我国各地膨润土的矿物学性质.pdf

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1、文章编号:0254-5357(2002)03-0190-05我国各地膨润土的矿物学性质侯梅芳1,马北雁2,万洪富2,周国逸1(1.中国科学院华南植物研究所,广东 广州 510650;2.广东省生态环境与土壤研究所,广东 广州 510650)摘要:运用X射线衍射分析技术对我国不同产地膨润土的矿物学性质进行考察;利用K值法测蒙脱石含量。实验表明,各地膨润土具有蒙脱石的含量较高且均为二八面体的矿物学特点;可能由于所处的矿层或局部地球化学环境不同,使得相同矿床的不同颜色膨润土矿物的蒙脱石含量有所差异。关键词:膨润土;X射线衍射;矿物学;蒙脱石中图分类号:P575.5;P619.255 文献标识码:A收

2、稿日期:2001212203;修订日期:2002203209基金项目:国家自然科学基金资助(40001009);广东省自然科学基金资助(000196);广东省农业环境综合治理重点实验室基金作者简介:侯梅芳(1976-),女,山西临汾人,在读博士生,近年来主要从事硅酸盐化学以及环境催化方面的研究。膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的细粒粘土(岩),其应用日益广泛,被人们誉为“万能材料”。我国在新疆、广西等地发现和探明大量的膨润土矿产资源,总储量居世界前列,1999年统计的膨润土储量达24.41亿吨1。目前,我国各部门多偏重于储量调查和开发利用,对于其矿物本性的研究甚少,不利于膨润土的深加工利用,一定

3、程度上制约着我国膨润土的资源优势向经济优势的转变。本文运用X射线衍射(XRD)分析技术对我国不同产地的膨润土进行了全面的考察,以揭示我国主要膨润土的矿物学性质,从而有助于今后有效地开发利用。1 实验部分1.1 样品来源选择我国各地具有代表性的矿床矿样,其膨润土原胶体的矿物组成见表1。原矿石采自矿体主矿脉,其中对矿石颜色差异明显的样品进行了分别取样。1.2 样品制备膨润土胶体原样的制备采用超声波分散(300mA,21.5 kHz),按沉降速率提取 2m胶体,然后将其悬浮液在60的红外灯下烘干,磨细备用2。1.3 样品表征样品的晶相采用X射线衍射分析法。仪器为日本理学Dmax-1200型X射线衍射

4、仪,铜靶,石墨单色器,扫描范围365。K值法确定矿物组成和相对含量。2 实验结果2.1 样品X射线衍射特征表1列出我国各地膨润土原胶体的矿物组成。表1中的编号与表2的编号所对应的样品一致。表2列出供试膨润土原胶体非定向样品的粉末XRD衍射特征数据,其中略去了杂质数据。图1为不同含量蒙脱石膨润土的XRD图。膨润土原胶体的矿物组成,矿物晶体基本结构中阳离子类质同象置换引起的结构畸变、层间离子的种类、湿度对d001的影响和层堆垛等问题在XRD上均有反映。如表2所示,各样品晶面衍射指数均呈现(00l)和(hk)带衍射,特别是(001)、(02,11)和(13,20)等蒙脱石的特征谱线均很清晰,表明膨润

5、土的原胶体以蒙脱石为主。091第21卷 第3期2002年9月 岩 矿 测 试ROCK AND MINERAL ANAL YSIS Vol121,No13September,2002 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.表1 膨润土原胶体的矿物组成Table 1The mineral constitution of the bentonite colloids编号No.矿床类型deposit type样品名samplewB/%蒙脱石montmorillonite方石英cristobalite石英

6、quartz伊利石illite高岭石kaolin斜长石plagioclasite1火山沉积岩型广东高州97.11.92火山岩型辽宁黑山白81.617.43火山岩型吉林九台黄94.64.44火山岩型吉林九台青60.138.95沉积岩型吉林刘房子89.31.38.46侵入岩型浙江缙云99.07火山岩型辽宁黑山钠86.91.910.18火山沉积岩型辽宁法库93.15.99火山沉积岩型浙江临安78.920.110火山岩型浙江余杭青98.01.011火山岩型浙江余杭白87.012.012侵入岩型江苏傈阳90.48.613火山沉积岩型江苏淳化白99.014火山沉积岩型江苏淳化红95.54.015火山沉积岩

7、型江苏甲山90.28.816火山岩型河南信阳红96.52.517火山岩型河南信阳白72.926.018火山岩型辽宁凌源88.310.719火山沉积岩型浙江安吉78.220.820火山沉积岩型新疆夏子街红70.514.35.65.83.021火山沉积岩型新疆夏子街精77.316.73.51.622沉积岩型新疆和丰县74.33.210.84.46.523沉积岩型甘肃金昌55.514.229.3按质量分数表示膨润土原胶体的矿物组成,全文同。由XRD结果可见,所有样品的蒙脱石均出现奇数级的底面反射,钠质土如黑山、临安、余杭的样品出现偶数级(002)和(004)的底面反射。蒙脱石含量高的样品,其基面d0

8、01均是最强峰。临安、夏子街和金昌的样品,蒙脱石含量低于80%;尤其是金昌样品蒙脱石含量仅为55.5%,石英含量较高,故出现石英峰超过d001峰的图谱,但d001仍为次强峰。其中,各样品的(001)峰强度、锐度和对称程度有很大不同,这反映了样品的有序度不一样,d001较弱通常反映其c轴的无序或晶体厚度较小。样品各衍射峰均表现出低角度一侧较陡,高角度一侧舒缓的薄晶体衍射特征。XRD峰形较宽,说明蒙脱石粒度细,晶体结构、晶层结构和晶层叠置不规则。晶片厚度越小,高角度一侧舒缓越严重。由XRD衍射结果还可看出,不同产地的膨润土原胶体晶体厚度略有差异。样品衍射峰数目较少,是结晶高度不规则,该样品有些hk

9、l峰消失引起的。总体而言,XRD衍射峰仅(001)保持对称,而hkl峰几乎都弱而宽且不对称,表明各膨润土均有晶层不规则位移,部分失去三维规则性,蜕化为二维结构。191第3期 侯梅芳等:我国各地膨润土的矿物学性质 第21卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.表2 膨润土原胶体的XRD衍射特征数据Table 2The XRD data of the bentonite colloids编号d晶面间距/nm00100200302,1100400513,2004,2200706,3311.56740

10、.51310.44920.30720.25760.20130.150021.56740.51540.45010.31120.25290.21010.149831.76100.53270.46300.31770.25520.150141.60150.51600.45140.31450.25860.20220.150051.58430.51190.45050.31180.24700.21290.149861.55640.50780.44870.30780.25770.149671.57500.59130.51600.45010.29260.31250.25800.22390.150081.5455

11、0.51540.44780.31400.25690.22590.21210.149391.54340.58430.51540.44960.28900.30780.24560.22410.20200.1493101.56190.54170.51780.44870.30860.25660.1493111.56190.51660.44510.30950.25610.19800.1497121.56740.51370.44780.31200.25570.1496131.52950.57600.50610.44780.30680.25540.1494141.57880.50720.45050.31950

12、.25640.1503151.55090.51370.45010.32200.25800.23530.1500161.56740.51130.44870.31200.25390.1496171.55100.51430.44730.31070.25670.1496181.59010.50380.45510.31180.25740.22240.1500191.54010.50960.44830.31030.24870.1498201.53480.51540.44920.31030.25640.22800.18170.1501211.48300.44740.31220.25760.22780.198

13、00.1497221.45880.49650.44610.31180.25640.22820.19800.1492231.57300.50550.44690.25600.22810.18170.1490编号所对应的样品与表1的编号一致。此行数值为由衍射指数代表的晶面。图1 膨润土的X射线衍射图Fig.1Spectra of X2ray diffraction for bentonites291第3期 岩 矿 测 试 http:/ 第21卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.用d060特征峰的

14、数值可判断二八面体和三八面体蒙脱石,通常二八面体蒙脱石d060大约为0.149 00.152 0 nm,三八面体蒙脱石的d060约为0.153 00.155 0 nm。供试样品的d060值介于0.14930.1503 nm,故可知我国各地膨润土原胶体中所含蒙脱石均为二八面体。由膨润土的d001可大概推断其层间阳离子的类型,一般层间为Ca2+时,d001约为1.55 nm,而层间为Na+时,d001约为1.25 nm。由表2的XRD数据知,我国主要膨润土的d001值介于1.458 81.761 0 nm,均值为1.563 1 nm,说明总体上,供试样品呈Ca基膨润土的特征。但由于实验时,环境湿度

15、大,有可能Na基膨润土的d001值受湿度影响而增大。因此,仅由膨润土的d001值来判断样品的层间阳离子类型是不够的,还需要其他手段进行佐证。2.2 膨润土样品原胶体的物相组成根据XRD实验结果,利用K值法可得各样品的矿物组成及相对含量。如表1所示,各样品原胶体中蒙脱石含量均较高,平均达85.1%。其中,浙江缙云与江苏淳化白的样品中蒙脱石含量最高,达到99%;金昌的样品蒙脱石含量最低,仅55%,高岭石和石英的含量较高,这可能与成矿环境有关。蒙脱石是碱性介质条件下形成的不稳定的中间性矿物。碱性介质条件只有在封闭或半封闭的水循环系统中才能得到,干燥气候条件下的化学风化可以形成这种条件3;干旱半干旱的

16、地球化学环境中蒸发大于降水,则地表附近水体碱金属、碱土金属离子含量较高,易使高岭石转化为蒙脱石4。只有满足上述条件的矿床中形成与保藏的样品蒙脱石含量高。对于火山成因的矿床,普遍存在方石英,是火山物质富硅相在沉积蚀变过程中形成的。值得注意的是,不同颜色的同一产地和矿床的样品中江苏淳化白的蒙脱石含量(99.0%)与江苏淳化红的蒙脱石含量(95.5%)、新疆夏子街红的蒙脱石含量(70.5%)与新疆夏子街精(77.3%)以及辽宁黑山钠(86.9%)与辽宁黑山白(81.6%)较为接近外,其余均呈现出蒙脱石含量在不同颜色样品中的很大差异,如河南信阳红(96.5%)与河南信阳白(72.9%)、浙江余杭青(9

17、8.0%)与浙江余杭白(87.0%)以及吉林九台黄(94.6%)与吉林九台青(60.1%),尤其后者相差最大。这其中可能的原因是:尽管样品同属于相同的矿床类型甚至是同一矿床,但由于所处的矿层位置或者其局部的地球化学环境不同会导致样品的矿物组分及颜色有很大的差异。美国怀俄明海相火山沉积岩型矿床中,膨润土矿一般为蓝绿色、绿色、橄榄色、黄色、奶油色或白色,可因有机物污染成黑色,地表风化层由于氧化铁污染而变为棕黄色、红色或因淋滤而成漂白色,次生方解石侵染而呈蓝色和浅蓝-灰色;膨润土矿层往往由若干个不同粒级的单位组成,每个单位的粒度均由粗变细,单位界线不清,但颜色各有差异;颜色变化的部分原因是粗粒中含有

18、浅色或暗色矿物颗粒,如黑云母、石英沙粒,或在细粒级中含有铁系物等5。因此,在评价某一产地相同矿床的膨润土矿物时,应区别对待不同矿层或不同局部地球化学环境的矿样,尽量做到有的放矢,使各具特殊性质的膨润土矿样得到有效的开发。3 结语所测我国各产地膨润土的蒙脱石含量较高,样品的XRD图谱均明显呈现蒙脱石典型的(00l)和(hk)带衍射;d060特征峰的数值显示膨润土原胶体中所含蒙脱石均为二八面体;K值法测得甘肃金昌样品的蒙脱石含量最低(55%),浙江缙云与江苏淳化白样品的蒙脱石含量最高(99%),部分颜色有所不同但为同一产地相同矿床的膨润土矿物,可能因形成于不同矿层或不同局部地球化学环境,其矿物组成

19、、蒙脱石含量有较大差异。4 参考文献1 中华人民共和国国土资源部.1999年中国国土资源报告M.北京:海洋出版社,2000.159160.2 马毅杰,杨德涌.钙钠离子对蒙脱石晶格膨胀的影响J.矿物学报.1981,3:186191.3 王鸿禧.膨润土M.北京:地质出版社,1980.198199.4 周钦贤.外生风化条件下膨润土(蒙脱石)自然改型机理的认识J.浙江地质科技情报.1982,1:3444.5 栾文楼,李明路.膨润土的开发应用M.北京:地质出版社,1998.89.391第3期 侯梅芳等:我国各地膨润土的矿物学性质 第21卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Opti

20、cal Disc Co.,Ltd.All rights reserved.Mineralogical Properties of Various Bentonites in ChinaHOU Mei2f ang1,MA Bei2yan2,WAN Hong2f u2,ZHOU Guo2yi1(1.South China Institute of Botany,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510650,China;2.Guangdong Institute of Eco2environment and Soil Science,Guangzhou 5

21、10650,China)Abstract:X2ray diffraction analysis method was used to investigate the mineralogical properties of bentonitesfrom different regions of China.The contents of montmorillonite in bentonites were determined by K2valuemethod.The results show that the contents of montmorillonites in bentonites

22、 from different regions are highand with di2octahedral structure for most of them.It is also found that the differences in content of montmo2rillonites existed in samples with different color in the same deposit may be caused by the location of samplesand their local geochemical environments.Key wor

23、ds:bentonite;X2ray diffraction;mineralogy;montmorillonite欢迎征订 分析测试学报分析测试学报 是由中国分析测试学会主办的全国性学术刊物。刊登电子显微学、质谱学、光谱学、色谱学、波谱学及电化学等方面的分析测试新理论、新方法、新技术的研究成果,介绍新仪器装置及在医药、化工、商检、食品检验等方面实用性强的实验技术。适合科研院所、大专院校、医学、卫生以及厂矿企业分析测试工作和管理人员阅读。本刊一直列入中国科技期刊统计源,2000年再次入选为化学类核心期刊;1987年以来多次入选美国化学文摘千种表。被美国科学引文索引(SCI)引证的文献每年18篇以

24、上,此外还被英国皇家化学学会 分析文摘(AA)及 质谱公报(MBS)系统摘录。本刊为双月刊,国内外公开发行。国际标准刊号ISSN 1004-4957,国内刊号CN 44-1318/TH,国际刊名代码CODEN:FCEXES,国内邮发代号46-104,大16开,单价8.00元/册。请在全国各地邮局订阅。未在邮局订到者可直接向本编辑部补订。补订办法:请从邮局汇款至广州市先烈中路100号 分析测试学报 编辑部(邮编510070,电话020-87759776或87775600-3606),E-mail:fxcsxb ,写明订户单位、详细地址、收刊人姓名、邮编及补订份数(全年或某期)。491第3期 岩 矿 测 试 http:/ 第21卷 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co.,Ltd.All rights reserved.