结晶矿物学第八章.ppt

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1、第八章 硅 酸 盐 1 分类 按结构特点分 岛状结构的硅酸盐类 群组状结构的硅酸盐类 链状结构的硅酸盐类 层状结构的硅酸盐类 架状结构的硅酸盐类 2 分述 2.1 岛状硅酸盐亚类 2.1.1 概念 由 SiO44-弧立四面体和 Si2O76-硅氧双四面体单独或 两者一起与团外阳离子结合形成的化合物。 四面体 双四面体 2.1.2 化学成分 硅氧骨干 SiO4、 Si2O7均呈弧立的岛状，排列得紧 密（比其它亚类）， Si： O 1： 4 1： 3.5，要求阳 离子半径不能太大。 本亚类矿物的阳离子成分，电价高、半径小或中等。 2.1.3 化学键和结晶结构 本亚类矿物络阴离子团与外阳离子的结合以

2、离子键为 主，具有附加阴离子时，既有离子键，同时还有共价 键或氢键性质。 硅氧骨干整体以及氧原子和金属阳离子都具有紧密排 列的特点。 2.1.4 形态和物理性质 本亚类矿物的形态决定于络阴离子团与团外阳离子的 排列形式以及附加阴离子的存在与否 。无附加阴离 子的常成三向等长的粒状；含有附加阴离子时，多成 一向延伸的柱状、针状； MO6等配位多面体与 SiO4 在二维相联时，呈一向延伸与二向延伸的中间型，板 柱状。 本亚类矿物的物理性质，决定于阳离子成分、化学键 性质及结晶结构 。 阳离子为 Mg2+、 Al3+、 Ca2+等 S、 P区元素时呈无色； Fe2+、 Fe3+、 Cr3+、 Ti2

3、+、 Zr4+ 等 d区元素时，呈现各种不同深彩色。本亚类矿物多 为离子键、共价键性质为主，多数矿物透明、玻璃光 泽。多数阳离子电价高、半径小、排列紧密，故硬度 （ 68）和比重较其它亚类为大。 2.1.5 分类 橄榄石族 石榴石族 红柱石族 夕线石、莫莱石 橄榄石 石榴石 红柱石 2.2 群组状硅酸盐亚类 2.2.1 概念 群组硅氧骨干 SiO3 n2 n 或双环骨干 Si2O5 n2 n （ n=3， 4， 6）络阴离子团与团外离子相结合形成的 化合物。 骨干可分三方环、四方环、六方环和六方双环等 三方环 四方环 六方环 2.2.2 化学成分 在络阴离子团中 Si： O 1： 3-1： 2

4、.5硅氧骨干在结 构中均呈“岛状”弧立存在，且较紧密排列，要求 阳 离子半径小、电价高。 团外阳离子与硅氧骨干以附加阴离子之间以离子键 结合为主，团内的键有共价键性质。 2.2.3 化学键和结晶结构 化学键性质与岛状亚类类似，不过离子键性增强。 环状硅酸盐亚类矿物中硅氧骨干的环面垂直于 Z轴， 沿 Z轴累迭。因此，在 Z轴方向形成隧道状孔隙，其 中常由大半径阳离子占据。 2.2.4 形态和物理性质 本亚类矿物多呈柱状、针状等一向延伸者为主。 物理性质决定于成分、化学键和结晶结构 。 本亚类矿物呈玻璃光泽、透明，浅颜色，硬度较高， 解理不明显，有时具有垂直 Z轴的裂开。 2.2.5 分类 绿柱石

5、族 电气石族 绿 柱 石 电 气 石 2.3 链状硅酸盐亚类 2.3.1 概念 本亚类矿物是指由链状硅氧四面体骨干与金属阳离子 相结合形成的化合物， 其中包括单链、双链和三链等 硅氧四面体骨干 。 2.3.2 化学成分 单链 硅氧骨干中，一般很少或不存在 Al取代 Si的现象； 双 链 硅氧骨干中，允许 Al取代 Si，形成铝硅酸盐。 阳离子： 除了 S、 P、 d区小半径元素外， S区的低电价、 大半径阳离子 Li、 Na、 K等元素，是某些链状硅酸盐矿物 的重要组成元素。阳离子之间广泛形成类质同象 2.3.3 化学键和结晶 结构 链状硅氧四面体 骨干与骨干外阳离子之间 的结合以 离子 键

6、为主，双链硅酸盐中必有 氢键 存在。具有 多键性 。 硅氧 骨 干沿 Z轴方向延伸，结晶结构简单，但链与链之间， 具 有 不同类型的孔隙，可以被不同的阳离子（ M）充填， 构 成 不同的 M O配位多面体。 2.3.4 形态和物性 硅氧骨干的特征 决定了 晶体的形态为一向延伸，表现为 柱状、针状等特点。 光学性质与岛、环亚类相似。但 表现明显的解理特征。 2.3.5 分类 辉石族 斜方辉石和单斜辉石两个亚族。 角闪石族 包括斜方晶系和单斜晶系两个亚族。 2.4 层状硅酸盐亚类 2.4.1 概念 本亚类矿物，由层状硅氧四面体，骨干 Si4O10n4n 及 （ OH） 与骨干外阳离子结合形成的矿物

7、 。 2.4.2 化学成分 A 络阴离子团：既有单纯的硅氧骨干层的 Si4O10 ，也有部 分 Si被 Al3+、 Fe3+等的替代 Si4-XAlXO10n B 附加阴离子：多数为（ OH） ，有时还可有 F C 阳离子：主要为 S区和 P区元素，部分 d区元素。 D 部分矿物含有层间水，特别是蒙脱石等粘土矿物。 2.4.3 化学键和结晶结构 硅氧骨干内以共价键性为主，骨干外阳离子与骨干以离子 键性为主。 结构特点： 每个 SiO4四面体以三个桥式氧与相邻的硅氧四面 体联接成层状硅氧骨干。每一层状骨干中所有的 桥式氧位于同一平面上，非桥式氧朝该平面的一 边，从而构成四面体结构层。 中、小半径

8、的阳离子 Mg2+、 Fe2+、 Fe3+、 Al3+ 等， 形 成二维连续的六次配位的铝氧八面体结构层或镁氧八面体 结构层。 八面体层与硅氧四面体层联合组成结构单元层， 或称 复合层 。 在八面体层中，其八面体内的中心阳离子，有的是二 价的 Mg2+、 Fe2+，有的是三价的 Fe3+、 Al3+ ，通常按八面体 层中八面体的中心阳离子性质和充填数量，将 八面体划分 为 两种类型 ： 其一为三八面体层； 具有与氢氧镁石 Mg（ OH） 2结构 相同的特点，故又称氢氧镁石层； 其二 为 二八面体层； 这种八面体结构层具有与三水铝石 Al（ OH） 3结构相同的特点，所以又称氢氧铝石层。若八 面

9、体层中，二价和三价阳离子同时存在，则属于上述两者 之间的中间类型。 四面体结构层（标记为 T）和八面体结构层（标记为 O） 结构单元层有两种形式： （ 1） 由一个四面体层与一个八面体层重迭构成的二重层（ 标 记为 T O）； （ 2） 由两个四面体层和一个八面体层构成的三重层，八面体 层夹在两个四面体层之间（ 标记为 T O T）。 2.4.4 分类 按其单元层的形式及联接方式， 主要有 四 种类型： 高岭石型 滑石 叶蜡石型 云母型 绿泥石型 2.4.5 粘土类矿物 1 概念 粘土： 是黏土矿物的集合体。 粘土矿物： 是各种颜色、细分散的多种含水的层状硅酸盐 及含水的非晶质硅酸盐矿物的总称

10、。 2 粘土矿物的分类 1980年国际分类方案为： 1： 1层型 - 高岭石 - 蛇纹石族 2： 1层型 - 滑石 叶腊石族、蒙皂石族、蛭石族、 云母族、脆云母族、绿泥石族及坡缕 石 海泡石族。（ 7个） 3 黏土矿物 的基本结构 黏土矿物属于 层状结构的硅酸盐矿物 。 4 各种黏土 矿物概述 高岭石： 化学式为： Ai4Si4O10(OH)8 形态为 六角板状，呈 书本状或蠕虫状结构。高岭石晶格内的置换是很少 的。在差热曲线上表现为 500oC-600oC有一个强的 吸热谷， 900oC-1000oC有一个大的放热峰， 1200oC也有一个放热峰。 埃洛石： 化学式： Ai4Si4O10(O

11、H)84H2O 化学组成与高 岭石相同，但比高岭石多含 2个分子的水。呈多管 状结构，形态多为管状，也有球状、三角状等。通 过热分析可以看出埃洛石 在 100oC以下具失水性， 100oC-400oC有微量失水， 430oC-500oC结构水突 然迅速失去。在 1650oC-1775oC熔化。在室温下失 去的层间水不可复得。 地开石及珍珠陶石： 单斜晶系，化学式： Ai4Si4O10(OH)8 具多型性。形态与高岭石基本相同，为六角板状， 或六角柱状或宝塔状。结晶度较高。差热曲线表现 为脱（ OH）温度要比高岭石高 100oC达 700oC左右。 并具复谷性。 蒙脱石： 结构属 2： 1 突出

12、特点为 C轴的可变性，脱除层间 水的温度是 100oC-300oC ，在差热曲线上表现为 1- -2个吸热谷，谷的数目和温度与交换性阳离子有关 伊利石： 又称水云母。结构属 2： 1型。属单斜晶系，呈不规 则片状。层间键比白云母弱，比蒙脱石强。由该矿 物组成的黏土，一般可塑性低，干后强度差，干燥 和烧成收缩小，烧结温度低，烧结范围窄。 白云母： 结构式为 KAl2(AlSi3)O10(OH)2 属单斜晶系。 为六角板状。差热曲线为： 100-150oC 550-600 oC 880oC 910oC 滑石： Mg3(Si4O10)(OH)2 为 2： 1型层状结构的硅酸盐 矿物，硬度为 1 ，可

13、作为电瓷用料。无可塑性。 叶腊石： Al2Si4O10(OH)2 属 2： 1型层状结构的硅酸盐矿 物，层间靠范德华力连结 .有滑感，具挠性，烧成 收缩小，线膨胀系数不大，适宜于快速烧成。 2.4.6 层状结构的硅酸盐晶体形态及物理性质 形态取决于结构 ，为片状、板状等两向延展 的结晶习性为主，亦有呈柱状晶体者。 层状硅酸盐矿物多数为无色或浅色、透明、 玻璃光泽、解理面表现出珍珠光泽特点。其 颜色受 Fe的含量影响。 层状硅酸盐矿物的硬度普遍低。不同矿物之间 的 硬度差异主要取决于层间的结合力，平行于结 构单元层发育极完全解理。 2.4.7 黏土研究方法 层状硅酸盐矿物，其结晶颗粒多数都很微小

14、，研究方 法具有特殊的要求， 比较有效的研究手段有： （ 1） 黏土的简易鉴定法 （ 2） 化学分析法 （ 3） 物理分析法 ：颗粒分析、可塑性实验、泥浆性能测定 （ 4） 矿物组成的测定 ：包括，热分析法、 X-射线研究法、 电子衍射法 、电子显微镜法、核磁共振吸收法、 紫外吸收光谱法等方法。 2.5 架状硅酸盐亚类 2.5.1 概念 由 ZXSiN-XO2NX-络离子团与阳离子结合形成的硅酸盐。 2.5.2 化学成分 （ 1）络阴离子团 AlXSiN XO2NX- SiO4以四个角顶相联成三维空间无限延伸的骨架，在 SiO4中的部分 Si4+被 Al3+所取代。呈铝硅酸盐。包括： 长石族

15、付长石族 沸石族 （ 2）附加阴离子： 出现 CO32-、 SO42-、 Cl 、 F 、 S2-等附加阴离子。 （ 3）阳离子 主要是大半径、低电价的元素。 （ 4） 水 在部分架状硅酸盐矿物中含有大量的水。 2.5.3 化学键和结晶结构 Si O和 Al O四面体内的结合为共价键性质为主， 络阴离子团与团外阳离子之间为离子键性质为主。 2.5.4 物理性质 若不含杂质（微量元素）时，绝大部分架状硅酸盐矿 物，无色、白色或浅色，透明至半透明，玻璃光泽， 比重一般较低，硬度中等（ 4 6）。 2.5.5 分类 根据 SiO4中 Si被 Al或其它无素代替与否， 划分为 硅氧（ Si4O8 即

16、SiO2）型 石英族 架状（铝）硅酸盐型 长石族 付长石族 沸石族 以 石英族和长石族 为例予以讨论： 2.5.5.1 石英族 1 石英的晶体结构 石英具有典型的架状结构， 其 SiO4 四面体的连接方 式有如下几种 : （ 1） 石英 属六方晶系。结构特征为： C+扭曲 （ 2） -磷石英 属六方晶系。结构特点为： P （ 3） 方石英 属立方晶系。对称特点为： C 从以上三种结构种可以看出： 石英与方石英的转变要比石英与磷石英的转变容易一些 2 化学组成 石英的化学组成主要是：二氧化硅，在其杂质中 三氧 化二铁 为其 主要有害成分。应控制在 0.5% 以下。 高纯超细石英物 (粉 )中 ,

17、二氧化硅含量大于 99.9%,粒度 小于 1.2微米 .通常采用化学制备 (用途 ). 3 石英的一般性质 . 石英的颜色 ,根据不同的晶型和类别 ,有多种多样 , 平常 用作工业原料的石英呈乳白色或灰色 ,有玻璃光泽 (断 口为油脂光泽 ),硬度为 7,比重 2.31-2.65,无解理 。 4 同质多象转变 按照 SiO4四面体连接方式 ,有 三种最基本存在状态 : 石英 （ Quaytz) 870C以下 磷石英 (Tridymite) 1470C以下 方石英 ( Cristobalite) 1713C以下 超过 1713C以后 ,变为熔融态 . 在自然界中则大部分以石英的形态稳定存在 .只

18、有少 部份的以磷石英或方石英的介稳态存在 . 5 主要的变体类型： （ 1） 石英： 常表现出六方晶形的透明大晶体。 常见的类型有 ： -石英，常温下是稳定的。 -石英，在自然界中找不到天然的。 （ 2） 磷石英 ：自然界以这种形式存在的石英为数极 少。石英很少直接转化为磷石英。 常见的类型有 ： -磷石英：自然界难找到。稳定范围为： 870oC -磷石英：一种过渡形式的磷石英，存在的温度 范围很窄，为： 117-163oC - 鳞石英：呈半安定形态，能在常温下长久地 存在。但自然界很少见到。 （ 3） 方石英： 石英在 1200 0C 以上的温度下常时 间加热时便会转化成 方石英， 6 石英

19、、鳞石英与方石英的鉴别方法有 1 比重； 2 体积变化： 3 沉降法： 4 双折射率法： 5 晶型比较法： 6 差热法： 2.5.5.2 长石族 长石是碱金属和碱土金属的铝硅酸盐矿物。 1 长石的分类 有四种： 钾长石、钠长石、钙长石、钡长石 。 按其化学组成可分为 三个亚族 ： 即 :正长石亚族、斜长石亚族、钡长石亚族。 正长石亚族 ： 是钾钠长石系列靠近钾端员的矿物， 斜长石亚族 ： 是由钠长石和钙长石及它们的中间矿 物组成的类质同象系列的总称。 生产中常用的长石为 ： 钾长石、微斜长石、 钠长石及斜长石中富 含钠的长石， 钙长石 和钡长石一般不能单 独作熔剂使用。 2 长石的晶体结构 长

20、石结构中的基本单 元是四个四面体相互 共顶形成四联环，组 成 曲轴状的链 ，链与 链之间以侧向桥氧相 连形成三维架状结构 透长石 钠长石 正长石 3 长石的物理性质 长石的比重为 2.56-3.37 ， 硬度为 6-6.5 ， 熔点为 11000C-17150C 颜色由无色 -白色 -灰白色 -浅黄 -肉红色。 4 长石的化学组成 依其种类的不同主要成分为 SiO2 Ai2O3 K2O Na2O CaO并含少量其他杂质成分，其中 以三氧化二铁为有害 组分 。 各种长石的理论组成如下： SiO2 Al2O3 K2O Na2O CaO 钾长石 64.7 18.4 16.9 - - 钠长石 68.6 19.6 - 11.8 - 钙长石 43.0 36.9 - - 20.1 工业中所用的长石应符合下列 质量标准 （ %） SiO2 Fe2O3 MgO TiO2 Al2O3 K2O+Na2O CaO 烧失 63-67 0.5 0.5 微量 18-22 12 1.0 1.0