绿泥石族

绿泥石族

本族仍然具2∶1型结构单元层，但在层间域夹有一层氢氧镁石八面体片，因此，绿泥石结构又称2∶1∶1型结构，如图15－39所示，相当于在滑石结构单元层间插入了由两层(OH)^－夹一层Mg²⁺构成的Mg6(OH)12八面体片。在Mg6(OH)12片中，Mg位于6个(OH)^－形成的八面体空隙中。

图15-39 绿泥石的晶体结构

图15-39 绿泥石的晶体结构

按这样的结构得出的绿泥石化学式应为Mg6［Si8O20］(OH)4·Mg6(OH)12或Mg12［Si8O20］(OH)16，即滑石+氢氧镁石。但实际上绿泥石的成分总是与此有区别。这是因为两种结构单元大小不一样所致。按绿泥石的定向看，滑石的a0=5.28?，b0=9.15?。而氢氧镁石的晶胞较大“a0”=5.41?，“b0”=9.38?。只有当滑石层中有Al³⁺代Si⁴⁺使晶胞变大(Al³⁺半径比Si⁴⁺大)、氢氧镁石片中有Al³⁺代替Mg²⁺使晶胞变小(Al³⁺半径比Mg²⁺小)时，这两种结构单元的大小才能适应，组成稳定的绿泥石族矿物。

在绿泥石的化学成分中，主要特征是含有铝。其理想化学式应为

{Mg6［AlxSi8－xO20］(OH)4}^x－·{Mg6－xAlx(OH)12}^x+

由于有铝代硅现象，其结构单元不再是滑石层和氢氧镁石片，而是类滑石层和类氢氧镁石片。两种结构单元间主要依靠Al³⁺的置换引起的±x电荷余额来联系，键力较弱。

此外，在绿泥石的成分中经常含有Fe²⁺、Fe³⁺以及其他阳离子。绿泥石主要根据Al³⁺代Si⁴⁺的多少，Mg²⁺和Fe²⁺的比率以及Fe²⁺和Fe³⁺的比率划分矿物种，但仅睁局靠肉眼无法区别不同种的绿泥石。

自然界出现的绿泥石主要为三八面体型绿泥石，二八面体型者比较少见，后者经常含Fe³⁺较多。

由于绿泥石中有Al³⁺代Si⁴⁺，绿泥石应形成于稍高的温度或碱性环境中，但因绿泥石中常含大量的Fe²⁺和Fe³⁺，温度较高的环境会使含铁的氢氧化物片分解脱水(见后面粘土矿物热分析简介)。因此，绿泥石一般形成于中、低温悉伍让热液蚀变作用或区域变质作用。一般含铁越多的绿泥石形成的温度越低。在沉积作用中亦可形成大量绿泥石，如鲕绿泥石，但大多数沉积成因的绿泥石具有蛇纹石结构而不具绿泥石结构，称7绿泥石。

本族矿物种用肉眼无法区分，现综合介绍如下:

［化学组成］成分变化很大，一般化学式为(Mg，Fe²⁺，Fe³⁺，Al)6［(Si，Al8)O20］(OH)4·(Mg，Fe²⁺，Al)6(OH)12。此外，还可以有Ni、Cr等进入八面体片中。

［形态］单斜晶系，晶形呈假六方片状;集合体呈鳞片状、细鳞片状或致密块状，沉积作用形成的鲕绿泥石通常呈鲕状或隐晶质块体。

［物理性质］暗绿色、绿黑色、暗灰色(鲕绿泥石);条痕淡绿色至浅灰绿色;玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，致密状集合体的光滑表面上呈蜡状光泽(在地质构造滑动面上最强)，鲕橘销绿泥石常无光泽。硬度2～2.5;解理平行{001}，完全;薄片具挠性。相对密度变化大，2.6～3.3。

［成因产状］一般绿泥石广泛分布于变质岩中。岩浆岩中的普通辉石、普通角闪石、黑云母等暗色造岩矿物，受热液蚀变常大规模地改造为绿泥石。泥质沉积岩，特别是含有铁质的泥质岩石受热液蚀变或区域变质常形成绿泥石片岩或其他绿泥石质岩石。

鲕绿泥石形成于富含铁的沉积岩中，与菱铁矿、黄铁矿等共生。

［鉴定特征］形态、颜色、微绿色条痕以及硬度等可作初步鉴定的特征。当晶体较大、解理可见时，与云母的区别除颜色外，其薄片具挠性亦为重要特点。

［用途］规模较大的鲕绿泥石可作铁矿开采;鳞片状绿泥石粉可作填料。

(二)具有1∶1型结构单元层的层状硅酸盐

蛇纹石—高岭石族

本族矿物的单元层结构与上述各族不同，是由一层硅氧四面体片和一层八面体片复合而成的，因此称为1∶1型(图15－40)。

图15-40 蛇纹石结构示意图

图15-40 蛇纹石结构示意图

这种结构单元层两面不对称，而且厚度最小，只有7?左右。与此相应的云母、滑石厚度为9～10，绿泥石则为14(包括结构中的类滑石层和类氢氧镁石片)。所谓七埃层状硅酸盐就是指具有这种不对称结构单元层的层状硅酸盐。

本族矿物由于单元层不对称，构造层常发生弯曲，形成波浪状构造、卷筒状构造，很难形成较大的晶体，常呈隐晶块体或土状块体产出，也可呈纤维状(细长的卷筒)形态。

本族矿物由于具有(OH)^－层，在高温下易脱水，所以形成温度不高，其中高岭石主要形成于风化、沉积作用中。

蛇纹石Mg6［Si4O10］(OH)8

［化学组成］MgO43.6%，SiO243.4%，H2O13.0%，杂质不多，可含少量Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Ni²⁺等类质同象混入物，含镍多者称镍蛇纹石。

［形态］单斜晶系，晶体呈细鳞片状或显微鳞片状;通常呈致密状或凝胶状隐晶质形态产出。在裂隙中发育成的纤维状蛇纹石称蛇纹石石棉或温石棉，在电子显微镜中可以看到纤维是由蛇纹石层卷成的细长筒(硅氧四面体片在内，八面体片在外)。

［物理性质］绿色、浅绿色或墨绿色，有时呈白色蜡状，透明;条痕白色;玻璃光泽或蜡状光泽，石棉呈典型的丝绢光泽。硬度2.5左右;解理平行{001}完全。相对密度2.55～2.6。蛇纹石的条痕滴镁试剂缓慢变浅蓝色。

［成因产状］主要由富镁岩石受热液蚀变而成，特别是超基性岩中的橄榄石、顽火辉石等，受蚀变常形成大面积的蛇纹石，构成规模巨大的蛇纹岩体。其化学反应为

矿物学简明教程

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白云质灰岩或白云岩受热液蚀变亦可形成蛇纹石，其颜色一般为白色、蜡黄或浅绿色。

［鉴定特征］绿色、冻胶状、蜡状光泽及常有石棉细脉等可为特征;与滑石、叶蜡石块体相似，但蛇纹石硬度稍高，在水泥地上划痕远不如滑石显著;叶蜡石不含镁(条痕滴镁试剂不变蓝);纤维状氢氧镁石很像温石棉，但易折，称脆棉，而温石棉具良好的柔韧性。

［用途］蛇纹石石棉为重要的工业矿物，具有极高的抗拉强度、良好的可纺性、耐热性、吸附性，广泛用作无机纤维增强和耐热材料;由于近年来检测到石棉有一定的致癌性，应用领域受限;蛇纹石大理岩为美观的建筑石材;色美致密的块体叫岫玉，是贵重的雕刻石材;蛇纹石可制备镁质耐火材料、钙镁磷肥原料、冶金溶剂、镁质陶瓷配料、镁盐晶须;镍蛇纹石可提取镍。

高岭石Al4［Si4O10］(OH)8

［化学组成］Al2O339.5%，SiO246.5%，H2O14.0%，此外，还含有少量Mg、Ca、Na、K等杂质。

［形态］三斜晶系，一般呈土状块体，或疏松土状，在电子显微镜下可见六边形片状晶形。

［物理性质］白色，有时染色为浅褐、浅红、浅绿等色调;土状光泽。硬度1～2.5;解理平行{001}，极完全。相对密度2.60左右。

［成因产状］主要由长石等矿物风化而成。此外，在低温热液蚀变时，亦可形成高岭石(高岭石一般在低温和酸性条件下形成):

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高岭石矿床类型主要有风化型、热液型和沉积型。与煤系沉积地层相关的高岭土矿床(包括煤矸石)规模大。

［鉴定特征］常呈白色土状块体，具吸水性，吸水后体积不膨胀，但具可塑性。蒙脱石吸水后常膨胀分散。高岭石吸水后易碎裂。详细区分需采用X射线衍射等分析方法。

［用途］陶瓷主要原料，在塑料、橡胶工业中用作补强剂，造纸填料，涂布纸涂料，玻璃和玻璃纤维配料，耐火砖、白水泥原料。可注意开发利用煤矸石中的高岭土。

埃洛石族

埃洛石(叙永石、多水高岭石)Al4［Si4O10］(OH)8·4H2O

［化学组成］成分、结构与高岭石完全相似，但层间域中含有水分子，含量不定，一般不超过4;Al2O334.66%，SiO240.9%，H2O24.44%;可含有少量Mg²⁺、Ca²⁺、Na⁺、K⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Cr³⁺、Cu²⁺等杂质。

［形态］单斜晶系，一般为土状块体，电子显微镜下为棒状(与蛇纹石石棉一样呈卷筒状，由于Al³⁺比Mg²⁺半径小，故八面体片缩小，其卷筒四面体片在外，八面体片在内)。

［物理性质］与高岭石相似，相对密度2.1，完全脱水后可增至2.6(与高岭石同)，失水后不再吸水。

［成因产状］与高岭石类似，有时先形成多水高岭石，脱去结晶水后再形成高岭石。四川叙永县盛产，故名叙永石。

［鉴定特征］与高岭石十分相似，其块体吸水后易裂，但详细鉴别需用进一步手段。

［用途］与高岭石相同。

(三)具有其他结构的层状硅酸盐

坡缕石(凹凸棒石)—海泡石族

本族矿物具有层状—链状过渡型结构。其层状硅氧骨干可以看成是由无数双链(坡缕石)或三链(海泡石)通过共用两侧的氧联结而成，相邻的链上四面体尖端(活性氧)分别朝向层的上方和下方。通过海泡石的结构示意图(图15－41)可以看到，海泡石晶体结构好像是由无数三链硅酸盐结构带共用底面两侧形成的。在其结构中，平行a轴有相当大的通道，其中充填着沸石水，交换性阳离子也可以进入此通道。由于以上结构特征，本族矿物具有下述共同特点:

图15-41 海泡石晶体结构示意图结构中“链”的方向垂直于图面

图15-41 海泡石晶体结构示意图结构中“链”的方向垂直于图面

(1)其形态通常呈纤维状、毯状或土状，土状者在电子显微镜下亦呈长纤维状或短棒状;

(2)具有离子交换能力;

(3)具有很强的造浆性能，形成的泥浆在高温和遇盐水的情况下仍能保持稳定。

因此，虽然本族矿物在自然界的分布远不如高岭石、蒙脱石等广泛，但仍然在石油钻井、化学工业、非金属材料等方面受到重视，为目前急缺的矿物资源之一。

坡缕石和海泡石既可以是富镁岩石(白云岩、橄榄岩及富镁的火山岩等)受风化淋滤或热液蚀变的产物，也可以在含有镁和二氧化硅的湖、海中沉积形成。海泡石的形成要求碱性较强和更富镁的环境(pH=8.5)，而坡缕石则可在较宽的pH值(7～9)和有较多铝的环境中形成。因此，海泡石不如坡缕石分布广，但在工业性能上，海泡石要优越得多。

海泡石Mg4(H2O)4［Si6O15］(OH)2·8H2O

［化学组成］MgO24.88%，SiO255.66%，H2O19.46%，常有铝、铁等类质同象混入物。化学式中前面4个水分子为结晶水，它们参加阳离子镁的配位八面体的组成;后面8个水分子为沸石水，可以比较自由地出入于晶体中平行a轴的宽大孔道。在孔道中还可以有交换性离子进入。

［晶体结构］在图15－41中可以清楚地看到结晶水和沸石水的位置，属斜方晶系，T－O－T型———层链过渡型结构。

［形态］通常呈致密块状或土状，有时呈皮壳状、粉末状;在显微镜或电子显微镜下呈纤维状或棒状者居多，也有鳞片状。

［物理性质］通常为白色，有时微带黄褐、灰白或粉红色;土状光泽;透明。解理平行{110}，完全;硬度2～3。相对密度2～2.5。质软并有滑腻感;粘舌并具涩感。

［成因产状］形成于富镁和二氧化硅的弱碱性溶液中(pH=8.5±)。在自然界的产状有两种:

(1)呈脉状、网脉状、皮壳状充填于白云质灰岩、白云质大理岩、蛇纹岩等岩石的裂隙中，几乎切穿所有其他矿物，是富镁岩石在淋滤作用或低温热液蚀变作用中形成的。这种产状的海泡石结晶度高，多呈长纤维状，似温石棉。其吸附性和在水介质中的分散性均好，工艺性能极佳。伴生矿物有蛋白石、石英、方解石等。

(2)呈层状、似层状、透镜状者产于沉积岩(碳酸盐岩石等)中，产状与围岩一致。其形成与蒸发化学沉积和火山沉积有关。海泡石的形成可以是同生沉积的，也可以是在成岩作用中形成的，甚至可形成于表生作用。矿石呈致密状、土状，颗粒细，肉眼不易识别。常与碳酸盐矿物、镁蒙脱石、坡缕石、滑石以及硫酸盐和卤化物矿物共生或伴生。其规模大，但质量不稳定。

［鉴定特征］肉眼不易鉴定，根据其产状、共生、伴生矿物以及物理性质初步辨认后，再通过X射线衍射、热分析、红外光谱以及电镜等进一步确认。

［用途］海泡石泥浆具有较高的抗温、抗盐、抗剪切力性能，为石油钻探，特别是海底钻井的优质泥浆原料。具优良的吸附脱色性能，为高分子化合物(树脂等)、食油、酒、药品的脱色、吸收有毒物质和净化剂。此外，还可作为载体用于制作农药。坡缕石与海泡石具有相近的性能，二者在工农业各方面均有广泛用途。