中。(2)Fe在不同不同的氧化氧化 还原条件还原条件下,易于相互转变相互转变为不同价态不同价态的氧化物氧化物矿物。(3)非变价元素非变价元素的氧化物氧化物,绝大部分在岩浆岩浆、伟晶伟晶、热液热液或变质作用变质作用均可形成,也常见于砂矿砂矿中。(4
10、)少数氧化物氧化物具单单成因性成因性,如 铬铁矿铬铁矿属典型岩浆成因岩浆成因,只产于超基性超基性、基性岩浆岩基性岩浆岩中。2)氢氧化物氢氧化物:往往为低温表生作用低温表生作用的产物,主要产于产于 地表地表或近地表近地表,由风化作用风化作用及化学沉积化学沉积 而形成:多见于金属矿床金属矿床的氧化带氧化带和水化带水化带或 岩石风化壳岩石风化壳;在湖沼盆地湖沼盆地中可形成规模规模 巨大巨大的沉积矿床沉积矿床,其中尤以Fe、Mn、Al 的氢氧化物氢氧化物最为典型,为风化作用风化作用和 沉积作用沉积作用过程中的胶体溶液凝聚胶体溶液凝聚形成的。少数少数氢氧化物氢氧化物可产于热液矿脉产于热液矿脉。六六、分类
11、分类 七七、鉴定方法鉴定方法鉴定鉴定氧化物氧化物,主要依据晶形晶形、条痕条痕、解理解理,以及其他物理性质其他物理性质(如磁性磁性等),必要时可作简易化学实验简易化学实验 (如锡镜反应锡镜反应或试试Ti、试试Mn、试试U等)。氢氧化物氢氧化物粒细粒细,多为细分散胶态细分散胶态 混合物混合物,肉眼难以准确鉴别。因常含(OH)-、H+、H2O,一般需利用差热差热 分析分析、红外吸收光谱分析红外吸收光谱分析,并配合X射线分析射线分析、化学分析化学分析及电子显微镜电子显微镜 等方法方能奏效。也可试试Mn或试试Al。一一、氧化物矿物氧化物矿物 刚玉刚玉:Al2O3 化学组成化学组成:一般含微量微量Cr3+
12、、Fe2+、Ti4+、Mn2+、V5+、Ga3+等,常见赤铁矿赤铁矿、钛铁矿钛铁矿、金红石金红石、尖晶石尖晶石、石榴子石石榴子石等包裹体包裹体。2 主要矿物主要矿物 晶体结构晶体结构:三方晶系三方晶系,对称型对称型m刚刚玉玉型型结结构构刚刚玉玉型型结结构构:O2-呈六六方方最最紧紧密密堆堆积积构成氧氧离离子子层层,Al3+在两两层层 O2-之间之间,充填2/3的八面体空隙八面体空隙。=4,=6。鉴定特征鉴定特征鉴定特征鉴定特征:晶体晶体常呈完好完好的腰鼓状腰鼓状、桶状桶状或 短柱状短柱状。常依()呈聚片双晶聚片双晶。晶面晶面上常见相交相交的几组几组条纹条纹。通常呈 蓝灰蓝灰、黄灰色黄灰色,含杂
13、质杂质可呈各种颜色:红宝石红宝石:含Cr,红色红色;蓝宝石蓝宝石:含Ti和Fe2+,蓝色蓝色;黑星石黑星石:含Fe2+、Fe3+,黑色黑色、透明透明;白宝石白宝石:纯净纯净无色透明无色透明的晶体;含Co、V、Ni呈绿色绿色;含Ni呈黄色黄色;含Fe3+、Mn2+呈玫瑰红色玫瑰红色。玻璃玻璃光泽光泽金刚光泽金刚光泽。透明透明半透明半透明。在某些红红(蓝蓝)宝石宝石的0001面上可见因含有定向分布定向分布的针状金红石针状金红石 包裹体包裹体而呈现的六射星光六射星光,称为 星光红星光红(蓝蓝)宝石宝石星光红星光红(蓝蓝)宝石宝石。H 9。无无解理解理;常因聚片双晶聚片双晶或微细微细 包裹体包裹体而产
14、生0001或的裂开裂开。成因产状成因产状:各种成因。多形成于高温高温、富富Al贫贫Si的条件下。有岩浆岩浆结晶作用结晶作用形成;产于碱性碱性 伟晶岩伟晶岩中;形成于岩浆岩岩浆岩与石灰岩石灰岩的接触带接触带;可产于粘土质岩粘土质岩经区域变质区域变质 而成的结晶片岩结晶片岩中;也见于砂岩砂岩中。用途用途:作研磨材料研磨材料及精密仪器精密仪器、仪表仪表和钟表钟表的轴承轴承;色泽美丽透明色泽美丽透明的晶体晶体可作宝石宝石;合成红宝石合成红宝石单晶单晶可作激光材料激光材料。赤铁矿赤铁矿:Fe2O3 化学组成化学组成:常含Ti、Al、Mn、Fe2+、Mg、Ca和少量的少量的Ga、Co等类质同像类质同像混入
15、物混入物,以及金红石金红石、钛铁矿钛铁矿等显微显微包裹体包裹体。致密块体致密块体常含SiO2、Al2O3、粘土粘土等 机械混入物机械混入物。晶体结构晶体结构:三方晶系三方晶系,对称型对称型m 刚玉型结构刚玉型结构刚玉型结构刚玉型结构。鉴定特征鉴定特征:常成各种集合体形态集合体形态:镜铁矿镜铁矿镜铁矿镜铁矿:具金属光泽金属光泽的片状集合体片状集合体;云云母母赤赤铁铁矿矿云云母母赤赤铁铁矿矿:具金金属属光光泽泽的细细小小鳞鳞片状片状集合体集合体;铁赭石铁赭石:红色土状红色土状(粉末状粉末状)集合体集合体;鲕鲕状状、豆豆状状、肾肾状状赤赤铁铁矿矿鲕鲕状状、豆豆状状、肾肾状状赤赤铁铁矿矿:鲕状鲕状、豆
16、状豆状、肾状肾状的集合体集合体。尚有致密块状集合体致密块状集合体。显晶质显晶质者呈钢灰钢灰铁黑铁黑色色;隐晶质隐晶质及 胶态胶态者呈暗红色暗红色、红褐色红褐色。条痕条痕樱红色樱红色 或红棕色红棕色,金属金属半金属半金属光泽光泽,或土状光泽土状光泽。H 5.56,土状者显著降低土状者显著降低。无解理无解理。无磁性无磁性,性脆性脆。注意注意:镜铁矿镜铁矿常因含磁铁矿含磁铁矿微细包裹体微细包裹体而具较强较强的磁性磁性。成因产状成因产状:形成于各种地质作用各种地质作用。主要有热液成因热液成因、沉积成因沉积成因(著名产地著名产地有河北宣化河北宣化、湖南宁乡湖南宁乡等)和沉积变质成因沉积变质成因(著名产地
17、著名产地如辽宁辽宁 鞍山鞍山等)。赤铁矿赤铁矿(Fe2O3)和 磁铁矿磁铁矿(FeFe2O4)易相互转变相互转变:在自然条件下,当氧的浓度增大,磁铁矿磁铁矿可氧化氧化成赤铁矿赤铁矿,并保留保留其晶形晶形,称假像赤铁矿假像赤铁矿;当氧浓度减小,赤铁矿赤铁矿可还原还原为磁铁矿磁铁矿,若原晶形不变晶形不变,称穆磁铁矿穆磁铁矿。用途用途:提炼提炼铁铁的矿物原料矿物原料之一;纯净纯净的粉末状赤铁矿粉末状赤铁矿是天然的 矿物颜料矿物颜料;可综合利用综合利用成分中的Ti、Ga、Co等。钙钛矿钙钛矿:CaTiO3 金红石金红石:TiO2 化学组成化学组成:常含Fe2+、Fe3+、Nb5+、Ta5+、Cr3+、
18、Sn4+等类质同像类质同像混入物混入物。金红石金红石具成分标型性成分标型性:碱性岩碱性岩中富富Nb;基性岩基性岩和岩浆成因岩浆成因的碳酸岩碳酸岩中的含含V;伟晶岩伟晶岩及热液矿床热液矿床中者往往富富Sn;月岩月岩中的金红石富金红石富 Nb 和Cr。晶体结构晶体结构晶体结构晶体结构:四方晶系四方晶系,对称型对称型 4/mmm。金红石型结构金红石型结构:O2-近似成六方最紧密六方最紧密 堆积堆积,Ti4+位于变形八面体空隙变形八面体空隙中,=6。O2-位于以Ti4+为角顶所组成的平面三角形之中心,=3。TiO6彼此上上、下共棱下共棱联结成c轴轴的链链,链间链间由TiO6共角顶共角顶相连。鉴定特征鉴
19、定特征鉴定特征鉴定特征:晶体晶体呈短柱状短柱状、长柱状长柱状或针状针状,柱面柱面有纵纹纵纹。双晶依(101)成膝状双晶膝状双晶、三连晶三连晶或环状双晶环状双晶。致密块状集合体致密块状集合体。通常为褐红褐红、暗红暗红或褐色褐色,富Fe者黑色黑色;条痕浅褐色条痕浅褐色黄褐色黄褐色;金刚光泽金刚光泽;微透明。110完全解理完全解理;H66.5。G4.24.3。试试Ti反应反应:粉末溶于热热H3PO4,冷却,稀释后,加H2O2或Na2O2,溶液呈黄褐色黄褐色。成因产状成因产状:高温高温成因。主要产于伟晶岩伟晶岩和区域变质岩系区域变质岩系的含金红石石英脉含金红石石英脉中以及砂矿床砂矿床中。用途用途:提炼
20、提炼Ti的主要原料:Ti具密度小密度小、强度高强度高、耐腐蚀耐腐蚀、抗高温抗高温等优良性能;钛合金钛合金广泛应用于化工化工、军事军事和空间空间 技术技术中(用于喷气发动机、飞机机体、导弹火箭等及碱工业等用的反应塔、蒸馏塔、热交换器、阀门等设备和部件上)。钛白粉钛白粉可作高级白色油漆高级白色油漆、涂料涂料、人造丝人造丝的减光剂减光剂、白色橡胶白色橡胶和高级纸张高级纸张的填料填料。金红石金红石可作半导体检波器半导体检波器。人造金红石人造金红石可制作优质电焊条优质电焊条。石英族石英族包括SiO2的一系列同质多像变体同质多像变体,常见的有:常压常压下,1)尤以-石英最常见石英最常见。2)石英石英应为-
21、石英石英和-石英石英之总称,但一般指低温石英低温石英(即-石英石英)。3)将含水含水的SiO2矿物矿物蛋白石蛋白石,也列入本族内。-石英石英-石英石英(低温石英低温石英,-quartz):SiO2 晶体结构晶体结构:三方晶系三方晶系,对称型对称型32结构中SiO4四面体四面体以角顶相连角顶相连,c轴轴呈螺旋状排列螺旋状排列,有左左、右旋右旋之分。鉴定特征鉴定特征鉴定特征鉴定特征:常呈柱状晶体柱状晶体,六方柱面六方柱面上具横纹横纹,为100和101之聚形纹聚形纹。常见 道芬双晶道芬双晶和巴西双晶巴西双晶。集合体呈粒状粒状、致密块状致密块状或晶簇状晶簇状。通常为无色、乳白色、灰白色,因含 杂质色心
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