第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

12第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类2023/12/27第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类教学目标1、简单氧化物：刚玉、金红石、石英2、复杂氧化物：钙钛矿、尖晶石3、氢氧化物：水镁石、三水铝石、一水软铝石记住以上矿物的化学式和主要晶体结构特点及物理性质特点，还有简单的应用。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类目录1、概述2、主要矿物第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

氧化物和氧化物矿物：

金属阳离子和某些非金属阳离子

(如Si等)与O2-或(OH)-化合而成的矿物。§1概述返回目录第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

地壳中分布广泛，仅次于含氧盐矿物大类。已知的矿物超过200种，占地壳总重量的17%±：石英族

矿物分布最广，占12.6%，最常见

的石英是主要的造岩矿物；Fe的

氧化物和氢氧化物占3.9%；次有Al、Mn、Ti、Cr

的氧化物和氢氧化物。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

意义：1）许多为提取黑色金属和有色金属（Fe、Mn、Cr、Al、Sn等）、稀有金属

（Ti、Nb、Ta等）、放射性金属（U、

Th、Y、TR等）及非金属的矿物原料

以及耐火材料等。2）为仪表轴承或研磨材料、无线电

工业原料、工艺美术原料及宝石的重要来源。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

一、化学组成化学组成

阴离子：主要为O2-、(OH)-

阳离子：

40种左右。主要为惰性气体型（

Si、Al、

Mg、U等）和过渡型（

Fe、Mn、Ti、

Cr、V、Nb、Ta等）离子；

铜型离子

极少见（

Sn、Cu、

Pb、Zn、Sb、Bi等）。少数氧化物中附加阴离子（F-、Cl-）和水分子。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类1）铜型离子往往见于由硫化物氧化而成的次生矿物中，且含量很少。2）变价元素Fe、Mn、U等在氧化物中往往呈

高价态。3）氧化物中类质同像（尤其是异价类质同像）替代较硫化物广泛，完全类质同像替代在成分复杂的氧化物中较常见。氢氧化物中类质同像替代少见，而吸附作用使其化学组成复杂化。

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二、晶体化学特点

1．氧化物氧化物

氧化物中O2-常作立方或六方最紧密

堆积或近似最紧密堆积，阳离子充填四面体或八面体空隙。键性以离子键为主，且以低价惰性气体型离子的

氧化物中为最强，如方镁石MgO。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类由于阳离子具不同程度的极化性质，

刚玉（Al2O3）、石英（SiO2）等的

键性趋于向共价键过渡；而磁铁矿（FeFe2O4）、软锰矿（MnO2）等则有向金属键过渡的趋势。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类1）阳离子电价增高，其共价键

的成分趋于增多，如：

Na+→Mg2+→Al3+→Si4+

离子键→→共价键

2）键性因阳离子的类型而异：

惰性气体型→过渡型→铜型离子，

共价键性趋于增强，CN趋向减小。

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2．氢氧化物

(OH)-或(OH)-和O2-

共同

形成紧密堆积，后者中

(OH)-与O2-

通常成互层分布。

多数矿物为层状结构，层内为离子键，层间以分子键或氢键联结；部分矿物为链状结构，链内为离子键，沿链的方向联结力较强，链间为氢键。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

三、形态

氧化物常具完好的晶形。集合体常成粒状和致密块状。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类氢氧化物多属三方、六方、斜方或单斜晶系。具层状结构者常呈板状、片状、鳞片状；具链状结构者多呈柱状、针状、纤维状。但更常见成细分散胶态混合物，呈鲕状、豆状、肾状、葡萄状、钟乳状多孔状、土状、致密块状等。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

四、物理、化学性质

1．光学性质

主要取决于阳离子类型

（1）惰性气体型离子（Mg、Al、Si等）的氧化物和氢氧化物：通常为无色、白色或浅色的颜色及条痕，玻璃光泽

为主，透明～半透明。

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（2）过渡型离子（Fe、Mn、Cr、Ti等）

和铜型离子（Sn、Cu等）的氧化物

和氢氧化物：深色或暗色，常呈各种彩色或钢灰色～铁黑色，条痕深色(黄、褐、黑色)，半金属或金刚光泽，半透明～不透明。

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2．力学性质及其他性质

决定于其晶体结构1）氧化物大部分矿物为离子键向共价键过渡，结构的紧密程度高。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

通常具较高的硬度（一般＞5.5，

最高达9）；较大的比重（多数＞4.0，

仅架状结构的石英族较低，为2.65）；

解理不发育；含铁矿物具强弱不等的磁性；含放射性元素者具放射性；熔点高；溶解度低。

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2）氢氧化物

层状结构者的硬度和比重均较相应的氧化物稍低或低得多，常具一组

极完全～完全解理；链状结构者的硬度和比重皆相对稍大些，其解理中等。

氢氧化物因产于地表，常为

胶态或隐晶质，解理的意义不大。

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五、分类第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

一、氧化物矿物

刚玉：

Al2O3

化学组成：

一般含微量Cr3+、Fe2+、Ti4+、Mn2+、

V5+、Ga3+等，常见赤铁矿、钛铁矿、

金红石、尖晶石、石榴子石等包裹体。

§2主要矿物返回目录第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

晶体结构：

三方晶系，对称型m刚玉型结构刚玉型结构：O2-呈六方最紧密堆积构成氧离子层，Al3+在两层O2-之间，充填2/3的八面体空隙。=

4，=

6

。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类鉴定特征鉴定特征：

晶体常呈完好的腰鼓状、桶状或短柱状。常依()呈聚片双晶。

晶面上常见相交的几组条纹。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类通常呈

蓝灰、黄灰色，含杂质可呈各种颜色：

红宝石：含Cr，红色；

蓝宝石：含Ti

和Fe2+，蓝色；

黑星石：含Fe2+、Fe3+，

黑色、透明；

白宝石：纯净无色透明的晶体；

含Co、V、Ni呈绿色；含Ni呈黄色；含Fe3+、Mn2+呈玫瑰红色。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类玻璃光泽～金刚光泽。透明～半透明。

在某些红(蓝)宝石的{0001}面上可见因含有定向分布的针状金红石包裹体而呈现的六射星光，称为

星光红(蓝)宝石星光红(蓝)宝石。

H

9。无解理；常因聚片双晶或微细包裹体而产生{0001}或{}的裂开。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

成因产状：

各种成因。多形成于高温、

富Al贫Si的条件下。有岩浆结晶作用形成；产于碱性

伟晶岩中；形成于岩浆岩与石灰岩的

接触带；可产于粘土质岩经区域变质

而成的结晶片岩中；也见于砂岩中。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

用途：

作研磨材料及精密仪器、仪表和钟表的轴承；

色泽美丽透明的晶体可作宝石；

合成红宝石单晶可作激光材料。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

赤铁矿：

Fe2O3

化学组成：

常含Ti、Al、Mn、Fe2+、Mg、Ca和少量的

Ga、Co等类质同像混入物，以及

金红石、钛铁矿等显微包裹体。致密块体常含SiO2、Al2O3、粘土等机械混入物。

晶体结构：

三方晶系，对称型L33L23PC

刚玉型结构。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

鉴定特征：

常成各种集合体形态：镜铁矿镜铁矿：具金属光泽的片状集合体；云母赤铁矿云母赤铁矿：具金属光泽的细小鳞片状集合体；

铁赭石：红色土状(粉末状)集合体；鲕状、豆状、肾状赤铁矿鲕状、豆状、肾状赤铁矿：鲕状、豆状、肾状的集合体。

尚有致密块状集合体。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类显晶质者呈钢灰～铁黑色；隐晶质及胶态者呈暗红色、红褐色。条痕樱红色

或红棕色，金属～半金属光泽，或

土状光泽。H

5.5～6，土状者显著降低。

无解理。无磁性，性脆。

注意：

镜铁矿常因含磁铁矿微细包裹体

而具较强的磁性。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

用途：

提炼铁的矿物原料之一；

纯净的粉末状赤铁矿是天然的

矿物颜料；制备陶瓷刚玉磨料时用做晶核剂。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类金红石：

TiO2晶体结构晶体结构：

四方晶系，对称型4/mmm。

金红石型结构：O2-近似成六方最紧密堆积，Ti4+位于变形八面体空隙中，

=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、下共棱联结成∥c轴的链，链间由[TiO6]共角顶相连。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类鉴定特征鉴定特征：

晶体呈短柱状、长柱状或针状，

柱面有纵纹。双晶依(101)成膝状双晶、

三连晶或环状双晶。致密块状集合体。

通常为褐红、暗红或褐色，富Fe者黑色；

条痕浅褐色～黄褐色；金刚光泽；微透明。

{110}完全解理；H6～6.5。G4.2～4.3。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

用途：

提炼Ti的主要原料：Ti

具密度小、强度高、耐腐蚀、抗高温等优良性能；钛合金

广泛应用于化工、军事和空间技术中（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）。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

钛白粉可作高级白色油漆、涂料、

人造丝的减光剂、白色橡胶和高级纸张的填料。

金红石可作半导体检波器。

人造金红石可

制作优质电焊条。

微晶玻璃晶核剂第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类锐钛矿、板钛矿纳米锐钛矿具有光催化活性，能净化污染物和微生物，是一种光催化抗菌净化功能材料。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类石英族包括SiO2的一系列同质多像变体，常见的有：第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类1）尤以

-石英最常见。2）石英应为-石英和-石英之总称，

但一般指低温石英（即-石英）。3）将含水的SiO2矿物

—

蛋白石，也列入本族内。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

-石英

-石英（低温石英，

-quartz）：

SiO2

晶体结构：

三方晶系，对称型

32

结构中[SiO4]四面体以角顶相连，∥c轴呈螺旋状排列，有左、右旋之分。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类鉴定特征鉴定特征：

常呈柱状晶体，六方柱面上具横纹，

为{100}

和

{101}

之聚形纹。常见道芬双晶和巴西双晶。集合体呈粒状、致密块状或晶簇状。通常为无色、乳白色、灰白色，因含

杂质色心或细分散包裹体而呈各种颜色；

玻璃光泽，贝壳状断口油脂光泽；透明

—半透明。无解理；H7。G

2.65。具

压电性。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

异种：主要有：1）显晶质异种：水晶簇水晶簇：纯净者无色透明。紫水晶紫水晶：微量Fe3+→Si4+产生色心

而致紫色。加热退色。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类烟水晶烟水晶：Al3+＋H+或Na+→Si4+，在x射线或

射线作用下，Al–O键电子对中的一个电子离位产生空穴色心而成烟黄

～暗褐色、黑色。加热至225℃开始缓慢

褪色，至400℃±烟色渐消失。

注：黑色透明者称墨晶；茶褐色者称茶晶。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

黄水晶：黄色透明者，可能为Fe2+所致。蔷薇石英蔷薇石英（芙蓉石）：蔷薇红色或

粉红色，可能由Ti、Mn造成。通常呈致密块状。加热至575℃褪色；日光下长期暴晒颜色变浅。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

乳石英：乳白色半透明的块体，含大量细分散的气、液包裹体及微裂隙。

蓝石英：蓝色。含Ti较高，次有Al、Mn。加热至300～400℃，褪色或变为

紫色。发晶发晶：细小针状金红石、电气石或角闪石等包裹体呈发状、纤维状。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

猫眼石、虎睛石、鹰眼石：由于石英交代并胶结石棉纤维而具丝绢光泽的

黄褐、棕黄、棕红、深蓝或蓝灰色的

致密块体。

砂金石(东陵石)

：含鳞片状金云母、

赤铁矿等包裹体且分布均匀的次生

石英岩或水晶晶体，琢磨后呈闪烁的

金黄色、褐黄色、粉红色或绿色。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类2）隐晶质异种：

玉髓（石髓）：呈钟乳状、肾状、葡萄状、皮壳状等外貌，具蜡状光泽半透明的纤维状异种，常呈乳白、黄、

褐、深蓝等色，尚有红褐色(光玉髓)、

苹果绿（绿玉髓）、绿色中夹有红色碧玉小斑点(血玉髓，血滴石，鸡血石)。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

玛瑙：不同颜色的玉髓条带或同心环状相间分布。有缠丝玛瑙、苔纹玛瑙、缟玛瑙、截子玛瑙等。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

碧玉：含氧化铁

(可＞20%)的致密块状石英。可呈暗红、紫红、褐色～黄色、蓝色、青绿色等。

燧石：暗色(浅灰～褐黑等色)无光泽，

呈结核状、瘤状、透镜状、条带状、

似层状的坚韧极致密的隐晶质石英。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

用途：

纯净的一般石英大量用作玻璃、

陶瓷、混凝土、冶炼硅钢的原料，以及硅质耐火材料、建筑材料、

研磨材料、瓷器配料等。还可用于

提取单晶硅以制造太阳能电池。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

无裂隙、双晶和包裹体等缺陷的无色透明晶体（≮6×6×6mm3）作压电材料用于无线电工业中振荡器元件及光学仪器材料（用以制光谱

棱镜、透镜等）、耐酸耐高温的器材。

颜色美丽者可作工艺品及宝石原料。色泽差的玛瑙和玉髓可作研磨器具。熔炼水晶是电子工业和技术的矿物材料。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

-

石英

-石英（高温石英，

-quartz）：SiO2

六方晶系，对称型

622

鉴定特征：

呈特征的六方双锥晶形(六方柱发育差)。颗粒较小，晶体几乎总呈

浑圆状，表面粗糙。灰白色，乳白色，玻璃光泽，断口油脂光泽。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类蛋白石蛋白石（欧泊）：

SiO2•nH2O

非晶质，但扫描电子显微镜研究发现其内部存在SiO2小球体堆积。

鉴定特征：

无定形，通常呈肉冻状致密块体或葡萄状、钟乳状、皮壳状、多孔状、结核状。

颜色不定，通常为蛋白色、无色，含杂质可呈各种颜色；微透明；玻璃光泽或蜡状光泽，

具美丽的变彩。H5～5.5。比重较小(1.9～2.3)。易脱水龟裂而呈白色。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

用途：

色泽美丽的致密块状贵蛋白石或

火蛋白石可作名贵的宝石及工艺品材料。

硅藻土质轻多孔，是优良的隔音、隔热材料，建筑材料、研磨材料、陶瓷原料、炸药原料；可用于制作过滤剂，及炼油、制糖的吸附剂和净化剂；作为

催化剂的载体应用于化学工业上。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类钙钛矿：CaTiO3第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类应用1、功能陶瓷2、该结构的铜氧化物具有超导性3、普通陶瓷第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

尖晶石族

化学通式：

AB2O4

A：主要为Mg2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+

及Ni2+、Co2+、Cu2+等；

B：主要为Al3+、Fe3+、Cr3+及V3+、Ti4+等，也可有Mg2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、

Ni2+、Mn3+等。

阳离子间类质同像替代极为普遍而复杂。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类据R3+的不同，可划分为三个系列三个系列：

（1）尖晶石系列（

Al—尖晶石

）；

（2）磁铁矿系列（

Fe—尖晶石

）；

（3）铬铁矿系列（

Cr—尖晶石

）。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类晶体结构晶体结构：

等轴晶系，对称型m3m。

结构中O2-近似成立方最紧密堆积，

阳离子充填其中的四面体空隙和八面体空隙，配位四面体和配位八面体以共角顶

联结。单位晶胞中有8个A组的R2+和16个B组的R3+。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

（1）正尖晶石型结构

：

AIV(B2)VIO4

全部A2+充填1/8的四面体空隙；全部B3+充填1/2的八面体空隙。

注：尖晶石MgAl2O4、铬铁矿FeCr2O4属正尖晶石型结构。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

（2）反尖晶石型结构：

BIV(AB)VIO4

1/2的B3+充填1/8的四面体空隙；

全部A2+及另1/2的B3+充填1/2的

八面体空隙。

注：磁铁矿属反尖晶石型结构。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

注意：

（1）尚有混合型结构：（A1-xBx)IV(AxB2-x)VIO4，

如镁铁矿MgFe2O4，锰铁矿MnFe2O4。

（2）尖晶石型结构尖晶石型结构的矿物，反映在形态上通常呈{111}、{110}

,在物性上为硬度高、无解理等特征。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类用途1、耐火材料、陶瓷颜料2、宝石3、软磁铁氧体属尖晶石型结构4、锰、锌、铜、镍与铁形成的铁氧体是一种很好的高效红外辐射材料第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

磁铁矿：

FeFe2O4

化学组成：

常含Ti4+、V3+、Cr3+、Al3+、Si4+等

替代Fe3+；Fe2+易被Mg2+、Mn2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Ca2+等替代。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类鉴定特征鉴定特征：

晶体常为{111}或{110}，在

{110}

的晶面上常可见有沿长对角线方向

的条纹。常见粒状和块状

集合体。

铁黑色，条痕黑色，半金属～金属光泽，不透明。

H5.5～6

，无解理，有时具

{111}裂开，性脆。G较大，具强磁性。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

铬铁矿：

FeCr2O4

化学组成：

Cr3+可为Al3+、Fe3+

（Ti、V）替代；

Fe2+可被Mg2+（Mn2+、Zn2+、Ca2+）

替代。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类鉴定特征鉴定特征：

晶体呈细小八面体。通常为粒状或致密块状

集合体。黑色，条痕棕色、褐色，半金属光泽，

不透明。H5.5～6.5，无解理，不平坦状断口。具弱磁性。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

用途：

提炼Cr的唯一矿石矿物：Cr用以炼特种钢（铬钢和铬镍钢）；金属表面镀铬可防腐蚀；Cr也用于化学工业制

稳定颜料、铬酸和重铬酸盐。

低品位

(含Cr2O3少，而FeO、Fe2O3多)

的铬铁矿矿石可作耐火材料、化工原料等。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

二、氢氧化物矿物（一）Mg的氢氧化物

水镁石

Mg(OH)2第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类水镁石晶体结构 第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类氢氧离子成六方最紧密堆积，镁离子填充于邻接的两层氢氧离子之间的全部八面体空隙；组成配位八面体的结构层。结构层内属离子键，结构层间属分子键。上结构层下部的(OH)-离子位于下结构层上部的三个(OH)-离子之间。水镁石的层状结构决定了它的片状形态和极完全的{0001}解理。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类（二）Al的氢氧化物

包括：

硬水铝石：

-AlO(OH)

软水铝石：

-AlO(OH)

三水铝石：Al(OH)3第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类三水铝石GibbsiteAl(OH)3氢氧离子成六方最紧密堆积，铝离子填充于邻接的两层氢氧离子之间的2／3八面体空隙；组成配位八面体的结构层。结构层内属离子键，结构层间属分子键。上结构层下部的(OH)-离子与下结构层上部的(OH)-离子相重迭。三水铝石的层状结构决定了它的片状形态和极完全的{001}解理。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类三水铝石晶体结构第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类一水软铝石Boehmiteγ-AlO(OH)A13+与O2-组成[A1—O6]配位八面体，以角顶相连平行于a轴而排列成链。各链再以八面体的棱相连平行于{010}而排列成波状的层。H+则位于层与层之间和一个O2-距离较近，趋向于形成(OH)-的键性，但和另一个O2-距离较远，趋向于形成H+的键性。一水软铝石的层状结构决定了它的片状形态和完全的{010}解理。第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类一水软铝石晶体结构 第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类应用1、制备陶瓷刚玉磨料的原料2、制备超细氧化铝粉体的主要原料第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类铝土矿上述三种矿物与数量不等的高岭石、

蛋白石、赤铁矿、针铁矿等形成细分散胶态混合物，统称“铝土矿”。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

铝土矿：

Al2O3•nH2O鉴定特征鉴定特征：常呈鲕状、豆状、致密块状、多孔状、

土状集合体。

一般为青灰、灰白、灰褐、灰黄色等色，有时具红褐色斑点；条痕白色～浅黄褐色；

土状光泽。H一般3～4。脆性，水泡后易

崩解成细小棱角状碎块。手摸有粗糙感。

用口呵气湿润后有强烈的土腥臭味。

粉末湿润后无可塑性。

第八章之四氧化物氢氧化物矿物大类

用途：

提炼Al的最主要矿石矿物