结晶矿物学第八章培训教材.ppt

第八章 硅 酸 盐 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2.1.5 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：O1：3--1：2.5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MO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TO）； （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TOT）。

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 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(OH)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：,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，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AlXSiNXO2NX- 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 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 SiO和AlO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（46）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,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。