矿石学第二篇矿物各论

第二篇矿物各论2/2/20231第一章矿物的分类化学成分分类：以化学成分为依据；地球化学分类：以元素的地球化学特征为依据；成因分类：以矿物成因为依据；工业分类：从工业应用的角度对矿物进行分类；晶体化学分类：既考虑到矿物的化学组成的特点，也考虑到晶体结构的特点进行分类。2/2/20232§1矿物的工业分类工业上一般分为金属矿物和非金属矿物两大类，但根据矿物的不同性质和用途，又将工业矿物作了具体的划分：

1.金属矿物类

1)钢铁基本原料金属矿物(也称黑色金属矿物)2)有色金属矿物

3)贵金属矿物

4)稀有金属矿物

5)分散元素

6)放射性金属矿物2/2/202332.非金属矿物类1)冶金辅助原料非金属矿物2)化工原料非金属矿物3)特种非金属矿物4)建筑材料及其它非金属矿物2/2/20234§2矿物的成因分类1.内生成因矿物：这类矿物的形成主要与岩浆活动有关。

1)岩浆型矿物：主要产在岩浆岩型矿床中；2)伟晶型矿物：主要出现在伟晶岩型矿床中；3)气成－热液型矿物：主要产在气成－热液矿床中。2/2/202352.外生成因矿物：主要是在外生地质作用下(如风化、沉积作用)形成的，根据作用条件的不同，又分为：1)风化型矿物：由风化作用后形成；2)沉积型矿物：机械沉积作用形成。2/2/202363.变质成因矿物：形成于变质作用。1)接触变质型矿物：矿石矿物如石墨、磷灰石、磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿等；2)区域变质型矿物：矿石矿物如磁铁矿、赤铁矿、硬锰矿、褐锰矿等。

2/2/20237§3矿物的晶体化学分类是以矿物的化学成分和内部构造为依据的分类方法。分类原则：根据化学组成的基本类型，将矿物分为五个大类。2/2/202381.自然元素矿物：这类矿物主要是单质元素金属矿物，其次为金属的互化物和少量非金属自然元素矿物。金属及金属互化物为金属键结合，非金属元素矿物为共价键或带金属键或分子键结合。2.硫化物及其类似化合物矿物：这类矿物具有离子键向金属键过渡并带有某些共价键性质，阴离子的化学成分主要为硫离子。3.含氧盐矿物：是金属阳离子与各种含氧的络阴离子所组成的化合物。化学键主要为离子键，但有向共价键过渡的某些特性。4.氧化物和氢氧化物矿物：是金属与氧或氢氧根所组成的化合物。化学键主要为离子键，某些矿物具有共价键或分子键的特性。5.卤化物矿物：这类矿物是金属与氟、氯、溴、碘的化合物。化学键具典型的离子键。2/2/20239大类以下，根据阴离子（包括络阴离子）的种类分为类，有时在类以下根据络阴离子再分为亚类，如硅酸盐。类以及亚类以下，一般根据晶体结构型和阳离子性质分为族，有时在族以下根据阳离子种类分为亚族。族之下根据一定晶体结构和一定化学成分分为种，有时在完全类质同象系列中，根据其所含端元组分的比例划分种为几个亚种，对晶体结构相同，成分或物性稍异的则归为变种或异种。2/2/202310矿物族的概念一般是指化学组成类似并且晶体结构类型相同的一组矿物。但是为了便于说明某些矿物之间的联系，有时我们也把同质多象变体归之于同一个族。

矿物分类的基本单位是种。所谓“种”，是指具有一定的化学组成和一定的晶体结构的独立单位。这里的“一定”有相对意义，由于类质同象代换，它们可以在一定范围内发生变化。对于同质多象变体而言，同一物质的不同变体虽然化学组成相同，但它们的晶体结构有明显的差别，因而应区别为不同的矿物种。亚种（亦称变种或异种）是指：同属于一个种的矿物，但在化学组成、物理性质等方面有一定程度的变异者。2/2/202311具体分类方案第一大类自然元素矿物第二大类硫化物及其类似化合物

第一类单硫化物及其类似化合物第二类双硫化物及其类似化合物第三类硫盐第三大类卤素化合物

第一类氟化物第二类氯化物第四大类氧化物和氢氧化物

第一类简单氧化物第二类复杂氧化物第三类氢氧化物第五大类含氧盐

第一类硝酸盐第二类碳酸盐第三类硫酸盐第四类铬酸盐第五类钨酸盐和钼酸盐第六类磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐第七类硅酸盐

第一亚类岛状结构硅酸盐第二亚类环状结构硅酸盐第三亚类链状结构硅酸盐第四亚类层状结构硅酸盐第五亚类架状结构硅酸盐第八类硼酸盐2/2/202312第二章自然元素矿物自然元素矿物共约有四十种，约占地壳总重量的0.1%，是数量最少的一个大类。自然元素矿物可以分为三类：第一类为金属元素，如金、银、铜；第二类为半金属元素，如砷，锑；第三类为非金属元素，如石墨、金刚石和硫。2/2/2023131.晶体化学和物理性质本大类矿物的晶格构造有三种类型：金属晶格、原子晶格和分子晶格。金属晶格矿物：质点半径大，质点之间以典型的金属键结合，质点之间排列紧密，连接力无方向性，所以这类矿物具有金属性质，解理不发育，矿物比重大。原子晶格矿物：矿物内部质点以共价键联系，矿物具金刚光泽、色浅、透明，硬度高、熔点高和不导电等特性。分子晶格矿物：这类矿物由于分子内的质点以共价键结合，分子之间是以很弱的分子键维系着，因此矿物一般具有硬度低、比重小、熔点低，以及导电、传热性能差等特性。2/2/2023142.产状主要形成于内生成矿作用，但是各种矿物的具体产出特点却很不相同。例如铂族元素和金刚石，均产在超基性岩石中；自然金、银、铋等常见于各类热液矿床；石墨多产在岩浆矿床、接触变质矿床。

自然銀－SILVER

金～GOLD

2/2/202315第三章硫化物及其类似化合物硫化物是硫与金属、半金属元素结合而成的天然化合物。也包括金属与硒、碲、砷、锑等的化合物，总数约350种，重量约占地壳总重量的0.15%。该大类矿物是有色金属（铜、铅、锌、锑、汞、镍、钴等）的主要来源，所以工业上具重大意义。2/2/2023161.晶体化学特点

硫化物的化学组成中，阴离子主要为S，其次是与硫性质相似的Se、Te、As、Sb等。阳离子主要为离子半径小、原子量大、电价较高、极化能力强的铜型元素，如Cu、Pb、Zn、Ag、Cd、Au、Bi、Hg等，其次是过渡型如Mn、Fe、Co、Ni、Mo、Pt等和半金属元素As、Sb。这类矿物中的类质同象广泛，但由于S2－等阴离子较易受极化的影响，不同类型的阳离子极化力不同，与硫形成化合物的晶格类型差异就大，因此在硫化物中只有铜型离子易于发生类质同象，过渡型离子只能有限地替换。硫化物矿物属于离子化合物，但阳离子半径较小，电荷较高，极化力强，而阴离子半径大，易于极化，因此使化学键类型发生变化。由于极化程度的差异，有的硫化物有向金属键过渡性质（如方铅矿、黄铜矿等），有的矿物有向共价键过渡性质（如闪锌矿、辰砂等）。2/2/2023172.物理性质和化学性质多数硫化物均具金属特性，因此矿物具有金属色和金属光泽，不透明，条痕色较深。部分硫化物颜色较浅，条痕色较淡，而带金刚光泽，半透明。但该大类没有玻璃光泽的矿物。多数硫化物的比重大、硬度低为硫化物的另一特性。此外，一般硫化物具导电、导热性并多具脆性。硫化物在水中的溶解度很低，这是由于晶格键型的变化，其质点已不再是典型的带正负电荷的离子，质点和具有极性的水分子间的作用远远小于带正负电荷的离子的缘故。然而，硫化物却易遭氧化而分解，原因在于其阴离子硫（硒、碲、砷等）在氧化环境中易改变电价，形成硫酸盐。2/2/2023183.产状硫化物绝大部分属于中低温热液矿床和接触交代矿床产物，少数属于岩浆成矿作用和外生风化作用产物。铜、铅锌、铁、钴、镍等硫化物常紧密共生，这是本大类矿物在产状上的最大特点。其次由于硫化物易于氧化分解，原生金属硫化物氧化后在地表常形成一些铁帽，形成次生的金属氧化物、硫酸盐及碳酸盐等，同时在氧化带的下部易形成次生金属硫化物的富集带。黄铁矿－Pyrite

斑铜矿－Bornite

2/2/2023194.分类本大类矿物按阴离子的特点分为以下三大类：

1、简单硫化物类即阴离子为简单的S2－、Se2－、Te2－、As3－与金属阳离子结合而成的化合物。如方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等。

2、对硫化物类即复硫化物或二硫化物，它是对阴离子[S2]2－、[Se2]2－、[As2]2－、[AsS]2-等与金属阳离子结合而成的化合物。[S2]2－称偶阴离子团，是由两个原子以共价键结合组成的阴离子团。如黄铁矿FeS2、毒砂Fe[AsS]

3、含硫盐类是S与半金属元素As、Sb、Bi结合形成较复杂的络阴离子团如[SbS3]3－、[AsS3]3－，再与金属阳离子结合形成的化合物。例如黝铜矿Cu12[Sb4S13]。2/2/202320第四章氧化物和氢氧化物

是金属和非金属的阳离子与阴离子O2－和[OH]1－相结合的化合物，如石英、铝土矿等，是地壳的重要组成矿物，化合物有200多种，约占地壳总重量的17％，其中以SiO2分布最广，约占12.6%左右。

2/2/2023211.晶体化学特点组成氧化物和氢氧化物的阴离子为O2－和[OH]1－，因此，阳离子主要为亲氧元素（Al、Si、Mg、Ca等）和过渡型元素（Fe、Mn、Ti等），其次为亲硫(铜)元素（Cu、Pb、Zn、Sb、Bi等）。阴离子O2－和[OH]1－的半径几乎相等，O2－的半径为1.32Å，[OH]1－的半径为1.33Å，在结晶格架中由它们组成立方或六方最紧密堆积，阳离子便充填在四面体或八面体孔隙中，故阳离子的配位数为4或6，部分是8或12。典型的二价金属氧化物以离子键为主，而某些三价或四价的金属氧化物，则具有离子键向共价键过渡或趋于共价键的性质，如石英SiO2、金红石TiO2、Al2O3等。有的金属氧化物不仅具有离子键向共价键过渡的性质，还带有金属键特点，如磁铁矿Fe3O4等。2/2/2023222.物理性质本类矿物晶形一般发育，氧化物多呈粒状，氢氧化物多呈针柱状、鳞片状或土状。内生成因者（氧化物为主）晶形完好，外生成因者（氢氧化物为主）晶形较差，其集合体多为致密块状、土状、粉末状或隐晶状和胶状出现。由Fe、Mn、Cr等过渡型色素离子组成的矿物颜色较深，不透明至半透明，金属光泽至半金属光泽（如磁铁矿）；由惰性离子型元素Si、Al、Mg等阳离子组成的矿物则颜色较浅至无色，透明至半透明，玻璃光泽（如石英）。氧化物硬度一般较高（>5.5），氢氧化物硬度一般较低。2/2/2023233.产状氢氧化物主要为岩石和矿床风化的产物，它们的阳离子主要是从被风化的岩石或矿床中分离出来的Mg、Fe、Mn、Al、Sn、Ti等。并多呈细分散胶态混合物产出。低价的氧化物可以产出于火成岩、伟晶岩以及气成热液矿床中；而高价的氧化物（Mn4＋、W6＋、Sb4＋等）多在外生条件下形成。镜铁矿－grayhematite金紅石－RUTILE

2/2/2023244.分类由组成它们的阴离子和阳离子的不同而分成三类：第一类：简单氧化物

这类氧化物的化学成分简单，由一种金属阳离子和氧结合而成。它有A2X型（赤铜矿Cu2O）、AX型（黑铜矿CuO）、A2X3型（赤铁矿Fe2O3）和AX2型（金红石TiO2）。第二类：复杂氧化物

由两种或两种以上的阳离子和氧结合而成的化合物。它有ABX3型（钛铁矿）、AB2X4型（尖晶石MgAl2O4）和AB2X6型[铌铁矿(Fe,Mn)Nb2O6]。第三类：氢氧化物

包括含H2O、(OH)－、H＋和金属的化合物。由于(OH)－的半径较大(1.33Å)，矿物的结晶构造主要取决于(OH)－的分布。(OH)－呈六方最紧密堆积，构成层状格架，层内为离子键，层间为分子键。所以这类矿物多呈板状、片状和鳞片状，解理发育。少数氢氧化物也呈针状、柱状产出，其内部具链状构造，链内为离子键，链间以弱的氢键连接，故解理较差。2/2/202325第五章含氧盐矿物

是各种含氧根与金属阳离子组成的盐类矿物，占已知矿物的2/3左右，达2000多种，在地壳内分布极为广泛。其中以硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐占主要地位。2/2/2023261.晶体化学特点

本大类的阴离子均属于络阴离子，具有较大的离子半径（>2.5Å）。因此，只能与离子半径较大的阳离子结合才能形成稳定的化合物。常见的阳离子有K＋、Na＋、Li＋、Ca2＋、Al3＋、Mg2＋、Sr2＋、Ba2＋等。当阳离子半径较小或电价不平衡时，则由附加阴离子OH－、Cl－、F－或H2O等来补偿。络阴离子中的阳离子具有较高的电荷和较小的半径，因此其中的氧离子与中心的阳离子之间的结合力很牢固，具共价键。络阴离子与其外部阳离子的结合力则次之，主要为离子键，大多数含氧盐矿物属于这类晶格键。络阴离子作层状构造者，矿物晶格具分子键。因此含氧盐具有多种键性。2/2/2023272.物理性质

一般来说，本类矿物大多数色浅，透明至半透明，玻璃光泽，比重小、硬度较高，导电性、传热性差，非磁性，难溶解和不易熔融。但少数向共价键过渡者则具金刚光泽，硬度更高，化学性质更稳定。具分子键或含水者则透明度很差，呈土状光泽，硬度也低，并易脱水分解。2/2/2023283.产状

不同类型的含氧盐矿物，它们的产出情况和形成条件是很不相同的。在岩浆作用过程中，形成大量硅酸盐矿物和部分磷酸盐矿物，如长石、云母、磷灰石等；热液活动过程中除形成硅酸盐外，还形成钨酸盐和部分的碳酸盐及硫酸盐，如黑钨矿、方解石、重晶石等。外生地质作用也形成一些含氧盐，如硝酸盐及大部分的硫酸盐、硼酸盐和碳酸盐。

2/2/2023294.分类

根据络阴离子的类型分为以下几类：硅酸盐类矿物：如橄榄石、长石、云母碳酸盐类矿物：如方解石、白铅矿硫酸盐类矿物：如重晶石、石膏等其他含氧盐矿物类(磷酸盐、钨酸盐、砷酸盐、钒酸盐、钼酸盐、铬酸盐等)：如磷灰石、白钨矿。2/2/202330§1硅酸盐矿物

在硅酸盐结构中，每个Si原子一般为四个O原子包围，构成[SiO4]四面体，即硅氧骨干，它是硅酸盐的基本构造单位。由于Si离子的电价为+4价，配位数为4，它赋予每一个氧离子的电价为1，即等于氧离子电价的一半，氧离子另一半电价可以用来联系其它阳离子，也可以与另一个硅离子相联。因此，在硅酸盐结构中[SiO4]四面体既可以孤立地被其它阳离子包围起来，也可以彼此共用角顶的方式连结起来形成各种形式的硅氧骨干。硅氧骨干有以下四种主要类型：

2/2/202331

1、岛状硅氧骨干：硅氧骨干被其它阳离子所隔开，彼此分离犹如孤岛，包括孤立的[SiO4]单四面体及[Si2O7]双四面体和孤立环状四面体[SinO3n]型。孤立硅氧四面体型孤立双硅氧四面体型孤立环状硅氧四面体型A.三环B.四环C.六环2/2/202332本亚类矿物为具有络阴离子[SiO4]4－、[Si2O7]6－、[Si3O9]6－、[Si4O12]8－和[Si6O18]12－的矿物；组成矿物的阳离子主要有：Fe2+、Mg2+、Ca2+，Mn2+，Fe3+、Al3+、Cr3+，Ti4+、Zr4+等；一般具有离子键和共价键，故矿物具有表面极性较强，亲水性较好，硬度较高，由于含各种色素离子而颜色变化较大，物理性质和化学性质较稳定等特点。岛状构造硅酸盐矿物的主要特征

尖晶石～SPINEL

2/2/2023332、链状硅氧骨干：[SiO4]四面体以角顶联结成沿一个方向无限延伸的链，其中常见的有单链和双链。无论是单链还是双链，链间均以阳离子来联系。

单链双链2/2/202334链状构造硅酸盐矿物的主要性质本亚类最常见的矿物为辉石族(单链构造)和角闪石族(双链构造)。辉石族矿物的化学式为R2[Si2O6]；角闪石族矿物化学式为R7[Si4O11]2[OH]2。阳离子R主要为Fe2+、Mg2+、

Ca2+，有时为Na+、

Li+、Al3+、Fe3+等。络阴离子中的Si4+可部分被Al3+代替。链内为强的离子键，链间离子键较弱。主要物理性质：颜色较深，玻璃光泽，晶体为一向延长的柱状或针状，硬度较高，比重中等，含Fe者具弱磁性，非导体。透閃石～TREMOLITE2/2/2023353、层状硅氧骨干：[SiO4]四面体以角顶相连，形成在两度空间上无限延伸的层。层中每一个[SiO4]四面体以三个角顶与相邻的[SiO4]四面体相联结，形成六方网状，硅氧骨架以[Si4O10]4－表示。与两个硅相联结的氧电价饱和，为“惰性氧”或称“桥氧”；只与一个硅相联结的氧为“活性氧”或称“端氧”。活性氧可指向一方也可以指向相反的方向，[SiO4]四面体也可有不同的联结方式。层状构造硅酸盐四面体群2/2/202336矿物主要包括络阴离子[Si4O10]4－和附加阴离子

[OH]－的云母和类云母矿物；阳离子主要为Mg2+、Al3+，类质同象普遍。硅氧四面体中的一部分Si4+被Al3+代替，故有附加阳离子K＋、Na＋、Ca2＋等加入使电价平衡。层内以离子键结合，层间以分子键或较弱的离子键联结。多含有附加阴离子F－、Cl－、[OH]－等；矿物一般为片状晶体，一向极完全解理，薄片具挠性或弹性，硬度较低，比重较小，非电热导体，表面极性较差，故疏水性较好。层状构造硅酸盐矿物的主要性质2/2/2023374、架状硅氧骨干：[SiO4]四面体四个角顶全部与其相邻的四个[SiO4]四面体共用，每个氧与两个硅相联系，形成惰性氧，石英(SinO2n)族矿物即具此结构。

但在硅酸盐的架状骨干中，必须有部分的四价硅为三价铝所代替，从而使氧离子带有部分剩余电荷得以与骨干外的其它阳离子结合，形成铝硅酸盐。

架状构造硅酸盐四面体群2/2/202338架状构造硅酸盐矿物的主要性质络阴离子多为[AlSi3O8]1－或[Al2Si2O8]2－，阳离子主要为K＋、Na＋、Ca2＋、Ba2＋等。由于晶格骨架中存在很大的空间，有时可容纳附加阴离子F－、Cl－、[OH]－等以补偿构造中过剩的正电荷。络阴离子内部为共价键，与阳离子之间为离子键结合。本亚类最常见的是长石族矿物，K、Na、Ca阳离子等可以形成广泛的类质同象，形成两个类质同象系列的矿物：钾钠长石系列：Na[AlSi3O8]－K[AlSi3O8]，组成正长石亚族钠钙长石系列：Na[AlSi3O8]－Ca[Al2Si2O8]，组成斜长石亚族2/2/202339主要物理性质：色浅、硬度较高、玻璃光泽、比重较轻、电热的不良导体、具亲水性等。钠长石与白云母正長石－Orthoclase2/2/202340§2碳酸盐矿物