含氧盐矿物-硅酸盐

简介

Si和O是地壳中分布最广、含量最高的元素，其克拉克值分别为27.72%和46.6%。在自然界中Si和O的亲和力最大，因此，往往形成SiO₂矿物和具Si-O络阴离子的硅酸盐。

硅酸盐矿物在自然界分布极为广泛，已知硅酸盐矿物有600余种，约占已知矿物种的1/4，就其质量而言，约占地壳岩石圈总质量的85%。

硅酸盐矿物是3大类岩石(岩浆岩、变质岩、沉积岩)的主要造岩矿物，同时也是工业上所需要的多种金属和非金属的矿物资源，如Li、Be、Zr、B、Rb、Cs等元素大部分从硅酸盐矿物中提取；而石棉、滑石、云母、高岭石、沸石等多种硅酸盐矿物又直接被广泛地应用于国民经济的各有关部门。此外，还有不少硅酸盐矿物是珍贵的宝石矿物，如祖母绿和海蓝宝石(绿柱石)、翡翠(翠绿色硬玉)、碧玺(电气石)等。

1.化学成分

组成硅酸盐矿物的元素主要是惰性气体型离子和部分过渡型离子，铜型离子很少且只是在某些特殊情况下才能形成硅酸盐。除主要由Si和0组成的络阴离子外，还可以出现附加阴离子O^2-、OH^-、F^-、Cl^-以及S^2-、[CO₃]^2-、[SO₄]^2-等。此外，还可以有H₂O分子参加。

2.硅氧骨干

在硅酸盐结构中，每个Si一般为4个O所包围，构成[SiO₄]四面体，它是硅酸盐的基本构造单位，不同硅酸盐中，[SiO₄]四面体基本保持不变。

由于Si⁴⁺的化合价为+4，配位数为4，它赋予每一个O^2-的电价为1，即等于O^2-电价的一半，O^2-另一半电价可以用来联系其他阳离子，也可以与另一个Si⁴⁺相连。因此，在硅酸盐结构中[SiO4]四面体既可以孤立地被其他阳离子包围起来，也可以彼此以共用角顶的方式联结起来形成各种形式的硅氧骨干。但是，[SiO₄]四面体只能共角顶相联结，不能共棱、共面，这是因为[SiO₄]四面体体积小，且Si电价高，如果共棱、共面，会引起Si-Si强烈的排斥而不稳定，这一点是符合鲍林法则的。在[SiO₄]四面体共角顶处，O同时与两个Si成键，无剩余电荷，称为惰性氧或桥氧，非共用角顶处的O只与一个Si成键，有一剩余电荷，称活性氧或端氧。

目前所发现的硅氧骨干形式已有数十种，现将几种主要类型叙述如下。.

(1)岛状硅氧骨干：包括孤立的[SiO₄]单四面体及[Si₂O₇]双四面体。前者无惰性氧，如橄榄石(Mg，Fe)₂[SiO₄]，后者有一个惰性氧，如异极矿Zn₄[Si₂O₇](OH)₂。

(2)环状硅氧骨干：[SiO₄]四面体以角顶联结形成封闭的环，根据[SiO₄]四面体环节的数目可以有三环[Si₃O₉] (如硅酸钡钛矿BaTi[Si₃O₉]).四环[Si₄O₁₂](如包头矿Ba₄(Ti，Nb，Fe)₈O₁₆[Si₄O₁₂]Cl)、六环[Si₆O₁₈](如绿柱石Be₃Al₂[Si₆O₁₈])多种，环还可以重叠起来形成双环，如六方双环[Si₁₂O₃₀](如整柱石KCa₂AlBe₂[Si₁₂O₃₀]·1/2H₂O)等。

(3)链状硅氧骨干：[SiO₄]四面体以角顶联结成沿-一个方向无限延伸的链，其中常见者有单链和双链。单链：在单链中每个[SiO₄]四面体有两个角顶与相邻的[SiO₄]四面体共用，根据重复周期和联结方式可分为多种形式，如辉石单链[Si₂O₆]、硅灰石单链[Si₃O₉]、蔷薇辉石单链[Si₅O₁₅]等。

双链：双链犹如两个单链相互联结而成，如两个辉石单链[Si₂O₆]相连形成角闪石双链[Si₄O₁₁]、两个硅灰石单链[Si₃O₉]相连形成硬硅钙石双链[Si₆O₁₇]，此外，还有夕线石双链[AlSiO₅]和星叶石双链[Si₄O₁₂]等。

(4)层状硅氧骨干：[SiO₄]四面体以角顶相联结，形成在两度空间上无限延伸的层。在层中每一个[SiO₄]四面体以3个角顶与相邻的[SiO₄]四面体相联结。一般通式为[Si₂O₃]_n^2n-。活性氧可指向一方，也可以指向相反的方向，[SiO₄]四面体也可有不同的联结方式，因此层状骨干有多种形式，如滑石(Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂)的层状硅氧骨干[Si₄O₁₀]中，[SiO₄]四面体彼此以了个角顶相联结形成六角形的网，活性氧指向一方；鱼眼石(KCa₄[Si₄O₁₀]₂F·8H₂0)的层状硅氧骨于[Si₄O₁₀]中，[SiO₄]四面体彼此以3个角顶相联结形成四方形的网，活性氧分别指向网的上、下两方。

(5)架状硅氧骨干：在骨干中每个[SiO₄]四面体4个角顶全部与其相邻的4个[SiO₄]四面体共用，每个O与两个Si相联系，这样，所有的O都将是惰性的，石英(SiO₂)族矿物即具此种结构。但在硅酸盐的架状骨干中，必须有部分的Si⁴⁺为Al³⁺所代替，从而使O^2-带有部分剩余电荷，得以与骨干外的其他阳离子结合，形成铝硅酸盐。这种架状络阴离子的化学式一般可以写作[Si_n-xAl_xO_2n]^x-。如钠长石Na[AlSi₃O₈]、钙长石Ca[Al₂Si₂O₈]、方柱石(Na，Ca)₄[Al₂Si₂O₈]₃(SO₄CO₃)₂等。

由于在架状硅氧骨干中O^2-剩余电荷低，而且架状硅氧骨干中存在着较大的空隙，因此，架状硅酸盐中的阳离子都是低电价、大半径、高配位数的离子。有时亦有附加阴离子和水分子存在。

以上列举了硅氧骨干的一些主要类型。这里还应做两点说明：①在某些硅酸盐结构中可以存在两种不同的络阴离子，如绿帘石Ca₂(Al，Fe)₃O(OH)[SiO₄][Si₂O₇]结构中，同时存在孤立的[SiO₄]四面体和[Si₂O₇]双四面体；②我国学者在葡萄石Ca₂Al[AlSi₃O₁₀](OH)₂晶体结构中，发现了“架状层”硅氧骨干，这种骨干由3层[SiO₄]四面体组成，中间的一层[SiO₄]四面体与4个[SiO₄]四面体相连，因此，这种层状骨干带有架状骨干的特点，可视为层状骨干与架状骨干的过渡形式。

3.铝的作用

铝在硅酸盐结构中起着双重作用，一方面它可以呈四配位，代替部分的Si*而进人络阴离子，从而形成所谓的铝硅酸盐，如钠长石Na[AlSi₃O₈]；另一方面它也可以呈六配位，存在于硅氧骨干之外，起着像Mg²⁺、Fe²⁺等一般阳离子的作用，形成所谓铝的硅酸盐，如高岭石Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈；有时Al可以在同一结构中以上述两种形式存在而形成铝的铝硅酸盐，如白云母KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂。

铝的这种双重作用与Al3⁺与O^2-的半径比值有关。从鲍林法则可知，阴阳离子半径比决定阳离子的配位数，而=0.419，恰巧近于四配位与六配位分界处的阴阳离子半径比值0.414，所以，Al既可以四配位，也可以六配位。具体形成什么配位形式，就与外因有关。一般来说，在高压低温条件下，易形成六配位，在低压高温条件下，易形成四配位。例如，蓝晶石Al₂[SiO₄]O(其中的Al³⁺为六配位)与夕线石Al[AlSiO₅](其中一半Al³⁺为四配位)的转变式为：

蓝晶石         夕线石

[AlO₄]四面体中，Al—O价键力或称键强(阳离子电荷/配位数)为3/4，小于Si-O键键强(为4/4)，因此，[AlO₄]四面体不如[SiO₄]四面体稳定，且体积也大于[SiO₄]四面体，所以[AlO₄]四面体要靠[SiO₄]四面体联结起来才稳定。假定N_Al/N_Si>1，势必要出现[AlO₄]四面体彼此联结的情况，此时，连接两个Al³⁺的桥氧键强和为3/4+3/4=1.5，根据鲍林第二规则，某离子的键强和等于其电价才是稳定的，1.5偏离氧离子电价(-2)已达25%，超过了稳定化合物键强和偏差容忍极限16%，因此，两个[AlO₄]四面体联结的情况是不稳定的，在结构中是不允许存在的(这也称铝回避原理)。因此，在硅氧骨干中N_Al/N_Si≤1，且在不同的硅氧骨干中[AlO₄]四面体存在变化。

4.硅酸盐中的化学键

硅酸盐中含有Si-O-M(骨干外阳离子)键，一般来说，金属离子M比Si离子大，化合价比Si低，因此，M-O键比Si-O键弱。那么，这两个键的性质怎样呢?

一般认为，Si-O键是离子键，符合离子键模型。在离子模型中，大部分硅酸盐结构遵守鲍林离子晶体原理，根据鲍林离子半径，，其比值，处于四面体配位范围0.255~0.414之内，所以Si与O结合时易形成四面体配位。但是，也存在一些情况与离子模型不符，例如，根据离子模型，O^2-趋于最紧密堆积，阳离子充填于四面体或八面体空隙，如果阳离子的大小尺寸不合适，它仍可进人O^2-间的空隙，但将使O^2-的最紧密堆积歪曲变形，变形的结果是使O^2-堆积的比体积低于理想的最紧密堆积的比体积(0.0145nm³)，但在某些硅酸盐中，如镁橄榄石、SiO₂多种同质多像变体等，阳离子大小是与O^2-堆积形成的四面体、八面体空隙适应的，在这些矿物晶体中，照理应该形成最紧密堆积结构，但发现这些矿物晶体的O^2-堆积比体积低于理论值，这是因为Si-O键并非纯离子性，而有相当明显的共价性。

在共价模型中，Si-O键是用价键概念描述的。处于基态的硅原子的外层电子构型为2s²2p³3s¹，因此，1个3s和3个2p轨道强烈杂化形成sp³杂化轨道，这4个等价的杂化轨道指向四面体的4个顶角，其中每个sp³杂化轨道与1个氧原子的2p轨道重叠“靠头”形成σ键，即重叠电子密度的极大部分处于Si-O线上的键。除sp³杂化的4个σ键之外，氧原子余留的p轨道与硅原子的d轨道也有一些重叠，形成π键，π键的重叠电子密度绝大部分不在两原子相连的直线上。共价模型与实际情况符合良好，如绝大多数Si是四面体配位的，另外，键角∠O-Si-O比四面体内角理论值109.47°明显要大，大多数O-Si-O键角在140°左右，这被认为是Si-O键的π键特征的反映。

对于M-O键，主要是离子性的，因为在形成[SiO₄]四面体时，每个O^2-以孤对电子形式提供两个电子占据sp³空轨道，即以O→Si形式形成σ键。但是，在成键时，一个硅原子实际上至多只能提供4个电子，而与之键合的4个氧需要8个电子，氧需要再得到1个电子，所以，[SiO₄]四面体是一个带电荷的离子团，其中每个氧还可以再和一个硅(Si⁴⁺)形成Si-O键(共价性为主)，也可以和其他易于失去电子的金属离子M形成离子键。

5.Si-O键长、键角及Si-O配位形式

结构分析表明，Si-O键键长为0.157 ~0.172nm，平均值约为0.162nm。在Si-O-M键中，M(骨干以外的阳离子)也吸引氧原子并与硅争夺氧原子，结果使Si-O键减弱，Si-O键变长；在Si-O-Si 键中，由于Si⁴⁺电价高，对另一Si⁴⁺与O^2-的键削弱更明显，因此键长变得更长，在Si-O_桥-Si-O_端中，Si-O_桥键长比Si-O_端键长平均约长0.0025nm。

在[SiO₄]四面体相互共角顶的联结中，Si-O-Si键角的变化很大。对于具有架状结构的SiO₂，来说，在其等轴晶系的变体方石英中，Si-O-Si键角为180°。而在硅酸盐矿物中，目前已发现的最小Si-O-Si键角为114°，存在于羟硅铍石Be₄[Si₂O₇](OH)₂的硅氧双四面体之中。Si-O键的离子性愈强，由于Si⁴⁺的斥力，则Si-O-Si键角愈大；Si-O键共价性越强，则Si-O-Si键角愈小。

Si-O键长与键角也是相互影响的，一般规律是，较短的键长联系着较大的键角。

Si-O键长与键角也直接影响着Si-O配位。绝大多数的Si-O配位都是四面体[SiO₄]，但如果某些金属离子M的M-O键强接近或大于Si-O键强，就会消耗Si-O键上的电子，使Si-O键减弱并拉长，这时就易形成六配位的[SiO₆]八面体，如SiP₂O₇中和硅的有机化合物中，Si就是六配位形式存在的，这是因为碳和磷比硅具有更大的电负性，与氧成键时键强更大所致。此外，高压条件下也易于形成[SiO₆]八面体，因为在[SiO₆]八面体中的O-O距离为0.25nm ，短于[SiO₄]四面体中的0.264nm，导致[SiO₆]中O-O斥力大，在低压下是不易稳定存在的，但在高压下能稳定存在。

综上所述，在Si-O键变弱并拉长时，O-O间距变小，有利于形成[SiO₆]，八面体，满足这些条件形成[SiO₆]八面体就要求特殊的环境，在一般条件下，Si-O配位形式都是[SiO₄]四面体。从鲍林键强(在四面体中Si-O键强为4/4，在八面体中Si-O键强为4/6)也可以预测[SiO₄]比[SiO₆]稳定。

6.离子堆积

在硅酸盐中，由于受硅氧骨干的影响，较难实现氧离子最紧密堆积。具体情况与硅氧骨干形式密切相关。

在岛状骨干中，离子一般能按最紧密方式排列，这是因为孤立的[SiO₄]四面体活动度大，能够在结构中自由调动直至氧离子达到或近于达到最紧密堆积，但要求阳离子大小尺寸比较适合于充填到O^2-堆积所形成的四面体八面体空隙中，如橄榄石、黄玉等，如果阳离子大小不适合且差得太远，就会破坏O^2-的最紧密堆积，但整个结构还是趋于最紧密的，如石榴子石。

在环状、链状、层状骨干中，环与环之间、链与链之间、层与层之间作平行排列，且尽可能排列得最紧，但O^2-不是最紧密堆积。

在架状骨干中，[SiO₄]四面体彼此共4个角顶相连，不能自由调动，离子或整个结构都不作最紧密堆积。

7.阳离子大小和配位与硅氧骨干的相互关系

一般来说，[SiO₄]四面体的体积很稳定，不随外界环境变化而变化，但骨干外阳离子配位多面体的体积随阳离子大小和温压环境变化较大。为了适应这种变化，硅氧骨干往往发生扭转变形，以与骨干外阳离子配位多面体相匹配。

例如，在顽火辉石Mg₂[Si₂O₆]中，阳离子是Mg²⁺，则八面体链内的两个[MgO₆]八面体的长度与两个以角顶相连的[SiO₄]四面体的长度相适应，所以硅氧骨干为[SiO₄]四面体重复周期为2的[Si₂O₆]单链；如果阳离子为Ca²⁺，由于Ca²⁺比Mg²⁺大，两个[CaO₆]八面体的长度与3个以角顶相连的[SiO₄]四面体的长度相当，所以硅氧骨干为[SiO₄]四面体重复周期为3的[Si₃O₉]单链，形成硅灰石Ca₃[Si₃O₉]；而在蔷薇辉石(Mn,Ca)₅[Si₅O₁₅]中，较小的[MnO₆]八面体与较大的[CaO₆]八面体结合起来要求[SiO₄]四面体重复周期为5的[SiO₄]单链与之相适应。

再以具层状硅氧骨干的蛇纹石Mg₈[Si₄O₁₀](OH)₈为例，其结构体现为[MgO₂(OH)₄]八面体层与[SiO₄]四面体层的结合。由于[MgO₂(OH)₄]八面体层中O(OH)-O(OH)间距较[SiO₄]四面体层中O-O间距略小，因此，在叶蛇纹石结构中，为了使[SiO₄]四面体骨干层与阳离子八面体层相适应，结构层产生弯曲，八面体层在外圈，四面体层在内圈，并使方向相反的结构层联结起来，形成波浪状。

在具有架状硅氧骨干的硅酸盐中，由于硅氧骨干比较牢固，参加其中的阳离子种类也较少，一般阳离子配位对硅氧骨干不起控制作用。在具有岛状硅氧骨干的硅酸盐中，[SiO₄]四面体孤立分布，其结构主要取决于阳离子配位的情况。

8. 类质同像

硅酸盐矿物中类质同像替代发生的难易程度及相互代替的范围与硅氧骨干的形式有关：具岛状硅氧骨干的橄榄石A₂[SiO₄]，A=Ni²⁺、Mg²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cd²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺，相互代替的离子半径变化范围在0.068(Ni²⁺) ~0.144nm(Ba²⁺)，最大差值达0.076nm。

具链状硅氧骨干的普通角闪石A₂B₅[Si₄O₁₁]₂(OH)₂，A=Ca²⁺、Na⁺、K⁺，B=Mg²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺。A组分中离子大小变化范围为0.108(Ca²⁺)~0.146nm(K⁺)，相差0.038nm；B组分中离子大小变化范围为0.061(Al³⁺)~0.080nm(Mg²⁺)，相差0.019nm。

具层状硅氧骨干的云母AB₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂，A=K⁺、Na⁺，B=Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺(或为Li⁺、Al³⁺)，B组离子大小变化范围为0.061(Al³⁺)~0.080nm(Mg²⁺)，相差0.019nm。

具架状硅氧骨干的斜长石系列成分为Na[AlSi₃O₈]-Ca[Al₂Si₂O₈]，相互代替的Na⁺与Ca²⁺离子半径差值仅为0.004nm。

由以上例子可以看出，不同大小的离子的代替范围在具有岛状硅氧骨干的硅酸盐中最广泛，而在具链、层到架型硅氧骨干的硅酸盐中，离子代替范围逐渐缩小。这说明在不破坏原来晶体结构的前提下，岛状硅氧骨干与阳离子配位多面体之间的调整是最易实现的。

9.附加阴离子及"水"

在硅酸盐结构中，除硅氧骨干之外，还常存在一些附加的阴离子，最常见的有OH^-、O^2-、F^-，有时还可以有Cl^-、[CO₃]^2-、[SO₄]^2-、[PO₄]^3-。这些附加阴离子可以用来平衡电价、充填空隙(如方钠石)或与O^2-共同形成最紧密堆积(如黄玉)。

这些附加阴离子加入硅酸盐晶体结构中，除了与一定的阳离子的存在有关之外，还与硅酸盐的硅氧骨干的形式有关。一般来说，具双链及层型骨干的硅酸盐最：容易接纳OH，而架状骨干的硅酸盐结构的大空院中也可接纳一些OH^-、F^-及一些较大的附加阴离子Cl^-、[CO₃]^2-、[SO₄]^2-等，但岛状和单链骨干的硅酸盐则很难接纳。

各种附加阴离子之间的类质同像也是很常见的，特别是OH^-与F^-之间，几乎没有限制。但OH^-和F^-一般不能取代[SiO₄]四面体中的O^2-。

硅酸盐中除有结构水OH^-(即附加阴离子)的形式外，还可以有H₂O及H₃O⁺的形式，H₃O⁺只在某些具层状硅氧骨千的硅酸盐中少量存在，且易于转变为H⁺和H₂O。H₂O在硅酸盐中大多数呈沸石水或层间水，只有在少数硅酸盐中才以结晶水的形式存在，起着充填空隙或水化阳离子的作用。

形体与物理性质

硅酸盐矿物的晶体形态，取决于硅氧骨干的形式和其他阳离子配位多面体，特别是[AlO₆]八面体的连接方式。

具孤立的[SiO4]四面体骨干的硅酸盐在形态上常表现为三向等长，如石榴子石、橄榄石等，但也可表现为柱状，这与骨干外的[AlO₆]共棱形成链有关，如红柱石。

具有环状硅氧骨干的硅酸盐晶体常垦柱状习性，柱状晶体往往属六方或三方晶系，柱的延长方向垂直于环状硅氧骨干的平面，如绿柱石、电气石。

具有链状硅氧骨干的硅酸盐晶体常呈柱状或针状晶体，晶体延长的方向平行链状硅氧骨干延长的方向，如辉石、角闪石、硅灰石。

具层状硅氧骨干的硅酸盐晶体呈板状、片状甚至鳞片状，延展方向平行于硅氧骨干层，如云母、葡萄石。

对于具有架状硅氧骨干的硅酸盐，其形态取决于架内化学键的分布情况，如在钠沸石的架状硅氧骨干中存在比较坚强的链，从而形成平行此链的柱状晶体。在长石的架状结构中平行a轴和c轴有比较强的链，因此形成平行a轴或c轴的柱状晶体。

[AlO₆]八面体的分布对晶体习性有很大的影响，如蓝晶石的板状晶体是与结构中[AlO₆]八面体联结成层有关；红柱石、绿帘石的柱状晶体与结构中[AlO6]八面体链有关。

硅酸盐矿物具共价键及离子键，一般具有共价及离子晶格的特性。矿物一般为透明，玻璃、金刚光泽，浅色或无色。

硅酸盐矿物的解理亦与其硅氧骨干的形式有关。具层状骨干者常平行层面.有极完全解理，如云母、滑石等；具链状骨干者常平行链延长的方向产生解理，如辉石、角闪石等；具架状骨干者，解理取决于架中化学键的分布，如长石有平行a轴的两组解理，是因为长石架状硅氧骨干中有平行a轴的比较坚强的链；具环状骨干的硅酸盐--般解理不好。和晶体形态-样，硅酸盐的解理也取决于阳离子的分布，特别是[AlO₆]八面体的联结与解理有明显的关系，如蓝晶石的{100}完全解理就与结构中[AlO₆]八面体层有关。

一般说来硅酸盐矿物的硬度是比较高的，与其他类矿物比较，仅次于无水氧化物。但具有层状骨干的硅酸盐硬度却很小，这是由于层间是以分子键(如滑石，硬度为1)或以半径极大的低价阳离子(如云母，硬度为2.5)联系着的缘故。

硅酸盐矿物的相对密度与结构和化学成分有关。一般具孤立[SiO₄]四面体骨干的硅酸盐由于结构紧密度大而有较大的相对密度，而具有层状、架状结构的硅酸盐相对密度较小。含水的硅酸盐相对密度较小。

成因及产状

内生、外生和变质作用都可能生成硅酸盐矿物。

在岩浆作用中，随着岩浆分异的发展，硅酸盐矿物结晶有依岛、链、层、架的顺序逐渐由贫硅富铁镁的硅酸盐矿物向富硅贫铁镁的硅酸盐矿物发展的趋势。

在伟晶作用中，除生成长石.石英、云母等一般硅酸盐矿物外，还有半径过小(如Li、Be等)或过大(如Rb，Cs)的离子的硅酸盐和含挥发组分(B、F)的硅酸盐矿物形成。

在热液作用中热液和围岩蚀变都可能有硅酸盐矿物生成。

接触变质和区域变质作用中有大量的硅酸盐矿物形成。

外生作用所形成的硅酸盐也很广泛，它们多为具层状结构的硅酸盐。

主要矿物描述

锆石 （zircon）Zr[SiO₄]

[化学组成]常含有Hf、Th、U、TR(过渡元素)等混入物，当其中一些混入物达一定含量时可形成许多变种。如山口石(TR₂O₃10.93%；P₂O₅，17.7%)、水锆石(含水量一般为3%~10%)、曲晶石(含较高的TR及U，放射性使晶面弯曲而得名)、富铪锆石(HfO₂可达24%)等。由于锆石中常含Th、U元素，故测定锆石中Th/U的含量和由它们蜕变而成的几种铅同位素间的比值以及它们与U的比值，可测定锴石及其母岩的绝对年龄。由于Pb元素很难进人锆石晶格，锆石结晶时U与Pb发生强烈分馏，因此锆石是良好的U-Pb同位素定年对象。此外，越来越多的研究表明，锆石环带状增生的现象十分普遍，结合微区定年法可以反映与锆石生长历史相对应的地质演化过程。锆石同时还是很可靠的“压力仓”(pressure vessel)，能够保存来自其母岩或早期变质作用的包裹物。20世纪末开始在一些具有争议性的变质带展开了一系列针对锆石的包裹物检测和微区定年工作，成效显著(Vavra等，1996；Katayama等，2001)。

[晶体结构]四方晶系；；a₀=0.662 nm，c₀=0.602 nm；Z=4。在结构中，[SiO₄]四面体呈孤立状，彼此借助Zr4+相联结；且二者在c轴方向相间排列。Zr⁴⁺的配位数为8，呈由立方体特殊畸变而成的[ZrO₈]配位多面体。整个结构也可视为由[SiO₄]四面体和[ZrO₈]多面体联结而成。

[形态]晶体呈四方双锥状、柱状、板状，可依(011)成膝状双晶。

锆石的形态具有标型性，如在碱性岩中，锆石的四方双锥{111}很发育，在酸性花岗岩中，锆石的四方双锥和四方柱{100}、{110}均较发育，晶体外形呈柱状；在基性岩、中性岩或偏基性的花岗岩中，锆石的柱面发育而锥面相对不发育，有时甚至不出现，但有时可出现{311}的复四方双锥。此外利用锆石晶体长宽比、磨圆度也可判断形成条件。

[物理性质]颜色多变，与其成分多变有关；玻璃至金刚光泽，断口油脂光泽；透明至半透明。解理不完全，这也与其结构中键强均匀分布有关；断口不平坦或贝壳状。硬度7.5~8。相对密度4.4-4.8。性脆。当锆石含有较高量的Th，U等放射性元素时，具放射性，常引起非晶质化，与普通锆石相比，透明度下降，可呈不透明；光泽较暗淡；相对密度和硬度降低(H=5)；折射率下降且呈均质体状态。

[成因及产状]锆石是在酸性和碱性岩浆岩中分布广泛的副矿物，在基性和中性岩中亦产出。在伟晶岩中，锆石常与稀有元素矿物等密切共生。在沉积岩、变质岩中亦较常见。

锆石在碱性岩中可富集成矿，如揶威南部霞石正长岩中产出的巨型锆石矿床。此外，由于锆石性质稳定，可富集成砂矿。

[鉴定特征]以其晶形 、大的硬度、金刚光泽为特征。与金红石的区别是硬度较大，无{110}完全解理，无Ti的反应；与锡石的区别是锆石相对密度较小，锡石有Sn之反应。

[主要用途]提取锆和铪的主要矿物原料，色泽绚丽且透明无瑕者，可作宝石原料。

金属锆由于具有耐高温，抗腐蚀，高的机械程度，吸收气体及吸收中子的能力，故金属锆及其锆合金和锆的化合物在工业上及国防尖端技术中应用广泛。

锆石在陶瓷工业中可用作乳浊剂，不仅可起乳浊效果，还能提高釉面硬度、白度、抗磨强度及防止釉面龟裂；此外，借助锆石所含的稀土元素，还可生成氧化铍、氧化铈等，可提高制品的热稳定性、介电性、机械强度等。

橄榄石(olivine) (Mg,Fe)₂[SiO₄]

[化学组成]成分中除Mg、Fe呈完全类质同像外，还有Fe^III、Mn、Ca、Al、Ti、Ni等次要的类质同像代替。

[晶体结构] 斜方晶系；，其中镁橄榄石Mg₂[SiO₄]；a₀=0.475 nm，b₀=1.020nm，c₀=0.598nm。铁橄榄石Fe₂[SiO₄]：a₀ =0.482nm，b₀=1.048nm，c₀=0.609nm。Z=4。

橄榄石为单岛状硅酸盐，因此，O^2-能实现近似的最紧密堆积。从堆积的角度看，其结构可视为O^2-平行于(100)作近似的六方最紧密堆积，Si充填其中1/8的四面体空隙，形成[SiO₄]四面体，骨干外阳离子M充填其中1/2的八面体空隙，形成[MO₆]八面体。从配位多面体联结方式上看，在平行(100)的每一层配位八面体中，一半为实心的八面体(被M充填)，另一半为空心的八面体(未被M充填).二者均呈锯齿状的链，而在位置上相差b/2；层与层之间实心八面体与空心八面体相对，其邻近层以共用八面体角顶相连，而交替层则以共用[SiO₄]四面体的角顶和棱(每一[SiO₄]四面体中的6条棱有3条与八面体共用)相连。

橄榄石结构中的M位还可分两类，一半为M₁位，处于对称中心，另一半为M₂位，处于对称面上。对于橄榄石Mg₂[SiO₄]-Fe₂[SiO₄]系列，Mg、Fe进入M₁、M₂位的有序-无序可作为标型特征。

橄榄石与尖晶石从成分上来看，均属AB₂X₄型化合物。两者的阳离子也均占据结构中1/8的四面体空隙和1/2的八面体空隙，但两者结构不同，最明显的差异是前者的O^2-呈六方最紧密堆积，属斜方晶系；而后者中的O^2-呈立方最紧密堆积，属等轴晶系。其次，两者结构中的四面体与八面体的联结方式也有明显差别。著名的晶体化学家贝纳尔(Bernal，1936)首先提出在地幔内足够大的压力条件下，橄榄石型结构可转变成更为紧密的尖晶石型结构，其密度比橄榄石高9%以上。实验也表明，随着压力逐渐增大，橄榄石型结构可转变为似尖晶石型结构，进而转变成尖晶石型结构(式中的负数表示结构转变后体积减小的比例)：

橄榄石     -8%±    似尖晶石   - 29%      尖晶石          方镁石 斯石英

[形态]晶体呈柱状或厚板状，但完好晶形者少见，一般呈不规则他形晶粒状集合体。

[物理性质]镁橄榄石为白色、淡黄色或淡绿色，随成分中Fe²⁺含量的增高，颜色加深而成深黄色至墨绿色或黑色，一般的橄榄石为橄榄绿色；玻璃光泽；透明至半透明。解理{010}中等；常见贝壳状断口。硬度6.5-7。相对密度随Fe²⁺含量的增加而增高(3.27-4.37)。

[成因及产状]橄榄石主要产于富Mg贫Si的超基性、基性岩浆岩及夕卡岩、变质岩中。它是地幔岩的主要成分，亦是陨石的主要组成。其中镁橄榄石是镁夕卡岩的重要矿物。一般可认为橄榄石是一种SiO₂不饱和矿物，因此产于富Mg贫Si的条件下，且不与石英平衡共生，即：

Mg₂[SiO₄]+SiO₂→Mg₂[Si₂O₆]

不过在夕卡岩中铁橄榄石Fe₂[SiO₄]可与石英共生。橄榄石受热液作用和风化作用容易蚀变，常见产物是蛇纹石。野外所见橄榄石多已蛇纹石化，成为残晶或假像。

[鉴定特征]以其特有的橄榄绿色、粒状、解理性差.具贝壳状断口为特征，也可根据产状鉴定。

[主要用途]富镁的橄榄石 可作镁质耐火材料；透明、晶粒粗大(8mm以上)者可作宝石原料，如我国张家口碱性玄武岩的深源包体中就有达宝石原料级的橄榄石产出。

石榴子石(garnet)是石榴子石族矿物的统称；因形似石榴籽而得名。

[化学组成]石榴子石族矿物的化学成分通式为A，B[SiO4]，。其中A代表+2价阳离子Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺等及+1价阳离子Y⁺、K⁺、Na⁺等，B代表+3价阳离子Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、V³⁺及+4价阳离子Ti⁴⁺、Zr⁴⁺等。A类和B类阳离子分别配对可形成一系列石榴子石矿物种，但较常见的主要为以下两个系列，即A类阳离子为较大半径的Ca²⁺(称钙铁榴石系列)和B类阳离子为较小半径的Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺(称铁铝榴石系列)：

铁铝石榴子石系列(即A主要为Mg，Fe，Mn)：(Mg,Fe,Mn)₃Al₂[SiO₄]₃

镁铝石榴子石(pyrope)    Mg₃Al₂[SiO₄]₃

铁铝石榴子石(almandite)  Fe₃Al₂[SiO₄]₃

锰铝石榴子石(spessartite)  Mn₃Al₂[SiO₄]₃

钙铁石榴子石系列(即A主要为Ca) ；Ca₃(Al,Fe,Cr,V,Zr)₂[SiO₄]₃

钙铝石榴子石(grossularite)  Ca₃Al₂[SiO₄]₃

钙铁石榴子石(andradite)    Ca₃Fe₂[SiO₄]₃

钙铬石榴子石(uvarovite)    Ca₃Cr₂[SiO₄]₃

钙钒石榴子石(goldmanite)   Ca₃V₂[SiO₄]₃

钙错石榴子石(kimzeyite)    Ca₃Zr₂[SiO₄]₃

A类、B类中及相互间类质同像广泛发育，故自然界中纯端员组分的石榴子石很少见，一般都是若干端员的“混合物”。

[晶体结构] 等轴晶系；；a₀=1.146-1.248nm；Z=8。 晶体结构中，孤立的[SiO₄]四面体由B类阳离子(Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、V³⁺等)所组成的配位八面体[BO₆]联结；其间形成一些较大的可视为畸变立方体的空隙由A类阳离子占据，成畸变的立方体配位多面体[AO₈]。

石榴子石的晶体结构较紧密，其中以沿三次轴方向最为紧密，也是化学键最强的方向。但是，石榴子石晶体中，O^2-不是作最紧密堆积。因为Ca²⁺较大，不适于充填到O^2-最紧密堆积所形成的四面体、八面体空隙中，而是呈[CaO₈]立方配位多面体。

石榴子石晶体结构在高压下可转变，即：

 →压力增加

富Mg石榴子石→尖晶石型+斯石英→钙钛矿型

富Fe石榴子石→钛铁矿型→钙钛矿型

[物理性质]颜色各种各样(表1)，受成分影响(如钙铬石榴子石因含铬而呈鲜绿色)，但没有严格的规律性；玻璃光泽，断口油脂光泽。无解理。硬度6.5~7.5。相对密度3.5-4.2，一般Fe、Mn、Ti含量增加，相对密度增大。有脆性(如薄片中常见石榴子石裂纹发育，是脆性引起)。

[成因及产状]石榴子石在自然界广泛分布于各种地质作用中，各类石榴子石的主要成因产状列于表2。

表1 石榴子石的晶体常数及主要物理性质

表2 石榴子石的主要成因产状

此外，石榴子石由于性质稳定，在砂矿中分布广泛。

石榴子石当受后期热液蚀变和遭受强烈的风化作用后，可转变成绿泥石、绢云母、褐铁矿等。

石榴子石族矿物中不同矿物种具有不同成因的特征，除与地质环境中不同化学成分有关外，还与A类阳离子大小及所处的八配位的立方体的稳定性有关。从鲍林法则可知，当阴离子大小不变时(在石榴子石中都统一为O^2-)，阳离子越大，其配位数(即与之配位的O^2-数)越多；当阳离子较小时，为实现高配位数，就必须增加压力。石榴子石中A类阳离子Ca²⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺等的配位数都为8。这些离子的半径由Ca²⁺ (0.098nm)、 Mn²⁺(0.096 nm)、Fe²⁺(0.092nm)、Mg²⁺(0.089nm)依次递减。Ca²⁺呈八配位，需要压力不大，因此钙铝石榴子石、钙铁石榴子石一般于接触变质条件下生成；Mn²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺在一般情况下趋向于六配位，当呈八配位时需在压力增高的条件下生成，故锰铝石榴子石在压力稍高的低级区域变质条件下生成，铁铝石榴子石在压力更高的中级区域变质条件下生成，而镁铝石榴子石只能在压力极高的条件下生成，如榴辉岩、金伯利岩中，目前已广泛以它作为标志寻找金刚石。

石榴子石的物理性质亦具标型意义。例如，我国山东含金刚石的金伯利岩中紫色系列镁铝石榴子石，其相对密度大多大于3.75。

[鉴定特征]据其等轴状的特征晶形、油脂光泽、缺乏解理及硬度高而很易认出。但准确鉴定矿物种需进行X射线衍射分析及测定成分、相对密度和折射率等。

[主要用途] 利用其高硬度作研磨材料。晶粒粗大(>8 mm，绿色者可小至3mm)且色泽美丽、透明无瑕者，可作宝石原料。有些激光材料具有石榴子石结构，如钇铝石榴子石Y₃Al₂[AlO₄]₃。

红柱石(andalusite) Al[SiO₄]O

[化学组成]Al³⁺可被F³⁺(≤9.6%)和Mn²⁺(≤7.7%)所代替。

[晶体结构]斜方晶系；；a₀ =0.778nm，b₀=0.792 nm，c₀=0.557nm；Z=2。晶体结构见前述。

[形态]晶体呈柱状，横断面近正四边形。双晶少见，双晶面(101)。当红柱石在泥岩或碳质泥岩中生长时，俘获部分碳质和黏土物质呈定向排列，使其横断面上呈黑十字形构造。而纵断面上呈与晶体延长方向一致的黑色条纹。当俘获的碳质和黏土矿物在后期被溶解后，在红柱石晶体中央会留下空洞，这种红柱石称为空晶石。有些红柱石呈放射状排列，形似菊花，叫菊花石。

[物理性质]常为灰色、黄色、褐色、玫瑰色、肉红色或深绿色(含锰的变种) ，无色者少见；玻璃光泽。解理平行{110}中等。硬度6.5-7.5。相对密度3.15~3.16。

[成因及产状]红柱石主要为变质成因的矿物。在区域变质作用中产于变质温度和压力较低的条件下，一般见于富铝的泥质片岩中；常与堇青石、石英、白云母、石榴子石、十字石、黑云母及其他一些铝的矿物共生。红柱石亦见于泥质岩石和侵人岩体的接触带，为典型的接触热变质矿物。北京西山菊花沟产的放射状集合体的红柱石(又称菊花石)颇为著名；北京周口店太平山北房山岩体与泥质围岩的接触带上亦见接触变质的红柱石大量产出。

[鉴定特征]常垦灰白色、肉红色，柱状晶形，近于正方形的横截面，平行{110}的两组中等解理。空晶石具独特的碳质包裹物。硝酸钴试验呈Al的反应。

[主要用途]可制造高级耐火材料。还可作雷达天线罩的原料。可应用于陶瓷工业，增加制品的机械强度和耐急冷急热性能。产菊花石的岩石可作装饰石材。色泽好且透明、晶粒粗大者可作宝石原料。具有很好的十字形构造的红柱石可作观赏石。

蓝晶石(kyanite或disthene) Al₂[SiO₄]O

[化学组成]组分与红柱石相同。但蓝晶石可含Cr³⁺(≤12.8%)，此外常含有Fe2O3(达1%~2%，有时达7%)及少量CaO、MgO、FeO、TiO₂等混人物。

[晶体结构]三斜晶系；；a₀=0.710 nm，b₀=0.774 nm，c₀=0.557nm；α=90°06'，β=101°02'，γ=105°45'；Z=4。晶体结构见前述。

[形态]常沿c轴呈偏平的柱状或片状晶形。双晶常见，双晶面(100)或(121)。有时星放射状集合体。[物理性质]蓝色、青色或白色，亦有灰色、绿色、黄色、粉红色和黑色者；玻璃光泽，解理面上有珍珠光泽。解理{100}完全，{010}中等；{001}有裂开。硬度随方向不同而异：在(100)面上，平行c轴方向为4.5，垂直c轴方向为6，而在(010)和(110)面上垂直c轴方向则为7，因此也叫二硬石。相对密度3.53~3.65。性脆。

[成因及产状]蓝晶石为区域变质作用产物，多由泥质岩变质而成，是结晶片岩中典型的变质矿物。在富铝岩石中在中压区域变质作用下，蓝晶石产于低温部分，而夕线石则在高温部分，此外，蓝晶石还产于某些高压变质带。

[鉴定特征]根据其颜色明显的硬度异向性和主要产于结晶云母片岩中等易于认出。

[主要用途]可制造高级耐火材料及高强度轻质硅铝合金材料。也可以从中提取铝。

黄玉(topaz) Al₂[SiO₄](F,OH)₂

又名黄晶

[化学组成]成分变化大的是F^-与OH^-的比值，该比值随黄玉的生成条件(产出的温度)从3：1到1：1而异。从伟晶岩→云英岩→热液，黄玉的F^-与OH^-的比值从大→小。

[晶体结构]斜方晶系；；a₀=0.465nm，b₀=0.880nm，c₀=0.840nm；Z=4。晶体的结构是由O^2-、F^-、OH^-共同作ABCB的四层最紧密堆积(也称“双六方”堆积)，堆积层平行于(010)面。Al³⁺占据八面体空隙，组成[AlO₄(F,OH)₂]八面体；Si⁴⁺占据四面体空隙，组成的[SiO₄]四面体呈孤立状，借助[AlO₂(F,OH)₂]八面体相联系。

[形态]柱状晶形，常见单形为斜方柱{110}、{120}、{021}；斜方双锥{111}、{221}；平行双面{001}、{010}。柱面常有纵纹。也经常呈不规则粒状、块状集合体。

[物理性质]无色或微带蓝绿色、黄色、乳白色、黄褐色或红黄色等；透明；玻璃光泽。解理平行{001}完全。硬度8。相对密度3.52~3.57。

[成因及产状]黄玉形成于高温并有挥发组分作用的条件下，是典型的气成热液矿物。主要产于花岗伟晶岩云英岩、高温气成热液矿脉中。

[鉴定特征]柱状晶形，横断面为菱形，柱面有纵纹，解理{001}完全，高硬度，以此可与类似的石英区分。

[主要用途]透明色美者可作宝石原料。其他可作研磨材料、精细仪表的轴承等。

十字石( staurolite) FeAl₄[SiO₄]₂O₂(OH)₂，或写成Fe(OH)₂+2A1₂[SiO₄]O，即相当于两个蓝晶石加上氢氧化铁组成。

[化学组成]Fe²⁺可被Mg²⁺(≤4%)代替，偶尔亦可被Co²⁺(≤8.5%).Zn²⁺(≤7.4%)代替；Al³⁺可被Fe³⁺(≤5%)代替。

[晶体结构]斜方晶系；；a₀=0.781nm，b₀=1.662nm，c₀=0.565 nm；Z=2。晶体结构可看成平行(010)面蓝晶石结构层(即蓝晶石结构中[AlO₆]八面体链相连形成的平行(100)面的层)与氢氧化铁层交互叠置而成，这就使得蓝晶石的(100)面常依十字石的(010)面形成规则连生。

[形态]晶形呈短柱状。双晶极为特征，常呈穿插双晶；双晶面或沿(031)，两个单体近于直交成十字形；或依(231)，两个单体斜交近60°成斜十字。也有的呈不规则粒状。

[物理性质]深褐、红褐、黄褐色；玻璃光泽，但变化后(或不纯净)常显暗淡无光或如土状。解理{010}中等。硬度7.5。相对密度3.74~3.83。

[成因及产状]主要是区域变质及少数接触变质作用的产物。

[鉴定特征]短柱状，横断面为菱形，特别是双晶形状，深褐、红褐色，硬度大，以此可与红柱石区别。

[主要用途]具矿物学和岩石学的意义。

榍石( sphene或titanite) CaTi[SiO₄]O

[化学组成]Ca可被Na、TR、Mn、Sr、Ba代替；Ti可被Al、Fe、Nb、Ta、Th、Sn、Cr代替；O^2-可被OH^-、F^-、Cl^-代替。

[晶体结构]单斜晶系；；a₀=0.655nm，b₀=0.870 nm，c₀=0.743nm；β=119°43'；Z=4。结构中Ca²⁺的配位数为7，是其他矿物中很少见到的。孤立的[SiO₄]四面体和[TiO₆]八面体和[CaO₇]多面体联结，结构中有一种不与Si⁴⁺联结的O^2-，作为附加阴离子可被OH^-、F^-或Cl^-代替。

[形态]晶体形态多种多样，常见晶形为具有楔形横截面的扁平信封状晶体。

[物理性质]蜜黄色、褐色、绿色、灰色、黑色，成分中含有较多量的MnO时，可呈红色或玫瑰色；条痕无色或白色；透明至半透明；金刚光泽、油脂光泽或树脂光泽。解理{110}中等；具{221}裂开。硬度5~6。相对密度3.29-3.60。

[成因及产状]榍石作为副矿物广泛分布于各种岩浆石中，如见于花岗岩、正长岩。在正长岩质的伟晶岩中可见大晶体产出。

[鉴定特征]以其特有的扁平信封状晶形和楔形的横截面可与其他蜜黄色矿物相区别。

[主要用途]大量时可作钛矿石，亦可作为稀有元素矿床的找矿标志。色泽美丽透明者也用作宝石原料。

绿帘石( epidote) Ca,Fe^IIIAl₂[Si₂O₇][SiO₄]O(OH)

[化学组成]Fe³⁺在绿帘石分子式中的数目可大于1，称富铁绿帘石。绿帘石与斜黝帘石Ca₂AlAl₂[Si₂O₇][SiO₄]O(OH)可形成一完全类质同像系列。

[晶体结构]单斜晶系；；a₀=0.888~0.898nm，b₀=0.561~0.566nm，c₀=1.015~1.030nm；β=115°25'~115924'；Z=2。绿帘石的晶体结构为：结构中[AlO₅(OH)]八面体以共棱方式联结成沿b轴方向延伸的链，此链又与[FeO₆]八面体共棱相连而成折状链；链间通过孤立四面体[SiO₄]及双四面体[Si₂O₇]联结起来，链之间的大空隙由Ca²⁺充填，呈不规则的八配位的多面体。斜黝帘石与绿帘石的晶体结构的区别是Fe³⁺所占据的八面体空隙全部由Al³⁺所取代。

[形态]晶体常呈柱状，延长方向平行b轴。平行b轴晶带上的晶面具有明显的条纹。可依(100)成聚片双品。绿帘石之所以经常出现延长方向平行b轴、|100|较发育之板状晶体，与结构中平行b轴延伸的八面体链及其所构成的平行{100}的链层有关。另外常呈柱状、放射状晶簇状集合体。

[物理性质]灰色、黄色、黄绿色、绿褐色，或近于黑色，颜色随Fe³⁺含量增加而变深，很少量Mn²⁺的类质同像替代使颜色显不同程度的粉红色；玻璃光泽；透明。解理{001}完全。硬度6。相对密度3.38-3.49(随Fe含量增加而变大)。

[成因及产状]绿帘石的生成与热液作用(主要相当于中温热液阶段)有关，主要形成绿帘石化，即原来的岩浆岩、变质岩、沉积岩受热液交代后形成的一种围岩蚀变。在伴有动力破碎的后退变质作用中，Ca²⁺可以从斜长石、辉石和角闪石中析出而形成绿帘石族矿物。在区域变质岩中的绿片岩相中也广泛发育。此外，绿帘石也为基性岩浆岩动力变质的常见矿物。

[鉴定特征]柱状晶形、明显的晶面条纹、平行{001}的一组完全解理、特征的黄绿色可以与相似的橄榄石、角闪石相区别。

[主要用途]具有矿物学和岩石学意义。

绿柱石(beryl) Be₃Al₂[Si₆O₁₈]

[化学组成]有些绿柱石可含Na、K、Li、Cs、Rb等碱金属元素。碱金属含量与交代作用有关。

[晶体结构]六方晶系；；a₀=0.921nm，c₀=0.917nm；Z=2。

绿柱石晶体结构为[SiO4]四面体组成的六方环垂直c轴平行排列，上下两个环错动25°，由Al³⁺及Be²⁺连接；Al³⁺配位数为6，Be²⁺配位数为4，均分布在环的外侧，所以在环中心平行c轴有宽惆的孔道，以容纳大半径的离子K⁺、Na⁺、Cs⁺、Rb⁺以及水分子。

[形态]晶体多呈长柱状，富含碱的晶体则呈短柱状，或沿{0001}发育成板状。柱面上常有平行c轴的条纹，不含碱的比含碱的绿柱石柱面上条纹明显。

[物理性质]纯的绿柱石为无色透明，常见的颜色有绿色、黄绿色、粉红色、深的鲜绿色等，深蓝色的称海蓝宝石，其蓝色由Fe²⁺引起，碧绿苍翠的称祖母绿，是一种极珍贵的宝石，其颜色由Cr₂O₃引起，此外，含Cs则呈粉红色，含少量Fe₂O₃，及Cl则呈黄绿色；玻璃光泽；透明至半透明。解理不完全。硬度7.5~8。相对密度2.6~2.9。

[成因及产状]绿柱石主要产于花岗伟晶岩、云英岩及高温热液矿脉中。我国内蒙古、新疆、东北等地花岗伟晶岩中均产出绿柱石。在未受交代的伟晶岩中，绿柱石成分基本不含碱，常与石英、钾长石、微斜长石、白云母共生。受晚期钠质交代作用形成的绿柱石，成分中含碱，最高可达7.23%，这种绿柱石常与钠长石、锂辉石、石英、白云母等矿物共生。

[鉴定特征]根据晶形和硬度及解理不发育易于识别。

[主要用途]为铍的重要矿石矿物。色泽美丽且透明无瑕者可作高档宝石原料。其中以祖母绿最佳，其加工后的价值不亚于钻石。.

堇青石(cordierite) (Mg,Fe)₂Al₃[AlSi₅O₁₈]

[化学组成]成分中Mg和Fe为完全类质同像代替，但大多数堇青石是富镁的，因为在堇青石晶体结构中，Mg、Fe是四配位的，Mg²⁺比Fe²⁺的半径小，进入四面体中更稳定。骨干外的Al³⁺可被Fe³⁺代替。另外，成分中常含H₂O、K、Na等，它们处在结构中的大孔道中。

[晶体结构]斜方晶系；；a₀=1.713~1.707nm，b₀= 0.980~0.973nm，c₀=0.935-0.929nm；Z=4。与绿柱石同结构，但在六方环中存在Al→Si，因而对称程度下降。值得指出的是，Mg²⁺、Fe²⁺般为六配位，但在堇青石中为四配位。

[形态]完好晶体不常出现，有时呈假六方柱晶体。

[物理性质]无色或浅蓝色、浅黄色；玻璃光泽；透明至半透明。解理{010}中等；贝壳状断口。硬度7-7.5。相对密度2.53~2.78。

[成因及产状]是一种典型变质矿物，产于片麻岩、结晶片岩及蚀变火成岩。

[主要用途]堇青石最大的特性是热膨胀系数小，因此广泛应用于陶瓷、玻璃业，提高其抗急冷急热的能力。

电气石(tourmaline) Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)₃Al₆[Si₆O₁₈][BO₃]₃(OH,F)₄，或写成通式：NaR₃Al₆[Si₆O₁₈][BO],(OH,F)。

[化学组成]电气石是一种硼硅酸盐矿物，即除硅氧骨干外，还有[BO₃]^3-络阴离子。其中Na⁺可局部被K⁺和Ca²⁺代替，OH^-可被F^-代替，但没有Al³⁺代替Si⁴⁺现象。R位置类质同像广泛，主要有4个端员成分，即：

镁电气石(dravite)：R=Mg；

黑电气石( schorl) ：R=Fe；

锂电气石( elbaite) ：R=Li+Al；

钠锰电气石( tsilaisit) ：R=Mn。

镁电气石-黑电气石之间以及黑电气石-锂电气石之间形成两个完全类质同像系列，镁电气石和锂电气石之间为不完全的类质同像。Fe³⁺或Cr³⁺也可以进入R的位置，铬电气石中Cr₂O₃，可达10.86%。

[晶体结构]三方晶系；；a₀=1.584~1.603nm，c₀=0.709~0.722nm；Z=3。

电气石晶体结构基本特点为[SiO₄]四面体组成复三方环。B配位数为3，组成平面三角形；Mg配位数为6(其中有两个是OH^-)，组成八面体，与[BO₃]共氧相连。在[SiO⁴]四面体的复三方环上方的空院中有配位数为9的+1价阳离子Na⁺分布，之间以[AlO₅(OH)]八面体相联结。

[形态]晶体呈柱状，晶体两端晶面不同，因为晶体无对称中心。柱面上常出现纵纹，横断面呈球面三角形，这是因为发育一系列高指数晶面引起的，至于为什么发育一系列高指数晶面，可能与表面能有关，因为，从几何的角度来看三方柱的表面能是比较大的，发育为球面三方柱会降低表面能，但球面三方柱必导致部分高指数晶面的发育。双晶依(101)或(401)发育，但较少见。集合体呈棒状、放射状、束针状，亦呈致密块状或隐晶质块状。

[物理性质]颜色随成分不同而异：富含 Fe的电气石呈黑色，富含Li、Mn、和Cs的电气石呈玫瑰色，亦呈淡蓝色，富含Mg的电气石常呈褐色和黄色，富含Cr的电气石呈深绿色。此外，电气石常具有色带现象，垂直c轴由中心往外形成水平色带，或c轴两端颜色不同。玻璃光泽。无解理；有时可有垂直L'的裂开。硬度7~7.5。相对密度3.03~3.25，随着成分中Fe、Mn含量的增加，相对密度亦随之增大。不仅具有压电性，并且还具有热释电性(因为其单向轴L'是唯一的极轴)。

[成因及产状]电气石成分中富含挥发组分B及H₂O，所以多与气成作用有关，多产于花岗伟晶岩及气成热液矿床中。一般黑色电气石形成于较高温度，绿色、粉红色者一般形成于较低温度。早期形成的电气石为长柱状，晚期者为短柱状。此外，变质矿床中亦有电气石产出。

[鉴定特征]以柱状晶形、柱面有纵纹、横断面呈球面三角形、无解理、高硬度为特征。

[主要用途]其压电性可用于无线电工业；其热释电性可用于红外探测、制冷业。色泽鲜艳、清澈透明者可作宝石原料(俗称碧玺)。

顽火辉石(enstatite) Mg₂[Si₂O₆]

[化学组成] (Mg_1.00-0.90Fe_0.00-0.10)₂[Si₂O₆]，成分中含Al、Ca、Ti、Mn等。

[晶体结构]斜方晶系；；a₀=1.822~1.824nm，b₀=0.882~0.884nm，c₀=0.517~0.519 nm；Z=16。晶体结构见辉石族概述。

Mg₂[Si₂O₆]有4个同质多像变体、：原顽火辉石(稳定于1000~1557℃，1GPa，具Pbcn型结构)、顽火辉石(630~1000℃)、高温单斜顽火辉石(>980℃，具C2/c型结构)、(低温)单斜顽火辉石(<630℃，具P2₁/c型结构)。

[形态]晶体常呈粒状。有时具(100)简单双晶或聚片双晶，常具出溶片晶构造。

[物理性质]无色、黄色至灰褐色；条痕无色；玻璃光泽。解理{210}完全，夹角87°；具{100}、{001}裂开。硬度5~6，相对密度3.209~3.3。

[成因及产状]为橄榄岩中常见矿物。在玄武岩中富橄榄石包体中及金伯利岩的超基性岩包体中也较常见。此外，在变质岩中为超基性变粒岩的典型矿物。

[鉴定特征]根据颜色、解理及产状鉴定。进一步需做X射线等测试。

[主要用途]仅具矿物学和岩石学意义。

紫苏辉石(hypersthene) (Mg,Fe)₂[Si₂O₆]

[化学组成](Mg_0.7-0.5,Fe_0.3-0.5)₂[Si₂O₆]。成分中有Al、Ti、Mn、Fe等，还见磁铁矿、磷灰石等包体。

[晶体结构]斜方晶系；a₀=1.824~1.839nm，b₀=0.884~0.905nm，c₀=0.519~0.523nm；Z=16。晶体结构特点见辉石族概述。

紫苏辉石另有2个同质多像变体：高温单斜紫苏辉石(C2/c型结构)和低温单斜紫苏辉石(P2₁/e型结构)。

[形态]晶体常呈柱状。以平行双面{100}、{010}和斜方柱{210}较发育。出溶片晶构造极为常见。

[物理性质]灰绿色，灰褐色；条痕无色至浅绿、浅灰；玻璃光泽。解理{210}完全，夹角87°。硬度5~6，相对密度3.3-3.87。

[成因及产状]在岩浆岩里，紫苏辉石主要产于基性超基性岩中；在变质岩中，紫苏辉石主要产于角闪岩、变粒岩、片麻岩、麻粒岩中。

[鉴定特征]根据颜色、解理及产状鉴定。进一步需做X射线等测试。

[主要用途]仅具矿物学和岩石学意义。

透辉石(diopside)—钙铁辉石(hedenbergite) CaMg[Si₂O₆]-CaFe[Si₂O₆]

透辉石(Di)-钙铁辉石(Hed)为-完全类质同像系列。习惯上，根据两端元组分的物质的量比(%)可划分为4个矿物种：透辉石(Di100~75，Hed0~25)、次透辉石(Di75~50，Hed25~50)、铁次透辉石(Di50~25，Hed50~75)、钙铁辉石(Di25~0，Hed75~100)。

[化学组成]成分中有Na、Al、Cr、Ti、Ni、Mn、Zn、Fe等类质同像替代物和磁铁矿、钛铁矿等机械混入物，成分复杂，可形成许多变种，其中主要的有含Cr较多的铬透辉石或铬次透辉石，为金伯利岩的特征矿物之一。

[晶体结构]单斜晶系；；a₀=0.975-0.985nm，b₀=0.890~0.902nm，c₀=0.525~0.526nm；β=104°44'~105°38'；Z=4。晶胞参数变化与成分相对富Fe、Mg等有关。晶体结构特点见辉石族概述。

[形态]常呈柱状晶体。主要单形有平行双面{100}、{010}及斜方柱{110}、{111}。晶体横断面呈正方形或正八边形。常见依(100)和(001)成简单双晶和聚片双晶。

[物理性质]白色，灰绿、绿至褐绿、暗绿色，黑色；条痕无色至深绿。解理{110}完全，解理夹角87°；具{100} {010}裂开。硬度5.5~6。相对密度3.22~3.56。

该系列矿物的物性变化与成分具有明显的依赖关系。颜色随着Mg²⁺被Fe³⁺代替量的增大，由无色逐渐变为暗绿；相对密度亦随Fe³⁺量的增大而增大。

[成因及产状]在基性和超基性岩中透辉石和次透辉石是主要矿物，其中铬透辉石是金伯利岩中的特征矿物。透辉石-钙铁辉石也是构成接触交代夕卡岩的特征矿物，其中靠近富镁端员的产于镁夕卡岩中，靠近富铁端员的产于钙夕卡岩中。在区域变质的Ca质和Mg质的片岩、辉石角岩相以及高级角闪岩相中也广泛出现。

透辉石亦是硅质白云岩热变质的产物，其反应式为

CaMg[CO₃]₂+2SiO₂→CaMg[Si₂O₆]+2CO₂

[鉴定特征]透辉石以浅的颜色、晶形，钙铁辉石以暗绿至黑绿的颜色，柱状集合体形态以及成因产状为特征。

[主要用途]透辉石可用于陶瓷工业。

普通辉石( augite) Ca(Mg,Fe^II,Fe^III,Ti,Al)[(Si,Al)₂O₆]

[化学组成]在普通辉石中Al³⁺代替Si⁴⁺数量稍大，多数超过5%，有人认为Al代替Si可达1/8-1/2。此外，还存在Ti⁴⁺和Fe³⁺代替Si⁴⁺。

普通辉石次要成分有Ti、Na、Cr、Ni、Mn等。Ti一般含量不高，钛辉石通常含TiO₂在3% ~5% ，有的高达8.97%。

[晶体结构]单斜晶系；；Z=4。合成无Al的普通辉石的晶胞参数大约为a₀=0.970~0.982nm，b₀=0.889~0.903nm，c₀=0.524~0.525 nm；β=105°~107°。由于Al代替Si以及六配位Al的存在，明显影响晶胞参数的变化，一般a₀、b₀随着Al含量的增高而减少，c₀、β随着Al含量的增大而增大。结构特点见辉石族概述。

[形态]短柱状晶体。横断面呈正八边形。普通辉石亦垦粒状。依(001)和(100)所成的简单双晶和聚片双晶较常见，有时还依(101)和(122)成简单双晶。

[物理性质]灰褐、褐、绿黑色；条痕无色至浅褐色。解理{110}完全，夹角87°；具{100}、{010}裂开。硬度5.5-6。相对密度3.23 ~3.52。

[成因及产状]常见于各种基性侵入岩、喷出岩及其凝灰岩中，并且可见到很好的晶体。张家口北部汉诺坝玄武岩中普通辉石与橄榄石、斜长石共生。在变质岩和接触交代岩中亦常见到。

普通辉石常被蚀变为韭闪石、绿帘石、绿泥石等矿物。

[鉴定特征]绿黑色、短柱状晶形及其解理等为特征。

[主要用途]仅具矿物学和岩石学意义。

硬玉 (jadeite) NaAl[Si₂O₄]

[化学组成]一般较纯。

[晶体结构]单斜晶系；；a₀=0.942nm，b₀=0.856nm，c₀=0.522 nm；β=107°57'；Z=4。晶体结构见辉石族概述。

[形态]自形晶体较少见，具两种不同习性的晶体，一种呈柱状平行c轴延长；另一种平行(100)延长呈板状。主要单形有平行双面a{100}、b{010}，斜方柱m{110}，o{111}。具平行(001)和(100)的简单双晶和聚片双晶。最常出现的是粒状或纤维状集合体。

[物理性质]无色、白色，浅绿或苹果绿色；玻璃光泽。{110}解理完全，解理夹角87°；断口不平坦，呈刺状。硬度6.5。相对密度3.24~3.43。坚韧。

[成因及产状]主要产于碱性的变质岩中，是一种典型的变质矿物。

[鉴定特征]致密块状、高硬度和极坚韧，见于碱性变质岩中。

[主要用途]硬玉的细粒状或纤微交织状集合体并参有一些长石类、辉石类矿物，组成一种品质极佳的玉石，叫翡翠(chalchuite)，翡翠的颜色是决定其价值的关键，若为祖母绿和苹果绿，其价值高得惊人，但若为浅绿、黄绿等，价值下降几百倍。

锂辉石(spodumene ) LiAl[Si₂O₆]

[化学组成]锂辉石化学组成较稳定，可含有稀有元素、稀土元素混人物。

[晶体结构]单斜晶系；，也有资料认为空间群为；a₀=0.946nm，b₀=0.839nm，c₀=0.522nm；β=110°11'；Z=4。晶体结构见辉石族概述。

锂辉石(即a-锂辉石)还有另外两个同质多像变体；β-锂辉石为四方晶系，与凯石英(也称重石英)同结构；y-锂辉石为六方晶系.与β-石英同结构。

[形态]常呈柱状晶体，柱面常具纵纹。有时可见巨大晶体(长达16m)。双晶依(100)生成。集合体呈(100)发育的板柱状、棒状，也可呈致密隐晶块状。

[物理性质]灰白色，烟灰色，灰绿色。翠绿色的俚辉石称为翠绿锂辉石，是成分中含Cr所致，成分中含Mn呈紫色，称紫色锂辉石；玻璃光泽，解理面微显珍珠光泽。{110}解理完全，夹角87°；具{100}、{010}裂开。硬度6.5~7。相对密度3.03-3.23。

[成因及产状]是富Li花岗伟晶岩中的特征矿物。

[鉴定特征]颜色，晶形及其产状。吹管火焰烧之膨胀，并染火焰成浅红色(Li)，与CaF₂+KHSO₄合熔后，染火焰成鲜红色(Li)。

[主要用途]与锂云母一起用作提取Li的原料。Li用于原子工业、医药、焰火、照相、玻璃、伦琴照相等方面。透明而色泽美丽者可作宝石。

此外，与锂云母、锂霞石一样，具有一股原料所没有的负膨胀性，故可与其他正膨胀性的矿物一起制成高温下膨胀系数接近于零的特殊陶瓷微晶玻璃等，提高制品的抗热冲击性能和机械强度。

霓石(aegirine) NaFe[Si₂O₆]

[化学组成]通常有NaFe^III-Ca(Mg,Fe^II)代替，从而形成霓辉石，可将霓辉石看成是霓石与普通辉石的中间产物。

[晶体结构]单斜晶系，；纯霓石a₀=0.966 nm，b₀=0.878 nm，c₀=0.529 nm；β=107°42'；Z=4。

[形态]晶体常呈针状、柱状，单形较多样。

[物理性质]暗绿色；条痕无色；玻璃光泽。解理{110}完全，夹角87°。硬度6，相对密度3.55~3.60。

[成因及产状]是碱性岩浆岩的主要造岩矿物。

[鉴定特征]以绿色、长柱状晶形解理及碱性岩产状等为特征。

[主要用途]仅具矿物学和岩石学意义。

硅灰石(wollastonite) Ca₃[Si₃O₉]

[化学组成]常含类质同像混入物Fe、Mn、Mg等；当达一定量时，可形成铁硅灰石、锰硅灰石等变种。

[晶体结构]三斜晶系；；a₀=0.794nm，b₀=0.732nm，c₀=0.707nm；α=90°18'，β=95°24'，γ=103°24'；Z=2。硅灰石的晶体结构特点为：以3个[SiO₄]四面体为一重复单位(可视为一孤立四面体和一双四面体组成)的[Si₃O₉]单链平行b轴延伸(其中一个四面体的棱平行于链的延伸方向)，链与链平行排列；链间的空隙仅由Ca所充填，形成[CaO₆]八面体。[CaO₆]八面体共棱联结成平行b轴的链，其中两个共棱相连的[CaO₆]八面体的长度刚好等于四面体链的重复单位(约0.72nm)，亦与晶胞参数b₀值大致相当。

[形态]晶体常呈沿b轴延长的板状晶体(故以前称为板石)。双晶依(100)或(001)形成。呈片状放射状或纤维状集合体。

[物理性质]白色或带灰和浅红的白色，有少数呈肉红色；玻璃光泽，解理面有时呈现珍珠光泽。解理{100}完全，{001}、{102}中等，(100)∧(001)=74°。硬度4.5~5.5。相对密度2.75~3.10。已知含Mn为0.02%~0.1%的硅灰石能发出强的黄色阴极浅荧光。熔点1540℃。

[成因及产状]是典型的变质矿物，常出现在酸性岩浆岩与碳酸盐岩的接触带，系高温反应的产物。反应式：

3CaCO₃+3SiO₄→Ca₃[Si₃O₉]+3CO₂

合成实验表明，在定压升温或定温降压的条件下，反应由左向右进行；在定温升压条件下反应从右向左进行。此外，硅灰石还见于深变质的钙质结晶片岩、火山喷出物的某些碱性岩里。

[鉴定特征]形态、颜色、共生矿物。与透闪石区别是硅灰石质较软，不似透闪石性脆易折；与夕线石的区别是产状不同，易溶于酸。

[主要用途]硅灰石的许多可贵的、独一无二的性能主要来源于其针状、纤维状形态，如制成“石绒"；加入到陶瓷炉料中，在部分熔融后，未熔的硅灰石针状体形成致密格架，使其原有体积不易发生改变，冷凝过程中，炉料的结晶又会使硅灰石针状体彼此紧紧固结在一起，这样就保持了坯体规格且不易碎裂。此外，制成的半熔瓷具有低瓷化温度、强度增加、收缩减小和吸水膨胀等优点。随着国防工业对磷光体的需要，已开始运用CaSiO₃·Mn磷光体代替ZnBe[SiO₄]磷光体。

直闪石 （anthophylite）(Mg,Fe)₇[SiO₄]₂(OH)₂

[化学组成]自然界纯镁端元未见报道。

[晶体结构]斜方晶系；；a₀=1.850~1.860nm，b₀=1.717~1.810nm，c₀=0.523-0.527nm；Z=4。

[形态]晶体常呈柱状和板状，常见单形为{210}、{100}、{001}。纤维状直闪石称直闪石石棉。

[物理性质]白色、灰色 或带绿色；玻璃光泽。解理{210}完全，夹角125°30'。硬度5.6~6，相对密度2.85~3.57。

[成因及产状]为某些结晶片岩的造岩矿物。

[鉴定特征]形态、解理、颜色，产于结晶片岩中。

[主要用途]见下述角闪石 族石棉。

镁铁闪石( magnesiocummingtonite-grunerite ) (Mg,Fe^II)₇[Si₄O₁₁]₂(OH)；

[化学组成]Mg-Fe间呈完全类质同像，有部分Mn的代替。在富Mg的端元中常见Al代替Si，亦可有极少量Ca的代替。

[晶体结构] 单斜晶系；；a₀=0.950~0.956nm，b₀=1.796~1.845nm，c₀=0.530~0.534nm；β=109°34'；Z=2。

[形态]晶体呈针状、纤维状，或呈纤维状集合体。常见单形有斜方柱{011}、{110}及平行双面{010}。依(100)有聚片双晶。纤维状的变种称为铁石棉。

[物理性质]深绿色到棕色 ，随着成分中Fe^II含量增加，则颜色变深；玻璃光泽，半透明到透明。解理{110}完全，夹角125°及55°。硬度5~6，相对密度3.10~3.60。

[成因及产状]镁铁闪石主要产于区域变质形成的角闪岩中，与角闪石共生。在片岩及变粒岩中常与普通角闪石及斜长石共生。在变质岩中镁铁闪石是较早形成的矿物。其中常可包有斜方辉石。镁铁闪石的边缘则可见到绿色普通角闪石。

[鉴定特征]形态、解理、颜色，产于区域变质岩及结晶片岩中。

[主要用途]见下述角闪石族石棉。

透闪石(tremolite)-阳起石(actinolite)

Ca₂Mg₅[Si₄O₁₁]₂(OH)₂-Ca₂(Mg，Fe^II)₅[Si₄O₁₁]₂(OH)₂

[化学组成]在透闪石-阳起石中Mg、Fe是完全类质同像替代系列，按照成分中端元组分的含量把这系列分成几个矿物种：Ca₂Fe₅[Si₄O₁₅]₂(OH)含量在0-20%者定为透闪石；其含量在80%以上者定为铁阳起石；其含量在20% -80% 者定为阳起石。成分中可有少量的Na、K、Mn代替Ca²⁺、F^-、Cl^-代替OH^-。

[晶体结构]单斜晶系，；晶胞参数随成分中含Fe量增加而增大：透闪石晶胞参数为：a₀=0.984nm，b₀=1.805nm，c₀=0.528nm；β=104°22'；Z=2。阳起石晶胞参数稍大：a₀=0.989nm，b₀=1.814nm，c₀=0.531nm；β=105°48'；Z=2。晶体结构特点见角闪石族概述。

[形态]晶体细柱状，常见单形为斜方柱{110}、{011}，平行双面{010}。集合体常呈柱状、放射状、纤维状。有时可见致密隐晶的浅色块体。有时可以见到(100)聚片双晶。阳起石形态上以放射状集合体为特征。

[物理性质]透闪石为白色或灰色，阳起石为深浅不同的绿色。解理沿{110}完全，解理夹角56°；有时可见(100)裂开。硬度5-6。相对密度3.02~3.44，随铁含量而增加。

[成因及产状] 接触变质矿物，经常发育于石灰岩、白云岩与火成岩的接触带中。也产于结晶片岩及区域变质的泥质大理岩中。

[鉴定特征]颜色、形态及解理。

[主要用途]见下述角闪石族石棉。此外，透闪石或阳起石的致密坚韧并具刺状断口的隐晶质块体称为软玉(nephrite) ，可作为玉石材料，用于雕刻工艺品。

普通角闪石( hornblende) Ca₂Na(Mg,Fe^II)，(Al,Fe^III)[(Si,A1)O₁₁]₂(OH)₂

[化学组成]成分较其他角闪石族矿物复杂，类质同像种类多，在A、X、Y类阳离子均出现广泛的类质同像替代。

普通角闪石的成分也可看成是透闪石-阳起石系列引申出来的，即部分Si被Al替换的同时，相应地部分Mg为Al和Fe^III替换，并有Na的加人。

在普通角闪石中Al是以两种方式存在的，有时K的含量可以超过Na。此外，常含TiO₂0.1%~1.25%。

[晶体结构]单斜 晶系；；a₀=0.979nm，b₀=1.790nm，c₀=0.528nm；β=105°31'；Z=2。晶体结构特点见角闪石族概述。

[形态]常 呈柱状晶体。横断面呈假六边形。双晶依{100}成接触双晶。常呈细柱状、纤维状集合体。

[物理性质]深绿色到黑绿色；条痕无色或白色；玻璃光泽。解理{110}完全，两组解理夹角为124°或56°；有时可见{100}裂开，是由聚片双晶影响所造成。硬度5~6。相对密度3.1~3.3。

[成因及产状]与岩浆作用密切相关，是各种中 、酸性侵入岩的主要组成矿物。在基性喷出岩中所见到的富含Fe₂O₃和TiO₂的普通角闪石变种，称为玄武角闪石。普通角闪石有时按辉石形成假像，称假像纤闪石。

在区域变质作用产物中，是角闪岩、角闪片岩、角闪片麻岩的主要组成部分。

[鉴定特征]颜色，柱状晶形，两组完全柱状解理。与普通辉石的区别主要是角闪石解理夹角为124或56°，断面为菱形或近菱形。

[主要用途]见下述角闪石族石棉。

蓝闪石(glaucophane ) Na₂Mg₃Al₂[Si₄O₁₁]₂(OH)₂

[化学组成]是碱性角闪石的一种，其特点是X类(M.)阳离子为Na⁺，Y类阳离子中有Al³⁺。

该矿物组成成分不定，在其成分中还常含有Fe₂O₃，以及CaO。蓝闪石的成分变化与变质原岩密切相关。

[晶体结构]单斜晶系；；a₀=0.954nm，b₀=1.774nm，c₀=0.529nm；β=103°40'±1'；Z=2。

[形态]晶体少见。常见单形为斜方柱{110}、{011}，平行双面{010}。可以见到依(100)成的聚片双晶。集合体常呈放射状、纤维状。

[物理性质]灰蓝、深蓝至蓝黑色；条痕蓝灰色；玻璃光泽。解理{110}完全。硬度6~6.5。相对密度3.1~3.2。

[成因及产状]变质成因矿物。 是蓝闪石片岩、云母片岩等的特征矿物。

蓝闪石是低温高压变质带的特征矿物，也是“板块构造”俯冲带靠大洋一侧低温高压变质带的特征矿物。

[鉴定特征]放射柱状形态，灰蓝至暗蓝色，产于结晶片岩中。

[主要用途]见下述角闪石族石棉。

夕线石(sllimnanite) Al[AlSiO₅]

是红柱石、蓝晶石的同质多像变体。

[化学组成]成分比较稳定，常有少量的类质同像混入物Fe^III代替Al，有时有微量的Ti、Ca、Mg和碱等混人物。

[晶体结构]斜方晶系；；a₀=0.743nm，b₀=0.758 nm，c₀=0.574nm；Z=4。晶体结构中存在着[SiO₄]和[AlO₄]两四面体沿c轴交替排列的双链[AlSiO₅]^3-。具体的晶体结构描述见岛状结构硅酸盐的红柱石族部分。

[形态]晶体呈长柱状或针状。在[001]晶带的柱面上具有条纹。集合体呈放射状或纤维状。有时呈毛发状在石英、长石晶体中作为包裹体存在。毛发状夕线石称为细夕线石。夕线石的这种针状晶形与其结构中存在[SiO₄]和[AlO₄]双链和[AlO₆]八面体链有关。

[物理性质]白色、灰色或浅绿、浅褐色等；玻璃光泽。{010}解理完全，此解理面平行结构中的双链。硬度6.5-7.5。相对密度3.23-3.27。

热分析：加热到1545℃，夕线石转变为莫来石和石英。莫来石是一种重要的陶瓷材料，它的结构与夕线石一样，但有多余的Al→Si进入四面体双链中，为使电价平衡，产生一些O^2-缺席，即莫来石的化学式为Al_4+2xSi_2-2xO_10-x，x为O^2-缺席数。

[成因及产状]变质矿物，在高温接触变质带中的铝质岩中产出。如北京周口店之西北，二叠纪红庙岭砂岩之泥质胶结物经与花岗岩接触热变质后形成夕线石。

在区域变质作用中，作为早期形成矿物，夕线石也见于结晶片岩、片麻岩中。

[鉴定特征]棒状、针状晶形，在接触变质带和变质岩中产出。

[主要用途]主要为制造高铝耐火材料和耐酸材料，用于技术陶瓷、内燃机火花塞的绝缘体及飞机、汽车、船舰部件用的硅铝合金。

高岭石(kaolinite) Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈

高岭石名称来自我国江西景德镇的高岭(山名)，因该地所产的高岭石质地优良，在国内外久享盛名。

[化学组成]常有少量的Mg、Fe、Cr、Cu等代替八面体配位中的Al。Al、Fe^III代Si的数量通常很低。碱及碱土金属元素多为机械混入物。

[晶体结构]常见多型为1Tc型，三斜晶系；；a₀=0.154nm，b₀=0.893nm，c₀=0.737nm；a=91°48'，β=104°42'，γ=90°；Z=1。结构属TO型，二八面体型。层间域没有阳离子或水分子存在，氢键(O-OH)键长为0.289nm加强了结构层之间的联结。

在实际的高岭石结构中，由于八面体片(a₀=0.506nm，b₀=0.862nm)与[SiO₄]四面体片(a0=0.514 nm，b0=0.893nm)的大小不完全相同，因此，四面体片中的四面体必须经过轻度的相对转动和翘曲才能与八面体片相适应。

表3 高岭石的多型

[形态]多为隐晶质致密块状或土状集合体。电镜下呈平行于(001)的假六方板状、半自形或其他形片状晶体，集合体为鳞片状，通常鳞片大小为0.2-5μm，厚度为0.05-2μm。结晶有序度高的2M，型高岭石鳞片可达0.1~0.5μm，结晶有序度高的2M，型鳞片可达5mm。

[物理性质] 纯者白色，因含杂质可染成深浅不同的黄、褐、红、绿、蓝等各.种颜色；致密块体呈土状光泽或蜡状光泽。{001}极完全解理。硬度2.0~3.5。相对密度2.60~2.63。土状块体具粗糙感，干燥时具吸水性(黏舌)，湿态具可塑性，但不膨胀。阳离子交换性能差，只能由颗粒边缘的破键而引起微量交换。

[成因及产状]高岭石是黏土矿物中分布最广、最主要的组成之一。主要是富含铝硅酸盐的火成岩和变质岩，在酸性介质的环境里，经受风化作用或低温热液交代变化的产物。如钾长石风化而生成高岭石的作用可用反应式表示如下：

4K[AlSi₃O₈]+4H₂O+2CO₂→Al[Si₄O₁₀](OH)₈+8SiO₂+2K₂CO₃

[鉴定特征]致密土状块体易于以手捏碎成粉末，黏舌，加水具可塑性。灼烧后与硝酸钴作用呈Al反应(蓝色)。也可根据差热曲线和热失重曲线精确鉴定。

[主要用途]高岭石自古以来就被应用于陶瓷工业，它是陶瓷制品的最基本原料，主要利用的是它的可塑性(在陶瓷坯体中易成型)、烧结性(在加热过程中易熔物产生液相充填于未熔颗粒空隙中，使气孔率下降而致密、坚硬)、耐高温性、呈洁白色等性能。此外，在电器、建材、日用品及橡胶、造纸业等工业也有广泛应用。高岭石的粒度对其工艺性能有很大影响，粒度越细，可塑性越好，越易烧结。如纸张涂布、高光洁油漆、油墨、特种陶瓷和橡胶用的一级涂布高岭石黏土，其粒度小于2μm的部分不应低于80%。

蛇纹石( serpentine ) Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈。

[化学组成]代替Mg的有Fe、Mn、Cr、Ni、Al等，从而可以形成相应的成分变种。

[晶体结构]主要为单斜晶系；Cm或C2/m；a₀=0.53nm，b₀=0.92nm，c₀=n×0.73nm(n为不同多型中的重复层数)；β=90°~93°；Z=2。为TO型的三八面体型结构。具体的结构及晶胞参数是依不同的同质多像(或多型)变体而异的。

在蛇纹石结构中，理想的四面体片在b轴方向单位长度b_四面体=0.915nm，理想的八面体片在b'轴方向单位长度b_八面体=0.945nm，即b_八面体>b_四面体；而b=，即a轴方向也有差异。克服八面体片与四面体片的这种

协调性，有3种基本方式：

(1)在八面体片中以半径较小的Al³⁺、Fe³⁺等代替半径较大的Mg²⁺；在四面体片中以半径较大的Al³⁺、Fe³⁺代替半径较小的Si⁴⁺，从而形成利蛇纹石。

(2)使八面体片和四面体片交替反向波状弯曲，从而形成叶蛇纹石。

(3)采取四面体片在内、八面体片在外的结构单元层卷曲，从而形成纤蛇纹石。

上述3种方式也可以混合出现。

[形态]叶片状、鳞片状，通常呈致密块状。有时表面现波状揉皱。纤维状者称蛇纹石石棉，亦称温石棉。

[物理性质]深绿、黑绿、黄绿等各种色调的绿色，并常呈青、绿斑驳如蛇皮。铁的代人使颜色加深、密度增大。油脂或蜡状光泽，纤维状者呈丝绢光泽。硬度2.5-3.5。相对密度2.2-3.6。除纤维状者外，解理{00}完全。

[成因及产状]蛇纹石 的生成与热液交代(约相当于中温热液)有关，富含Mg的岩石如超基性岩(橄榄岩、辉石岩)或白云岩经热液交代作用可以形成蛇纹石。在夕卡岩化作用的后期往往有蛇纹石生成。反应式为：

3Mg₂[SiO₄]+4H₂O+SiO₂→Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈

6CaMg[CO₃]₂+4H₂O+4SiO₂→Mg₆[Si₄O₁₀](OH)+6CaCO₃+6CO₂

蛇纹石块体中纤维蛇纹石(石棉)的生成，是由于蛇纹石胶凝体干缩而产生裂隙时逐渐生成的，纤维常与脉壁垂直(称横纤维)，但也有少数与裂腺平行(称纵纤维) ，我国四川石棉县所产的纵纤维，因纤维最长可达2m以上而闻名于世界。

[鉴定特征]根据其颜色、光泽、较小的硬度、纤维状或块状形态及产状加以识别。蛇纹石矿物之间的区别较困难，只有通过扫描电镜、X射线法、热分析、光性鉴定来进一步精确确定。

[主要用途]石棉状蛇纹石(叫温石棉)的抗拉强度比角闪石石棉高，很多有机纤维和无机纤维的抗拉强度都不及蛇纹石石棉，尤其在高温下，蛇纹石石棉仍能保持其相当好的强度，是其突出的优点。一般来说，横棉比纵棉好，成分越纯性能越好。因而蛇纹石石棉可广泛地用于建筑、化工、医药、冶金等部门。

对于非石棉状蛇纹石，也可利用其耐热、隔音、质轻等特点，制成不吸收水分、不燃烧、热绝缘性好、热容量大的高强特种材料。还可用于建筑石料及玉雕，如岫玉(成分主要是蛇纹石)为我国著名的玉石品种。

白云母( muscovite) K{Al₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂

[化学组成]类质同像代替较广泛，常见混入物有Ba、Na、Rb、Fe^III、Cr等，形成多种成分变种。如钡白云母铬云母；绢云母系指细小鳞片状的白云母；当N_Si：N_A1>3：1，称多硅白云母。

[晶体结构] 单斜晶系；；a₀=0.519 nm，b₀=0.900 nm，c₀=2.010 nm；β=95°11'；Z=4。TOT型，二八面体型，常见多型为2M₁型。

[形态、物理性质]见云母族共性描述。但颜色从无色到浅彩色多变，是由类质同像混入物引起。

[成因及产状]主要出现于酸性岩浆岩——白云母花岗岩、二云母花岗岩及其伟晶岩中；在中性的正长岩和闪长岩中比较少见。产于花岗伟晶岩中的白云母，常形成工业价值较大的晶体。此外，还常出现在云英岩、变质片岩及片麻岩中。

热液金属矿床和热液变质岩中，绢云母化作用很普遍，形成绢云母。

在变质岩中白云母(绢云母)分布广泛，如白云母结晶片岩，含绢云母千枚岩以及含白云母的石英岩等。它是黏土质岩石在较高温度和K+参与作用下形成的，如高岭石转变为白云母的化学反应：

3Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈+2K₂O→4K{Al₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂} +8H₂O

在强烈的风化条件下，白云母可转变为水白云母和高岭石。

[主要用途]白云母绝缘性能极好(但其绝缘强度明显地受到包体杂质的影响，铁质斑点的存在会使绝缘强度大大降低)，耐热性良好(在100-600℃时，能保持其一系列优良物理性能)，化学性能稳定(难溶于酸，碱对白云母几乎不起作用) ，有抗各种射线辐射的性能，并有良好的防水防潮性。因此，白云母主要用于电器工业、电子工业和航空航天等尖端科技领域。

云母在开采、选矿和加工过程中的碎片下脚料以及天然小片云母的开发应用，目前已取得很大进展。各种粒级的云母粉在砖料、胶泥、塑料，油漆、织品颜料等各方面作填料、混合料，可大大改变制品的抗冻、防腐、耐磨.密实等性能。

黑云母( biotite)-金云母( phlogopite )

K{(Mg,Fe)₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂}-K{Mg₃[AlSi₃O₁₀](OH)₂}

[化学组成]黑云母和金 云母构成一Mg-Fe间的完全类质同像系列，当N_Mg：N_Fe<2：1时为黑云母，当N_Mg：N_Fe>2：1时为金云母。代替K⁺的有Na⁺、Ca²⁺、Rb⁺、Cs⁺、Ba²⁺，代替Mg²⁺、Fe²⁺的有A1³⁺、Fe³⁺、Ti⁴⁺、Mn²⁺、Li⁺，F^-、Cl^-可以代替OH^-。

[晶体结构]单斜晶系；；a₀=0.53nm，b₀=0.92nm，c₀=1.02nm；β=100°；Z=2。TOT型。最常见的多型为1M型。

八面体片主要属三八面体型结构，但由于八面体片中的Mg²⁺、Fe³⁺可以被+3价阳离子所置换，从而可混有二八面体型结构，即为过渡型结构。

[形态、物理性质]见云母族共性描述。但黑云母在颜色.上以黑深褐色为主，富Ti者浅红褐色，富Fe³⁺者绿色；金云母以棕色、浅黄色为主。

[成因及产状]黑云母的产状比其他云母矿物更为多样，如接触变质，区域变质，基、中、酸、碱性侵入岩及伟晶岩等均有产出，是中、酸性火成岩的主要造岩矿物之一。黑云母的巨大晶体产于花岗伟晶岩中，与白云母等共生。

黑云母受热水溶液的作用可蚀变为绿泥石、白云母和绢云母等其他矿物。

在风化作用下，黑云母较其他云母易于分解，风化的第一阶段变为水黑云母，第二阶段即分解成为蛭石到高岭石。黑云母风化后将引起相对密度降低及颜色改变。

金云母以接触交代成因为主，是酸性侵入体与富镁贫硅的碳酸盐園岩发生接触交代反应的产物，与透辉石、镁橄榄石、尖晶石等共生。在某些伟晶岩、超基性岩中亦有产出。

[主要用途]黑云母因含铁，绝缘性能远不如白云母，不利于电气工业利用。但黑云母细片常用作建筑材料充填物，如云母沥青毡。

金云母的很多物性与白云母相似。但热稳定性优于白云母。一般说来，结构相同的层状硅酸盐中三八面体型矿物比二八面体型矿物的热稳定性要高。金云母也具有耐酸、耐碱、耐化学腐蚀、耐各种射线辐射的性能。但金云母的化学稳定性不如白云母，金云母的抗拉、抗压、抗剪强度都较白云母为低。因此，金云母的用途与白云母相当，但质量低于白云母。

锂云母 （lepidolite） K{Li_2-xAl_1+x[Al_2xSi_4-2xO₁₀](F,OH)₂} (x=0-0.5)

又称鳞云母。

[化学组成]置换K⁺的有Na⁺、Rb⁺、Cs⁺。置换Li⁺和Al³⁺的有Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺和Ti³⁺。资料表明，Li⁺含量与F^-含量成正比。

白云母和锂云母之间是否为连续的类质同像系列还有争议。但曾发现白云母中能进人3.3%的Li₂O而不使结构发生本质的改变，所以，一般将Li₂O含量高于3.5%的才列入锂云母范围，低于这一含量称为锂白云母。另外，富铁的称铁锂云母，可视为锂云母-黑云母的过渡产物。TOT型，三八面体型。

[晶体结构]晶系、空间群、晶胞参数依多型而不同，见表21-6。

表4锂云母不同多型的晶体结构