主要矿物特征

主要矿物特征_结晶矿物学

二、主要矿物特征

层状结构硅酸盐主要包括有滑石、叶蜡石、蛇纹石、云母族、葡萄石、坡缕石、海泡石等矿物种。各矿物种特征如下：

（一）滑石、叶蜡石、蛇纹石

滑石、叶蜡石、蛇纹石（包括3个变种）的主要特征见表18－4－1，其他特征如下：

表18－4－1　滑石、叶蜡石、蛇纹石（3个变种）主要特征

1.化学成分

滑石：成分比较稳定。有时Si可被Al、Ti替换，Mg也可被Mn、Fe、Ni、Al替代，个别情况下K、Na、Ca可进入层间域。当FeO含量达33.7％时，被称为铁滑石；当NiO含量达30.6％时，则被称为镍滑石；当含Ca时，被称为钙滑石等。

叶蜡石：成分稳定。有时Si可被少量Al替换，Al也可被Fe³⁺、Fe²⁺、Mg替代，个别情况下K、Na、Ca可进入层间域。含Fe³⁺者，被称为铁叶蜡石。

蛇纹石：成分比较纯净。Mg可被Al、Ni、Fe²⁺、Fe³⁺、Mn、Cu、Cr、Ge等替换；F可替换（OH）。阳离子元素的替换可形成亚种：铝蛇纹石、镍蛇纹石、铁蛇纹石、锰蛇纹石、铬蛇纹石及氟蛇纹石等。

2.晶体结构

滑石：晶体结构为TOmT型。晶体结构见图18－4－4所示，结构单位层之间以分子键联结，这使得滑石晶体发育｛001｝极完全解理。硬度低，解理片具有挠性，易呈小的鳞片，具有滑感等性质。

图18－4－4　滑石晶体结构图（左俯视图，右前视图）

叶蜡石：晶体结构为TOaT型。结构单位层之间以分子键联结，这使得叶蜡石也发育｛001｝极完全解理。硬度低，解理片具有挠性，易呈小的鳞片，具有滑感等性质。

蛇纹石：晶体结构为TOm型，见图18－4－5。结构中由于T片与O片大小的不协调性，使得晶体中常出现Al、Fe³⁺替换Mg；Al、Fe³⁺代替Si；配位八面体与四面体经常变形，可采用T片在内，O片在外的结构单位层呈弯曲特征。而结构上的差异使得蛇纹石出现了三种基本结构，形成三个矿物亚种：叶蛇纹石，具有交替反向波状褶皱弯曲结构；利蛇纹石，具有平板状结构；纤蛇纹石，具有卷曲管状结构。这三种结构特征导致三亚种蛇纹石晶体形态不同。

图18－4－5　蛇纹石晶体结构图（左俯视图，右前视图）

3.成因产状与矿物共生组合

滑石是典型的热液蚀变矿物。为富镁质超基性岩、白云岩、白云质的灰岩遭受热水变质蚀变的产物。滑石常为超基性岩石中的橄榄石、玩火辉石、透闪石等矿物在CO₂及氧化环境下发生交代改造的产物，所以常呈这些矿物的假象。

我国辽宁、山东等地贮藏丰富的滑石资源。以辽宁省大石桥地区所产滑石质量优而闻名世界。该滑石产于前寒武纪辽河群中部的白云岩菱镁矿层中，沿层面和断裂带产出，常与白云母、菱镁矿、阳起石、电气石、磷灰石、黑云母、绿泥石、萤石、绢云母、黄铁矿、黄铜矿等矿物共生。

叶蜡石为富铝酸性岩石遭受热液蚀变改造的产物。叶蜡石主要由酸性流纹岩、凝灰岩或酸性结晶片岩遭受热液作用蚀变而成，也可产于低温热液含金石英脉中。

我国福建寿山、浙江青田、内蒙巴林等地所产以叶蜡石为主的印章石在国内外享有盛名。该叶蜡石为白垩纪流纹岩和流纹凝灰岩遭受热液变质而生成，呈致密块状，常与高岭石、一水铝石、刚玉、红柱石等矿物共生。

蛇纹石为典型的热液蚀变矿物。为富镁铁质超基性岩、白云岩、白云质的灰岩遭受热液变质蚀变的产物。这个过程被称为蛇纹石化，蛇纹石常交代橄榄石、玩火辉石、透辉石、普通角闪石，并常呈这些矿物的假象出现。一般由富镁铁质超基性岩蚀变形成的蛇纹石含Fe较高，矿物颜色深，呈深黄色或绿色。由白云岩、白云质的灰岩蚀变形成的蛇纹石含Fe较低，含Ca、Na较高，矿物颜色浅，呈无色、浅黄色或浅玫瑰色。

纤维蛇纹石为蛇纹石凝胶体干缩而产生裂隙而生成。纤维常垂直脉壁生长。少数平行裂隙生长被称为纵纤维。我国四川石棉县所产纵纤维长可达2米以上而闻名于世界。

镍蛇纹石可形成规模巨大的镍矿床。它呈绿色块体，内含蛋白石等。常见于富镍镁质超基性岩的风化壳中。

4.鉴定特征

滑石：具有很低的硬度，有滑感，较浅的颜色和片状形态。

叶蜡石：具有硬度低，颜色浅，有滑感。

蛇纹石：具有各种混合杂色，蜡状光泽，硬度较低，呈纤维状或块状。

5.用途

滑石化学性质稳定、质软、具有油脂状的滑感，对油类有强烈的吸附性、高的绝缘性、耐火性、极高的分散性而应用于许多工业中。在造纸工业中用滑石作填充剂和减光剂，使纸张具有坚固性和良好吸收油墨性。在制造油毡纸或油毛毡过程中加入滑石使其坚固、防火和减慢风化速度。在油漆涂料工业中滑石作填充剂可避免油漆表面磨损和破碎，保持颜料的颜色。在橡胶及纺织工业中用滑石作充填剂和润滑剂可以漂白和去除油污。也可作为金属机械工业的润油剂。在农业、医药工业中用滑石作各种软膏，提高药效。陶瓷工业中用滑石制作高压电绝缘材料及耐酸碱的管道。在日用化工行业中滑石可作为香皂、牙膏、香粉等原料。

叶蜡石可作为耐火材料、陶瓷原料、建筑材料、杀虫剂的吸附材料。在橡胶、造纸、颜料、制药、塑料、油漆等工业中作填充剂。在航天工业中使用叶蜡石作发动机喷管的密封材料。在合成金刚石工业中，用叶蜡石作模具。在雕刻工艺和制作印章中，叶蜡石具有很悠久的历史。我国三大印章名石，即福建福州的寿山石、浙江青田县的青田石、浙江昌化的鸡血石、内蒙巴林的鸡血石主要由叶蜡石组成。

蛇纹石石棉（温石棉）具有隔热、保温、耐酸、绝缘、防腐等特性而应用广泛。在水泥制品中可作增强纤维材料。蛇纹石石棉可制作石棉布、石棉绳、石棉板、石棉纸及泡沫石棉等材料。石棉树脂结合品和石棉橡胶制品用于火车、汽车和机械制动和各种设备的密封衬垫材料。石棉沥青制品用于建筑、铺路材料。石棉涂料用于汽车防锈和消音等方面。石棉与陶瓷、石棉与石墨、石棉与金属、石棉与玻璃纤维、石棉与尼龙纤维结合形成的复合材料都是尖端科学技术中应用的轻质、高强度特种材料，发展前景广阔。目前世界上石棉产量90％以上都是蛇纹石石棉。

非石棉态的蛇纹石岩应用也比较广泛而悠久。蛇纹石岩可制作成耐火材料及冶炼熔剂配料用于钢铁工业中。在农业上用蛇纹石作钙镁磷硅长效肥料。也可从蛇纹石岩中提取MgO用于冶金、医药、化工行业中。用蛇纹石生产多孔SiO₂用于造纸等行业进行污水净化。也可用于玉雕工艺中。我国辽宁岫岩县所产蛇纹石玉（岫玉）举世闻名。岫玉雕刻历史悠久。

（二）云母族矿物

这一族矿物总的特征如下：

1.化学组成

云母族矿物的晶体化学通式用X｛Y_2－3［Z₄O₁₀］（F，OH）₂｝表征。其中X组阳离子位于结构单位层之间的层间域中，起平衡结构单位层内出现的多余负电荷。离子的元素由K、Na、Ca、Rb、Cs等组成；配位数为12～10；Y组阳离子是O层充填离子，主要离子元素有Al、Mg、Fe、Li、V、Cr、Zn、Mn、Ti等，配位数为6；Z组阳离子为T层充填离子，主要离子元素有Si、Al、Fe³⁺等，一般Si∶Al=3∶1；附加阴离子（OH）^－可被Cl^－、F^－替换。

2.晶体结构

云母族矿物的晶体结构均为TOT型，见图18－4－6。上下两层T片的活性氧及OH相向排列，其上下T片平面方向相对位移了a₀/3，使上下两层活性氧及OH呈最紧密堆积，阳离子充填于八面体空隙以共棱联结形成O片，与处于两边的T片构成云母结构的基本结构单位层，在T片中有1/4的Si被Al替换，导致结构单位层内出现有负电荷，并为层间大半径阳离子所平衡。

图18－4－6　云母晶体结构

云母类矿物的晶胞：a₀=0.53nm；b₀= 0.92nm；c₀=1.00nm或其倍数。根据阳离子在O片中充填特点可分为TOaT型、TOmT型及过渡类型。

在云母晶体中，由于结构单位层沿c轴的堆积方式不同形成六种多型变体，分别为1M、2O、2M₁、2M₂、3T、6H。

目前自然界云母中出现的多型变体主要为1M、2M₁、2M₂、3T型。

白云母中出现有1M、1M_d（无序型）2M₁、3T型，且主要为2M₁型。黑云母、金云母中出现有1M、2M₁、3T型，且主要为1M型。

锂云母中出现有1M₁、2M₂、3T型，且主要为1M和2M₂型。

云母多型的变化与组成化学成分及含量有关，一般主要取决于Y组阳离子的种类与数量，如锂云母中Li₂O＜3.4％时，为2M₂型；Li₂O＞5.1％时，为1M、或3T型。

云母多型的种类也与形成环境条件有关，在成岩过程中其多型呈现1M_d－1M－2M₁演化；沉积岩中有利于2M、1M_d型的形成；热液及风化条件下有利于1M、3T型的出现；变质条件下，随温度、压力增加使云母的1M型变成2M₁型。

3.形态与物理性质

云母晶体常呈假六方板、片状或六方三连晶状。多数云母呈单斜晶系，常依云母律形成双晶。双晶轴平行（001）而与（001）和（110）交棱垂直。

云母硬度为Hm=2～3，具有｛001｝极完全解理，解理片具有弹性。其相对密度值为2.8～3.4；折射率值随Ti、Fe含量增加而增大，随F、Li含量增加而降低。

4.主要矿物种属分述

云母族包括的主要矿物种有白云母、黑云母、金云母、锂云母及铁锂云母，它们的主要特征见表18－4－2，其他特征如下：

（1）化学成分。

白云母：成分中类质同象替换特别发育，常见的杂质元素有Ba、Na、Rb、Fe³⁺、Cr、V、Fe²⁺、Mg、Li、Ca等替换X、Y、Z组元素及F替换（OH），形成多个白云母亚种：钡白云母、铬白云母等。当白云母呈细小的鳞片状集合体时，则被称为绢云母；当Si∶Al＞3∶1时，被称为多硅白云母。

黑云母：成分中Fe、Mg间类质同象替换特别发育，当Fe∶Mg＜2∶1时，则被称为黑云母。另外，Na、Ca、Rb、Cs、Ba替换K；Al、Fe³⁺、Ti、Mn、Li代替Mg、Fe。也可出现H₃O⁺离子形成水黑云母；F、Cl置换（OH）等。

金云母：成分中Fe、Mg间呈完全类质同象替换。Na、Ca、Rb、Cs、Ba替换K；Al、Fe³⁺、Ti、Mn、Li代替Mg、Fe；F、Cl替换（OH）等。形成多个金云母亚种：锰金云母、铬金云母等。

锂云母：晶体化学式中x=0－0.5。成分中Na、Rb、Cs替换K；Fe³⁺、Ti、Mn、Ca、Mg代替Al和Li；F、Cl替换（OH）等。当Li₂O＜3.5％时，则被称为锂白云母。

铁锂云母：成分变化大。Na、Ca、Rb、Cs、Ba、Sr替换K；Ti、Mn、Mg代替Li、Fe、Al；F替换（OH）等。

表18－4－2　白云母、黑云母、金云母、锂云母、铁锂云母主要特征

（2）晶体结构。云母结构均为TOT型，其差异在于八面体空隙中充填的是三价阳离子还是二价阳离子。

（3）成因产状与矿物共生组合。

白云母主要形成于酸性岩浆岩中，常出现于白云母花岗岩、二云母花岗岩及伟晶岩中，常与长石、石英等矿物共生。而产于伟晶岩中的白云母常生长成巨大的具有特殊工业价值的晶体。此外，在变质的结晶片岩、片麻岩、千枚岩及部分的石英岩和热液作用形成的云英岩中，白云母呈鳞片状形成绢云母，分布十分广泛。

在强烈风化的条件下，白云母可转为水白云母和高岭石。

黑云母形成环境与条件十分广泛，可形成于多种地质作用与地质条件下。在各种岩浆条件下均可形成，但主要出现于中酸性岩中，构成其主要造岩矿物。在花岗伟晶岩中，黑云母可形成巨大晶体，常与白云母、钠长石、石英等矿物共生。含铯黑云母出现在锂辉石岩的外接触带上，常与石英、角闪石、萤石、榍石、磷灰石等矿物共生。在变质作用形成的结晶片岩、片麻岩中，黑云母分布也十分广泛。

黑云母遭受热液蚀变可变成绿泥石、水黑云母等矿物。在风化环境中，黑云母可变为水黑云母、蛭石等，最终可变为高岭石。

金云母主要形成于接触交代的镁质矽卡岩中，为酸性侵入岩与富镁的碳酸盐围岩发生交代的产物，常与透辉石、镁橄榄石、尖晶石等矿物共生。此外，在一些伟晶岩、超基性岩，如金伯利岩中也可产出。

锂云母主要产于花岗伟晶岩中，与长石、石英、锂辉石、白云母、电气石等矿物共生。在一些蚀变的花岗岩中可产出锂云母，常与钠长石、黄玉、黑钨矿、铌钽铁矿等矿物共生。

铁锂云母常形成于气成高温热液条件下，出现于含锡石和黄玉的伟晶岩和云英岩中，常与黑钨矿、锡石、黄玉、锂云母、石英等矿物共生。我国江西南部锡钨矿床中常有铁锂云母产出。

（4）鉴定特征。

白云母：呈白色，极完全解理，硬度低，薄片有弹性。

黑云母：呈黑或褐色，极完全解理，硬度低，薄片有弹性。

金云母：呈棕或黄色，极完全解理，硬度低，薄片有弹性。

锂云母：呈玫瑰－浅紫色，极完全解理，硬度低，薄片有弹性。

铁锂云母：呈褐－黄褐－绿色，极完全解理，硬度低，薄片有弹性。

（5）用途。

白云母在电器工业上主要作为发电机、电动机、高压电气设备、电器的绝缘材料。在电子工业上白云母片冲制电子管撑板用于计算机、电子显微镜、电子示波器等元件。在航空、航天科技领域可用于发动机的火花塞、垫圈、雷达线路中的绝缘零件、人造卫星、导弹用的大容量电容器的芯片和电子管片等。

白云母的粒度与其应用范围和用途密切相关：5目云母粉可作为石油钻井泥浆的混入物；16目云母粉可作为混凝土、石料和瓷砖的混合料；20～30目云母粉用于制作防粘结、抗风雨侵蚀的材料；50目云母粉可用于电缆、金属丝的保护涂料配料和沥青制品、胶泥、电焊条的填料；100～200目云母粉可作纺织颜料、防声涂层的填料；大于300目云母粉，又被称为超细云母粉，可作为橡胶、塑料、油漆、各种涂料的填料。橡胶中加入超细云母粉可制成无内胎胶轮；油漆中加入超细云母粉可提高耐大气性、抗动性、防腐性、耐磨性、密实性、降低渗透性、减少漆膜泛黄和龟裂；塑料中加入超细云母粉可提高热阻和制品强度，改进介电特性；涂料中加入超细云母粉可提高防水性、弹性、塑性、粘附性和防腐蚀性。

云母粉与玻璃粉混合可制成云母陶瓷，也可制成云母纸用于电气、电子工业中。

黑云母常作为建筑材料的填充料。

金云母由于耐高温性能好，常用于冶金炉窗口、制造热电设备、电焊铁、照明灯和其他耐热绝缘材料。

锂云母主要作为提取锂、铷、铯的矿物原料之一，细粒或隐晶集合体可作为玉石原料，珠宝玉石行业内被称为丁香紫。

铁锂云母主要作为提取锂的矿物原料之一。

（三）葡萄石、坡缕石、海泡石

葡萄石、坡缕石、海泡石的主要特征见表18－4－3，其他特征如下：

表18－4－3　葡萄石、坡缕石、海泡石的主要特征

1.化学成分

葡萄石：成分比较稳定，Fe³⁺可替换Al。Mg、Mn、Na、K以微量形式存在。

坡缕石，又称凹凸棒石：成分中Al、Fe³⁺可替换Mg，也可部分替代Si形成亚种：铝坡缕石、铁坡缕石。Ca可进入结构通道。

海泡石：成分中Mg可被Al、Fe³⁺、Ni、Cu、Ca、Na等离子替换，Al、Fe³⁺、Cu可替代Si形成海泡石亚种：铁海泡石、镍海泡石、铜海泡石等。

2.晶体结构

葡萄石：晶体结构为葡萄石架层状结构，此结构为介于层状和架状之间的由硅氧骨干［AlSi₃O₁₀］^5n－n组成的过渡类型。这种结构层由三层的［（AlSi）O₄］四面体共角顶联结而成，层之间通过［AlO₄（OH）₂］共棱联结，层平行（001）。结构中的大空隙被Ca充填，配位数为7。

坡缕石：晶体结构为链层型结构。特点为沿c轴延伸、相等于2倍辉石链的Si－O四面体带［Si₄O₁₀］，带间通过［Si₄O₁₀］带边缘的四面体相互联结。在b轴方向呈层，具有链层状的过渡结构。在［Si₄O₁₀］带中存在平行c轴方向的通道，通道中充填有沸石水与结晶水。

海泡石：晶体结构也为链层型结构。特点为沿b轴延伸、相等于3倍辉石链的Si－O四面体带［Si₆O₁₄］，并通过［Si₆O₁₄］带边缘的四面体相互联结。在c轴方向呈层，具有链层状的过渡结构。在［Si₆O₁₄］带中存在平行b轴方向的通道，通道中充填有沸石水与结晶水。

3.成因产状和矿物共生组合

葡萄石主要为接触变质期后热液形成的产物。可产于碱性正长岩与灰岩接触带的矽卡岩中。葡萄石与黑榴石、正长石、榍石、符山石、磷灰石、霓石、黑云母等矿物组合，且常充填黑榴石的裂隙或交代黑榴石。在正长岩的晶洞中常产葡萄石。它也可充填于玄武岩气孔或凝灰岩脉中；在玢岩中可见到葡萄石交代斜长石并呈其假象；在英云闪长岩中可见葡萄石交代黑云母并沿其解理缝分布。

坡缕石为富镁岩石风化的产物。在沉积岩中坡缕石呈巢状或不规则状的集合体，常与蒙脱石组成混合物。也可形成坡缕石粘土。在玄武岩的风化壳、蒙脱石化正长岩中可形成大量的坡缕石，可与蒙脱石等矿物共生。

海泡石可形成不同的环境条件下，在蛇纹岩及硼矿床的风化壳中，海泡石可作为表生矿物与蛇纹石、玉髓、蛋白石、钙镁碳酸盐等矿物共生。在沉积作用下可形成大量的海泡石。

4.鉴定特征

葡萄石：呈绿色颜色，葡萄状和肾状形态。

坡缕石：呈白灰色，纤维状、树皮状形态。

海泡石：呈白灰色，泡皮状、树皮状形态。

5.用途

葡萄石可作为研究接触变质的标志矿物。

坡缕石可作为特殊泥浆材料，用于地热、盐类地层、石油及海洋钻探。坡缕石具有良好的吸附、脱色、净化、过滤性能而用于食品、医药、环保、国防、畜牧等方面。可作为填料而用于橡胶、塑料、纸张等行业中。作为粘结剂而用于冶金、化妆品、去污粉及陶瓷行业中。也可作为表面涂层稠化剂、密封材料、催化剂的载体材料。

海泡石用途广泛。由于具有良好的吸附、脱色、净化、过滤性能而用于石油、油脂、食品、医药、化工、环保、国防、畜牧、农业、建材等方面。也可作为香烟过滤嘴材料、复写材料的显色材料。以耐热性、抗盐性用于钻井泥浆方面。