复杂氧化物矿物类

复杂氧化物矿物类_结晶矿物学

三、复杂氧化物矿物类

复杂氧化物，由两种或两种以上金属阳离子与氧形成的化合物，其组成类型为ABO₃、AB₂O₄、ABO₄、AB₂O₆等，其分子式中A、B为不同种不同价态的金属阳离子。矿物特征如下：

（一）ABO₃组

这一组分中包括的矿物种主要有钛铁矿、钙钛矿，它们的主要特征见表15－9，其他特征如下：

1.化学成分

钛铁矿：成分中常含有Mg、Mn、Nb、Ta等呈类质同象关系置换Fe的元素，也含有Sn、Pb、V、U、Cr、Al等混入元素。在不同环境下形成的钛铁矿，这些元素出现的种类是不相同的，产于超基性、基性岩，如角砾云母橄榄岩、金伯利岩中的钛铁矿富含Mg；产于碱性岩中的钛铁矿含Mn高，并含有Nb、Ta元素；产于酸性岩，如花岗伟晶岩中的钛铁矿含Fe、Mn、Nb、Ta高；产于热液脉中的钛铁矿含Sc高；月岩中的钛铁矿富含Al、Cr、Mg元素。

钙钛矿：成分中富含Ce₂O₃（2.3％以上）者，被称为铈钙钛矿；富含Nb₂O₃（6％以上）者，被称为铌钙钛矿。

表15－9　钛铁矿、钙钛矿主要特征

2.晶体结构

钛铁矿：晶体结构为刚玉型。如图15－8所示，Fe和Ti代替了晶体结构中Al的位置。

钙钛矿：晶体结构分高温和低温结构，二者对称特点不同。高温结构常见。高温形成的晶体结构，如图15－7所示。Ca位于立方晶胞的中心，为12个O包围形成立方－八面体配位，配位数为12；Ti位于立方晶胞的角顶，由6个O形成配位的八面体结构，配位数为6。

图15－7　钙钛矿高温晶体结构（左为立体图，中为俯视图，右为多面体结构）

图15－8　钛铁矿晶体结构（左为前视图，右为俯视图）

3.成因产状和矿物共生组合

钛铁矿在地壳中分布很广泛，常产出于超基性岩、基性岩、碱性岩、酸性岩和变质岩中。产于基性岩中的钛铁矿，呈细粒或片状分布于钛磁铁矿的颗粒中间，与钛磁铁矿、橄榄石、普通辉石、斜长石、磁黄铁矿等矿物共生，我国四川攀枝花地区是世界著名的钛铁矿产地之一；产于钠辉石岩和黑云母岩中的钛铁矿与钠辉石、钠闪石、黑云母、易解石等矿物共生；产于花岗岩体相带中的钛铁矿与榍石、角闪石、黑云母、褐帘石等矿物共生；产于正长伟晶岩中的钛铁矿与金红石、锆石、长石等矿物共生；钛铁矿还常作为副矿物产于变质岩中；外生条件下钛铁矿可形成砂矿，常与金红石、石榴石等矿物伴生。

钛铁矿遭受蚀变可转变为白钛石、金红石、锐钛矿、菱铁矿等。

钙钛矿常产于超基性的辉石岩、碱性辉石岩、霓霞岩、碳酸岩及含白榴石的碱性喷发岩中。在辉石岩中钙钛矿与磁铁矿、钛磁铁矿、磷灰石、方解石等矿物共生；富铈的钙钛矿产于碱性辉石岩、霓霞岩、碳酸岩中，常与钛磁铁矿等矿物共生；富铌的钙钛矿产于碳酸岩中，常与金云母、磁铁矿、斜锆石、烧绿石、磷灰石等矿物共生。

4.鉴定特征

钛铁矿：厚板状晶形，黑色条痕，具有弱磁性。

钙钛矿：常具有立方体晶形，晶面具有平行晶棱的条纹。

5.用途

钛铁矿为提取钛的主要矿石原料。

钙钛矿可作为提取钛及稀土、铌的矿物原料，也是研究地幔演化的重要标志矿物之一。

（二）AB₂O₄组

这一组分包括的矿物种主要有尖晶石、磁铁矿、铬铁矿，它们的主要特征见表15－10，其他特征如下：

1.化学成分

尖晶石：成分中常含有Fe、Zn、Mn、Ti、Cr、Co等元素替换Mg、Al，其中，Fe、Zn、Mg之间可形成完全类质同象系列，可形成锌尖晶石、铁尖晶石、锰尖晶石、钛铁尖晶石矿物亚种；而Al与Cr、Co、Ti之间形成有限类质同象系列。这些成分之间替换可引起尖晶石的物理性质发生变化：如含Fe²⁺呈蓝色；含少量的Fe³⁺呈草绿色；含Zn呈蓝色；含少量的Cr呈红色；含Co呈天蓝色等。

表15－10　尖晶石、磁铁矿、铬铁矿主要特征

磁铁矿：成分中常含有Mg、Mn、Ca、Ni、Co、Zn、V、Ti等呈类质同象替代Fe的元素，其中Mg、Fe之间形成广泛代替，可形成镁磁铁矿；其他元素替代有限，也形成磁铁矿亚种，如钛磁铁矿、钒钛磁铁矿、锰磁铁矿等。

铬铁矿：成分中有Ti、V、Al、Fe³⁺替代Cr；Zn、Mg替换Fe²⁺的类质同象发生，形成铬铁矿的多个亚种：镁铬铁矿、铁镁铬铁矿、镁铁铬铁矿、铁铬铁矿、铝镁铬铁矿等。

2.晶体结构

尖晶石：晶体结构为尖晶石型，为一典型结构。如图15－9所示，结构中O做立方最紧密堆积，Mg均匀充填在1/8四面体空隙中，配位数为4；Al均匀充填在1/2八面体空隙中，配位数为6。整个结构为［MgO₄］与［AlO₆］联结而成。

图15－9　尖晶石晶体结构（左为立体图，右为俯视图）

磁铁矿：晶体结构为反尖晶石型结构。如图15－10所示，结构中O做立方最紧密堆积，1/2Fe³⁺均匀充填在1/8四面体空隙中，一半Fe³⁺配位数为4；1/2Fe³⁺和全部的Fe²⁺均匀充填在1/2八面体空隙中，另一半Fe³⁺和Fe²⁺配位数为6。整个结构为［Fe³⁺O₄］与［（Fe³⁺，Fe²⁺）O₆］联结而成。

图15－10　磁铁矿晶体结构（左为立体图，右为俯视图）

铬铁矿：晶体结构为尖晶石型结构。结构中O做立方最紧密堆积，Fe²⁺均匀充填在1/8四面体空隙中，配位数为4；Cr均匀充填在1/2八面体空隙中，配位数为6。整个结构为［Fe²⁺O₄］与［CrO₆］所联结而成。

3.成因产状和矿物共生组合

尖晶石形成环境广泛。产于镁质灰岩、白云岩与酸性侵入体的接触变质带中的尖晶石，常与镁橄榄石、透辉石、硅镁石、金云母等矿物共生；在贫硅富铝镁的泥质岩遭受热变质带中，尖晶石与堇青石、斜方辉石、镁橄榄石、夕线石等矿物共生；在超基性岩、基性岩的有关铁矿床中，尖晶石含铁，常与磁铁矿、钛磁铁矿等矿物共生；在某些超基性岩中，如金伯利岩、煌斑岩中，尖晶石含铬，常与镁铝榴石、镁铬铁矿、金刚石等矿物共生。

外生条件下，尖晶石可形成砂矿。

磁铁矿在多种地质环境条件下可形成，可以作为许多岩浆岩的副矿物出现。磁铁矿常可存在于超基性、基性岩中，形成富集，成为有经济价值的矿体，常和钛铁矿、钒钛磁铁矿、磷灰石、辉石类矿物共生。我国四川攀枝花所产钒钛磁铁矿闻名世界。产自伟晶岩中的磁铁矿与刚玉、白云母、钾长石、石英等矿物共生；在接触交代作用环境下形成的磁铁矿，由于形成环境的差异，其矿物成分和共生矿物种类也有较大的区别：镁矽卡岩中，磁铁矿富含镁，常与镁橄榄石、透辉石、尖晶石、硅镁石、粒硅镁石、金云母等矿物共生；钙矽卡岩中，磁铁矿与透辉石、钙铁辉石、钙铁榴石、方柱石、透闪石、金云母、阳起石等矿物共生，我国湖北大冶为这种矿床的著名产地。在气化－高温热液形成的含稀土铁矿床中，磁铁矿与多种稀土矿物、碱性闪石、金云母、铁白云石、菱铁矿、萤石等矿物共生，我国内蒙白云鄂博为这种铁矿床的最著名产地。区域变质作用形成的磁铁矿矿床，一般规模巨大，又称磁铁石英岩矿床，矿床中磁铁矿与磁赤铁矿、白云母、石英、鳞绿泥石等矿物共生，我国东北鞍山式铁矿为这种类型铁矿床的典型代表。

铬铁矿主要形成于超基性岩中，常与橄榄石共生。外生条件下也可形成砂矿，我国各地均有产出，但规模不大。世界主要产地有南非、俄罗斯、加拿大、美国、巴西等国家。

4.鉴定特征

尖晶石：呈八面体形态，硬度大，具有尖晶石律接触双晶。

磁铁矿：具有八面体形态，黑色条痕，特强的磁性。

铬铁矿：颜色为黑色，条痕为褐色，硬度较大，常产于超基性岩中。

5.用途

尖晶石颜色漂亮、美丽者可作为宝石材料，也可作为研磨材料。富含铬者可作为提取铬金属的矿物原料。

磁铁矿为重要的铁矿石原料。含钒、钛者也是重要的钛钒矿石原料。

铬铁矿是提取铬的最主要的矿物原料。铬可广泛用于冶金工业中，可制造成不锈钢、工具钢、耐热钢、耐酸钢、高强度钢等材料而用于各个行业中。也可用来制造耐火材料。在化学工业中，可用来制造颜料、接触剂和化学药品等方面。

（三）ABO₄组

这一组分包括的矿物种主要有黑钨矿、褐钇铌矿，它们的主要特征见表15－11。其他特征如下：

表15－11　黑钨矿、褐钇铌矿主要特征

1.化学成分

黑钨矿：成分中，Mn与Fe形成完全类质同象替代，可分为三个亚种：钨锰矿、钨锰铁矿、钨铁矿。成分中还含有Mg、Ca、Nb、Ta、Sc、Y和Sn等呈混入物存在的元素。黑钨矿中Mn、Fe的含量与形成环境的温度有关，高温环境形成的黑钨矿富含Fe；低温环境形成的黑钨矿富含Mn。在黑钨矿晶体中也呈现内带含Fe高，外带含Mn高的现象。

褐钇铌矿：成分中Nb与Ta呈完全类质同象替换，当Ta＞Nb，称黄钇钽矿；当Nb＞Ta，称褐钇铌矿。此外，常含有Ce、Ca、U、Th、Fe、Mg、Pb、Na、Ti、Zn、Sn、W、Zr等元素，这些元素的出现与富集，与其形成环境有很大关系：花岗岩中形成的褐钇铌矿稀土元素以镝含量大，镱次之，铈含量最低；花岗伟晶岩中形成的褐钇铌矿中稀土元素以镱含量最大，镝次之，铈含量很低；碱性花岗岩中形成的褐钇铌矿，稀土元素以铈含量大，镝次之，镱含量最低；钠长岩中形成的褐钇铌矿，稀土元素以铈族稀土含量大于钇族稀土；硅化钠长岩中形成的褐钇铌矿，镱含量最大。

2.晶体结构

黑钨矿：晶体结构为由［（Fe，Mn）O₆］八面体组成的曲折线状的链与由［WO₆］八面体组成的链之间以八面体的三个角顶联结沿c轴方向延伸。

褐钇铌矿：晶体结构为白钨矿型，结构中Y代替了白钨矿结构中Ca的位置，Nb代替了W的位置。

3.成因产状与矿物共生组合

黑钨矿主要为高温气化热液地质作用形成的矿物，与花岗岩联系密切。常产于高温石英脉中和交代形成的云英岩中的黑钨矿与石英、锡石、辉钼矿、辉铋矿、毒砂、黄铁矿、黄玉、绿柱石、电气石等矿物共生；在硫化物矿脉中，黑钨矿与黄铜矿、磁黄铁矿、辉钼矿等矿物共生；在伟晶岩中，黑钨矿与黄玉、绿柱石、电气石、长石类矿物共生。外生条件下，可形成砂矿。在氧化带，黑钨矿被破坏形成含水钨酸盐（铁钨华）或钨华。

我国华南一带是世界最著名的黑钨矿产地。

褐钇铌矿主要产于花岗岩和花岗伟晶岩中，也可产于与碱性岩有关的矿床中。产在黑云母花岗岩中的褐钇铌矿呈副矿物，常与石英、条纹长石、磷钇矿、独居石、锆石、黑云母、钛铁矿、榍石、褐帘石等矿物共生；产于花岗伟晶岩中的褐钇铌矿与磷钇矿、独居石、锆石、钍石、铌钇矿、绿柱石等矿物共生；产在正长岩、钠长岩中的褐钇铌矿与黑稀金矿、锆石等矿物共生；与钠交代有关的花岗伟晶岩中的褐钇铌矿与长石、石英、黑云母、褐帘石、锆石、独居石、黑稀金矿、磷钇矿等矿物共生；在外生条件下，褐钇铌矿可形成砂矿，常与锆石、独居石、磷钇矿、锡石、钛铁矿等伴生。

4.鉴定特征

黑钨矿：具有板状晶形，黑色，褐黑色条痕，一组完全解理，密度特大。

褐钇铌矿：具有四方柱状晶形，黄色条痕，具有强放射性。

5.用途

黑钨矿为提取钨的重要矿石原料，钨主要用于冶金工业上制造特种钢材。含钨的合金可用于军事工业中制造炮膛、坦克的甲板，可制作钻头。钨在电气工业中可制作灯丝、X光设备中的阴极管。钨也可用于化工、陶瓷、玻璃等行业中，近来又用于航空空间技术的发展中。

褐钇铌矿可作为提取稀土元素的矿物原料。

（四）AB₂O₆组

这一组分包括的矿物种主要有铌钽铁矿、易解石、黑稀金矿、烧绿石，它们的主要特征见表15－12。其他特征如下：

表15－12　铌钽铁矿、易解石、黑稀金矿、烧绿石主要特征

1.化学成分

铌钽铁矿：成分中Fe与Mn、Nb与Ta可形成完全类质同象替代关系。可形成多个亚种：铌铁矿、铌锰矿、钽铁矿、钽锰矿及中间许多组分系列。此外，常含有Ti、Sn、W、Zr、Al、U、稀土、Y等呈混入关系进入晶体的元素，根据混入元素的种类又可分为钛铌铁矿、锡铌铁矿、钨铌铁矿、钇钽铁矿等亚种。

易解石：成分中存在着广泛的元素之间的类质同象置换，如Ce可被Y、Th、U、Ca、Fe等元素置换；Ti、Nb可被Fe、Al、Ta等置换。其中Th+Ti→Ce+Nb、Ca+Nb→Ce+Ti的成对置换最常见。成分置换可形成易解石亚种，如钇易解石、钍易解石、铌易解石、钽易解石、铝易解石，我国内蒙发现的震旦矿（铀易解石）、钛易解石等。

黑稀金矿：成分中A组Y可被Th、U、Ca、Fe、Mg、Mn、Pb、Na、K、Bi、Sc等置换；B组主要是Nb、Ta、Ti，且之间可进行完全类质同象替换，当（Nb、Ta）＞Ti时被称为黑稀金矿；Ti＞（Nb、Ta）被称为复稀金矿。此外，还可含有Fe、Sn、Zr、Si、Al、Hf、Ge、He、N等呈机械混入物的元素。

烧绿石：成分中A组元素主要为Ca、Na，除二者可发生类质同象替换外，还可被Th、U、Y、Pb、Sb、Bi、Ba、Sr、稀土等元素置换；B组元素主要是Nb、Ta、Ti，之间可进行完全类质同象替换。当B组元素以Ti为主者（Ti：（Nb+Ta）＞3），被称为贝塔石；以Nb为主者（Ti：（Nb+ Ta）＜3，Nb＞Ta），被称为烧绿石；以Ta为主者，被称为细晶石。这些替换发生后可形成许多烧绿石的亚种：如铈烧绿石、水烧绿石、铀烧绿石、钇铀烧绿石、铈铀烧绿石、铀钽烧绿石、钇铀钽烧绿石、铀铅烧绿石、钡锶烧绿石、铅烧绿石等。

烧绿石中稀土元素的种类与形成环境有关，在超基性岩、碱性岩中形成的烧绿石含铈最多，其次为铷、镧、镨；产于花岗伟晶岩、云英岩中的烧绿石含钇族元素为主，云英岩中的烧绿石以镱为主。

2.晶体结构

铌钽铁矿：晶体结构似板钛矿结构，O做立方似紧密堆积，Nb、Ta、Fe、Mn充填1/2八面体空隙，每个八面体与三个八面体共棱联结，其中与两个八面体共棱形成平行c轴的锯齿状的链，并与第三个八面体共棱联结成平行（100）的网层。在a轴方向A组离子八面体与B组离子八面体以1∶2呈交错状排列。这样的结构导致晶体呈板状或柱状形态。

易解石：晶体结构中，B组阳离子充填八面体空隙，每两个八面体以棱相联结成对，每对八面体以角顶相联结形成平行于c轴的锯齿状链，链间错开以角顶相联结构成架状。A组阳离子充填在架状的空隙中，配位数为8。这样的结构导致晶体呈板状或柱状形态。

黑稀金矿：晶体结构为铌钙矿型，结构中B组阳离子充填八面体空隙，八面体之间共棱形成沿c轴延伸的链，链间沿a轴方向以八面体角顶相联结而成波形层。层之间通过A组阳离子连接，A组离子配位数为8。这样的结构导致晶体呈板状或柱状形态。

烧绿石：晶体结构为烧绿石型。结构中，O做立方似紧密堆积，B组阳离子充填歪曲的八面体空隙，A组阳离子充填立方体空隙，立方体与立方体及与八面体之间均以棱联结，八面体之间以角顶联结。

3.成因产状与矿物共生组合

铌钽铁矿主要产于花岗伟晶岩中，与石英、长石、白云母、锂云母、绿柱石、黄玉、锆石、锡石、独居石、细晶石等矿物共生；产于钠长石化、云英岩化的花岗岩中的铌钽铁矿与石英、长石、云母、锆石、独居石、锡石、钍石、细晶石、黄玉等矿物共生，这类矿床在我国华南地区非常常见；产于石灰岩内的细晶岩脉中的铌钽铁矿常与石英、正长石、钠斜长石、锡石、黑钨矿、黄玉、透辉石、透闪石、镁橄榄石等矿物共生。在外生条件下，铌钽铁矿性质稳定，可形成砂矿。

易解石主要产于碱性岩及与碱性岩有关的伟晶岩、碳酸岩及热液矿床中。在正长岩中易解石与锆石、黑云母、刚玉、白云母、萤石、榍石、褐帘石等矿物共生；在正长伟晶岩中，易解石与锆石、黑云母、白云母、褐帘石等矿物共生；在花岗伟晶岩中，易解石与钠长石、烧绿石、铌铁矿、金红石、褐帘石等矿物共生；在石英－钠铁闪石脉中，易解石与金红石、锐钛矿、板钛矿、褐帘石等矿物共生。在外生环境下易解石可形成砂矿。

我国的易解石主要产于内蒙地区，并产出了新矿物震旦矿。

黑稀金矿广泛产于花岗伟晶岩中，也产在碱性正长岩及伟晶岩的钠长石化带中。在花岗伟晶岩中，黑稀金矿与独居石、磷钇矿、褐帘石、钍石、氟碳铈钙矿、褐钇铌矿、铌铁矿等矿物共生；在碱性正长岩中，黑稀金矿与锆石、硅铍钇矿、钛铁矿、磷钇矿、星叶石等矿物共生；产于蚀变花岗岩中的黑稀金矿与褐钇铌矿、独居石、锆石、磷钇矿、白云母、黑云母、石英等矿物共生。在外生环境下黑稀金矿可形成砂矿。

我国的黑稀金矿主要产于华南、新疆、东北等地区。

烧绿石产于霞石正长岩及与其有关的伟晶岩、碳酸岩中。在霞石正长岩中，烧绿石与钠长石、锆石、磷灰石、钛铁矿、榍石、黑云母、易解石、褐帘石、铌铁金红石等矿物共生；产于钠闪石正长岩中，烧绿石与锆石、星叶石、萤石等矿物共生；产于钠长石化碱性伟晶岩中，烧绿石与锆石、铌铈钇矿、磷灰石、钠长石、霓石、碱性角闪石等矿物共生；产于碳酸岩中烧绿石与锆石、铈钙钛矿、钙钛矿、磷灰石、磁铁矿等矿物共生；产于钙镁矽卡岩中的烧绿石与钠长石、钠辉石、钠闪石、重晶石、萤石、铈磷灰石、锆石、金云母、硅镁石、磷灰石、铌铁矿、易解石等矿物共生；在钠长石化花岗岩中烧绿石与钠长石、黄玉、冰晶石等矿物共生。

我国的烧绿石主要产于华南、新疆、东北等地区。

4.鉴定特征

铌钽铁矿：具有板状晶体形态，黑色颜色，密度大。

易解石：具有黑褐色，树脂光泽，强的放射性。

黑稀金矿：具有微带绿或褐的黑色，半金属光泽，放射性强。

烧绿石：具有油脂光泽，｛111｝完全解理，强放射性。

5.用途

铌钽铁矿为提取铌和钽最主要的矿物原料。铌钽为稀有金属，可用于生产特种钢材，广泛用于军事工业、尖端技术等行业中，为最有发展前景的材料工业之一。

易解石可作为提取铌、钛、稀土的矿物原料，我国内蒙所产的易解石含钐、铕、钇多，它们均为国防尖端技术所必需的材料。

黑稀金矿主要作为提取钇、铈、铀、钍、铌、钽的矿物原料。

烧绿石主要作为提炼钇、铈、铀、钍、铌、钽的矿物原料。