河南海泡石礦礦物組成及定量分析研究

王盤喜，劉新海，卞孝東，馬 馳

（1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006）

河南海泡石礦礦物組成及定量分析研究

王盤喜1,2，劉新海1，卞孝東1，馬 馳2

（1.中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州 450006；2.國家非金屬礦資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450006）

粘土類非金屬礦成分復(fù)雜，對(duì)礦物的準(zhǔn)確定量比較困難。本文通過手標(biāo)本、薄片觀察，X-射線衍射和電子探針分析，確定了河南西峽和內(nèi)鄉(xiāng)海泡石原礦礦物組成，利用原礦化學(xué)分析結(jié)果、參考X射線衍射結(jié)果綜合平衡計(jì)算了海泡石礦石的準(zhǔn)確礦物量。

海泡石；纖維狀；礦物組成；礦物定量

海泡石的結(jié)構(gòu)通式為Mg8(H2O)4[Si6O15]2(OH)4·8H2O，其中MgO 24.89%、SiO255.65%、H2O+8.34%、H2O-11.12%，由于其特殊的結(jié)構(gòu)，使其具有比表面積大、一定的膨脹性、較好的陽離子交換性能、良好的吸附性、抗鹽性、流變性、抗溫性和催化性能。海泡石的特殊結(jié)構(gòu)性能使其廣泛用于環(huán)境污染治理、農(nóng)業(yè)及農(nóng)副產(chǎn)品加工、化工催化劑及其載體、建筑方面、造紙、漂白劑、除臭劑、吸毒劑、酒水的凈化劑等方面。本文重點(diǎn)對(duì)河南海泡石礦的礦物組成及其定量進(jìn)行分析研究。

1 礦石基本特征

1.1 礦石類型

河南海泡石礦在內(nèi)鄉(xiāng)和西峽較為發(fā)育，屬熱液型纖維狀海泡石，呈脈狀或網(wǎng)脈狀產(chǎn)出。海泡石含礦層呈層狀、似層狀產(chǎn)于白云石大理巖、含石英條帶狀白云石大理巖和糜棱巖化長英巖脈中。含礦層在形態(tài)上一般比較規(guī)則、連續(xù)，但分布在含礦層中的纖維狀海泡石單脈的尖滅再現(xiàn)、膨大縮小現(xiàn)象十分常見。

根據(jù)海泡石礦石的性狀將海泡石礦分為軟質(zhì)海泡石、硬質(zhì)海泡石、半軟質(zhì)海泡石、土狀海泡石和塊狀海泡石：①軟質(zhì)海泡石呈白色，絲絹光澤，以縱纖維、斜纖維形態(tài)生長，柔性好。纖維較長，可達(dá)10～20cm，劈分性好，纖維強(qiáng)度較大，透水后纖維變軟且滑膩，強(qiáng)度降低；②硬質(zhì)海泡石一般為灰黃色，土狀光澤，纖維硬脆，不易劈分，搓之可成碎末；③半軟質(zhì)海泡石介于硬質(zhì)海泡石和軟質(zhì)海泡石之間；④土狀海泡石呈白色，土狀光澤，礦物成分以方解石和滑石為主，海泡石含量較低，纖維細(xì)小；⑤塊狀海泡石呈白色，微細(xì)粒結(jié)構(gòu)，局部纖維狀結(jié)構(gòu)，油脂光澤、玻璃光澤，礦物成分以方解石、滑石和白云石為主，含有少量的海泡石。

1.2 結(jié)構(gòu)及構(gòu)造

海泡石原礦的主要結(jié)構(gòu)類型為纖維狀、鱗片狀、它形粒狀、纖片狀、顯微粒狀和半自形粒狀等結(jié)構(gòu)。

海泡石原礦的主要構(gòu)造類型為片狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造和網(wǎng)脈狀構(gòu)造。軟質(zhì)海泡石礦石、個(gè)別硬質(zhì)海泡石礦石主要由海泡石、滑石、方解石、白云石、蒙脫石、綠泥石和伊利石等礦物組成，它們呈連續(xù)的平行排列，形成片狀構(gòu)造；半軟質(zhì)、硬質(zhì)海泡石礦石主要由海泡石、滑石、方解石、白云石、透閃石、蒙脫石、綠泥石和伊利石等礦物組成，礦物排列無次序、分布均勻，形成塊狀構(gòu)造；晚期熱液形成的方解石充填海泡石礦石微裂隙中形成細(xì)脈狀構(gòu)造；晚期熱液形成的碳酸鹽沿海泡石礦石中的網(wǎng)狀微裂隙充填形成網(wǎng)脈狀構(gòu)造。

2 礦石物質(zhì)組分特征分析

本研究共采集了產(chǎn)自河南的不同產(chǎn)地的7個(gè)海泡石試驗(yàn)樣品，分別為西峽軟質(zhì)海泡石(XXR-01)、半軟質(zhì)海泡石(XXB-01)、硬質(zhì)海泡石(XXY-01)和土狀海泡石(XXT-01)，內(nèi)鄉(xiāng)塊狀海泡石(NXK-01)、內(nèi)鄉(xiāng)七里坪硬質(zhì)海泡石(QLPY-01)和七里坪軟質(zhì)海泡石(QLPR-01)。

2.1 化學(xué)多項(xiàng)分析

河南海泡石原礦化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果見表1。

表1 河南海泡石原礦化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果(%)

由化學(xué)多項(xiàng)分析結(jié)果可知，河南海泡石原礦中以SiO2、MgO、CaO以及燒失量為主，Al2O3、Fe2O3、K2O和Na2O等組分含量較少。

2.2 礦物組成及其定量

2.2.1 礦物組成

對(duì)河南省海泡石原礦進(jìn)行X-射線衍射分析，分析結(jié)果顯示(見表2)海泡石原礦主要組成礦物為方解石、海泡石、滑石、白云石、角閃石、蒙脫石、綠泥石和石英，個(gè)別海泡石礦含有蛇紋石和伊利石。西峽土狀海泡石礦中海泡石含量較低，僅為9%，內(nèi)鄉(xiāng)塊狀海泡石原樣未檢出海泡石。顯微鏡下薄片觀察顯示內(nèi)鄉(xiāng)塊狀海泡石原樣中有少量海泡石。通過電子探針分析確定原礦中角閃石礦物為透閃石，綠泥石礦物為淡斜綠泥石，偶見磷灰石。

表2 河南海泡石原礦X-射線衍射分析結(jié)果(%)

綜合手標(biāo)本觀察、薄片觀察， X-射線衍射分析和電子探針分析，確定海泡石原礦中主要礦物為海泡石、方解石、滑石、白云石和透閃石，次要礦物為蒙脫石、淡斜綠泥石和石英，個(gè)別海泡石礦含有少量蛇紋石和伊利石，偶見磷灰石。

2.2.2 礦物定量

(1) 定量方法。

海泡石原礦的礦物組成主要為海泡石、方解石、滑石、白云石、透閃石、蒙脫石、綠泥石、石英、蛇紋石和伊利石。以上礦物可以分為①含Al礦物：綠泥石、蒙脫石和伊利石；②含Ca礦物：方解石、白云石和透閃石；③含Mg礦物：海泡石、滑石、白云石、綠泥石、透閃石、蒙脫石、伊利石和蛇紋石；④含Si礦物：海泡石、滑石、綠泥石、石英、透閃石、蒙脫石、蛇紋石和伊利石。

1個(gè)氧化鎂(MgO)分子，可對(duì)應(yīng)于1/8個(gè)海泡石礦物分子，它們之間的分子量之比為1∶4.02。假設(shè)海泡石礦中，海泡石礦物、氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵及其他氧化物、水和揮發(fā)分的含量分別用WSpe，WMgO，WCaO，WSiO2，WAl2O3，WFe2O3，W等表示，則可得到由氧化鎂的含量換算海泡石礦物的含量的關(guān)系式：WSpe=4.02WMgO。同理，可以得到其他礦物含量與氧化物含量之間的換算關(guān)系，分別為①含Al礦物與三氧化二鋁的關(guān)系：綠泥石WChl=7.05WAl2O3，蒙脫石WMnt=8.88WAl2O3，伊利石WHyd=3.55WAl2O3；②含Ca礦物與氧化鈣的關(guān)系：方解石WCal=1.78WCaO，白云石WDol=3.29WCaO，透閃石WTr=7.27WCaO；③含Mg礦物與氧化鎂的關(guān)系：滑石WTlc=3.14WMgO，蛇紋石WSrp=2.29WMgO。

計(jì)算海泡石原礦中礦物量的步驟如下：

第一步，利用化學(xué)分析結(jié)果中的Al2O3含量，結(jié)合衍射分析結(jié)果中各含鋁礦物的比例計(jì)算Al2O3在各礦物中的百分含量，然后利用各含鋁礦物含量與三氧化二鋁含量之間的換算關(guān)系，計(jì)算出含鋁礦物綠泥石、蒙脫石和伊利石的百分含量。

第二步，利用化學(xué)分析結(jié)果中的CaO含量，結(jié)合衍射分析結(jié)果中各含鈣礦物的比例計(jì)算CaO在各礦物中的百分含量，然后利用各含鈣礦物含量與氧化鈣含量之間的換算關(guān)系，計(jì)算出含鈣礦物方解石、白云石和透閃石的百分含量。

第三步，根據(jù)第一步和第二步確定的礦物含量，計(jì)算出含鎂礦物白云石、綠泥石、透閃石、蒙脫石和伊利石中消耗的MgO百分含量，利用化學(xué)分析結(jié)果中MgO的百分含量減去以上礦物中消耗的MgO百分含量，剩余的MgO為海泡石、滑石和蛇紋石礦物中的MgO百分含量。

第四步，根據(jù)第一步和第二步確定的礦物含量，計(jì)算出含硅礦物綠泥石、透閃石、蒙脫石和伊利石中消耗的SiO2百分含量，利用化學(xué)分析結(jié)果中SiO2的百分含量減去以上礦物中消耗的SiO2百分含量，剩余的SiO2為海泡石、滑石、蛇紋石和石英礦物中的SiO2百分含量。

第五步，利用第三步計(jì)算出的海泡石、滑石和蛇紋石礦物中的MgO百分含量，結(jié)合衍射分析結(jié)果中以上三種礦物的比例計(jì)算MgO在這三種礦物中的百分含量，然后利用這三種礦物的含量與MgO含量之間的換算關(guān)系，計(jì)算出海泡石、滑石和蛇紋石的百分含量。

第六步，利用第五步計(jì)算出的海泡石、滑石和蛇紋石礦物的百分含量，計(jì)算出這三種礦物中消耗的SiO2百分含量，將這三種礦物中消耗的SiO2百分含量加上石英的衍射礦物量(由于石英在各海泡石原礦中含量低，化學(xué)成分為SiO2，暫用衍射礦物量代替石英中消耗的SiO2百分含量)。

第七步，通過調(diào)整第五步計(jì)算中海泡石、滑石和蛇紋石的衍射比例，適當(dāng)調(diào)整衍射所得石英的礦物含量，使第四步和第六步中各自計(jì)算出的海泡石、滑石、蛇紋石和石英中的SiO2百分含量之和相等。

第八步，通過第七步的調(diào)整之后，如果第四步和第六步中各自計(jì)算出的海泡石、滑石、蛇紋石和石英中的SiO2百分含量之和不相等，適當(dāng)調(diào)整第二步含鈣礦物方解石、白云石和透閃石的衍射比例，結(jié)合第七步調(diào)整方法，最后使第四步和第六步中各自計(jì)算出的海泡石、滑石、蛇紋石和石英中的SiO2百分含量之和相等。

第九步，通過第七步與第八步的SiO2百分含量平衡后，綜合第一步計(jì)算出含鋁礦物綠泥石、蒙脫石和伊利石的百分含量，第二步計(jì)算出含鈣礦物方解石、白云石和透閃石的百分含量，第五步計(jì)算出的海泡石、滑石和蛇紋石的百分含量，第七步和第八步調(diào)整后石英的百分含量，為海泡石原礦中各礦物的百分含量。

需要說明的是：第九步海泡石原礦中各礦物的百分含量之和應(yīng)大于95%，小于100%，如果不在這個(gè)范圍內(nèi)，應(yīng)重新進(jìn)行第七步和第八步的調(diào)整。

(2) 定量結(jié)果。

利用原礦化學(xué)分析結(jié)果，參考原礦X-射線衍射結(jié)果綜合平衡計(jì)算所得海泡石原礦礦物含量見表3。

表3 河南海泡石原礦主要礦物成分(%)

3 結(jié)論

河南海泡石原礦中主要礦物為海泡石、方解石、滑石、白云石和透閃石，次要礦物為蒙脫石、淡斜綠泥石和石英，個(gè)別含少量蛇紋石和伊利石，偶見磷灰石。

將海泡石原礦中礦物劃分為含Al礦物、含Ca礦物、含Mg礦物和含Si礦物，利用原礦化學(xué)分析結(jié)果，參考原礦X-射線衍射結(jié)果，綜合平衡計(jì)算，可確定海泡石礦石的準(zhǔn)確礦物量。

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Study on Mineralogy and Quantity of Sepiolite in Henan

WANG Pan-xi1,2, LIU Xin-hai1, BIAN Xiao-dong1, MA Chi2
(1. Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Zhengzhou 450006, China;2. National Research Center of Multipurpose Utilization of Non-metallic Mineral Resources, Zhengzhou 450006, China)

As the complex mineral composition of siallite nonmetalliferous ore, the exact quantity of minerals are difficult. This paper through the observation of hand specimen and thin slices, analysis of X-ray diffraction and electron microprobe, confirm the mineralogy of raw sepiolite ore in Xixia and Neixiang county, by utilizing chemical analysis result of raw sepiolite ore, refer to the result of X-ray diffraction, calculate the exact mineral quantity of sepiolite ore through overall balance.

sepiolite; filiform; mineral composition; quantitative mineralogy

P578.964;P575

A

1007-9386(2012)04-0030-03

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)專項(xiàng)(編號(hào):1212011120301)。

2012-03-13