含氧盐矿物-硫酸盐

硫酸盐矿物是金属阳离子与硫酸根[SO₄]^2-相化合而成的含氧盐矿物。目前已知的硫酸盐矿物种数有301种。其中的石膏、硬石膏、重晶石、天青石、芒硝、明矾石等均能富集成具有工业意义的矿床。

化学组成

在硫酸盐矿物中，可以与硫酸根化合的金属阳离子中最主要的是Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、Na⁺、Ba²⁺、Sr²⁺、Pb³⁺、Fe³⁺、Al³⁺和Cu²⁺。阴离子部分除[SO4]^2-外，有时还有附加阴离子，其中以(OH)^-为最主要。此外，许多硫酸盐矿物中存在结晶水。

晶体化学特征

硫酸盐矿物晶体结构中存在的[SO₄]^2-络阴离子，它较一般的阴离子为大，与大半径的二价阳离子Ba²⁺、Sr²⁺、Pb²⁺结合成无水化合物，如重晶石Ba[SO₄]；而与离子半径较小的二价阳离子，如Mg²⁺、Cu²⁺等，则结合成含结晶水的硫酸盐，如泻利盐Mg[SO₄]·7H₂O；当离子半径介于上述大小之间者，如Ca²⁺，既可形成无水硫酸盐硬石膏Ca[SO₄]，又可形成含水硫酸盐石膏Ca[SO₄]·2H₂O。一价碱金属阳离子虽然能与[SO₄]^2-结合成无水或含水硫酸盐，如无水芒硝Na₂[SO₄]或芒硝Na₂[SO₄]·10H₂O，但更主要的是与二价或三价阳离子(如Al³⁺、Fe³⁺)一起与[SO₄]2-结合成含附加阴离子(OH)^-或含结晶水的复杂硫酸盐，如明矾石KAl，[SO₄]₂(OH)₆。

物理性质

本类矿物的特征是硬度低，通常在2~3.5之间。密度一般不大，在2~4g/cm3左右，含钡和铅的硫酸盐矿物则可高至4以上，甚至可达6~7。颜色-般呈白色或无色，含铁者呈黄褐或蓝绿色，含铜者呈蓝绿色，含锰或钴者呈红色。硫酸盐矿物有内生成因和外生成因，形成于氧浓度大和温度低的条件下，因此地壳浅部和地表部分是形成硫酸盐矿物最适宜的地方。

主要矿物描述

重晶石(barite)-天青石( celestite) Ba[SO₄]—Sr[SO₄]

[化学组成]其中Ba[SO₄]—Sr[SO₄]为完全类质同像，成分中还可以有Pb、Ca、Ra等。

由于络阴离子[SO₄]^2-四面体半径很大，为0.295 nm，因此只有与大半径的+2价阳离子Ba²⁺、Sr²⁺、Pb²⁺结合才能形成稳定矿物。

[晶体结构]斜方晶系；；重晶石晶胞参数：a₀=0.888nm，b₀=0.545nm，c₀=0.715nm；Z=4。1149℃以上转变为高温六方变体。天青石晶胞参数：a₀=0.836 nm，b₀=0.535nm，c₀=0.687nm；Z=4。1152℃以上转变为高温六方变体。在硫酸盐矿物的晶体结构中，阳离子的配位数一般都较高，Ba、Sr和Pb的配位数为12。

[形态] 晶体常沿{001}发育成板块，有时呈柱状，少数为三向等长。

[物理性质] 重晶石特点为：纯净的晶体无色透明，一般呈白色，灰白色，浅黄色，淡褐色；玻璃光泽；解理面呈珍珠光泽。解理{001}完全，{210}中等(近完全)。解理夹角{001}∧{210}=90°，(210)∧(20)>90°。硬度3~3.5。相对密度4.3~4.5。

天青石特点为：天蓝色，故名天青石，相对密度3.9~4。其他同重晶石。

[成因及产状]重晶石要产于低温热液矿脉中，也可产于沉积岩中，呈结核状出现。天青石以沉积型为主。在华南栖霞组中的沉积泥灰岩中，天青石以放射状产出，俗称菊花石，作为工艺品开采已有上百年历史。重晶石和天青石都以沉积成因为主，这是因为[SO₄]^2-中的硫为+6价，是硫的最高价，要求地表氧化态。

[鉴定特征]板状晶形，3组中等至完全解理，解理块体在(100)面上呈菱形，而{001}∧{210}=90°。与HCI不起作用，可与碳酸盐矿物相区别，以HCI浸湿后，重晶石染火焰成黄绿色(Ba²⁺的焰色)可与天青石的深紫红色(Sr²⁺的焰色)区别。硬度小，相对密度大，可与长石相区别。

[主要用途]重晶石为提取Ba的原料。磨成细粉可作钻探泥浆的加重剂。亦可用于化学试剂和医药上。可作白色颜料，并为伦琴射线实验室墙壁喷漆的主要原料。另外可作充填剂用于橡胶、造纸业以增加其质量及光滑程度。

石膏( gypsum ) Ca[ SO₄]·2H₂O .

又称二水石膏或生石膏。

[化学组成]常有黏土、有机质等机械混入物。

[晶体结构]单斜晶系；；a₀=0.568nm，b₀=1.518nm，c₀=0.629nm；β=113°50'；Z=4。由于Ca²⁺较小，与[SO₄]^2-结合时要引进H₂O。石膏的晶体结构特点是：由[SO₄]^2-四面体与Ca²⁺联结成平行于(010)的双层，双层间通过H₂O分子联结，石膏的完全解理即沿此方向发生。Ca²⁺的配位数为8，与相邻的4个[SO₄]^2-中的6个O^2-和2个H₂O分子联结。

[形态]晶体常依{010}发育成板状，也有的呈粒状；晶面{110}及{010}常具纵纹。双晶常见，一种是依(100)为双晶面的加里双晶或称燕尾双晶，另一种是以(101)为双晶面的巴黎双晶或称箭头双晶。集合体多呈致密块状或纤维状。细晶粒状块体称之为雪花石膏；纤维状的集合体称为纤维石膏。由扁豆状晶体所形成似玫瑰花状集合体较少见。此外，还有土状、片状集合体。

[物理性质]通常为白色及无色，无色透明晶体称为透石膏，有时因含其他杂质而染成灰、浅黄、浅褐等色；条痕白色；透明；玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽，纤维状集合体呈丝绢光泽。解理{010}极完全，{100}和{011}中等，解理片裂成面夹角为66°和114°的菱形体，解理薄片具挠性。硬度1.5-2，不同方向稍有变化。相对密度2.3。性脆。

[成因及产状]主要是化学沉积作用的产物，常形成巨大的矿层或透镜体存在于石灰岩、红色页岩和砂岩、泥灰岩及黏土岩层之间,与硬石膏、石盐等共生。

在硫化矿床氧化带中，原生硫化物被氧化后生成硫酸，再与石灰岩的围岩作用可以生成石膏。

热液成因的石膏较少见，通常存在于低温热液硫化物矿床中。

[鉴定特征]低硬度，具有一组极完全解理及各种特征之形态可以鉴别。成致密块状的石膏，以其低硬度和遇酸

起泡可与碳酸盐矿物相区别。

[主要用途]用途很广，大部分用于生产水泥、熟石膏及其制品，如雕塑、建筑装饰及防火材料。

硬石膏( anhydrite )C a[SO4]

[化学组成]成分变化不大,有时有少量的Sr²⁺和Ba²⁺代替Ca²⁺。

[晶体结构]斜方晶系；；a₀=0.699nm，b₀=0.700nm，c₀=0.624nm；Z=4。

[形态]晶体少见。通常沿a轴或c轴延长呈厚板状晶体,亦有时呈柱状。依(011)成接触双晶或聚片双晶。集合体呈纤维状、致密粒状或块状。

[物理性质]白色，常微带浅蓝.浅灰或浅红色，被铁的氧化物或黏土等染成红色、褐色或灰色；条痕白或浅灰白色；晶体无色透明；玻璃光泽，解理面呈珍珠光泽。解理{010}完全，{100}、{001}中等(近完全)({100}比{001}好)。硬度3~3.5。相对密度2.8-3.0。

[成因及产状]硬石膏主要为化学沉积的产物，大量形成于盐湖中，常与石膏共生。硬石膏在地表条件下不稳定，转变为石膏。

在热液脉和火山熔岩孔洞内偶有硬石膏出现。在某些硫化矿床的氧化带亦可有少量产出(如我国西北)。

[鉴定特征]与重晶石族矿物以其相对密度小解理方向(3组解理互相垂直)和光学常数相区别；与粒状钙镁碳酸盐的区别是滴HCI

起泡；与石膏的区别是硬度较大，指甲刻不动。

[主要用途]与石膏大致相同。