本族礦物包括鎂、鋅、鐵、錳、鈣、鍶、鉛和鋇等二價(jià)陽(yáng)離子與碳酸根化合而成的無(wú)水碳酸鹽。其中鎂、鋅、鐵、錳和鈣的碳酸鹽之晶體結(jié)構(gòu)屬方解石型，鍶、鉛、鋇和鈣的碳酸鹽之晶體結(jié)構(gòu)屬文石型。Ca[CO3］有三個(gè)同質(zhì)多像變體，最常見(jiàn)的是三方晶系變體方解石，其次是正交晶系變體文石，而六方晶系變體六方碳鈣石由于穩(wěn)定性很差，在自然界很少見(jiàn)。方解石的晶體結(jié)構(gòu)視為變形的Na Cl型結(jié)構(gòu)。使Na Cl的立方晶胞沿一個(gè)三次對(duì)稱軸方向壓扁至棱間交角為101°55′的鈍角菱面體（圖11-2A），并以Ca2+和[CO3]2－分別取代Na＋和Cl－的位置，即為方解石結(jié)構(gòu)。垂直該三次軸方向上，[CO3]2－配位三角成層排列，每一[CO3]2－層均與其相鄰層中的[CO3]2－三角形的位向相反。Ca2＋的配位數(shù)為6。由于Na Cl具有{100}完全解理，在方解石中相當(dāng)于 完全解理。對(duì)應(yīng)于 解理的菱面體晶胞是一個(gè)面心格子的大晶胞，不符合布拉維空間格子的選擇原則。方解石真正的單位晶胞應(yīng)是一銳角菱面體狀。三方菱面體格子可按六方格子進(jìn)行劃分，因此方解石的銳角菱面體單位晶胞可劃分成具雙重體心的六方晶胞（圖11-2B）。圖11-2 A－方解石的結(jié)構(gòu)；B－單位晶胞與菱面體解理的關(guān)系菱面體解理是面心格子，用六方格子劃分為原始菱面體格子（據(jù)陳武等，1985）文石型結(jié)構(gòu)中Ca2＋和[CO3]2－的排列方式與方解石不同，如圖11-3，其Ca2＋近似呈六方緊密堆積（方解石中Ca2+近似呈立方緊密堆積）；每個(gè)Ca2+與相鄰接觸的O2-不是6個(gè)，而是9個(gè)，即Ca2+的配位數(shù)為9，每個(gè)O由3個(gè)Ca和1個(gè)C與其配位。因此，文石結(jié)構(gòu)較方解石結(jié)構(gòu)緊密。圖11-3 文石的晶體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)虛線示出與晶胞中央的Ca2＋配位的9個(gè)O2－根據(jù)結(jié)構(gòu)屬方解石型抑或文石型，本族礦物相應(yīng)地分為方解石亞族和文石亞族。（一）方解石亞族本亞族礦物包括方解石Ca[CO3］、菱鎂礦Mg[CO3］、菱鐵礦Fe[CO3］、菱錳礦Mn[CO3］、菱鋅礦Zn[CO3］等。各礦物組分之間的類質(zhì)同像置換普遍。方解石Calcite—Ca[CO3］晶體參數(shù) 三方晶系；對(duì)稱型3m?？臻g群R3C;a0=0.499nm,c0=1.706nm;Z=6。成分與結(jié)構(gòu)　Ca O 56.0%,CO244.0%。Ca[CO3］與Mn[CO3］之間呈完全類質(zhì)同像系列；Ca[CO3］與Zn[CO3］、Ca[CO3］與Fe[CO3］之間為不完全類質(zhì)同像系列。由于Ca2＋、Mg2＋的半徑相差過(guò)大，低溫下的替代能力極小，當(dāng)Ca和Mg同時(shí)存在時(shí)，則形成復(fù)鹽白云石Ca Mg[CO3]2。方解石的結(jié)構(gòu)見(jiàn)前描述。形態(tài)　常以良好晶形出現(xiàn)（圖11-4、11-6）。如 六方柱，{0001}底面， 和 等菱面體，以及 復(fù)三方偏三角面體等。若呈片狀或薄板狀者稱為層解石。以 為雙晶面的負(fù)菱面聚片雙晶或接觸雙晶極為常見(jiàn)。前者多為滑移雙晶（見(jiàn)白云石）以（0001）為雙晶面的方解石律接觸雙晶也較普遍（圖11-5A），以 為雙晶面的接觸雙晶則少見(jiàn)（圖11-5B）。集合體常呈晶簇狀、片狀、粒狀、塊狀、鐘乳狀（稱鐘乳石stalactite）、結(jié)核狀等。圖11-4 方解石的晶形A—厚板狀；B—復(fù)三方偏三角面體；C—柱狀c{0001},m{1010},e{0112},v{2131},r{1011}（據(jù)Berry等，1983，修改）圖11-5 方解石的雙晶A一以（0001）為雙晶面的方解石律雙晶；B—以（2021）為雙晶面的接觸雙晶v{2131}（據(jù)Berry等，1983，修改）圖11-6 方解石晶體A—菱面體的方解石和紫水晶；B—復(fù)三方偏三角面體的方解石和螢石（據(jù)Klein等，2007）物理性質(zhì)　一般呈白色，含各種混入物呈不同的顏色，如灰、黃、淺紅、綠、藍(lán)等色；玻璃光澤。硬度3；解理平行 完全。密度2.715g/cm3。加冷稀HCl劇烈起泡。純凈、無(wú)色透明的方解石，稱為冰洲石（iceland spar）。鑒定特征　菱面體完全解理，硬度3，加冷稀HCl劇烈氣泡。成因與產(chǎn)狀　方解石形成于多種地質(zhì)作用。①沉積作用：海水中Ca[CO3］達(dá)到過(guò)飽和后，形成沉積的石灰?guī)r。②風(fēng)化作用：石灰?guī)r被溶解后形成重碳酸鈣溶液，當(dāng)壓力減小或蒸發(fā)時(shí)，釋放出大量的CO2，使Ca[CO3］沉淀下來(lái)形成方解石。它們常分布在石灰?guī)r的溶洞或裂隙中。我國(guó)石灰?guī)r溶洞尤以桂林為佳，其中的石鐘乳和石筍形成瑰麗壯觀的景色，聞名世界。③生物作用：生物吸收Ca[CO3］后形成的介殼在海底堆積形成生物礁灰?guī)r。④巖漿作用：來(lái)自上地幔或由堿性巖漿分異的碳酸鹽巖漿，侵入地殼冷凝結(jié)晶而成。⑤熱液作用：中低溫?zé)嵋旱V脈中經(jīng)常伴有方解石出現(xiàn)。⑥泉水中溶解的重碳酸鈣，當(dāng)?shù)竭_(dá)地表后因壓力降低釋放出CO2，在泉水出口處沉淀出石灰華（travertine）。主要用途　石灰?guī)r和大理巖主要由方解石組成，它們是化工、水泥等工業(yè)的原料。在冶金工業(yè)上用做熔劑，在建筑工業(yè)方面用來(lái)生產(chǎn)水泥、石灰，大理巖還可作建筑裝飾材料。方解石經(jīng)機(jī)械加工（用雷蒙磨或其他高壓磨直接粉碎天然的方解石）可以制得重質(zhì)碳酸鈣，它是優(yōu)良的填充劑和性能改良劑，廣泛用于塑料、橡膠、造紙、涂料、電纜、油漆、飼料、醫(yī)藥、玻璃、陶瓷等領(lǐng)域。例如，電纜皮中添加了重質(zhì)碳酸鈣可以提高電纜5～10倍的絕緣強(qiáng)度；如果用萬(wàn)目以上碳酸鈣超細(xì)粉制成的轎車底盤涂料，可以使轎車底盤有比鋼板還強(qiáng)的防沖刷能力。當(dāng)前，重質(zhì)碳酸鈣成為大部分工業(yè)制造的原始材料，囊括了大部分輕重工業(yè)的生產(chǎn)和制造部門。冰洲石因具有雙折射，成為制造偏光棱鏡的光學(xué)材料。菱鎂礦Magnesite—Mg[CO3］晶體參數(shù)　三方晶系；對(duì)稱型 ?？臻g群 ;a。＝0.464nm,c0=1.502nm;Z=6。成分與結(jié)構(gòu)　MgO 47.81%,CO252.19%。Mg[CO3］與Fe[CO3］之間為完全類質(zhì)同像系列。常含少量的Ca和Mn。其晶體結(jié)構(gòu)為方解石型。形態(tài)　通常呈粒狀集合體。在風(fēng)化殼中呈瓷狀塊體。物理性質(zhì)　白色，含鐵者呈黃或褐色；玻璃光澤。硬度3.5～4.5；解理平行 完全；瓷狀塊體具貝殼狀斷口，密度2.98～3.48g/cm3。隨Fe2＋含量的增高而增大。鑒定特征　以其白色、粒狀集合體、菱面體解理為鑒定特征。與方解石的區(qū)別是硬度稍高于方解石；加冷稀HCl不起氣泡，加熱后才劇烈起泡。成因與產(chǎn)狀　熱液成因的菱鎂礦，系由碳酸鹽沉積巖經(jīng)含鎂熱液交代而成。富含鎂的超基性巖受到含碳酸熱液的作用，也可以形成菱鎂礦。風(fēng)化作用下，蛇紋巖受地表含碳酸水溶液的作用，常在風(fēng)化殼底部形成菱鎂礦的細(xì)脈，或呈脈狀填充于裂縫之中。我國(guó)遼寧大石橋是世界最著名的菱鎂礦產(chǎn)地之一。主要用途　用于制造耐火材料和提煉金屬鎂。菱鐵礦Siderite—Fe[CO3］晶體參數(shù)　三方晶系；對(duì)稱型 ?？臻g群 ;a0＝0.469nm,c0=1.537nm;Z=6。成分與結(jié)構(gòu)　FeO 62.01%,CO237.99%。Mg[CO3］與Fe[CO3］之間為完全類質(zhì)同像系列。Ca2＋與Fe2＋的半徑存在較大差異，因此，替代有限。其結(jié)構(gòu)為方解石型。形態(tài)　呈菱面體形態(tài)，晶面常彎曲。集合體呈粗粒至細(xì)粒狀，亦有呈結(jié)核狀、葡萄狀、土狀。物理性質(zhì)　灰黃至淺褐色，部分因氧化而呈深褐色；玻璃光澤。硬度3.5～4.5。解理平行{1011}完全。密度3.96g/cm3。燒灼后的殘?jiān)叽判?。鑒定特征　菱面體完全解理，遇冷稀HCl緩慢起泡。與本亞族其他礦物的區(qū)別在于燃灼后的殘?jiān)叽判?。成因與產(chǎn)狀　熱液成因的菱鐵礦見(jiàn)于金屬礦脈中；外生成因的菱鐵礦見(jiàn)于頁(yè)巖、黏土或煤層中，規(guī)模大者，可作為鐵礦開(kāi)采。所謂泥鐵礦便是這種成因的，系在缺氧的環(huán)境下，由生物作用或化學(xué)沉積作用形成，它的形態(tài)常呈致密塊狀或具放射狀構(gòu)造的結(jié)核狀。在氧化條件下，易轉(zhuǎn)變?yōu)獒樿F礦和纖鐵礦。主要用途　提煉鐵的礦物原料。菱錳礦Rhodochrosite—Mn[CO3］晶體參數(shù)　三方晶系；對(duì)稱型 ?？臻g群 ;a0=0.478nm,c0=1.567nm;Z=6。成分與結(jié)構(gòu)　MnO 61.71%,CO238.29%。與菱鐵礦和方解石分別成完全類質(zhì)同像系列。結(jié)構(gòu)屬方解石型。形態(tài)　呈菱面體形態(tài)，但比較少見(jiàn)，通常呈粒狀、腎狀、塊狀或柱狀集合體。物理性質(zhì)　玫瑰紅色，隨鈣含量增加而變淡，氧化后呈褐黑色；玻璃光澤。硬度3.5～4.5。解理平行 完全。密度在3.70g/cm3左右，隨鐵和鈣含量的變化而變化。鑒定特征　菱面體完全解理、較低硬度、遇冷稀HCl起泡，以及其風(fēng)化表面或裂縫中，常有變成黑色的氧化錳存在，從而與薔薇輝石、薔薇石英等呈玫瑰紅色的礦物相區(qū)別。與其他類似的碳酸鹽礦物的區(qū)別，以其顏色作為特征。成因與產(chǎn)狀　菱錳礦有熱液成因和沉積成因。前者見(jiàn)于銅、鉛、鋅硫化物熱液礦脈中，與方解石、菱鐵礦、螢石和石英等共生；或見(jiàn)于交代成因的礦床中，與薔薇輝石、錳鋁榴石等伴生。沉積生成的菱錳礦大量分布于海相沉積錳礦床中。主要用途　提煉錳的礦物原料。菱鋅礦Smithsonite—Zn[CO3］晶體參數(shù)　三方晶系；對(duì)稱型3m?？臻g群R3c;a0=0.465nm,c0=1.503nm;Z=6。成分與結(jié)構(gòu)　ZnO 64.90%,CO235.10%。常含F(xiàn)e2＋。此外，尚含少量的Co、Mn2＋、Mg、Cu、Pb、Cd。結(jié)構(gòu)屬方解石型。形態(tài)　通常呈鐘乳狀、土狀、皮殼狀集合體。物理性質(zhì)　灰白色微帶淺綠或淺褐；玻璃光澤，解理面有時(shí)呈珍珠光澤。硬度4～4.5。解理平行 ，但不及前幾種礦物完全。密度4.43g/cm3。鑒定特征　以其形態(tài)、產(chǎn)狀，以及其粉末加冷稀HCl起泡為特征。與本亞族其他礦物的區(qū)分在于密度較大，菱面體解理不完全。成因與產(chǎn)狀　主要見(jiàn)于原生鉛鋅礦氧化帶中，系閃鋅礦氧化分解所產(chǎn)生的硫酸鋅，交代碳酸鹽圍巖或原生礦石中的方解石而成。（二）文石亞族本亞族包括的礦物為文石Ca[CO3］、碳酸鍶礦Sr[CO3］、白鉛礦Pb[CO3］和碳酸鋇礦Ba[CO3］。各礦物組分之間的類質(zhì)同像置換表現(xiàn)為有限或不完全替代。文石Aragonite—Ca[CO3］晶體參數(shù)　正交晶系；對(duì)稱型mmm?？臻g群Pmcn;a0=0.495nm,b0=0.796nm,c0=0.573nm;Z=4。成分與結(jié)構(gòu)　成分同方解石，少量的Sr、Pb替代Ca。結(jié)構(gòu)見(jiàn)前描述。形態(tài)　晶形呈柱狀（圖11-7A）或尖錐狀；常見(jiàn)以（110）為雙晶面的文石律接觸雙晶（圖11-7B）和貫穿三連晶（圖11-7C），三連晶常呈假六方柱（圖11-7C、11-8）。集合體常呈柱狀、針狀、纖維狀或晶簇，也有呈鐘乳狀、豆?fàn)?、鮞狀。圖11-7 文石的晶形和三連晶A—柱狀晶形；B—聚片三連晶；C—假六方柱狀貫穿三連晶c{001},b{010},m{110},k{011}，λ{(lán)091}，σ{991}（A、B：據(jù)Berry等，1983，修改）圖11-8 文石三連晶物理性質(zhì)　無(wú)色或白色；玻璃光澤，斷口油脂光澤。硬度3.5～4；解理平行{010}不完全；貝殼狀斷口。密度2.94g/cm3。遇冷稀HCl劇烈起泡。鑒定特征　文石遇冷稀HCl劇烈起泡，與方解石相似。但以解理和密度不同而區(qū)別。成因與產(chǎn)狀　在自然界，文石遠(yuǎn)比方解石少。由圖11-9顯示，文石穩(wěn)定于較高的壓力條件下。它的密度大約要比方解石大8%。在藍(lán)閃石片巖（為高壓條件下形成）中常見(jiàn)文石與硬玉、硬柱石和石英共生。文石主要是由外生作用形成。常見(jiàn)于許多動(dòng)物的貝殼或骨骸之中（如頭足類和雙殼類動(dòng)物的外殼）。珍珠的主要構(gòu)成物就是文石。文石在海水中可直接形成。在金屬礦床的氧化帶中也有出現(xiàn)。內(nèi)生成因的文石是熱液作用最后階段的低溫產(chǎn)物，見(jiàn)于玄武巖、安山巖的氣孔中或裂隙中，溫泉沉淀物中也有文石產(chǎn)出。圖11-9 方解石和文石的相圖（實(shí)驗(yàn)獲得的大致穩(wěn)定區(qū)間）（據(jù)Cornelis Klein＆Barbara Dutrow,2007）貝殼珍珠層中文石的擇優(yōu)取向生長(zhǎng)多晶體是許多單晶體的集合，即同種晶質(zhì)礦物集合體。多晶體中的每個(gè)單晶為各向異性體，但如果組成多晶體的各單晶在空間上的排列是完全無(wú)規(guī)則的，僅為統(tǒng)計(jì)上的均勻分布，即在不同方向上取向幾率相同，則這種多晶集合體在不同方向上，其力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、耐腐蝕、磁學(xué)甚至核物理等方面的性能在宏觀上就會(huì)表現(xiàn)出相同的現(xiàn)象，具有各向同性的性質(zhì)。但如果多晶體在其形成過(guò)程中，由于受到外界的力、熱、電、磁，以及生物作用等各種不同條件的影響，或在形成后受到不同的加工工藝的影響，多晶集合體中的各晶粒不同程度地朝一個(gè)或幾個(gè)特定方向排列和聚集，這種在某些方向上的取向幾率增大的現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向（preferential tropism;preferential growth）。其性能在宏觀上則顯示各向異性的性質(zhì)。貝殼珍珠層中的文石晶體的生長(zhǎng)具有擇優(yōu)取向。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，證實(shí)了珍珠層由文石晶體與有機(jī)基質(zhì)交替排列而成，呈現(xiàn)出規(guī)整有序的“磚墻”式結(jié)構(gòu)。表現(xiàn)為文石沿著珍珠層面定向分布，其結(jié)晶學(xué)C軸垂直珍珠層層面（相當(dāng)于（001）面網(wǎng)平行珍珠層面）。它的形成機(jī)理一直受到人們的關(guān)注，其中的模板說(shuō)認(rèn)為珍珠層成分由文石和少量的有機(jī)質(zhì)（總量只占1～5wB/%）構(gòu)成，薄層有機(jī)質(zhì)充填于文石礦物之間，正是這微量的有機(jī)質(zhì)控制了珍珠層的形成。導(dǎo)致珍珠層中所有的文石小板片的C軸垂直于珍珠層面。珍珠層是由文石和微量有機(jī)質(zhì)經(jīng)生物自組裝形成的一種優(yōu)異的天然納米無(wú)機(jī)－有機(jī)復(fù)合材料。它的抗破裂能力比無(wú)機(jī)成因的文石要高出3000倍以上，如此優(yōu)異的力學(xué)性能與珍珠層的有機(jī)質(zhì)和文石的擇優(yōu)取向有關(guān)。珍珠層在形變和斷裂過(guò)程中，有機(jī)基體與相鄰的文石層彼此粘合，降低了裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子，增大了裂紋的擴(kuò)展阻力，從而提高了材料的韌性。白鉛礦Cerussite—Pb[CO3］晶體參數(shù)　正交晶系；對(duì)稱型mmm?？臻g群Pmcn;a0=0.515nm,b0＝0.847nm,c0=0.611nm;Z=4。成分與結(jié)構(gòu)　Pb O 83.53%,CO216.47%。有時(shí)含Ca、Sr、Zn。結(jié)構(gòu)屬于文石型。形態(tài)　晶形常呈柱狀、板柱狀和假六方雙錐狀（圖11-10A、B）。常以（110）為雙晶面形成雙晶或三連晶（圖11-10C）。集合體常呈粒狀、塊狀、鐘乳狀等。物理性質(zhì)　白色或灰白色；金剛光澤。硬度3～3.5；解理平行{110}和{021}不完全；貝殼狀斷口。密度6.55g/cm3。鑒定特征　以其金剛光澤、密度大和產(chǎn)狀為特征。成因與產(chǎn)狀　是鉛鋅硫化物礦床氧化帶中的次生礦物。系由方鉛礦氧化成鉛礬Pb[SO4］，再受碳酸水溶液作用而形成。圖11-10 白鉛礦的晶形和三連晶A—假六方雙錐狀晶形；B—板柱狀晶形；C—貫穿三連晶c{001},b{010},m{110},i{021},p{111},r{130}（據(jù)Berry等，1983，修改）主要用途　為提煉鉛的礦物原料。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。