在X-射線衍射中與白云母特征峰重合的高嶺土礦物組分測算

申益蘭，李 青（中國高嶺土有限公司，江蘇 蘇州 215151）

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在X-射線衍射中與白云母特征峰重合的高嶺土礦物組分測算

申益蘭，李 青
（中國高嶺土有限公司，江蘇 蘇州 215151）

【摘 要】針對高嶺土礦物在X-射線衍射分析過程中，組成礦物之間存在特征峰重合無法定量各組分含量的情形。該測算通過X-射線物相定量分析、化學成分分析、氧化物在礦物中所占比例等參數進行換算，計算出了高嶺土各組成礦物的含量。

【關鍵詞】高嶺土；白云母；X-射線衍射；特征峰重合；礦物組分

高嶺土主要由高嶺石或多水高嶺石(埃洛石)或它們二者的混合物所組成，同時也含少量其他的礦物，如云母、長石等[1]。在高嶺土資源調研過程中，通常會遇到化學成分分析的氧化鉀含量遠低于X-射線物相定量分析出的白云母、鉀長石中所含氧化鉀含量的情形。原因是在X-射線衍射過程中，白云母與珍珠陶土、白云母與多水高嶺石的特征峰部分重合[2]。通過X-射線物相定量分析一般只能對此進行定性分析[3]，其定量分析計算復雜且不夠精確，尤其是對特征峰重合的礦物，僅能定量出兩者的總量。這對判斷各地新發現的高嶺土礦物的應用領域和利用價值很不利。通過此項研究，能快速地解決這一難題。

1　測算過程

1.1 計算方法的基本原理

根據GB/T 14563-2008《高嶺土及其試驗方法》，檢測出高嶺土礦物中總的氧化硅、氧化鋁、氧化鉀、氧化鈉的含量，分別為m氧化硅＝a、m氧化鋁＝c、m氧化鉀＝d、m氧化鈉＝e；根據X-射線物相定量分析計算出高嶺土中所含礦物的組分及特征峰重合礦物的總含量。分別為鉀長石含量：Q鉀長石＝F，白云母與多水高嶺土總含量：E，或者白云母與珍珠陶土兩者總含量：G；在此類高嶺土礦物中，氧化鉀通常由白云母、鉀長石提供，氧化鈉通常由鈉長石提供。根據氧化物在礦物中所占的質量百分含量換算，可以由已知的氧化物含量計算出該礦物的含量，或由已知礦物的含量計算出礦物中所含所有氧化物的含量。最終計算出該高嶺土礦物中鈉長石的含量Q鈉長石、鉀長石的含量Q鉀長石、白云母的含量Q白云母、多水高嶺石的含量Q多水高嶺石、珍珠陶土含量Q珍珠陶土、高嶺土含量Q高嶺土。

1.2 計算過程

根據以上論述，已知各氧化物的分子量：M氧化鈉＝62、M氧化鋁＝102、M氧化鉀＝94，各礦物的分子量：M鉀長石＝278、M鈉長石＝262、M多水高嶺石＝290、M白云母＝398、M珍珠陶土＝258、M高嶺土＝516。得出如下計算結果。

(1) 鈉長石的含量：

Q鈉長石＝2×(M鈉長石/M氧化鈉)×m氧化鈉＝8.452e

鈉長石中Al2O3含量：

c1＝Q鈉長石×(M氧化鋁/2M鈉長石)×m氧化鈉=1.645e

(2) 鉀長石中Al2O3含量：

c2＝Q鉀長石×(M氧化鋁/2M鉀長石)=0.183F

鉀長石中K2O含量：

d1＝Q鉀長石×(M氧化鉀/2M鉀長石)=0.169F

(3) 白云母中K2O含量：

d2＝d-d1=d－0.169F

白云母的含量：

Q白云母＝2×(M白云母/M氧化鉀)×(d－0.169F)

=8.468d-1.440F

白云母中Al2O3含量:

c3＝Q白云母×(3M氧化鋁/2M白云母)=3.255d-0.554F

(4) 當特征峰重合的礦物為白云母與多水高嶺土時，多水高嶺土含量：

Q多水高嶺石＝E-Q白云母＝E-8.468d+1.440F

多水高嶺石中Al2O3含量：

c4＝Q多水高嶺石×(M氧化鋁/M多水高嶺石)

＝0.352E-2.978d+0.506F

該粘土礦物中Al2O3存在于白云母、多水高嶺石、鉀長石、鈉長石、高嶺土中，因此該粘土礦物中氧化鋁含量為：

c5＝c-c1-c2-c3-c4

=c-0.277d-1.645e-0.325E-0.135F

高嶺土含量：

Q高嶺土＝c5×(M高嶺土/2M氧化鋁)

＝2.529c-0.701d-4.160e-0.822E-0.341F

(5) 當特征峰重合的礦物為白云母與珍珠陶土時，計算出珍珠陶土的含量為：

Q珍珠陶土＝G-Q白云母＝G-8.468d+1.440F

珍珠陶土中Al2O3含量：

c6＝Q珍珠陶土×(M氧化鋁/M珍珠陶土)

=0.395G -3.345d+0.569F

該粘土礦物中Al2O3存在于白云母、珍珠陶土、鉀長石、鈉長石、高嶺土中，因此該粘土礦物中氧化鋁含量為：

c7＝c-c1-c2-c3-c6

=c-1.645e+0.09d-0.395G-0.198F

高嶺土含量：

Q高嶺土＝c7×(M高嶺土/2M氧化鋁)

＝2.529c-4.160e+0.228d-0.999G-0.501F

2　結果驗證與討論

以高嶺土調研工作過程中所遇到的球土和YD15兩種高嶺土礦為例進行驗證討論，其分別代表多水高嶺石與白云母特征峰重合、珍珠陶土與白云母特征峰重合的兩種情形。運用傳統的X-射線衍射儀掃描出球土和YD15的衍射圖譜(見圖1、圖2)，并計算出組成礦物的大致含量。運用GB/T14563-2008《高嶺土及其試驗方法》，檢測出高嶺土礦物中總的氧化鋁、氧化鉀的含量。通過本方法計算出高嶺土礦中組成礦物的含量及氧化鋁和氧化鉀的含量。三者各項含量的對比如表1和表2所示。

圖1　球土的X-射線物相定量分析圖

圖2　YD15的X-射線物相定量分析圖

表1　球土中礦物及氧化物含量X-射線物相定量分析數據與計算數據對比

表2　YD15中礦物及氧化物含量X-射線物相定量分析數據與計算數據對比

根據表1和表2的對比分析可知：X-射線物相定量分析所得礦物中氧化物的含量與檢測數據有較大差異，而計算所得礦物中氧化物的含量和檢測數據完全吻合，由此證明了計算所得各礦物的含量更為準確。通過計算可以得出高嶺土中每個組成礦物的含量，而X-射線物相定量分析則不能。

3　結論

當高嶺土中出現白云母與多水高嶺土或白云母與珍珠陶土特征峰重合時，無法通過X-射線物相定量分析得出各組成礦物的含量。通過X-射線物相定量分析、化學成分分析、氧化物在礦物中所占比例等參數進行換算，根據得出的公式可以快速地計算出高嶺土中各組成礦物的含量。以此為例，在粘土礦物調研過程中，遇到特征峰有重合的情形，可以通過以上測算過程，計算出粘土礦物中各組成礦物的含量。

【參考文獻】

[1]科林·M·布里斯托,李勇.世界高嶺土的成因、開發與應用[J].非金屬礦,1988(6):23-24.

[2]申益蘭,蔣國明,袁金剛,等.一種針對特征峰重合的粘土礦物組分定量測算方法:中國,CN201310074519.X[P].2013-03-08.

[3]南京大學地質學系礦物巖石學教研室.粉晶X-射線物相分析[M].北京:地質出版社,1980:158-168.

【礦產資源】

【市場動態】

Measurement of Kaolin Components Whose Characteristic Peaks Overlaps With White Mica in X-ray Diffraction

SHEN Yi-lan, LI Qing
(China Kaolin Clay Co., Ltd., Suzhou 215151, China)

Abstract:In X-ray diffraction analysis of kaolin, overlaps between the characteristic peaks of its mineral compositions lead to failure in quantifying the content of each component. For this problem, the method in this paper finally realizes calculation of the contents of all kaolin compositions through quantitative X-ray phase analysis, chemical composition analysis, and conversion of parameters such as the proportion of oxides in minerals.

Key words:kaolin; muscovite; X-ray diffraction; overlapping of characteristic peaks; mineral composition

【收稿日期】2015-02-09

【文章編號】1007-9386(2015)03-0018-02

【文獻標識碼】A

【中圖分類號】P578.965