几种典型粘土矿物的X射线定性分析_范学运.doc

中国陶瓷工业CHINA CERAMIC INDUSTRY 2000年12月 第7卷4期Dec. 2000 Vol. 7, No. 4 文章编号1006-28742000 04-0037-05 几种典型粘土矿物的X 射线定性分析 范学运 景德镇陶瓷学院材料工程系, 333001 摘 要 针对在X 射线的衍射测试中, 有时会出现不同粘土矿物的重迭峰现象, 不易正确定性判断矿物类型的问题, 本文采用不同的样品处理方法, 使高岭石、蒙脱石、绿泥石显示出各自特有的衍射特征, 并以此将它们正确区分开。 关键词 粘土矿物, 样品处理, X 射线衍射, 定性分析中图分类号TQ174.1 文献标识码B 明显, 若根据这样的衍射图显然是无法正确鉴定其中的粘土矿物。为此, 本实验所用样品事先都进行了分散、淘洗, 提取其中小于2微米的粘土细颗粒, 再来进行如下的各种处理。 样品处理方法是用甘油饱和样品; 样品经650e 加热2h; 样品加浓HCl 在85e 搅拌处理2h 。 1 引 言 大多数的粘土矿物都是由呈六方形网孔状排布的硅-氧四面体层和紧密堆积的铝或 镁-氢氧八面体层结合而成层状, 由于粘土晶体结构和键性上的相似结构特点, 有时某些粘土矿物会出现一些彼此类似的X 射线衍射数据, 给X 衍射的数据分析带来一定的困难。 本文主要矿对高岭石、绿泥石以及蒙脱石这三种典型粘土矿物分别采用各种不同的样品处理方法, 使得它们显示出各自特有的某种性质, 以此来区分这些衍射数据类似的粘土矿物。众所周知, 粘土岩中除了含有各种粘土矿物外, 还会含有部分石英和长石等矿物, 它们的存在往往会使粘土矿物的衍射峰强度减弱, 甚至会使粘土矿物的某些衍射峰变得极不 2 三种粘土矿物X 射线衍射特征 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1B 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600e 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。 图1 高岭石X 射线衍射图Fig. 1 X-ray diffractogram of kaolinite 图2 高岭石加热处理后的X 射线衍射图 Fig. 2 X-ray di ffractogram of kaolini te after heat treatment 收稿日期2000-09-20作者简介范学运, 女, 讲师 中 国 陶 瓷 工 业 2000年第4期38 高岭石的X 射线衍射图非常有特征, 如图1所示, d 0017. 15 , d 0023. 57 , d 0032. 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甘油饱和以及用酸处理后不会影响层间结构, 其衍射测试结果与图1相同。但是如果将高岭石加热至650e 后保温2h, 再进行测试, 得出了完全不同的结果, 如图2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2B 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JC PDS 卡片中查证, 蒙脱石 的d 001值在12-15 范围波动, 这也是蒙脱石的一大特征峰。如图3所示为某地蒙脱石的衍射图谱, 其d 001为14. 5 。 实验中将蒙脱石在650e 加热2h 后, 进行衍射测试, 发现其衍射峰明显移向高角度, d 001约变为10 左右, 如图4所示; 而用浓HCl 加热处理后, 衍射测试结果并没有改变d 001值, 仍然是15 左右, 说明酸处理后的蒙脱石结构并未改变。为了寻找蒙脱石的层间膨胀性, 本次实验将蒙脱石分别用水溶液和甘油饱和, 然后进行衍射测试。发现用水溶液饱和的蒙脱石, 其001层间距可增至16 左右, 而用甘油饱和的蒙脱石001层间距可增至18 左右, 测试结果如图5, 由此可见, 有机溶液甘油更易进入蒙脱石层间。这也是蒙脱石的一大特有性质。我们可利用蒙脱石的这一性质, 将蒙脱石与其它的粘土矿物区分开。2. 3 绿泥石的衍射特征 绿泥石矿物属2B 1B 1 型层状结构硅酸盐矿物。类质同象 图3 蒙脱石X 射线衍射图 Fig. 3 X-ray diffractogram of montmorillonite 图4 蒙脱石加热处理后的X 射线衍射图 Fig. 4 X-ray diffractogram of montmorillonit after heat treatment 图5 蒙脱石用甘油饱和后的X 射线衍射图 Fig. 5 X-ray diffraction pattern of montinorillonite saturated by glycerine 转换十分普遍, 层间电荷不定, 层间不易膨胀。如图6为结晶良好的铁质绿泥石衍射图, 具有d 00114. 2 , d 0027. 1 , d 0034. 7 , d 0043. 53 等一系列强而清晰的001型底面反射特征。 处理后, 进行测试, 其衍射图分别如图6、图7、图8, 用甘油饱和的绿泥石样品与未经处理的绿泥石样品其衍射峰相同, 说 明绿泥石不能吸附甘油, 从而也证明了绿泥石的层间不易膨胀; 650e 加热2h 的绿泥石样品中, 原来的14. 2 衍射峰微微8, 图8所显示的衍射结果说明绿泥石的晶体结构已被破坏, 其001特征峰基本上消失, 说明绿泥石能溶解在热的浓HCl 中。我们将这三种粘土矿物的衍射特征数据和实验结果分别列表作一比较, 从表1不难看出, 高岭石和绿泥石以及蒙脱石和绿泥石, 它们彼此有着重迭的衍射峰和相近的衍射数据, 如果不加以特别的处理, 是很容易混淆的。而表2则为我们区别粘土矿物的重迭峰提供了有力的实验数据。 表1 三种粘土矿物d 001 X 射线衍射特征数据库Table 1 Characteristic datebase of the X-ray diffractogram of three clay minerals d 001 矿物名称 高岭石蒙脱石绿泥石 d 0017. 1514. 514. 2 7. 1d 0023. 57 d 0032. 344. 54. 7 3. 53d 004 图6 绿泥石X 射线衍射图Fig. 6 X-ray diffractogram of chlorite 图7 绿泥石热处理后的X 射线衍射图 Fig. 7图 X-8 ray 绿泥石diffractogram 酸处理2of 小时后的the chlorite X 射线衍射图after heat treatment Fig. 8 X-ray diffractogram of the chlorite after acid treatment for zhrs 表2 样品处理后衍射峰的变化情况 Table 2 Variation of X-ray diffraction peak after treatment 处理方法高岭石蒙脱石绿泥石 甘油饱和衍射峰不变度移动衍射峰不变 650e 保温2h 衍射峰消失度移动 85e 浓HCl-2h 衍射峰不变衍射峰不变 3. 1 高岭石和绿泥石的区分 高岭石的d 0017. 15 和d 0023. 57 的衍射峰很容易分别与绿泥石的d 0027. 1 和d 0043. 53 重合; 尤其是与含铁较多的绿泥石更易混淆, 这种绿泥石的14. 2 和4. 7 衍射峰较弱, 而7 和3. 53 衍射峰较强。但是, 对于大多数的绿泥石来说都具有一系列清晰的001型衍射峰, d 00114. 2 , d 0027. 1 , d 0034. 7 , d 0043. 53 。因此, 只要有这四个较强的衍射峰出现, 绿泥石的存在便可确定无疑。一般来说, 样品中的绿泥石成份是比较容易鉴定的, 关键是在已确定含绿泥石的样品中, 如何判断是否还有高岭石的存在。 根据上述分析及实验结果, 可采取两种方法 1 将样品用浓HCl 加热至85e , 恒温2h 后, 用蒸馏水搅 001衍射峰向低角001衍射峰向高角 衍射峰稍稍后移特征峰消失 3 定性分析方法 拌洗涤数次, 离心沉淀, 烘干再作X 射线分析, 若14. 2 和4. 7 衍射峰消失, 而7. 1 和3. 5 左右的衍射峰仍然存在, 便说明样品中除绿泥石外还含有高岭石。 2 将X 射线衍射的扫描速度放慢, 精确测定高岭石的002和绿泥石004衍射峰的d 值。一般来讲, 高岭石d 002为3. 56-3. 58 , 而绿泥石的d 004为3. 53 ; 这虽是一种比较方便而快速的鉴定方法, 但该方法受混合物中高岭石和绿泥石两者的相对含量和它们的结晶程度好坏的限制, 如果其中一种矿物的相对含量少, 结晶程度差, 或两者的结晶程度都较差, 用这种方法来分解3. 5 迭合峰还是很困难的。3. 2 绿泥石和蒙脱石的区分 当样品未经处理时, 这两种矿物的X 射线衍射图上都可能出现14 左右的d 001衍射峰, 无法区分开来。这时只须将甘油慢慢滴入制好的样品, 并使其饱和, 再进行测试。蒙脱石d 001可增至18 左右, 而绿泥石仍为14 左右。 粘粒制样后慢慢滴入甘油, 并使其被甘油充分饱和后进行测试, 衍射图如图9, 各衍射峰相应的d 值分别为18. 01 , 14. 26 , 8. 68 , 7. 12 , 4. 74 , 3. 71 , 3. 58 , 3. 35 , 2. 83 。从上面的分析可知18. 01 为蒙脱石001的d 值; 14. 26 , 7. 12 , 4. 74 , 3. 58 为绿泥石的001, 002, 003, 004的d 值, 此时, 基本上可判断该粘土岩中含有蒙脱石和绿泥石; 至于高岭石因其001和002衍射峰分别与绿泥石的002和004衍射峰重迭, 故不易确定。但由于其3. 58 衍射峰的存在, 可初步确定样品中含有高岭石。为进一步确定高岭石的存在, 将样品用热浓HCl 处理2h 后, 再制成甘油饱和样品, 进行X 衍射测试, 结果如图10。很明显, 14. 2 和4. 74 衍射峰消失, 7 左右和3. 58 衍射峰依然存在原来的7. 12 已变为7. 18 , 说明样品中还含有高岭石, 但无论从峰的形状和峰的强度来看, 都比未经HCl 处理的弱, 因此, 其中高岭石的含量较少。 F-01样品的鉴定结果为以绿泥石为主, 并含有少量蒙脱石和高岭石。 图9、图10中的t 为蒙脱石衍射峰, o 为绿泥石衍射峰, 为高岭石衍射峰。 4 粘土矿物分析鉴定实例 样品号F-00鉴定一灰绿色粘土岩中的粘土矿物。样品捣碎分散后, 提取小于2微米的粘粒, 粘粒试样编号为F -01。用CuKa 辐射进行X 射线衍射分析。测试管电压为35kV, 管电流为20mA, 扫描速度为0. 03deg P sec 。 5 结 论 图9 F-01样品用甘油饱和后的X 射线衍射图 Fig. 9 X-ray diffractogram of F-01sample saturated by glycerine 图10 F-01样品经热浓盐酸处理再用甘油饱和后的X 射线衍射图 Fig. 10 X-ray di ffractogram of tool sample treated by strong hydrochloric acid and then saturated by glycerine X 射线分析对粘土矿物的鉴定来讲, 是最基本也是最有效的方法, 本文力图在制样过程中, 根据不同的目的来选择样品的处理方法, 获得理想的粘土矿物X 射线衍射图, 并正确 鉴定和区分各种粘土矿物。希望对粘土矿物的衍射测试分析工作有所帮助。 2000年第4期 中 国 陶 瓷 工 业 41 参 考 文 献 1 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 2 南京大学地质学系矿物岩石学教研室编. 粉晶X 射线物相分析. 北京地质出版社, 1980. 12 3 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 4 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 X -RAY DIFFRACTION QUALITATIVE ANALYSIS OF SOME TYPICAL CLAY MINERALS Fan Xueyun Department of Material Engineering, Jingdezhen Ceamics Institu te, 333001 ABSTRACT In x-ray di ffracti on survey, sometimes we cannot judge categories of mineral correctly because of the appearance of overlapped apex of diversified clay mi neral. In this paper ,we explain diversified samples . handling way , by which special diffraction charac -ter of Montmorillonite, Pennan tite and Kaoli nite was shown, and they can be di stinguished correctly. KEY WORDS caly mineral, sample handlin g , X-ray diffraction, qualitative analysis Received dataSep. 20, 2000 About the authorFan Xueyun, wo man, lecture 上接第33页 简易/填料加工器0经实践检验, 使用便捷, 加工填缝料质量优良。 4 SiC 棚板收缩缝填料的理论, 本文只作了粗浅的探讨和解析, 还有待于借助现代化的检测设备和手段深入研究。 参 考 文 献 1 梁裕训等译. 碳化硅耐火材料. 北京冶金工业出版社, 19812 王鸿藻编著. 耐火材料原料. 北京科技卫生出版社, 1958 3 日本国窑业协会中国四国支部耐火物技术协会中国四国支部共 著. 耐火物技术协会 , 1986. 8 STUDY ON THE FILLERS FOR SIC SLAB CONSTRACTION JOINT AND THEIR APPLICATION IN PRODUCTION Hu Haiquan Light Industrial Ceramic Research Institu te, 333001 Zhan g Zhilian g Zhang Xu Ding Xingliang Chen Jianhua Hi gh-grade Kiln Furniture Factory of Jingdezhen Ceramics Co. , Ltd, 333000 ABSTRACT T he product . s defect of kiln dirt and dust pollution can be easily caused d ue to the existence of con traction joints of SiC slab. T emperature di fferences is also resulted in by the uneven flame in the upper layer of the combustion chamber.The fillers for the contraction joint is developed in order to solve this problen. After practice for over 100times, it shows that the defect of crack and peeling off is avoided. KEY WORDS SiC slab, construction joint, kiln dirt pollution, filler Received dataApril. 20, 2000 s enior neer