一、概述
蓝晶石类矿物是一组无水铝硅酸盐矿物，包括蓝晶石、硅线石和红柱石。三者为同质异象变体，化学式均为Al2SiO5,Al2O36292%,SiO23708%。对这个矿物族的称呼，各国尚不统一。原苏联称蓝晶石族矿物，澳大利亚称硅线石族矿物，法国称红柱石族矿物。在非金属矿和耐火材料应用领域，尤其在耐火材料中，为方便起见，我国将蓝晶石、红柱石、硅线石三种矿物，简称三石。
三石均属于变质矿物。红柱石常产于浅变质地层中，由富铝的泥质或泥质沉积变质而成。蓝晶石是由泥质沉积岩经较深的区域变质生成，形成时的温度、压力均较高。硅线石一般产于中等变质程度的地层中。由于这三种矿物形成的地质作用不同，矿物性质也不同。表3-4-1列出了三石矿物的性质。
三石矿物具有在高温下不可逆转变为莫来石和SiO2的性质，并伴随有体积膨胀等特性，使之在不定形耐火材料中成为重要的膨胀剂，在矾土基原料中添加三石（加法），增加了莫来石含量，形成良好的莫来石网络，改善了材料的显微结构。因此，三石已成为重要的耐火原料。
表3-4-1 蓝晶石族矿物的性质
二、三石矿产资源概况
1世界三石矿产资源
世界三石矿物储量（未包括我国）共38亿t。其中蓝晶石108亿t，红柱石175亿t，硅线石097亿t（见表3-4-2、表3-4-3、表3-4-4）。
表3-4-2 世界各国和地区红柱石查明资源
表3-4-3 世界各国和地区硅线石查明资源
表3-4-4 世界蓝晶石资源
从上面所列的三个表中可以看出南非、美国、法国、印度、巴西、原苏联等国是世界上重要的三石资源和三石生产国。其中，南非是世界上最主要的红柱石生产国和出口国。南非的红柱石矿床集中在德兰士瓦省的格罗特玛丽库、撒巴齐亚和利丹伯吉三个地区。其中位于撒巴齐亚的泰姆鲍尔矿山是世界上最大的红柱石矿山，红柱石质量好。红柱石精矿含Al2O3595%、Fe2O3+TiO2≤13%。分三个粒级：05～4mm、01～1mm、＜0147mm。年产量10万～12万t。南非红柱石精矿主要出口到意大利、德国和英国。
美国是世界上第二大三石矿物生产国，主要产品是蓝晶石。弗吉尼亚州蓝晶石采矿公司生产的精矿含Al2O3618%、Fe2O3＜06%；分四个粒级：＜0295mm、＜0147mm、＜0074mm、＜0043mm。年产蓝晶石精矿约9万t。主要销售市场是西欧、远东和南美。
法国的红柱石产量仅次于南非。矿床集中在布里特尼矿山。精矿KA级含Al2O3590%、KB级含Al2O353%。
印度是亚洲主要三石生产国，主要生产蓝晶石和硅线石。1977年前精矿产品出口到多个工业发达国家，现出口近于停止。手选蓝晶石精矿Al2O3为5859%、5455%、508%三个品级，平均铁含量＜07%，碱性物＜045%。块状硅线石Al2O3含量＞61%,Fe2O3＜1%。
巴西年产蓝晶石精矿15万～20万t。
瑞士是欧洲重要的蓝晶石生产国，年产精矿15万t。
2我国三石矿产资源
我国三石矿产资源较丰富，其分布见表3-4-5。
表3-4-5 我国三石矿产分布
①已有精矿产品。
按原地质矿产部对非金属矿床规模的划分，蓝晶石类矿种的大、中、小型矿床，其矿物储量分别为：大型矿床应大于200万t；中型矿床50万～200万t；小型矿床小于50万t。
根据上述划分，我国已发现的大型三石矿床如下。
蓝晶石：河南南阳市隐山，江苏沭阳县韩山，新疆契布拉盖等。
红柱石：新疆拜城、库尔勒，辽宁岫岩—凤城，河南西峡桑坪乡杨乃沟等。
硅线石：黑龙江鸡西—林口，河南西峡—内乡—镇平—叶县，福建莆田，内蒙古土贵乌拉等。
河南省南阳地区三石矿产品种齐全，均为大型矿床，储量丰富，矿石品位较高，被称之是我国三石矿产开发的“金三角”地区。
三、三石精矿的工艺特性
精矿产品的化学成分，直接影响其耐火度、膨胀率和各种制品的性能。为了使耐火制品在高温下具有良好的性能，对精矿的化学成分，尤其是铝、铁、钛、碱金属等的含量均有严格的要求。
现行国家行业标准YB4032-91（表3-4-6）对蓝晶石、硅线石和红柱石的分类、代号和牌号规定如下：
表3-4-6 蓝晶石、硅线石、红柱石理化指标（YB4032-91）
注：需方对质量有特殊要求时，由供需双方协商。
1）按矿物结构将产品划分为蓝晶石、硅线石和红柱石三个类别；
2）蓝晶石精矿 以“蓝”和“精”两个汉语拼音字母的大写字头“LJ”为代号，按Al2O3含量蓝晶石精矿分为LJ-58、LJ-55两个牌号；
3）硅线石精矿 以“硅”和“精”两个汉语拼音字母的大写字头“GJ”为代号，按Al2O3含量硅线石精矿分为GJ-58、GJ-54二个牌号；
4）红柱石精矿 以“红”和“精”两个汉语拼音字母的大写字头“HJ”为代号，按Al2O3含量红柱石精矿分为HJ-58、HJ-55、HJ-52三个牌号。
产品粒度由供需双方商定。
目前我国产的三石精矿，Al2O3含量55%～56%,Fe2O3＜15%。少数生产厂产出的精矿Al2O3可达到57%～59%、Fe2O3≤1%。
我国和国外的蓝晶石族矿物产品的理化性能分别见表3-4-7和表3-4-8。
表3-4-7 我国蓝晶石族矿物产品理化性能表
表3-4-8 国外蓝晶石族矿物产品理化性能
蓝晶石族矿物在加热过程中，不可逆地转化为莫来石（3Al2O3·2SiO2）和SiO2的混合物。这一转化称为莫来石化，其表达式如下：
3（Al2O3·SiO2）→3Al2O3·2SiO2+SiO2
假设被加热的蓝晶石族矿物的纯度是理论值的话，则根据转化前后物质分子量计算，求得的理论转化率为8764%，即：
河南省非金属矿产开发利用指南
而实际上，我国蓝晶石族精矿的Al2O3含量一般比理论值偏低，自然莫来石的转化率也随之减少。各等级精矿与莫来石转化率对应关系如表3-4-9所示。
表3-4-9 蓝晶石族精矿与莫来石转化率的关系
市场上出售的三石精矿所含Al2O3量实际上是TAl2O3含量，即精矿中所有含铝矿物中的Al2O3的总和。而与莫来石转化率相关的是精矿中三石矿物的Al2O3含量，即SAl2O3。
在加热过程中三石精矿转化为莫来石的起始温度、完全莫来石化温度、转化率、线膨胀率不仅与精矿中三石矿物的含量即纯度密切相关，而且与杂质成分和含量，以及精矿的粒度相关。当化学组分确定后，主要取决于精矿粒度。大量试验表明，膨胀率与粒度呈正相关关系。以蓝晶石精矿为例，表3-4-10列出了粒度与转化温度的关系；表3-4-11列出了粒度与膨胀率的关系，图3-4-1是将表3-4-11以图的形式表示。
表3-4-10 蓝晶石族精矿的分解温度实例
表3-4-11 不同粒度蓝晶石精矿线膨胀率%
注：试样φ10×25mm柱体。
图3-4-1 蓝晶石精矿线膨胀率
人们利用三石矿物，主要是利用三石矿物受热时不可逆地转变为莫来石和SiO2，并伴随有体积膨胀这一特性，作为特种耐火原料使用。因此，对三石精矿的纯度、粒度、杂质成分及含量有严格要求。
四、三石矿物的选矿
蓝晶石类矿物属难选的硅酸盐矿物，几乎采用了所有的选矿方法，如手选、选择性磨矿、浮选、重选、磁选等。
三石矿石的浮选，主要有酸法与碱法两种浮选流程。两种浮选流程方案与矿物表面电性、浮选药剂制度等有关。三石矿石的浮选主要是解决三石矿物与石英、长石、云母等脉石矿物的分离。蓝晶石类矿石在酸性介质中浮选时，矿浆的最佳pH值为35～45（用硫酸或氟氢酸调节），捕收剂采用石油磺酸钠，也可采用烷基苯磺酸钠。采用酸性工艺选择性好，精选作业次数少，浮选终点明确，浮选温度适应范围宽，但酸耗量大，易造成设备腐蚀和环境污染。在中性和碱性介质中浮选时，矿浆最佳pH值在8～10之间（用碳酸钠和氢氧化钠调节），捕收剂为脂肪酸及其皂类，如油酸、氧化石蜡皂等；抑制剂为水玻璃、乳酸或蚁酸、羧甲基纤维素（CMC）、焦磷酸钠等。以脂肪酸作捕收剂时，要求矿浆温度在30℃左右。
磁选常用于蓝晶石类矿石选矿中，一是作为入选原料的准备作业，回收或脱除磁性矿物；二是用于精矿再处理，清除精矿中的有害杂质。表3-4-12列出了三石矿物及脉石矿物的比磁化系数。
表3-4-12 三石矿物等比磁化系数
1蓝晶石矿石选矿
以南阳市开元蓝晶石矿选矿厂为例。该厂用的矿石是隐山蓝晶石矿石，矿石类型有蓝晶石英岩型、片状绢云母蓝晶石英岩型、片状褐铁绢云蓝晶石英岩型、块状蓝晶石岩以及块状蓝晶黄玉岩型等。矿石中蓝晶石矿物含量约15%～20%，石英60%～70%，绢云母3%～10%。TiO2主要来自金红石矿物，在矿石中约占1%。金红石嵌布粒度细小，有80%在005mm以下，10～20μm的约占50%。一部分细小金红石在蓝晶石中呈包裹体，增加了降低精矿中TiO2的难度。对耐火材料影响较大的K2O+Na2O来自云母类矿物，这些矿物可选性好。蓝晶石广泛存在高岭石化、绢云母化、叶蜡石化，需要提高磨矿细度。矿石中黄玉和蓝晶石难分选，增加了选矿难度。南阳开元蓝晶石选矿的浮选采用碱法，原则流程见图3-4-2。
图3-4-2 南阳开元蓝晶石选矿原则流程
南阳市开元蓝晶石矿蓝晶石精矿品级见表3-4-13。
表3-4-13 蓝晶石精矿品级
美国C-E公司的格雷斯蓝晶石矿选矿厂、蓝晶石矿业公司的东岭（East Ridge）蓝晶石选矿厂、商业矿石公司蓝晶石选矿厂及我国河北魏鲁蓝晶石矿选矿厂均采用浮选－磁选（或磁选－浮选）联合流程。美国东岭蓝晶石选矿厂的工艺流程见图3-4-3。
图3-4-3 美国东岭蓝晶石选矿厂工艺流程
美国爱达荷州蓝晶石重选－浮选联合流程见图3-4-4。
图3-4-4 美国爱达荷州蓝晶石选矿工艺流程图
2硅线石矿石选矿
内乡县七里坪是河南省主要硅线石产地。选矿工艺为磁选－浮选联合流程（图3-4-5），首先采用磁选作业抛除大量脉石矿物，如黑云母、石榴子石、赤褐铁矿等，以提高浮选的入选品位，同时减少杂质矿物对浮选过程的干扰。浮选作业首先在自然pH条件下浮除对硅线石精矿质量影响较大的易浮矿物，然后在碱性介质条件下采用癸脂肪酸捕收剂浮选硅线石。内乡县通途硅线石选矿厂的精矿指标见表3-4-14。
图3-4-5 内乡硅线石选矿工艺流程图
表3-4-14 河南内乡县通途硅线石厂精矿
鸡西硅线石选矿原则流程见图3-4-6，精矿指标见表3-4-15。
图3-4-6 鸡西硅线石选矿原则流程
表3-4-15 黑龙江鸡西硅线石精矿
3红柱石矿石选矿
以河南西峡红柱石选厂为例。该选厂的矿石是西峡杨乃沟的矿石。杨乃沟红柱石矿石类型简单，主要为红柱石变斑状黑云母石英片岩，矿石中红柱石、石榴子石、十字石呈变斑晶出现，石英、黑云母构成基质。矿石以斑状变晶结构为主，而红柱石斑晶与基质镶嵌坚实，使之外裹内包，单体解离困难；在红柱石内均有黑十字炭质包裹体，而此黑十字部分比磁化系数与红柱石相近；同时，红柱石与脉石矿物相对密度也相近，红柱石31～32；十字石374～383，炭质黑十字274～285。以上这些问题，增加了选矿的难度。但是矿石物质成分较单一，红柱石晶体粗大，结晶良好，自形柱状，多以空晶石为主。采用洗矿－手选－重选－强磁选的工艺流程。西峡红柱石选矿原则流程见图3-4-7，精矿指标见表3-4-16。
图3-4-7 西峡红柱石选矿原则流程
表3-4-16 河南西峡红柱石精矿品级
国内粗晶体的红柱石产地还有新疆南疆拜城、库尔勒等，其选矿类似西峡红柱石选厂。一般采用重选法－磁选流程，主要选矿方法为跳汰、重介质、摇床。
细粒红柱石采用浮选法回收。浮选过程中阴离子捕收剂为油酸、羟肟酸、石油磺酸钠。阳离子捕收剂为十二胺乙酸盐，多在酸性或弱酸性矿浆中进行。分离铁矿物采用强磁选工艺。
美国北卡罗来纳州塞罗矿业公司及南非的一些红柱石选矿厂均采用重选－磁选联合流程。南非托兰斯巴鲁红柱石选矿厂的工艺流程见图3-4-8。
图3-4-8 南非托兰斯巴鲁红柱石选矿厂工艺流程
五、三石矿物的应用
由于三石矿物在高温下不可逆转变为莫来石和SiO2，并伴随有体积膨胀等特性，使其成为重要的耐火原料。我国对三石矿物的开发应用见表3-4-17。
表3-4-17 我国三石开发应用概况
续表
我国高铝矾土资源丰富，但我国矾土原料中含杂质较高，Fe2O3+TiO2+RO+R2O约7%。其中TiO2含量35%左右，西南高钛矾土TiO2含量更高。杂质含量高，高温下易熔融，较低温度下形成液相，TiO2含量高，形成的液相粘度小。物相中玻璃相含量、刚玉含量较高而莫来石少，影响制品的高温性能和使用温度，尤其是不能生产出低蠕变耐火制品。
在矾土原料中，添加三石（加法），增加了莫来石晶相含量，尤其是在基质部分，莫来石化过程形成的良好的莫来石网络，改善了材料的显微结构。因此使耐火制品的高温性能和高温强度和重烧收缩等有了明显改善，并开发了多种矾土基高效耐火材料，开发出各种新产品，如低蠕变砖、高荷软砖、高热震砖等。尤其各种低蠕变砖，如硅线石质低蠕变砖、红柱石质低蠕变砖、蓝晶石质低蠕变砖等，明显提高了热风炉用砖的高温体积稳定性。
不定形耐火材料也称散状耐火材料，是一种不经煅烧的新型耐火材料。不定形耐火材料是由耐火骨料、粉料及结合剂或另掺外加剂混合而成。粗粒红柱石作不定形耐火材料的骨料，它决定不定形耐火材料的物理力学和高温使用性能，也是决定材料属性及使用范围的重要依据。红柱石及硅线石精矿作粉料，是基质材料。由于蓝晶石莫来石化过程伴随的体积膨胀最大，因此蓝晶石是不定形耐火材料良好的膨胀剂，用来降低材料在高温下的收缩，防止产生结构剥落。对耐火骨料和粉料的粒度要求见表3-4-18和表3-4-19。
表3-4-18 硬质粘土骨料和粉料的理化性能和粒度（YB2214-78）
表3-4-19 高铝矾土骨料和粉料的理化性能和粒度（YB2215-78）
对于三石矿石选矿厂，必须根据应用单位的要求生产出合格精矿，不仅对精矿成分有严格要求，而且对精矿的耐火度、粒度也有相应的要求。
河南三石矿石选矿工艺存在的问题已在第二章中论述了，由于选矿工艺中还存在一些技术问题未解决，造成选矿成本高，选矿厂经济效益差。
主要参考文献
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[5] 李英堂等，应用矿物学，科学出版社，1995。
除含有角闪石、碳酸盐类等主要造岩矿物外，与岩浆岩和沉积岩相比，变质岩中常出现铝的（红柱石、蓝晶石、）；不含铁的镁硅酸盐矿物；复杂的钙镁铁锰铝的硅酸盐矿物（类；铁镁铝的铝硅酸盐矿物(堇青石、十字石等)；纯钙的硅酸盐矿物（等）以及主要造岩矿物中的某些特殊矿物（蓝闪石、绿辉石、、硬玉、硬柱石等）。这是变质岩矿物成分的主要特点。变质岩的矿物成分，决定于原岩成分和变质条件。原岩成分决定变质岩中可能出现什么矿物或矿物组合，如原岩为硅质石灰岩,主要成分为CaCO3和SiO2，经变质作用可能出现的矿物是：石英、、硅灰石、甲型硅灰石、灰硅钙石等。而变质条件则决定一定的原岩经变质作用后，具体出现什么矿物或矿物组合，如原岩为硅质石灰岩，在热接触变质作用中,如压力为10帕时，温度低于470℃，形成石英和方解石；当温度大于470℃时，则形成方解石和硅灰石或石英和硅灰石。原岩发生变质时，如不伴随交代作用，变质岩的矿物成分受上述两方面因素的共同制约。在变质岩中，把具有同一原始化学成分而矿物共生组合不同的所有变质岩，称为等化学系列；而把在同一变质条件下形成的具有不同矿物共生组合的所有变质岩，称为等物理系列。在有交代作用的情况下，变质岩的矿物成分，除决定于原岩和变质条件外，还与交代作用的性质和强度有关。变质岩的矿物成分，按成因可分为：稳定矿物，即在一定变质条件下稳定平衡的矿物；不稳定矿物（残余矿物），即在一定变质条件下，由于反应不彻底而部分残留下来的非稳定矿物。不稳定矿物和稳定矿物之间，常具有明显的置换关系。根据矿物稳定范围，变质岩的矿物成分还可分为：①特征矿物，指稳定范围较窄，反映变质条件比较灵敏的矿物，如绢云母、绿泥石、蛇纹石、浊沸石、绿纤石等，常为低级变质矿物；蓝晶石、十字石(中压)、红柱石、堇青石(低压)，常为中级变质矿物；紫苏辉石、夕线石，常为高级变质矿物；蓝闪石、硬柱石、硬玉、文石，常为高压低温矿物等;②贯通矿物，指可以在较大范围的温度、压力条件下形成和存在的矿物，如石英、方解石，当这类矿物单独出现时，一般不具有指示变质条件的意义。
①铝的硅酸盐矿物，如红柱石、蓝晶石、矽线石等；②不含铁的镁硅酸盐矿物，如镁橄榄石等
③钙镁锰铝硅酸盐矿物，如石榴子石类矿物等
④铁镁铝的硅酸盐矿物如堇青石、十字石等
⑤纯钙的硅酸盐矿物，如硅灰石等。变质岩的矿物成分主要取决于原岩的总的化学成分和变质作用程度，如主要成分为SiO2和CaCO3的硅质灰岩，在接触变质作用中，如压力为10Pa，温度低于470℃时形成石英和方解石，如温度高于470℃时则形成方解石和硅灰石或石英和硅灰石。
Al[AlxSi2-xO55-05x］。斜方晶系。也称多铝红柱石。沿c轴延伸呈柱状和针柱状。其横切面与纵切面的特征与矽线石十分相似，｛010｝解理完全。a‖Np,b‖Nm,c‖Ng，光轴面‖（010），无色或淡玫瑰紫色，薄片中无色，其成分中含铁、钛者可见多色性：Ng—玫瑰红，Nm=Np—无色。正中—高突起，Ng=1640～1690,Nm=1636～1675,Np=1630～1670。Ng—Np=0010～0029，干涉色为一级黄，但其成分中含有铁、钛时，干涉色可达二级黄，平行消光，正延性。二轴晶正光性，光轴角中等。2V=45°～61°，r>v显著。富铝红柱石与矽线石很难区别，晶体较大、成分较纯的富铝红柱石以其低的折射率、干涉色、较大的光轴角与矽线石相区别；晶体细小者只能依据X光粉晶数据鉴别两者。富铝红柱石属高温相矿物，产于泥质岩与侵入体接触的熔融变质的狭窄带内，或在侵入体的捕虏体中。常见于人工炉渣、耐火砖和高温白瓷中。
图4-94 富铝红柱石光性方位
南疆石没有有菊花底。
菊花石，主要成分是红柱石，它的基本特性因此和红柱石非常接近，斜方晶系，晶体常呈柱状，横断面接近正四边形。双晶少见。
菊花石的质地坚硬，外表呈青灰色，里面有天然形成的白色菊花形结晶体，看上去很像自然界的菊花。其中的“菊花”部分，“花蕊”是晶粒状矿物的集合体。“花瓣”是一个个菱面体晶体形态紧挨或断续连接所产生，矿物成分依据品种不同而有所区别，其长短不等柱状矿物集合体，以花蕊为中心向三度空间排列，形态万千，慰为奇观。其中湖南浏阳出产的菊花石主要是方解石和玉髓(石英)，有的含菱锶矿及天青石，另外还有如西山红柱石菊花石，存在于红柱石岩中，岩石基底为黑色、密集分布着灰白色的红柱石集合体，成菊花状，每个花瓣则是一个红柱石晶体。其主要矿物成分则为红柱石。
色彩分类
彩色菊花石
彩色菊花石是地质中的天然花卉，独产于湖南省浏阳市古港镇，形成于27亿年前的浅海中，其资源已相当有限。花瓣形状逼真，层次丰富，质地坚硬细腻，玉洁晶莹，酷似迎霜怒放的秋菊，它石材颜色丰富，石质坚韧细腻，且含有对人体有益的锶、硒等微量元素，更突出了菊花石的珍奇。工艺美术大师按照彩色菊花石的天然形态，经过精心雕琢，反复磨砺，便成为举世稀奇的工艺美术珍品，是最具收藏和欣赏价值的菊花石品种。
彩色菊花石，多呈白色、乳白色、粉红色、浅**，异彩纷呈。
褐色菊花石
褐色菊花石主要出产于湖南浏阳永和，为浅灰带褐色，灰白色，其基质颜色偏褐，呈浅灰黑色或浅灰褐色，一般需要上色，肖氏硬度为53，硬度适中，易于雕刻，易于抛光，是理想的石雕材料。
花形较小的浏阳褐色河石质较硬，花的层次较少，易于抛光。
花形较大的浏阳褐色河石硬度适中，易于雕刻造型，花色与基质颜色对比强烈。
浏阳民间艺人根据永和菊花石的菊花花径大小、花瓣长短、疏密特征，有的称绣球菊、铜钱菊、金钱菊，有的称蝴蝶菊，有的称蟹爪菊和鸡爪菊，有的取名竹叶菊，龙葵菊等等。浏阳菊花石花蕊明显可见，少数见双蕊，一般03至12cm大小。花瓣密集，数量一般有30至70瓣，花瓣平直，花朵大小均匀，一般长大于2cm，宽005至04cm。
黑色菊花石
黑色菊花石主要出产于湖北宣恩，花色白色，较纯，基质灰黑色或黑色，石质较脆。湖北菊花石花形多为蝴蝶花形、爪花形和圆柱花形。圆柱花形的花蕊明显，立体形态成棒状，有一定弯曲，宽02至15cm，长3至13cm。蝴蝶花形的花蕊不明显。花瓣一般有10至40瓣，多弯曲，大小不均匀，有分枝复合、穿插等现象。一般花瓣长1至30cm不等，宽02至3cm。
花形不完整，花瓣（同一朵花）大小悬殊，且弯折，花瓣稀疏，花形变化复杂多样，尤以蝴蝶花形多见，花朵分布密集，小者秀气可爱，大花粗犷豪放，有较高的观赏价值。
可用于雕刻各类摆件、笔筒、砚台、烟灰缸、印章等。根据颜色可分为本色和上色两种。
本族矿物的化学式为A3B2［SiO4］3。A为Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+等二价阳离子，B为Al3+、Fe3+、Cr3+等三价阳离子。按阳离子间的类质同象关系可将本族矿物分为两个系列:
(1)铝榴石系列该系列包括镁铝榴石Mg3Al2［SiO4］3、铁铝榴石Fe3Al2［SiO4］3。锰铝榴石Mn3Al2［SiO4］3，其化学通式为(Mg2+，Fe2+，Mn2+)3Al2［SiO4］3。它们的共同特点是三价阳离子为半径较小的Al3+，在Mg2+、Fe2+和Mn2+间为完全类质同象。
(2)钙榴石系列该系列包括钙铝榴石Ca3Al2［SiO4］3、钙铁榴石Ca3Fe2［SiO4］3、钙铬榴石Ca3Cr2［SiO4］3，其化学通式为Ca3(Al3+，Fe3+，Cr3+)2［SiO4］3。它们的共同特点是二价阳离子为半径较大的Ca2+，在Al3+、Fe3+和Cr3+间为完全类质同象。
两系列之间只能有限地互相代替，因此，在自然界发现的石榴子石总是可以从成分上归入两系中的一系。在自然界最常见石榴子石的成分可表示为:镁铝—铁铝榴石(Mg，Fe)3Al2［SiO4］3和钙铝—钙铁榴石Ca3(Al，Fe)2［SiO4］3。
石榴子石族矿物的晶体结构为等轴晶系，结构中孤立四面体被三价阳离子联结成牢固的骨架，二价阳离子充填于骨架的空隙中。因此，其硬度大，抗风化力远远超过纯由二价阳离子联结的橄榄石。
由于石榴子石族各种矿物具有相同的形态，相似而彼此过渡的性质。因此，把它们合并描述。
［化学组成］见表15－3。还可含Ti、Y等。
［形态］等轴晶系，经常呈现菱形十二面体{110}和四角三八面体{211}等晶形(图15－11)，集合体呈粒状和块状。
表15－3石榴子石族矿物的化学组分
图15-11 石榴子石的晶形
［物理性质］常呈暗红色、红褐色至红褐黑色，条痕白色或略呈淡黄褐色;玻璃光泽。硬度7～75;无解理。相对密度变化较大，353～432。现将具有理想组分的石榴子石物理性质列于表15－4中。
表15－4石榴子石族矿物的性质
［成因产状］主要产于变质岩中。
产于区域变质形成的各种片岩中的石榴子石主要为铝系石榴子石，其成分为铁铝石榴子石(Fe，Mg)3Al2［SiO4］3。
产于接触变质形成的矽卡岩中的石榴子石主要为钙系石榴子石，其成分近于钙铁榴石Ca3(Fe，Al)2［SiO4］3。
产于高温条件下的超基性岩石(如金伯利岩)和高压变质带的榴辉岩中的石榴子石常为镁铝榴石。在含铬超基性岩可见到钙铬榴石。
石榴子石硬度高，化学性质稳定，常可见于漂砂中。强烈风化可使铁质石榴子石分解形成褐铁矿。
［鉴定特征］良好的晶形、带红的色调、断口上的油脂光泽以及高硬度均可为其鉴定依据。其矿物种或精确成分的确定需借助于仪器。
［用途］最常见的变质岩造岩矿物。可作研磨材料，称为金刚砂，可减少患硅肺病的几率，也可作水的过滤砂。结晶好的红色、紫色镁铝榴石可做宝石，称“火红榴石”、“紫牙乌”，褐红色的铁铝榴石称“深红榴石”。浓绿色的钙铁榴石称“翠榴石”。
蓝晶石族
图15-12 Al2O3·SiO2同质多象变体的稳定范围(据潘兆橹等，1993)
本族矿物成分同为Al2O3·SiO2，有蓝晶石、红柱石和矽线石三个同质多象变体(图15－12)，其中矽线石具有链状硅氧骨干，属链状硅酸盐亚类。因三者关系密切，故在此一并叙述。
蓝晶石、红柱石和矽线石在晶体结构上的关键性差别在于Al3+的配位数。在蓝晶石中Al3+的配位数均为6，即晶体结构中每个Al3+离子均位于6个O2－的包围之中，其化学式写为Al2［SiO4］O;在红柱石中Al3+的配位数一半为6，一半为5，即有一半的Al3+不在6个O2－的包围中，而在5个O2－的包围中，其化学式写为AlAl［SiO4］O;在矽线石中Al3+的配位数除一半仍保持6不变外，另一半为4，即和Si4+一道进入四面体中，因而矽线石为铝的铝硅酸盐，其化学式为Al［AlSiO5］。
由于三种矿物中Al的配位数不同，因而它们的形成条件也不一样，蓝晶石形成于高压下，矽线石形成于高温下;而红柱石则在中温、中压条件下稳定，其稳定范围见图15－12。
在这三种矿物的结构中，平行c轴方向都存在牢固的Al－O八面体链。因此，虽然蓝晶石和红柱石为岛状硅酸盐，结构中没有硅氧四面体链状骨干，但它们和矽线石一样，都具有平行c轴延长的柱状、针状、板条状等形态。
［用途］由于这三种矿物的成分和结构与耐火高温矿物莫来石(或高铝红柱石3Al2O3·2SiO2，)相近，高温下体积稳定、强度高、抗热冲击性好，故用于高温耐火材料，称为“三石”。
蓝晶石Al2［SiO4］O
［化学组成］Al2O36292%，SiO23708%，可含少量Cr3+、Fe3+(代替Al3+)等。
［形态］三斜晶系，晶体呈沿c轴延长的板条状(图15－13a、b)，常依双晶面(100)或(121)成双晶(图15－13c，d)，集合体有时呈放射状。
［物理性质］一般为浅蓝色、亦有灰白、绿、粉红色者;条痕白色;透明;玻璃光泽。硬度具明显的异向性，在(100)面(即晶体上最大的板面或解理面)上刻划，平行延长方向(c轴)为45，垂直此方向为6，故名二硬石;解理平行{100}完全，平行{010}中等。相对密度356～368。
图15-13 蓝晶石的晶形(a、b)和双晶(c、d)
［成因产状］蓝晶石为区域变质作用的产物，是结晶片岩中的典型矿物，它是由富铝岩石在相当大的压力下变质而成的。蓝晶石常与十字石、铁铝榴石共生。
［鉴定特征］据板条状晶形、浅蓝色以及硬度的异向性易于识别。
［用途］为中级、高压区域变质作用的标型矿物;也是相当好的耐火材料;色泽好、透明且晶粒粗大者可作宝石原料。
红柱石AlAl［SiO4］O
［化学组成］同蓝晶石，可有Fe3+、Mn3+代替Al3+。
［形态］斜方晶系，晶体常呈柱状，横截面近正方形，晶体的主要单形为斜方柱{110}和{101}，以及平行双面{001}(图15－14a)。某些红柱石由于生长过程中俘虏的部分泥质和炭质在横截面上呈黑十字状定向排列，这种红柱石称为空晶石(图15－14b)，其集合体呈放射状者又称之为菊花石。
图15-14 红柱石的晶形(a)和空晶石断面(b)
［物理性质］新鲜面呈浅红色，但极易风化成白色、灰白色;条痕白色;透明;玻璃光泽;硬度65～75，但风化成白色者硬度很低，解理平行{110}中等，平行{100}不完全，两组{110}解理夹角89°12'，近于正交。相对密度31～32。
［成因产状］主要产于富铝的泥质岩石与岩浆岩的接触变质带中。
［鉴定特征］其晶形、断面、集合体形态以及新鲜面的淡红色和风化后的灰白色等为其主要特征，如为空晶石则更易识别。
［用途］制造高级耐火材料和雷达天线罩原料;空晶石和菊花石为观赏石;结晶好、透明度高的红柱石及绿色红柱石是稀罕品种，可作宝石。
矽线石Al［AlSiO5］
［化学组成］同蓝晶石。
［形态］斜方晶系，呈针状、纤维状或放射状集合体。
［物理性质］通常为透明无色至灰白色;条痕白色;玻璃光泽。硬度7;解理平行{010}，完全。相对密度323～327。
［成因产状］是典型的高温变质矿物，主要产于富铝泥质变质岩的高级变质带中，如刚玉、矽线石片麻岩及矽线石、堇青石片麻岩等岩石中。
［鉴定特征］针状、放射状或纤维状形态以及其产状可作为鉴定特征。
［用途］同蓝晶石。
十字石族
十字石FeAl4［SiO4］2O2(OH)2
［化学组成］FeO169%，Al2O3538%，SiO2282%，H2O11%。其中Fe2+可被Mg2+代替;Al3+可被Fe3+代替。
［形态］单斜晶系(呈假斜方晶系)，晶体呈柱状，常具穿插双晶(图15－15)，偶有近于直交的十字形双晶出现，故命名十字石，有时也呈粒状产出。
图15-15 十字石的晶形(a)和双晶(b、c)
［物理性质］红褐色、暗褐色或黄褐色;玻璃光泽。硬度75;解理平行{010}，中等。相对密度374～388。
［成因产状］十字石系较高温的变质矿物，主要见于区域变质作用形成的结晶片岩中，与铁铝榴石、蓝晶石、白云母、石英等共生。
［鉴定特征］十字石的双晶形态最为特征;无双晶时，可根据斜方柱状晶形(断面近菱形)、红褐色和高硬度鉴别。
［用途］是典型中等程度区域变质作用的标型矿物，因而具重要地质标型意义。
黄玉族
黄玉(黄晶)Al2［SiO4］(F，OH)2
［化学组成］含Al2O35654%，SiO23322%，F1761%，F－与(OH)－的含量是不固定的，形成时的温度越高，F－的含量也越高。
［形态］斜方晶系，晶体常呈柱状(图15－16)，柱面具纵纹，以{110}和{120}两种斜方柱最为发育(图15－16);集合体常呈柱状、粒状或块状。
图15-16 黄玉的晶形
［物理性质］无色透明或呈浅**;玻璃光泽。硬度为8;解理平行{001}，完全。相对密度349～36。
［成因产状］形成于高温并富含挥发组分的条件下，主要产于花岗伟晶岩、云英岩和气化高温热液矿脉中，常和锡石、电气石、萤石和白云母等矿物共生。
在表生作用下，由于其化学性质很稳定而可转入漂砂中。
［鉴定特征］以斜方柱状晶形、断面呈菱形、柱面具纵纹、平行{001}的完全解理和高硬度为其特征。
［用途］可作研磨材料和仪表轴承。结晶好、透明度高者可作为宝石。
榍石族
榍石CaTi［SiO4］O
［化学组成］CaO286%，TiO2408%，SiO2306%，常有稀土元素替代Ca。
［形态］单斜晶系，晶体常见，多呈扁平的信封状，横截面呈菱形(图15－17);集合体多为粒状。
［物理性质］多呈棕**、灰褐色至褐黑色;金刚光泽。硬度5～55;性脆;{110}解理中等。相对密度329～356。
［成因产状］榍石是酸性和中性岩浆岩中的常见副矿物之一，在富含锆、铌、钽的碱性正长岩及与之有关的伟晶岩中特别富于此种矿物，而且晶体有时较大，当含榍石的岩石遭受风化破坏后，由于榍石化学稳定性较强而可富集于砂矿中。当榍石遭受到含碳酸热水溶液的作用后，可分解成方解石、石英和金红石。
［鉴定特征］以其楔状晶形为鉴别特征，可用简易化学方法试Ti，其步骤见金红石的描述。
［用途］为岩浆岩中常见副矿物。富集时可作为钛的原料。
图15-17 榍石的晶形及其横截面
绿帘石族
绿帘石Ca2Al2(Fe3+，Al)［SiO4］［Si2O7］O(OH)
［化学组成］成分变化于Ca2Al2Fe［SiO4］［Si2O7］O(OH)和Ca2Al3［SiO4］［Si2O7］O(OH)之间。当含Fe2O3达5%(重量百分比)以上时，即化学式中Fe原子数达03以上时为绿帘石，含Fe在此值以下时为斜黝帘石，两者间为完全类质同象。
图15-18 绿帘石的晶形
［形态］单斜晶系，晶体沿b轴延长呈柱状，柱面上常有纵纹(图15－18);集合体常呈粒状、柱状、放射状。
［物理性质］呈黄绿至黑绿色，晶粒越细颜色越浅;条痕白或略呈淡黄绿色;透明;玻璃光泽。解理平行{001}，完全，{100}中等。硬度65;相对密度321～349，随含铁量增加而加大。
［成因产状］绿帘石主要是热液作用于含Ca的岩石而形成的。矽卡岩中的含钙石榴子石、符山石等矿物在后期热液作用中可变为绿帘石;基性岩浆岩中的含钙长石蚀变后，也会变成斜黝帘石或绿帘石。
［鉴定特征］细粒集合体以其特殊的黄绿色为主要特征。较大的柱状晶体则以强玻璃光泽，深绿色的柱体、碎裂处的黄绿色、硬度很高以及柱面上的纵纹识别。
［用途］常见的蚀变矿物。结晶好、透明度高的黝帘石可作宝石，蓝色略带浅紫色的黝帘石称“坦桑石”(坦桑尼亚)。
符山石族
符山石Ca10(Mg，Fe)2Al4［SiO4］5［Si2O7］2(OH)4
［化学组成］成分变化很大，含CaO33%～37%，Al2O313%～16%，SiO235%～39%，MgO2%～6%，FeO4%～9%，H2O2%～3%。此外，尚有各种混入物，含BeO高者，称铍符山石(可达95%)，富含Cr2O3者(可达49%)称铬符山石。另外，其成分中常含F－(可达2%)替代(OH)－。
［形态］四方晶系，晶体呈四方柱状(图15－19);集合体常呈放射状或粒状。
图15-19 符山石的晶形
［形态］四方晶系，晶体呈四方柱状(图15－19);集合体常呈放射状或粒状。
［物理性质］颜色以灰绿、灰黄、棕褐为常见，玻璃光泽。{110}柱面解理，不完全;硬度65。相对密度333～345。
［成因产状］为常见的矽卡岩特征蚀变矿物，与石榴子石、透辉石等常见的矽卡岩特征蚀变矿物共生。
［鉴定特征］以四方柱(针)状晶形、横截面正方形，颜色，晶面上的强玻璃光泽以及高硬度等为鉴定特征。
［用途］为常见的蚀变岩(矽卡岩)造岩矿物。
学习指导
学习本亚类应注意从以下两方面进行总结:
1由于络阴离子和阳离子的电价高、结构比较紧密，因而本亚类矿物结合力强、硬度高、相对密度较大、晶形较好、解理不太发育，常形成于内生或变质作用，在这方面本亚类与氧化物有许多相似之处。但大家可以比较两者的区别，尤其是含过渡型离子的氧化物和含同样过渡型离子的岛状硅酸盐，看看两者的颜色、条痕、光泽、相对密度等有什么异同。通过比较，抓住本亚类的特点及其形态和物性变化的规律。
2在本亚类许多重要矿物族中，由于存在完全类质同象(主要是Mg2+－Fe2+－Mn2+、Al3+－Fe3+－Cr3+两组)使矿物的性质受到很大影响。学习中要总结成分和性质的关系，掌握其变化规律;同时，还要注意最经常出现的成分和性质特点(一般都是位于端员之间的中间情况)，以便在大多数情况下能认识该矿物。在硅酸盐中，类质同象系列矿物非常普遍(如本亚类中的镁橄榄石—铁橄榄石、钙铝榴石—钙铁榴石、斜黝帘石—绿帘石等)。看到某种矿物呈不同的颜色、相对密度等出现时，不必奇怪，这正说明其类质同象成分比例不同，反映其形成条件不完全一样。
硅酸盐矿物的肉眼鉴定比较难，但相对而言，本亚类矿物利用其形态、颜色、性质和产状比较容易识别，应注意加强肉眼鉴定的反复实践。
复习思考题
1何谓岛状硅酸盐本亚类矿物晶格中有哪几种硅氧骨干试写出硅氧骨干的晶体化学式。
2岛状硅酸盐中的阳离子成分有何特点
3为什么橄榄石只能形成于SiO2不饱和的岩石中橄榄石硬度高，为什么不富集于漂砂中
4如何划分石榴子石的成分系列其成分和成因各有何特点
5Al2O3·SiO2有几种同质多象变体其构造上的主要区别是什么与成因有何联系试写出这几种矿物的晶体化学式。
6红柱石的硅氧骨干是孤立四面体而不是硅氧四面体链，为什么它的形态呈柱状呢
7绿帘石的柱体延长方向与其他矿物有何不同从晶体化学式判断绿帘石晶体构造中有几种硅氧骨干
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