氢氧化物矿物类

四、氢氧化物矿物类

氢氧化物为金属阳离子与羟基形成的化合物矿物。目前，已发现的氢氧化物矿物达120种左右，主要分布于地表。

组成氢氧化物矿物的主要元素：阴离子主要为（OH）^－、O^2－，少数为［CO₃］^2－、［SO₄］^2－；阳离子多为元素周期表上半部、电负性中等的元素，主要包括有Al、Mn、Fe、Mg、Ca、U、Cu、V、Zn、Pb、Ni等元素及水分子。离子间发生的类质同象替换有限，不广泛。但由表面吸附作用造成的化学组分比较复杂。

氢氧化物矿物内部由于（OH）参与成键，其离子团半径大，化学键力比较弱。且由于（OH）具有方向性和饱和性，导致其晶体结构主要呈层状与链状，其晶体对称程度较低。形成的典型结构有水镁石型、三水铝石型。

氢氧化物矿物晶体在形态上常呈细分散状、细小板状或针状或放射状及隐晶质块状，在物理性质上一般硬度、密度明显较低。

氢氧化物矿物常形成在地表面，为原生的硫化物矿物、氧化物矿物和其他矿物的氧化、水化的产物。

自然界最常见的氢氧化物矿物种类主要由Al、Mn、Fe、Mg组成。

（一）铝、镁氢氧化物

铝、镁氢氧化物的矿物种类主要有水镁石、一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石，其主要特征见表15－13。其他特征如下：

表15－13　水镁石、一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石主要特征

1.化学特征

水镁石：成分中有Fe、Mn、Zn、Ni等置换Mg。

一水硬铝石，又称α一水铝石：成分中含有Fe、Cr、Ga等混入元素。

一水软铝石，又称γ一水铝石：成分中含有Fe、Cr、Ga等混入元素。

三水铝石：成分中含有Fe、Cr、Ga等混入元素。

2.晶体结构

水镁石：晶体结构为层状。如图15－11所示，（OH）呈六方最紧密堆积，Mg全部充填于每两层相邻的（OH）形成的所有八面体空隙中，组成八面体结构层。结构层内为离子键，结构层之间为氢键联结。这样的结构决定其具有层状的形态，并发育了一组｛0001｝极完全解理。

图15－11　水镁石晶体结构（左为俯视图，右为前视图）

一水硬铝石：晶体结构为链型。结构中O与（OH）呈六方紧密堆积，Al充填于八面体空隙，组成［Al（O，OH）₆］八面体，每一八面体以4个棱与相邻四个八面体相联结，形成沿c轴方向延伸的双链，双链之间的配位八面体角顶为（OH）^－，双链两侧的配位八面体角顶为O^2－，晶体结构具有链向层过渡的特征。

一水软铝石：晶体结构为层型。结构中Al与O（OH）形成［Al（OH）₆］八面体在a轴方向共棱联结成平行（010）的波状层，层内由氧联结，层间由氢键联结。结构决定其具有片状形态和｛010｝完全解理。

三水铝石：层状结构。结构中（OH）做似六方紧密堆积，Al充填于相隔一层的2/3八面体空隙中。［Al（OH）₆］八面体沿（001）以共棱联结成层，这就决定了其具有｛001｝极完全解理。而Al的强极化键使得晶体硬度比水镁石的硬度要大得多。

3.成因产状与矿物共生组合

水镁石为含镁化合物在强碱性溶液中水解而成，在自然界常发育于蛇纹岩的裂隙或蛇纹石化橄榄岩的裂隙中，常呈细脉状或薄膜状与利蛇纹石、菱镁矿、水菱镁矿、绿泥石等矿物共生；在接触变质白云岩中，水镁石与方解石、透闪石、蛇纹石、金云母等矿物共生；水镁石也可出现在白云石化的灰岩中，常与方解石、水菱镁矿、方镁石伴生；水镁石交代方镁石呈其假象。在地表水镁石常变成水菱镁矿。

一水硬铝石主要为外生成因，系铝硅酸盐的风化造成，常产于铝土矿中，为铝土矿的主要组成矿物之一，常与一水软铝石、三水铝石等伴生。产于矽卡岩中的一水硬铝石与刚玉、白云母、赤铁矿、金红石等矿物伴生。在变质岩中，一水硬铝石与刚玉、硬绿泥石及蓝晶石等矿物伴生。

一水软铝石也主要为外生成因，为铝硅酸盐的风化造成，常发现于铝土矿中，与一水硬铝石、三水铝石及铁的氢氧化物等伴生。在低温热液环境中，一水软铝石可与泡沸石等伴生。

三水铝石主要为外生成因，为长石类铝硅酸盐的风化、分解和水解所致，热带及亚热带的气候环境有利于三水铝石的形成，也为铝土矿的主要组成矿物之一。在低温热液环境下形成的三水铝石与霞石、高岭石、明矾石等矿物伴生。在区域变质作用下，三水铝石经脱水可变成一水软铝石、一水硬铝石，甚至可变成刚玉。

含水的铝矿物常组成铝土矿，铝土矿不是矿物种，而是呈细分散状的铝矿物集合体，主要由三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石及褐铁矿、蛋白石、高岭石等组成。也含有长石、石英、磁铁矿、钛铁矿等残余矿物。铝土矿一般呈灰色、浅黄色，含铁多者呈赭红色，具有2～15mm的鲕状或豆状结核特征。铝土矿中可含有镓、铌、钽、钛、锆等稀有元素。

铝土矿在我国分布广泛，不同地区所含水铝矿物种类不同。在河北、山东一带的铝土矿中，以含一水硬铝石为主；分布在福建、海南岛一带的铝土矿以含三水铝石为主；在法国、南斯拉夫所产铝土矿以含一水软铝石为主。

4.鉴定特征

水镁石：呈片状形态，低硬度，具有｛0001｝极完全解理。

铝土矿：呈灰色、浅黄色，含铁多者呈赭红色。具有土腥味，低硬度。

5.用途

水镁石大量富集可作为提取镁的矿石原料。镁及其合金主要用于军事工业中，可作为国防尖端技术的主要材料，镁合金可用于制造高空飞机、导弹、火箭、飞船上的雷达等方面。镁粉在国防上可作为照明弹、燃烧弹材料。镁在电子、建筑、化学工业、橡胶工业等方面均得到广泛的应用。

铝土矿为提取铝的主要矿石原料。铝及其合金具有重量轻、坚韧性强、耐腐蚀、导热导电性好、结构性能好、易加工等特点，常用于国防工业、电气工业等方面。铝土矿又是磨料、高铝水泥、耐火砖的原料和冶炼钢铁的熔剂。

（二）铁、锰氢氧化物

铁、锰氢氧化物的矿物种类主要有针铁矿、纤铁矿、水锰矿、硬锰矿，其主要特征见表15－14。其他特征如下：

表15－14　针铁矿、纤铁矿、水锰矿、硬锰矿主要特征

1.化学成分

针铁矿：成分中杂质的出现与形成环境有关，热液成因者成分纯净；外生环境下形成的针铁矿含有Al、Mn、Si、Ca等元素，这些元素中除Al可与Fe形成类质同象置换关系外，其他元素均以机械混入物或吸附物形式进入。金属矿床氧化带中的针铁矿常含Cu、Pb、Zn、Cd等元素；超基性岩风化壳中的针铁矿常含Co、Ni等元素；含吸附水者被称为水针铁矿。

纤铁矿：成分中可含Al、Mn，含吸附水者被称为水纤铁矿。

水锰矿：成分中可混入Si、Fe、Al、Ca等元素。

硬锰矿：成分变化大，Mn⁴⁺可被Mn²⁺代替，Mn⁴⁺也可被W6+、Fe³⁺、Al³⁺、V⁵⁺等代替，Mn²⁺可被Mg²⁺、Co²⁺、Cu²⁺所替代，Ba²⁺可被Ca²⁺、U²⁺、Sr²⁺、Na⁺所替换，有时替换量可达70％。

2.晶体结构

针铁矿：晶体结构同一水硬铝石，结构中Fe代替Al的位置。

纤铁矿：晶体结构同一水软铝石，结构中也是Fe代替Al的位置。

水锰矿：晶体结构同一水硬铝石，结构中Mn代替Al的位置。但位置有所变化，［MnO₆］为歪曲的八面体。

硬锰矿：晶体结构为Mn与O组成［MnO₆］八面体，［MnO₆］八面体再组成三重链和双重链相联结，围成中空的通道，链与通道平行于b轴延伸，通道中为较大的Ba和水分子所占据。

3.成因产状与矿物共生组合

针铁矿主要形成于外生环境中，一般为含铁矿物，如铁的硫化物、碳酸盐、氧化物、硅酸盐矿物经氧化和水解而成，为构成褐铁矿的主要矿物。在硫化物矿床氧化带常形成“铁帽”。与针铁矿共生的矿物有水赤铁矿、黄钾铁矾等；沉积型的针铁矿产于海盆、湖沼等环境中；在低温热液矿床中，针铁矿与石英、菱铁矿等共生；在区域变质条件下铁的水化物经过脱水可形成针铁矿。

纤铁矿主要为外生成因，也是含铁矿物经过风化作用的产物。常与针铁矿共生，是组成褐铁矿的主要矿物之一。

褐铁矿不是一个矿物种，而是由针铁矿或水针铁矿、纤铁矿及含水的二氧化硅、粘土等矿物形成的呈细分散状存在的机械混合物，通常颜色为各种色调的褐色，外形常呈钟乳状、葡萄状、致密块状及松散的块状等。也常呈黄铁矿晶形的假象产出。

水锰矿主要形成于外生环境中，为氧不足条件下的产物。水锰矿一般呈鲕状或致密块状大量出现于沉积锰矿床中，为Mn⁴⁺（软锰矿）与Mn²⁺（菱锰矿）的过渡产物。在低温热液环境中形成的水锰矿呈晶簇状与方解石、重晶石等矿物共生。水锰矿在氧化条件下不稳定，可转变为软锰矿。

硬锰矿为典型的外生矿物，常产于锰矿床的氧化带中。常为锰的碳酸盐、硅酸盐经风化作用形成，常与软锰矿共生。也常见于海相、湖相的沉积层中呈团块状或结核状产出。

4.鉴定特征

褐铁矿：颜色呈各种色调的褐色，外形呈钟乳状、葡萄状、致密块状及松散的块状。常呈黄铁矿晶形的假象。

水锰矿：具有柱状晶形，柱面有清晰纵纹，褐色条痕。

硬锰矿：具有胶体形态，黑色条痕和硬度较高。

5.用途

褐铁矿富集可作为炼铁的原料，也可以作为染料。铁帽可作为寻找原生铜铁硫化物矿床的标志。

水锰矿是提取锰的主要矿石原料。

硬锰矿是提取锰的主要矿物原料。