硅酸盐类矿物是由硅氧四面体与金属阳离子结合形成的含氧盐矿物总称,其硅氧骨干通过不同连接方式可分为岛状、环状、链状、层状和架状五类结构。作为地壳最主要的造岩矿物,其质量占地壳总质量的75%-85%,已知种类超过800种,涵盖橄榄石、云母、长石等常见矿物。这类矿物不仅是岩浆岩、沉积岩、变质岩的主要成分,还提供工业所需的金属元素及祖母绿、碧玺等宝石原料。

硅酸盐矿物,地壳最主要造岩矿物,五大结构类型,资源应用价值高。组成硅酸盐矿物的元素达40余种,除了构成硅酸根所必不可少的硅和氧以外,作为金属阳离子存在的主要是惰性气体型离子和部分过渡型离子。
在硅酸盐矿物的化学组成中广泛存在着类质同象替代,除金属阳离子间的替代非常普遍外,经常有铝同时替代硅酸根中的硅,从而形成铝硅酸盐矿物。此外,还有氢氧根、氧、氟、氯、碳酸根、硫酸根等以附加阴离子的形式存在。
硅酸盐矿物的晶体结构中,最基本的结构单元是硅氧络阴离子。绝大多数硅酸盐矿物都属于四氧硅酸盐,其硅具有4次配位,形成硅氧配位四面体。这样的硅氧四面体在结构中可以孤立地存在,彼此间由其他金属阳离子来连接,但硅氧四面体间经常还可通过共用角顶上的氧而相互连接,从而构成四面体群、环、链、层和架等不同连接形式的所谓硅氧骨干。
硅酸盐矿物,地壳最主要造岩矿物,五大结构类型,资源应用价值高。岛状结构硅酸盐矿物具有孤立硅氧四面体或由有限的若干个硅氧四面体连接而成的硅氧骨干。
骨干形式以单个的硅氧孤立四面体最为常见,其所有四个角顶上的氧均为活性氧,由它们再与其他金属阳离子相结合而组成整个晶格。橄榄石、锆石、石榴子石等均属此类。
岛状硅酸盐矿物的形态和物理性质因硅氧骨干形式不同而存在差异。在具孤立四面体的岛状硅酸盐中,由于硅氧四面体本身的等轴性,矿物晶体具有近似等轴状的外形,双折射率小,多色性和吸收性较弱,常具中等到不完全多方向的解理。又由于结构中的原子堆积密度较大,因而具有硬度大、比重大和折射率高等特点。
硅酸盐矿物,地壳最主要造岩矿物,五大结构类型,资源应用价值高。环状结构硅酸盐矿物具有由有限的若干个四面体以角顶相连而构成封闭环状的硅氧骨干。
其硅氧骨干按组成环的四面体个数而有三元环、四元环、六元环、八元环、九元环和十二元环之分,此外还有双层的四元环和六元环以及带有分枝的六元环。常见的如绿柱石、堇青石和电气石中的六元环。环与环之间通过活性氧与其他金属阳离子的成键而相互维系,环的中心为较大的空隙,常为氢氧根、水分子或大半径阳离子所占据。
环状结构硅酸盐矿物常呈三方、六方、四方板状、柱状的晶体形态,这是与晶体结构中环本身的对称性有关。环状结构硅酸盐矿物的原子堆积密度以及比重、硬度、折射率一般要比岛状结构硅酸盐矿物的稍低。
硅酸盐矿物,地壳最主要造岩矿物,五大结构类型,资源应用价值高。链状结构硅酸盐矿物具有由一系列四面体以角顶相连成一维无限延伸的链状硅氧骨干。
已发现链的类型有20余种,其中最主要的是辉石单链和闪石双链。链与链间由金属阳离子相连。在链状结构硅酸盐矿物中,由于硅氧骨干呈一向延伸的链,而且平行分布,所以其晶体结构的异向性比岛状和环状的要突出得多。
矿物在形态上表现为一向伸长,经常呈柱状、针状以及纤维状的外形。在物理性质上,解理平行于链的方向较发育,平行或近于平行链的方向折射率较高,垂直于链的方向较低,双折射率较岛状或环状矿物的大。富含铁、钛等元素的辉石族和闪石族矿物多色性和吸收性非常明显。
硅酸盐矿物,地壳最主要造岩矿物,五大结构类型,资源应用价值高。层状结构硅酸盐矿物具有由一系列四面体以角顶相连成二维无限延伸的层状硅氧骨干。
硅氧骨干中最常见的是每个四面体均以三个角顶与周围三个四面体相连而成六角网孔状的单层,其所有活性氧都指向同一侧。它广泛地存在于云母、绿泥石、滑石、叶蜡石、蛇纹石和粘土矿物中,通常称之为四面体片。
四面体片通过活性氧再与其他金属阳离子相结合,构成结构单元层。如果结构单元层只由一片四面体片与一片八面体片组成,是1比1型结构单元层,如高岭石、蛇纹石中的层。如是由活性氧相对的两片四面体片夹一片八面体片构成,则为2比1型结构单元层,如云母、滑石、蒙脱石中的层。
在层状结构硅酸盐矿物中,矿物晶体的形态一般都呈二向延展的板状、片状的外形,并具有一组平行于硅氧骨干层方向的完全解理。在晶体光学性质上,极大多数矿物呈一轴晶或二轴晶负光性,并具正延性,双折射率大。
硅酸盐矿物,地壳最主要造岩矿物,五大结构类型,资源应用价值高。架状结构硅酸盐矿物具有由一系列四面体以角顶相连成三维无限伸展的架状硅氧骨干。
几乎所有架状硅氧骨干中的每个四面体均以其全部的四个角顶与相邻四面体共用而相连接,所有的氧全为桥氧。为了能有剩余的负电荷再与其他金属阳离子相结合,一般的架状硅氧骨干中均有部分硅被铝类质同象替代,故绝大多数架状结构硅酸盐矿物都是铝硅酸盐。
与骨架相结合的金属阳离子主要是电价低而半径大的钾、钠、钙、钡等。长石、沸石等矿物常含铝替代形成的铝硅酸盐。长石类矿物在地壳中分布极为广泛,是花岗岩等酸性岩的主要成分,具有两组正交解理。
硅酸盐矿物,地壳最主要造岩矿物,五大结构类型,资源应用价值高。在岩浆结晶过程中,硅酸盐矿物按一定序列分异:超基性岩中形成橄榄石,基性岩结晶辉石,酸性岩产出长石。沉积作用形成的粘土矿物多具层状结构,如蒙脱石、高岭石。约百分之九十的地幔物质由镁铁质硅酸盐构成,石榴子石等高压矿物存在于上地幔过渡带。
在工业领域,硅酸盐矿物可提取锂、铍、锆等战略金属。层状结构的滑石用作造纸填料,架状结构的沸石用于分子筛。宝石级硅酸盐包括绿柱石族的祖母绿和海蓝宝石、电气石族的碧玺、长石族的月光石等。
铝硅酸盐如钠长石是陶瓷工业主要原料,全球年消耗量超2000万吨。特殊结构的硅酸盐矿物还被应用于耐高温涂层等领域。硅酸盐矿物不仅是构成地球岩石圈的基础物质,更是人类工业文明不可或缺的原材料宝库。