硅酸盐矿物的鉴定认识硅酸盐矿物的划分

硅酸盐类矿物的鉴定和描述教育部职业教育宝玉石鉴定与加工专业教学资源库GemsandJadeIdentificationandProcessingTeachingResourceLibrary硅酸盐类矿物概论建设者姓名：硅酸盐类矿物概论本类矿物在地壳中分布最广泛，目前已发现的有800多种，约占矿物总种数的1/4，其重量约占地壳总重量的85%。

硅酸盐矿物三大类岩石的主要造岩矿物，是组成地壳的物质基础；同时也是工业上需要的金属和非金属的矿物资源。是许多金属元素特别是稀有金属Be、Li、Rb、Cs、Zr、Hf等的主要或唯一来源。此外，不少硅酸盐矿物是珍贵的宝玉石矿物，如绿柱石(祖母绿和海蓝宝石)、硬玉(翡翠)、软玉、电气石(碧玺)、黄玉、石榴子石（紫牙乌）等。

一、概述（一）晶体化学特点1、化学成分阳离子元素有57种之多，主要是惰性气体型离子和过渡型离子。阴离子部分除[SiO4]4-络阴离子及它们相互连接而成的一系列复杂络阴离子外，有时还存在(OH)-、F-、Cl-、O2-以及S2-,[CO3]2-,[SO4]2-。此外，还存在水分子H2O。2、硅氧骨干在硅酸盐中，每个Si一般为4个O所包围，构成[SiO4]四面体，它是硅酸盐的基本结构单位。由于Si4+离子的化合价为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他阳离子，也可以与另一个硅离子相连。因此，在硅酸盐结构中[SiO4]四面体既可以孤立地被其他阳离子包围起来，也可以彼此公用角顶的方式连接起来形成各种形式的硅氧骨干。现将几种主要硅氧骨干类型介绍如下：（1）岛状硅氧骨干。硅氧骨干被其他阳离子隔开，彼此分离犹如孤岛。包括孤立四面体孤立四面体[SiO4]4-（图15-1A）

。[SiO4]4-间彼此互不连接，孤立地分布。如橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]。还包括双四面体[Si2O7]6-（图15-1B），2个[SiO4]4-共用1个角顶相互连接。如异极矿Zn4[Si2O7](OH)2

。A-孤立硅氧四面体B-孤立双硅氧四面体AB岛状硅氧四面体（2）环状硅氧骨干环状硅氧骨干：[SinO3n]2n-，Si∶O

=

1∶3由n个[SiO4]4-彼此共用角顶相联结形成封闭的环，每个[SiO4]4-与相邻的[SiO4]4-共用2个角顶。最常见六环[Si6O18]12-，如绿柱石Be3Al2[Si6O18]等；也有三环[Si3O9]6-、四环[Si4O12]8-。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-（3）链状硅氧骨干无数个[SiO4]4-间通过共用2或3个角顶，沿一个方向彼此相连，无限延伸成链。链间为其他金属阳离子联结。常见单链和双链：单链：每个[SiO4]4-以2个桥氧分别与相邻的2个[SiO4]4-四面体连接成一向无限延伸的连续链如辉石单链[Si2O6]、硅灰石单链[Si3O9]等。双链：相当于2个单链联结而成。如两个辉石单链[Si2O6]相连形成角闪石双链[Si4O11]。链状硅氧骨干a-单链硅氧骨干b-双链硅氧骨干ab(4)层状硅氧骨干每个[SiO4]4-均以3个角顶分别与相邻的3个[SiO4]4-相连结而形成向二维空间无限延展的硅氧四面体层。滑石层状硅氧骨干（5）架状硅氧骨干所有[SiO4]4-均以4个角顶分别与相邻的4个[SiO4]4-共用相连形成三维空间无限扩展的架状结构。所有O2-皆为桥氧，为电性中和的结构，不再是硅酸盐的络阴离子。故在硅酸盐的架状骨干中，必须有部分的[SiO4]4-为[AlO4]5-（个别情况下可被[BeO4]6-或[BO4]5-等）所替代，这样才能出现过剩的负电荷成为架状络阴离子，得以与骨干之外的一定的金属阳离子结合成铝硅酸盐。架状硅氧骨干3、铝的作用Al可以呈4次配位，代替部分的Si4+进入络阴离子，形成铝硅酸盐，如钠长石Na[AlSi3O8]Al可以呈6次配位，存在于硅氧骨干之外，作为阳离子，形成铝的硅酸盐，如高岭石Al4[Si4O10](OH)8Al的两种配位形式可以同时存在于同一构造中，形成铝的铝硅酸盐，如白云母KAl2[AlSi3O8](OH)2Al能代替Si进入硅氧骨干的原因，是它们的离子半径、离子性质都很相近。4、类质同像硅酸盐的类质同像替代现象极为普遍而且多样。硅酸盐中类质同像替代发生的难易程度及相互替代的范围与硅氧骨干的型式有关：不同大小的离子的代替范围在具有岛状硅氧骨干放入硅酸盐中最广泛，而在具链、层到架状硅氧骨干的硅酸盐的硅氧骨干的硅酸盐中，离子代替范围逐渐缩小。5、附加阴离子及“水”在硅酸盐结构中，常存在一些附加的阴离子，常见的有（OH）-，O2-，F-，有时还有Cl-，[CO3]2-，[SO4]2-，[PO4]3-。一般来说，具双链及层状骨干的硅酸盐最容易接纳（OH）-，部分架状骨干的硅酸盐结构的大空隙中也可接纳一些Cl-，[CO3]2-，F-，部分岛状硅酸盐可接纳（OH）-，但单链状骨干的硅酸盐则很难接纳。硅酸盐中有结构水（OH）-，还有H2O及（H2O）+的形式，H2O在硅酸盐中大多数呈沸石水或层间水，只有在少数硅酸盐中才以结晶水的形式存在，起着填充空隙或水化阳离子的作用。（二）结晶形态：取决于硅氧骨干的形式和其他阳离子配位多面体，特别是[AlO6]八面体的联结方式。具孤立[SiO4]4-四面体骨干的硅酸盐矿物，常表现为三向等长的形态，呈等轴状或粒状，如石榴子石，橄榄石。若不同方向的键力有差异，则呈非三向等长的形态，如红柱石呈柱状，蓝晶石呈板条状。具环状硅氧骨干者，垂直环平面（沿c轴）的方向上环与环之间的联结力一般较强，晶体常呈柱状形态，往往属三方、六方晶系，如电气石，绿柱石。具链状硅氧骨干者，均∥链的方向而成柱状、针状、纤维状，如辉石，角闪石。。层状结构矿物晶体∥结构层的方向而成板状、片状、鳞片状，如滑石，云母。架状结构矿物较复杂，其形态主要取决于[SiO4]4-与[AlO4]5-骨干内部的连接形式及化学键分布的情况，可呈粒状、片状、板状、板柱状或柱状。（三）物理性质硅酸盐矿物一般具有共价键及离子键，一般具有原子及离子晶格的特性。大多为透明或半透明，玻璃光泽或金刚光泽，条痕白色或近白色的浅色等。但颜色、解理、硬度、比重等性质变化很大，主要受硅氧骨干形式及金属阳离子的种类的影响。颜色：取决于金属阳离子的种类：①惰性气体型离子的硅酸盐矿物为无色或浅色；②含Fe、Mn、Ti等过渡型离子者，颜色较深。解理：明显受结构中强键的分布所控制：①具岛状结构之三向等长者，一般无完全解理；而红柱石具∥c轴方向的柱状解理，蓝晶石具{100}的完全解理。②环状者，如有解理，则为柱状或∥底轴面的解理。③链状者具∥链的方向的柱状完全解理。④层状者，具∥层的极完全解理。（完全的底面解理）⑤架状者，视其晶体格架类型而有所不同，解理完善程度视键力情况而不同。如长石族矿物具{001}和{010}中等－完全解理。3）硬度：一般均较高（＞小刀），仅层状结构者例外。①岛状结构者，结构紧密，H最高，通常为6～8；②环状结构者，与岛状结构者大体相似；③链状结构者稍低，为5～6④架状结构者，虽结构疏松，但[SiO4]4-与[AlO4]5-的联结均很牢固，故H并不低(5～6)，仅沸石族矿物因含H2O，H降至3.5～5。⑤层状结构者，因层间的联结力（分子键或弱离子键）较弱，故H很低，近于指甲：最低者(滑石、高岭石等)仅1

；云母族矿物2.5。4）相对密度：①岛状者G偏大，一般在3.5±或＞4。∵大多结构紧密，阳离子多半径较小、原子量较大，如Zr4+、Ti4+、Fe等。②架状者G偏小，一般＜3。∵结构疏松、空隙大，主要阳离子多为原子量小、半径大的K+、Na+、Ca2+等。③链状、层状或环状者：G约3～3.5。（四）成因产状内生、外生、变质作用均可形成。在岩浆作用中，随着岩浆分异的发展，硅酸盐矿物结晶有依岛状、链状、层状、架状的顺序逐渐由贫硅富铁镁的硅酸盐矿物向富硅贫镁的硅酸盐矿物发展趋势。此外，在热液、变质及表生作用中都可形成硅酸盐矿物，表生作用中多为具层状结构的硅酸盐。(五)亚类的划分硅酸盐类矿物按照硅氧骨干的型式分为五个亚类：第一亚类：岛状硅酸盐亚类：主要矿物有锆石、橄榄石、石榴子石、红柱石、蓝晶石、黄玉、十字石、榍石、绿帘石、符山石。第二亚类：环状硅酸盐亚类：主要矿物有绿柱石、堇青石、电气石。第三亚类：链状硅酸盐亚类：主要矿物顽火辉石、紫苏