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差热 、XRD、红外光谱在粘土矿物测试中的应用 资环研0501 朱国庆 摘要伴随粘土矿物的的广泛应用，测试技术也有了新的发展。粘土矿物成分复杂多样，对其化学组成、矿物种类的鉴定方法也不尽相同。本文通过采用差热分析、X射线衍射及红外光谱，得到它们的特征图谱，由此对高岭石和蒙托石进行区别鉴定。 关键词差热 XRD 红外光谱 1 . 差热分析法 差热分析法是将粘土粉末与热中性体α-Al2O3分别置于高温炉中。在加热过程中，矿物发生吸热或放热效应，而中性体则不发生此类效应。将两者的热差通过热电偶，借电流计记录的差热曲线进行分析，见图1。曲线上明显的峰谷分别代表矿物在加热过程中的放热和吸热效应，不同的矿物在不同的温度条件下有不同的热效应。高岭石的差热曲线（图a）是在400～650℃时开始失去结构水，呈出一尖锐的吸热谷。这时高岭石的结构水被破坏，形成非晶质的偏高岭石。当加热到930～980℃时，有一尖锐的放热峰，这是由无定形氧化铝重结晶为γ-Al2O3或富铝红蛭石和硅线产生的。 蒙脱石的差热曲线（图b）上出现“三谷一峰”，即出现3个吸热谷和1个放热峰。第1个吸热谷发生在100～300℃是逸出层间吸附水的反应；第2个吸热谷发生在550～750℃，是逸出结构水的结果，第3个吸热谷发生在900～1000℃，此时晶体结构已彻底遭到破坏，随后是矿物重结晶，形成新的矿物尖晶石和石英等，即出现1个放热峰。利用高岭石和蒙脱石在差热曲线形状上的差异，即可分辩其矿物种类。 （a） 高岭石差 （b） （c） （d） （e） （f） （g） （h） （i） （j） （k） （l） （m） （n） （a）高岭石差热曲线 （b）蒙托石差热曲线 图1 粘土矿物差热分析曲线 2. X射线衍射分析法 各种物质的原子受到高能辐射激发时，即发射出具有一定波长特征的X射线谱线。X射线衍射分析主要是根据面网间距d和强度I来鉴别各种不同矿物质的，其中d根据吴尔夫-布拉格公式dnλ2sinθ计算。式中n为衍射的级次;λ为入射线的波长;θ为衍射角。 高岭石与蒙脱石的I，d值如表1。 表1 高岭石与蒙脱石的I，d值 2.1 高岭石的X衍射特征 高岭石是高岭土中的主要矿物，属1∶1型层状结构硅酸盐粘土矿物，晶体结构中无阳离子的类质同相取代，故层间电荷为0，该矿物在遇水后，层间不产生膨胀现象。但高岭石加热至600℃以上即开始脱水形成无定形的烧高岭。因此，可利用高岭石的这些特点将其与蒙脱石区分开。 高岭石的X射线衍射图非常有特征，如图2所示，d0017.15 ，d0023.57 ，d0032.34 是其特征峰，特别是001面和002面的衍射峰呈尖锐的形状。实验中发现高岭石用酸处理后不会影响层间结构，其衍射测试结果与图2相同。但是如果将高岭石加热至650℃后保温2h，再进行测试，得出了完全不同的结果，如图3所示，高岭石的特征峰消失，说明此时高岭石已经分解，样品为非晶态物质。 2.2 蒙脱石的衍射特征 蒙脱石的结构属2∶1型层状结构的硅酸盐矿物，层间具有一定的不饱和电荷，可吸附外来阳离子补偿中和，且层与层间主要靠所吸附的可交换离子来结构，故晶格活动性大，层间能吸附水分子或有机溶液，并导致整个晶格沿C轴膨胀。由于底面间距随层间溶液性质和可交换阳离子种类的不同而变化，因此，衍射数据中001反射面的数据是不一定的，可在一定范围内变化，这一点我们可以从JCPDS卡片中查证，蒙脱石的d001值在12-15 范围波动，这也是蒙脱石的一大特征峰如图4所示为某地蒙脱石的衍射图谱，其d001为14.5 。 实验中将蒙脱石在650℃加热2h后，进行衍射测试，发现其衍射峰明显移向高角度，d001约变为10 左右，如图5所示而用浓HCl加热处理后，衍射测试结果并没有改变d001值，仍然是15 左右，说明酸处理后的蒙脱石结构并未改变。 3. 红外吸收光谱分析法 物质在受到具有连续波长的红外光照射时，该物质因其质点分子间振动频率不同，而对各种波长的红外线吸收能力就不一样。将粘土矿物吸收的红外线辐射的百分率和相对应的X 射线的波长或频率绘制成曲线，见图6、图7，就可用来鉴定粘土矿物的种类。 图6 高岭石红外吸收曲线 图7 蒙托石红外吸收曲线 4． 结语 用现代测试方法鉴别粘土矿物的种类,测试结果稳定,重复性好,误差较小,可有效地用于指导生产,对有关的实验技术人员可起到有益的借鉴作用。 Abstract With the extensive application of clay minerals, there has been new developments in testing technology. The composition of clay mineral is complex and diverse, the s of identify their chemical elements and mineral species also is different. In the article, through uses Differential Thermal Analysis, X-ray diffraction, and infrared spectral analysis, get their characteristic atlas, and to identify Kaolinite and Mengtuo Shek. 参考文献 [1] 范学运. 几种典型粘土矿物的X射线定性分析.中国陶瓷工业.2000年12月第7卷4期. [2] 杨南如主编.无机非金属材料测试方法.武汉工业大学出版社.1990 [3] 李华瑞主编.材料X射线衍射分析实用方法.北京冶金工业出版社,1994 [4] 叶大年,金成伟编著.X射线粉末法及其在岩石学中的应用.北京科学出版社,1984.4 [5] 地质部情报研究所编.矿物岩石的可见光－中红外光谱及应用. 北京地质出版社,1980