硫酸鹽礦物

　自然界中硫酸鹽礦物有近2百種，主要為在地表生成或熱水（液）後期的產物。硫酸鹽礦物中，如石膏、硬石膏、重晶石、明礬石、芒硝、瀉利鹽等都是重要的工業或化工原料。

硫酸鹽中的硫以高價態（S6＋）出現，與氧形成硫酸根離子（SO42－）。與硫酸根結合的陽離子有鎂（Mg）、鈣（Ca）、鍶（Sr）、鋇（Ba）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、銅（Cu）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鋁（Al）、鈉（Na）和鉀（K）等。SO42－呈四面體形，離子半徑很大，因此只有與大離子半徑的二價陽離子Ba、Sr、Pb結合，才形成穩定的結構。如果與離子半徑小的二價陽離子如Ca2＋、Fe2＋等結合，往往在陽離子外面存有一層水分子，以形成含水硫酸鹽。

　硫酸鹽礦物對稱程度較低，主要屬單斜和斜方晶系，部分為三方晶系。顏色取決於陽離子的種類，一般為灰白色、無色，含Cu、Fe時則往往呈藍色或綠色。具玻璃光澤，透明至半透明；硬度小（通常小於3.5），含結晶水時硬度更低，甚至降至1~2。

　硫酸鹽主要為化學性沉積，沙漠鹽湖（圖1）因蒸發作用而形成之岩石有石膏、硬石膏、岩鹽與碳酸鹽，其沉澱順序首先為鈣、鎂等碳酸鹽岩之白雲石與石灰石等；繼之者為硫酸鹽岩；最後形成氯化物之鹽岩。而硫酸鹽化合物，其元素析出的順序大致為Ca、（Ba、Sr）、Mg、Na、K的硫酸鹽。封閉的古海洋，岩鹽、硬石膏為最常與石膏相伴產生的礦物。由野外觀察與結晶試驗顯示，海水在30℃以下蒸發時可以形成石膏，而硬石膏之沉澱是在30℃以上之溫度下蒸發而成。石膏在各地質時代之沉積岩中常有之，且有若干厚度甚大者，常與石灰岩和頁岩相伴。如同地有岩鹽產生者，則石膏常在岩鹽之下。石膏有時為凸鏡體，夾於沉積岩中。熱液階段後期也有硫酸鹽礦物的產出。有些金屬硫化物經氯化可形成該金屬的含水硫酸鹽之礬類礦物。

　根據陽離子大小、對稱程度、含水分子或含其他陰離子等，分類上將硫酸鹽礦物劃分成如下表。

　台灣產之硫酸鹽礦物種類雖然不少，但大都結晶顆粒細小。具有較佳外觀者有重晶石、北投石、石膏、膽礬與明礬石等（圖9~13）。大部分硫酸鹽礦物為地表或熱液後期的產物，常與金屬礦床有著密切關係。產於金瓜石金、銅礦之重晶石以簇晶產出（圖9），常植生於石英、黃鐵礦等硫化礦物上。礦脈中，通常位於上部產出之重晶石較下部者結晶顆粒大，量亦有增加的趨勢。重晶石比重4.5，比重大（約為石英的1.7倍），故依比重大的結晶礦物（石）名為「重晶石」，乃恰得其宜。重晶石為提取鋇的原料，磨成細粉拌水可作為鑽探泥漿的加重劑。當重晶石中鉛含量較高時，稱為北投石（圖10），其PbO含量達17~22％，其中還含放射性鐳元素為放射性礦物，係因台灣北投溫泉中產出而得名。台灣硫酸鹽礦物除源自於大自然外，尚有部分推測與近期工業發展有密切關係，如台灣西南部麓山帶第四紀沉積岩中常見石膏之沉澱物（圖11），根據中央研究院地球科學研究所硫同位素分析，考其硫之來源與熱液礦床為源自海水者大不相同，推測可能與高屏地區工業污染硫酸廢氣（酸雨）有關。由降水之硫酸根離子與岩石或土壤中的鈣離子結合，因地下水面的起伏變化、毛細作用引導潛移集中於地表岩石顆粒間隙，旱季時蒸發導致水中濃度過高，而於土壤、岩石表面或裂隙沉澱，形成波狀或花瓣狀結晶。


圖5.石膏	圖6. 硬石膏	圖7. 無水芒硝

圖8.膽礬。極純晶瑩剔透玻璃質膽礬可能為水溶液人工培養化學沉澱結晶。	圖9.重晶石：產於金瓜石、瑞芳之金、銅礦床中，以簇晶產出。	圖10.北投石為硫酸鉛與硫酸鋇之化合物，屬鉛質重晶石，產於北投溪，具有放射性。這種礦物因係首次發現，而以地名命名為北投石。


圖12.膽礬，產於金瓜石金、銅礦床中，為一種次生礦物。	圖13.明礬石，產於金瓜石之明礬石，於礦床及圍岩中均存在。呈白色粒狀或鱗片狀，結晶有時大至直徑2~3公分。錆色明礬石見於金瓜石本山二、三坑。


圖2.重晶石，薄板狀重晶石，雜黃鐵礦顆粒。	圖3.天青石，天藍色天青石，產於非洲馬拉加西。	圖4.鉛礬