分析粘土矿物X射线衍射相定量分析方法与实验.pdf

Chenmical Intermediate 当代化工研究 146百家争鸣201607 分析粘土矿物X射线衍射相定量分析方法与实验 ＯＯ 王倩1 方宏树2 （1.青海省第六地质矿产勘查院ＯＯ青海ＯＯ816000 2.青海省金矿资源开发工程技术研究中心ＯＯ青海ＯＯ816100） 摘要X射线衍射法是粘土矿物相定量分析的常用实验方法，本文首先就对此种方法的基本原理进行概述，最后结合实验，分析在粘土矿 物相定量的分析实验中采用X射线衍射法的应用价值。 关键词粘土矿物；X射线衍射；相定量分析；实验 基金项目青海省2016年创新平台建设专项基金，项目名称青海省金矿资源开发工程技术研究中心；项目编号2016-GX-G02。 中图分类号T 文献标识码A Analysis of Quantitative Phase Analysis and Experiment for Clay Mineral X-ray Diffraction Wang Qian1, Fang Hongshu2 1.The Sixth Institute of Geology and Mineral Resources of Qinghai,Qinghai, 816000 2.Gold Mine Resource Development in Qinghai Province Engineering Technology Research Center, Qinghai, 816100 AbstractXray diffraction is the common used experiment of clay mineral quantitative phase analysis. In this paper, it firstly makes a general summary of the basic principle of this kind of , finally combining with the experiment, makes analysis of the application value of using X-ray diffraction in the quantitative phase analysis experiment of clay mineral. Key wordsclay mineral；X-ray diffraction；quantitative phase analysis；experiment 每种物质的成分都有着带有其显著特性的衍射图谱， 其衍射强度往往与含量成正比，在如粘土矿物这种多种物质 的混合物中，每个物质成分其衍射图谱不会受到物质间的干 扰，这也就表明通过X射线衍射法进行定量分析是可行的。 以下本文就以粘土矿物X射线衍射相定量分析实验方法作为 研究对象，对其应用原理及价值展开较为深入的探讨，具体 如下。 一、粘土矿物X射线衍射相定量分析方法的相关概述 1.粘土矿物X衍射相定量分析的应用原理 采用X射线衍射进行粘土矿物的定性分析是将粘土矿物 样品通过X射线得到衍射特征，观测其中的强度、衍射图峰 型以及d值等，并与标准的粘土矿物类型的衍射特征进行比 较，如果和某种标准矿物粘土的衍射特征相符，那么就可对 粘土矿物样品的种属进行定性。 粘土矿物定量分析是在定性分析基础上，通过各类矿 物的衍射特征来计算其相对百分含量，即根据X射线衍射的 强度、衍射图峰型以及d值对粘土矿物进行定量分析。虽然 粘土矿物中所含有的物质成分众多，常见的主要有蒙皂石 （S）、伊利石（It）、伊利石与蒙皂石的间层矿物（I/S）、 高岭石（Kao）、绿泥石（C）以及绿泥石与蒙皂石的层间 矿物（C/S）等。但不同物质成分的衍射图谱不会受到物质 间的干扰，基于X射线衍射法的粘土矿物定量分析也正是以 此为基础所进行的实验分析。 2.粘土矿物X衍射相定量分析的基本操作 通常情况下粘土矿物采用X射线进行物相定量分析主要 有以下几个步骤 1将粘土矿物样品进行自然风干，进行风干样品分 析（N片分析）。2通过乙二醇饱和处理样品进行EG片分 析。3对样品加热550℃，并经恒温2小时处理，进行T片分 析。4以热稀盐酸进行样品处理，并实施H片分析。 以上每个分析步骤，都需要根据现行相关标准进行制备 处理。其中步骤1、2、3的N片分析、EG片分析以及T片 分析，是X射线衍射实验的必要3项分析。EG片分析的木器 是对粘土矿物进行膨胀性与非膨胀性的区分，以此分析不同 在不同膨胀度情况下的膨胀矿物。T片分析通过加热与恒温 2小时处理，目的是分析矿物经脱水处理后的d值变化。H片 分析通过热稀盐酸制备样品，是对高岭土、绿泥石等样品进 行区分。 综上，各分析步骤是基于样品特性以及衍射特征来制 定的，熟悉掌握各操作步骤，是对粘土矿石开展X射线衍射 定量分析的基础。通过上述分析步骤，能够有效得到衍射 峰高度、强度以及d值等相关数据，最后根据现行标准SY/ T5163-1995的计算公式，计算出各类粘土矿物的物质相对 百分含量。 二、粘土矿物X射线衍射相定量分析实验的操作方法 本次试验选取21件样品，各样品均制备至少5个试样， 共制备132个样品试样进行实验，具体操作如下。 1.粘土样品提取 以悬浮法对小于2μm的粘土样品进行提取，提取后 静置8h左右，为有效去掉碳酸盐以及有机质等影响实验结 果，可适量加入稀HCL、双氧水等。 2.自然风干片（N） 首先对样品进行12h左右的风干处理，样品涂层务必保 障均匀，如果太厚会导致加热处理后干裂无效，如果太薄则 会造成衍射强度不足，难以测量，将厚度控制在0.1mm左 右，并多备几组。 3.乙二醇饱和（EG） 为保证充分饱和，在恒温箱（40℃-50℃左右）中保温 至少7个小时，保证乙二醇的充分饱和。如果饱和不充分， 会导致衍射峰不稳定，影响测量结果。 147百家争鸣 Chenmical Intermediate 当代化工研究 201607 4.550℃加热（T） 样品通过马弗炉加热至550℃，加热完成后，恒温两个 小时，这个过程需要注意的是，加热处理需要慢慢升温，防 止样品因升温过急，而造成开裂无法进行实验。 5.实验测量 需要注意的是以上操作是同一个样品通过依次经过上述 操作步骤进行实验，而不是一个阶段操作采用1个样品的形 式。因此每个环节的实验都应当保证为同一放置方位，可做 标记。在测量时，需要每个样品的测量方法和基线选取是相 同的，对于半高宽需要选对称的衍射峰，对不对称的衍射峰 其窄边都应当乘以2，并注意重叠衍射峰的分离。 三、粘土矿物X射线衍射相定量分析实验的结果分析 本次实验共选取21件样品，各样品均制备至少5个试 样，共制备132个样品试样，取得102组有效数据，每个样 品得到3-6组有效数据，以平均值作为测定结果，部分结果 见下表1。从表中数据可以看出，这些测试有效数据大部分 满足现行标准的误差范围之内。 序号样品号KaoCItI/SS 1 ZK62- 7-1 229982512*5414/ 2 ZK62- 9-2 47616112413*236/ 3 ZK62- 8-1 3181462111*392/ 4 ZK62- 8-1 216114168554/ 5 ZK14- 3-2 1861191535612/ 6 ZK14- 6-8 363196256*207/ 表1 粘土矿物X射线衍射相定量分析实验的实验结果（） 注“*”表示测定的误差结果超过SY/T5163-1995的 规定范围，“/”表示没有检出。 为验证本次实验结果的准确性，将上述三个样品送到同 样标准的研究院实验室进行测试，具体结果见下表2。 序号样品号KaoCItI/SS 1ZK62-7-121886161050721 2ZK62-9-245517101310221421 3ZK62-8-1307145179383/ 4ZK62-8-120413318356532 5ZK14-3-2196128158581131 6ZK14-6-834630515319621 表2 研究院实验室粘土矿物X射线衍射相定量分析实验的实 验结果（） 通过以上量表对比可以看出，本次实验的实验结果与研 究院实验室的结果基本一致，其中S的实验结果未测出，主 要是因为S含量过低，仪器的灵敏度难以有效检测到的因素 所致。而表1中It含量偏高的原因，主要是因1.0nm峰重叠， 两个实验的分离标准差异所致。总体来看，实验结果较为理 想，但仍存在以下几点问题。 1.衍射强度失真问题 在X射线衍射实验过程中，一些样品因衍射强度失真问 题，导致无法取得有效的实验数据。造成这一问题的主要因 素包括择优取向以及消光效应等，如果样品粉末足够细的 话，那么消光效应的影响可以忽略，但择优取向会因晶体习 性等因素难以完全消除，如具有呈层状结构形态的晶体就可 能受到择优取向的影响，导致强度失真。 2.灵敏度方面的问题 在X射线衍射法中，如果粘土样品中某一物质成分的含 量低，那么其衍射强度也会随之减弱，如果实验仪器的灵敏 度不足，那么将难以测得相应的结果，如本次研究中各样本 中的S蒙皂石物相定量分析，没有测出结果。此外某吸收系 数较低的混合物基体中混有较多的吸收系数较高的物质时， 那么吸收系数较高的物质其衍射峰会较难察觉。如存在较多 高岭土（具有较高吸收系数），那么X射线衍射特征来看， 衍射峰较难察觉，而其中同时含有少量的吸收系数较低的石 英，石英的衍射峰则要明显的多。除以上因素会影响实验灵 敏度外，样品晶体本身的质量也会造成一定影响，因此总体 来看，X射线衍射实验灵敏度受到较多因素影响，灵敏度总 体较差。 3.样品结晶程度方面的问题 在实验中可以看出，结晶程度较差的样品其衍射线较 宽、且较为模糊，没有高角度谱线，这也成为了制约实验效 果的重要问题之一。 4.测量精度方面的问题 实验精度与实验条件、测量技术、重叠峰分峰等因素有 关，本次采用X射线衍射进行物相定量分析的实验结果与研 究院相比，精度较为良好，但It含量偏高，存在一定误差， 主要就是因分峰标准差异所导致，但精度误差基本能控制在 10左右，总体较为理想。 结束语 综上所述，虽然X射线衍射法应用在粘土矿物相定量的 分析实验并不能得到完全准确的定量，但因其操作简单、重 复性好，同时目前已形成一套较为完善的行业标准，且物相 定量分析主要的重点是明确粘土矿物种类以相对含量范围， 并没有较高的准确含量测量精度要求，因此从总体来看，仍 具有显著的应用价值，值得在粘土矿物中各物质种类以及变 化趋势的研究中推广应用。 参考文献 [1]曾蒙秀,宋友桂.麦夸特算法在X射线衍射物相定量分析中的应用 [J].地球科学中国地质大学学报,2013,02431-440. 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