13-矿物各论 (2)(结晶学与矿物学)

15-4.2. 硅酸盐矿物类
1、岛状硅氧骨干 端氧（活性氧） 桥氧（惰性氧）
孤立四面体[SiO4]4两个硅氧四面体共用一个角 顶构成双四面体[Si2O7]6-
2、环状硅氧骨干
硅氧四面体彼此之间共用两个角顶构成封闭的环状[SinO3n]2n-(n≥ 3)
三方环[Si3O9]6-、四方环[Si4O12]8-及六方环[Si6O18]12-
［A1O4］四面体为不稳定的配位形式，在结构中需要由［SiO4］四面 体的支持， 只有在具有无限延伸的硅氧骨干(链、层、架)的结构中，Al代Si才有可 能，而在具有架状硅氧骨干的硅酸盐中，Al代Si是必须的。Al代Si的 易难顺序如下、架状、层状、双链和和单链。 在晶体结构，两个［AlO4］不能相连，Al代Si的数目不能超过硅氧骨 干中Al和Si的总数的一半。即 Al:Si＜1:1。
一、化学成分
阳离子主要是惰性气体型离子和部分过渡型离子，铜型离子 很少；阴离子主要是由Si和O组成的硅氧骨干（络阴离子）， 此外还可出现附加阴离子O2-、OH-、F-、Cl-，以及S2-、 [CO3]2-、[SO4]2-等，还可有水分子的参与
二、晶体结构
硅氧骨干 硅酸盐的基本构造单元中Si和O组成的硅氧四面体 [SiO4]4-，在硅酸盐结构中[SiO4]4-四面体既可以孤立地被其它 阳离子包围起来，也可以彼此以共角顶的方式连结起来形成各 种形式的硅氧骨干与其它阳离子结合， 目前所发现的硅氧骨 干形式已有数十种，主要有5种:
15-4.2. 硅酸盐矿物类
三、铝的作用
在硅酸盐结构中起到双重作用，
(1) Al硅酸盐——可以代替Si4+进入络阴离子团，形成Al硅酸盐， 例如，钠长石，Na[AlSi3O8], (2) Al的硅酸盐——Al起到一般阳离子的作用，与Mg2+，Fe2+ 等一样，形成Al的硅酸盐，例如，高岭石，Al4[Si4O10](OH)8, (3) Al的Al硅酸盐若上述2种形式都存在，称为Al的Al硅酸盐。
【化学组成】 成分中除Mg,Fe呈完全类 质同像。 【晶体结构】 斜方晶系。单岛状。 【形态】 一般呈不规则它形晶粒状集合。 【物理性质】 橄榄绿色；玻璃光泽；透 明至半透明。解理｛010｝中等； 常见贝壳状断口。硬度6.5～7。 相对密度3.27～4.37。 【鉴定特征】 以其特有的橄榄绿色，粒 状、解理性差，具贝壳状断口为 特征，也可根据产状鉴定。 【主要用途】 镁质耐火材料；宝石原料。
（1）岛状——三向等长：石榴子石、橄榄石等。
（2）环状——柱状（往往属六方或三方晶系）：绿柱石、电气石。
（3）链状——柱状或针状：辉石、角闪石、硅灰石。 （4）层状——板状、片状、鳞片状：云母、葡萄石。 （5）架状——形态决定于架内化学键的分布。 如：钠沸石中有较强的链——柱状。
长石中平行a轴和c轴有较强的链——平行a轴或c轴的柱状。
15-4.2. 硅酸盐矿物类
九、成因和产状
硅酸盐矿物在内生、外生和变质作用 中均可生成
在岩浆作用中，随着岩浆分异作用的进行，硅酸盐矿物有 从岛状、链状、层状、架状的顺序由低硅的硅酸盐向高硅 的硅酸盐发展的趋势. 在伟晶作用中，除生成长石、石英、云母等常见硅酸盐矿 物外，还有半径过小离子（如Li、Be）或过大离子（如Rb、 Sr）的硅酸盐和含挥发份组分（如B、F）的硅酸盐矿物形 成. 在热液作用中，热液和围岩蚀变作用都有可能形成硅酸盐 矿物. 接触变质和区域变质作用中有大量硅酸盐矿物形成 外生作用多形成具层状硅氧骨干的硅酸盐矿物.
15-4.2. 硅酸盐矿物类
八、硬 度
硅酸盐矿物的硬度与阳离子的电荷、离子半径以及配位数 有关. 随着阳离子电荷的增高和半径的减小，硬度逐渐增高；当阳 离子配位数与阴离子半径的比值相符合时，矿物的硬度就愈 大；
对于同一种阳离子来讲，配位数愈低，硬度愈小；
结构中水的存在，常使硬度降低； 硅酸盐矿物的硬度一般比较高，仅次于无水氧化物，但具有 层状骨干的硅酸盐硬度却很小。 硅酸盐矿物的硬度大致依 岛状（环状）— 架状 — 链状 — 层状 的顺序降低
15-4.2. 硅酸盐矿物类
3、链状硅氧骨干
硅氧四面体彼此之间共用两个 角顶构成一向延伸的单链 [Si2O6]4硅氧四面体部分共用两个角顶， 部分共用三个角顶相互联接构 成一向延伸的双链[Si4O11]6-
4、层状硅氧骨干
硅氧四面体共用三个角顶构 成二向延展的平面层状 [Si4O10]4-
15-4.2. 硅酸盐矿物类
含氧盐是各种含氧酸根络阴离子与金属阳离子所组成的盐类 化合物。它们约占已知矿物种数的三分之二，是地壳中分布 最广泛、最常见的一大类矿物。国民经济中许多重要的矿物 原料，特别是非金属矿物材料，如化工、陶瓷、冶金辅助原 科以及许多贵重的宝(玉)石原料，主要是来自含氧盐矿物 根据络阴离子种类的不同，可将含氧盐大类矿物作进一步 分类如下： 硅酸盐[SiO4]4-、碳酸盐[CO3]2-、硫酸盐[SO4]2-、
5、架状硅氧骨干
方柱石
当硅氧四面体彼此共用四个角 顶时构成向三维空间发展的骨 架状[SiO2]，但是在硅酸盐中， 这种架状结构并不完全由硅氧 四面体组成，而必须有一部分 硅氧四面体（Si-O4）被铝氧四 面体（Al-O4）所代替，这样才 能出现多余的负电荷，而成为 架状络阴离子，这种络阴离子 可用通式[(AlxSin-x)O2n]x-表示
（教材第十九—二十一章 ）
15-4.1. 含氧盐矿物概述
15-4.2. 硅酸盐矿物类 15-4.2.1.岛状、环状硅酸盐
15-4.2.2.链状硅酸盐
15-4.2.3.层状硅酸盐 15-4.2.4.架状硅酸盐 15-4.3 碳酸盐矿物类 15-4.4 硫酸盐及其他盐类矿物
15-4. 含氧盐矿物大类
15-4.1. 含氧盐矿物概述
磷酸盐[PO4]3-、钒酸盐[VO4]3-、砷酸盐[As5+O4]3-、
硝酸盐[NO3]- 硼酸盐[B3+O3]3-等
15-4.2. 硅酸盐矿物类
15-4.2. 硅酸盐矿物类 （Silicates）
硅和氧是地壳中分布最广，平均含量最高的元素，其克拉 克值分别为 27.72% 和 46.6%，硅和氧除结合形成SiO2矿 物外，主要构成Si-O络阴离子与其他阳离子结合形成大量 的硅酸盐。
钙铝榴石 Ca3Al2[SiO4]3
钙 系
钙铁榴石 Ca3Fe3+2[SiO4]3
钙铬榴石 Ca3Cr2[SiO4]3
【鉴定特征】 等 轴状，油脂光泽、 缺乏解理及硬度 高 (6.5-7.5)。
15-4.2.1. 岛状、环状亚类主要矿物
岛状结构硅酸盐
橄榄石 (Olivine) (Mg,Fe)2［SiO4］
15-4.2.1. 岛状、环状亚类主要矿物
岛状结构硅酸盐
mmm
红柱石 AlVIAlIV〔SiO4〕O 蓝晶石 Al2IV〔SiO4〕O
链状：夕线石AlⅥ［AlⅣSiO5］。
红柱石
蓝 晶 石 矽 线 石
Al2SiO5的同质多象变体
-1
15-4.2.1. 岛状、环状亚类主要矿物 红柱石鉴定特征: 以柱状形态，解理交 角近于垂直，常呈肉红色为特征。
钙铁榴石系列：Ca3（Al,Fe,Cr,V,Zr）2[SiO4]3
单斜辉石系列——CaMg［Si2O6］—CaFe［Si2O6］ 斜长石系列——Na［AlSi3O8］-Ca［Al2Si2O8］
15-4.2. 硅酸盐矿物类
五、形 态
形态——取决于硅氧骨干的型式和其他阳离子配位多面体，特别 是［AlO6］八面体的连结方式。
15-4.2. 硅酸盐矿物类
十、分 类
硅酸盐矿物中按照硅氧骨干的型式可将硅酸盐类矿物划 分为 岛状结构硅酸盐（包括具单四面体[SiO4]4- 、双四面体 [Si2O7]6- ）
环状结构硅酸盐 [SinO3n]2n-(n≥ 3) 链状结构硅酸盐（包括具单链[Si2O6]4-及双链 [Si4O11]6- 硅氧骨 干的矿物） 层状结构硅酸盐 [Si4O10]6架状结构硅酸盐 [(AlxSin-x)O2n]x-
Topaz from Topaz Mountain, Utah
15-4.2.1. 岛状、环状亚类主要矿物
岛状结构硅酸盐
4/mmm
锆石 (Zircon) Zr［SiO4］
【鉴定特征】 以其晶形，大的硬度 7.5～8 ，金刚光泽为特征。与金红 石的区别是硬度较大，无｛110｝完 全解理；与锡石的区别是相对密度 较小。【主要用途】 提取锆和铪， 宝石原料,用于锆石同位素定年。
岛状结构硅酸盐
蓝晶石鉴定特征: 根据其颜色，性脆，硬度 的各向异性以及形态。性脆，解理{100} 完全，{010}中等；可有{001}裂开，
15-4.2.1. 岛状、环状亚类主要矿物
岛状结构硅酸盐
mmm
黄玉(Topaz) Al2[SiO4](F,OH)2
【成因及产状】 是典型的气成热液矿物。产于 花岗伟晶岩、酸性火山岩的晶洞、云英岩和高温 热液钨锡石英脉中。【鉴定特征】 柱状晶形， 横断面为菱形，柱面有纵纹，解理{001}完全， 高硬度，以此可与类似的石英区分。
相对密度
15-4.2. 硅酸盐矿物类
七、矿物的光学性质
矿物的颜色取决于矿物的化学成分和晶体结构 硅酸盐矿物具有共价键和离子键，一般具有离子晶格的特性、 矿物一般为透明，玻璃—金刚光泽，浅色或无色 但若其成分中含有色素离子或混入色素离子杂质，则依据所 含离子种类及量的不同而呈现不同的颜色，如： 架状硅酸盐：该类硅酸盐中的阳离子主要是大半径低电价的 阳离子，如 K+、Na+、Ca2+、Ba2+等，无色或浅色 岛状、环状、链状硅酸盐：该类硅酸盐中的阳离子主要是小 半径高电价的阳离子，如Zr4+、Ti4+，Fe2+，Mg2+， Cr3+等，彩色或深色
15-4.2. 硅酸盐矿物类
六、矿物的物理性质
解理
硅酸盐的解理与硅氧骨干的形式有关
具岛状和环状硅氧骨干的硅酸盐一般解理不好 具链状骨干者常平行链延长的方向产生解理 具层状骨干者常平行层面有极完全解理 具架状骨干者，解理决定于架中化学键的分布
硅酸盐矿物的相对密度与结构型式和化学 成分有关 一般具岛状硅氧骨干的硅酸盐具有较大的相对密度具有层 状、架状硅氧骨干的硅酸盐的相对密度较小含水的硅酸盐 矿物相对密度较小
B. 环状亚类
(Cyclosilicates)
绿柱石、电气石（堇青石）
15-4.2.1. 岛状、环状亚类主要矿物
岛状结构硅酸盐
石榴子石族 (garnet) A3B2[SiO4]3
镁铝榴石 Mg3Al2[SiO4]3
Ia3d
铝 系
பைடு நூலகம்
铁铝榴石 Fe3Al2[SiO4]3
锰铝榴石 Mn3Al2[SiO4]3
硅酸盐矿物在自然界分布极为广泛，已知硅酸盐矿物有 600余种 ，约占已知矿物种的1/4，就其质量而言，约占地 壳岩石圈岩质量的85%。
硅酸盐矿物是三大类岩石的主要造岩矿物，同时也是工 业上所需要的多种金属和非金属的矿物资源，此外，还有 不少硅酸盐矿物是珍贵的宝石矿物
15-4.2. 硅酸盐矿物类
15-4.2. 硅酸盐矿物类 Silicates
15-4.2. 硅酸盐矿物类
14-4.2.1. 岛状、环状亚类主要矿物
A. 岛状亚类
(Island Silicates)
[SiO4]基型（Neosilicates）：石榴石、橄榄石、红 柱石、蓝晶石、黄玉、（十字石、榍石）、锆石、
[SiO4]+[Si2O7]基型（Sorosilicates）：含附加阴离 子：绿帘石（符山石）
结晶学与矿物学
第十五章、矿物各论综述(二)
15-1. 自然元素及其类似物矿物大类
15-2. 硫化物及其类似化合物矿物大类
15-3. 氧化物与氢氧化物矿物大类
15-4. 含氧盐矿物大类 15-5. 卤化物矿物大类
第十五章、矿物各论综述(二)
15-4. 含氧盐矿物大类 Salt with Oxygen
第十二章、含氧盐矿物大类
四、类质同象
从岛状－环状－链状－层状－架状硅酸盐矿物都广泛 存在类质同象替换，不同大小离子的代换范围依次减小。
几个完全类质同象系列：
橄榄石系列——Mg2+2［SiO4］—Fe2+2［SiO4］
石榴石系列——A3B2[SiO4]3 镁铝榴石系列：(Mg,Fe,Mn)3Al2[SiO4]3
15-4.2.1. 岛状、环状亚类主要矿物
3m
环状结构硅酸盐
电气石Tourmaline (NaR3Al6[Si6O18](BO3)(OH)4