白云鄂博矿物学

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第608页（3765字）

1927年丁道衡在白云鄂发现铁矿，30年代初何作霖发现矿石中的稀土矿物，从而开创了铁和稀土资源的开发前景。

新中国建立后不久，中国科学院地质研究所等科研单位对白云鄂博矿床开展了系统的地质学、矿物学、岩石学和地球化学研究。结果表明白云鄂博矿床蕴藏着大量的稀土和稀土矿物。

在白云鄂博发现易解石和包头矿等铌钽矿物之后，经过仔细分析又发现铌铁矿和烧绿石等一大批独立的铌钽矿物，奠定了大型铌矿的基础。此后，为解决选矿和矿产资源综合利用问题，进一步对白云鄂博矿床进行详细的矿物学研究，查明铌、钽和稀土矿物的化学组成及晶体结构，为选矿提供了先决条件，也建立了中国的稀土矿物学理论。

在矿床中，前后发现18种新矿物，其中有的在化学组成和晶体结构方面都是全新的矿物新种。白云鄂博的新矿物可分为下列6类：(1)氟碳酸盐类稀土新矿物。黄河矿；Ba(Ce，La，Nd)(CO₃)₂F；氟碳铈钡矿：Ba₃Ce₂(CO₃)₅F₂；钕氟碳铈钡矿：Ba₃(Nd，Ce)₂(CO₃)₅F₂；钕氟碳钙铈矿：(Nd，Ce)₂Ca(CO₃)₃F₂；中华铈矿：Ba₂(Ce，La，Nd)(CO₃)₃F；白云鄂博矿：NaBaCe₂(CO₃)₄F；未名新矿物：(Ca_0．5□_0．5)BaCe₂(CO₃)₄F。(2)钽铌酸盐类稀土新矿物。

铈褐钇铌矿：(Ce，La，Nd，RE，Th)(Nb，Fe)O₄；钕褐钇铌矿：(Nd，Ce，RE，Fe)(Nb，Ti)(O，OH)₄；单斜铈褐钇铌矿：(Ce，RE)(Nb，Al)(O，OH)₄；单斜钕褐钇铌矿：(Nd，Ce)NbO₄。(3)偏钛钽铌酸盐类稀土新矿物。钕易解石：(Nd，Ce，Ca，Th)(T_i，Nb，Fe³⁺)₂(O，OH)₆；铈铌易解石：(Ce，Nd_，Ca)(Nb，Ti，Fe³⁺)₂(O，OH)₆；铈铌易解石：(Nd，Ce，Ca)(Nb，Ti，Al，Fe³⁺)₂(O，OH)₆。(4)硅酸盐类新矿物。

硅镁钡石；KB_a(Al，Sc)(Mg，Fe²⁺)₆Si₆O₂₀F₂。(5)钛硅酸盐类新矿物。包头矿：Ba₄(Ti，Nb，Fe)₈O₁₆(Si₄O₁₂)Cl；钡铁钛石：Ba(Fe，Mn)₂Ti(O，OH，Cl)₂(Si₂O₇)。

(6)磷酸碳酸盐类稀土新矿物。

大青山矿：Sr₃RE(PO₄)(CO₃)_3－x(OH，F)_2x。

张培善等发现在白云鄂博的稀土矿物中，分布最广、含量最多的是氟碳铈矿和独居石，两者都是富含铈族稀土的矿物。但是，对原子序数为奇数的轻稀土，其富集程度不同。相对于一般氟碳铈矿和独居石而言，氟碳铈矿是奇数轻稀土的富集矿物；独居石则有的是奇数轻稀土的富集者，有的则不是，故奇数轻稀土的富集法则在氟碳铈矿中表现最为明显。

白云鄂博稀土新矿物的共同特点是都含大阳离子钡。众所周知，钡和硅、铝、钙、镁、钾、钠一样，同属于造岩元素。

在岩浆期，钡赋存于正长石中；在接触交代期，钡大量富集时，便形成钡长石；在热液交代期，也可能形成钡冰长石。在热液矿床中，钡形成稳定的硫酸钡——重晶石；在近地表条件下，形成低温热液的重晶石矿床。

钡与钛和铁结合，生长结构复杂的硅酸盐新矿物。稀土元素在热液作用过程中，与钡、碳酸和氟结合，形成多种钡稀土氟碳酸新矿物，故白云鄂博是钡稀土氟碳酸盐系列矿物研究的理想地区。自20世纪初在南格陵兰发现氟碳钡铈矿以后，未在其它地方找到过这类矿物。但在白云鄂博，自发现黄河矿之后，相继发现氟碳铈钡矿和中华铈矿。

随着研究深入，还将会出现该系列矿物的新成员。有序化方解石结构理论和矿物晶体化学理论，将会在这里有所突破。

稀土新矿物的正钽铌酸盐类中的褐钇铌矿族矿物的结晶状态有四方晶系和单斜晶系之分。由于矿物处于变生状态，在加热过程中尚会出现斜方相。

本族矿物的化学通式为ABX4，A在褐钇铌矿中，除选择钇外，尚选择镝、铒和铽等重稀土元素。

自从发现铈褐钇铌矿和钕褐钇铌矿之后，A的位置便扩大到全部稀土元素。B的位置为铌、钽、钛，X为氧、羟基和氟。恰恰是白云鄂博成矿溶液中含巨量铈族稀土元素。

这使在适宜的地质条件下，褐钇铌矿族中铈族矿物新种的出现而得到了解释。偏钛钽铌酸盐稀土新矿物中的易解石族矿物，化学通式属AB₂X₆型；几何结晶学属斜方双锥晶类，由于其矿物化学组成复杂，非晶变态变化多端，从而被认为是矿物学研究中的“头疼症”。A组中为多次配位的大型阳离子：RE、Th、U、Ca、Fe²⁺、Mn、Pb；B组为六次配位的中等大小的阳离子，即所谓假想酸根阳离子，如Ti、Nb、Ta、Fe³⁺、Zr、Sn；X为O或OH、F。大量易解石族矿物的出现，显示出白云鄂博矿床的新特征。

磷硅钙铈矿(铈硅磷灰石)是磷灰石结构的硅酸盐矿物，是磷酸盐矿物过渡到硅酸盐矿物的典型代表。大青山矿是磷酸根和碳酸结合的属于跨大类的新矿物。白云鄂博的地质背景提供了这种新矿物的形成条件。

硅钛铈矿和钛硅铈矿的化学组成几乎相同，仅矿物晶体结构有别，β角大小不同而已。

其矿物化学式皆为A₄B₂C₃Si₄O₂₂。A为10次或9次配位的RE、Th、Ca、Sr、Na、K；B为6次配位的Fe²⁺、Mg、Mn；C为6次配位的Ti、Mg、Mn、Fe³⁺、Fe²⁺、Al。该两种矿物均产于白云鄂博，但产出部位不同，其地质产状和形成条件尚需进一步探索。

含镁、铁、钙、锶、钡等二价阳离子的碳酸盐及其复盐的矿物，在白云鄂博都有出现。

如菱锶镁矿、菱铁矿、菱锰矿、方解石、文石、菱锶矿、毒重石以及多种元素互代的碳铈钠矿。众所周知，以其离子半径的大小，钙离子居于上述几种离子的中间位置，故钙出现于两种不同对称结构的方解石和文石之中。在简单碳酸盐中，钙锶之间可以互相无限取代。如钙菱锶矿和锶文石就是这样。至于离子半径比钙锶大的钡离子，则只能有限取代，否则对称结构便发生变化，如出现于单斜晶系的钡方解石(斜钙钡石)或假斜方晶系而实为三斜晶系的碳酸钙钡矿，后两者与三方晶系的副碳酸钙钡矿组成矿物的同质3型。白云鄂博产出的碳酸复盐有白云石、铁白云石、菱钡镁石(Norsethite)、本斯顿石(Benstonite)等，含钡的碳酸复盐的出现，具有重要的地质意义。

对白云鄂博矿物学的系统研究，确定白云鄂博矿区约存在170种矿物，包括种、新种(新矿物)、亚种和变种，是中国矿物种类最多的一个矿床。对许多矿物的晶体结构、晶体化学研究，对各种矿物的物理性质、化学组成和矿物化学性质等进行深入的研究，建立了稀土氟碳酸盐类矿物系列的晶体化学体系；提出了钽铌酸盐类矿物中的双类质同型理论；发现了复杂的非晶变生现象，从而提出了非晶变生程度的新分类；发现稀土氟碳酸盐矿物中的复杂体衍交生现象。

这些在矿物学研究中都具有重大意义。对白云鄂博稀土新矿物和白云鄂博全部矿物的研究，大大增添了中国矿物研究的数目，丰富了矿物学研究内容。

无论从扩大元素类质同象置换系列方面，还是从矿物成因产状方面，都为矿物学宝库增添了新内容。如金红石的有限含铌量，烧绿石的有限含铈量；铌铁矿中铁锰的完全类质同象，碳酸盐矿物中钙锶类质同象的扩大；氟碳钡铈矿的新产状等都为矿物学研究提供了宝贵信息。

白云鄂博矿物学在何作霖、郭承基、谢苗诺夫、彭志忠、沈今川、张培善等的精心研究下，取得了令人满意的成果，但尚有许多矿物学问题有待于后来人的深入工作。

。【参考文献】：

1 丁道衡．中央地质调查所地质汇报(第23号)，1933

2 何作霖．中国地质学会会志，1935，14(2)：129

3 张培善．地质论评，1958，18(5)

4 李毓英．白云鄂博铁矿地质与勘探．北京：地质出版社，1959

5 张培善，洪文兴．白云鄂博矿物志．北京：科学出版社，1963

6 任英忱，等．矿物学报，1982，3：161

7 张培善，陶克捷．白云鄂博矿物学．北京：科学出版社，1986

8 付秋平，苏贤泽．矿物学报，1987，4：290

9 中国科学院地球化学研究所．白云鄂博矿床地球化学．北京：科学出版社，1988

10 沈今川，宓锦校．第15届IMA大会论文摘要，1990：339

(中国科学院地质研究所博士生导师张培善研究员撰)