山東蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦電子探針波譜分析

遲惠中，王大千，李經(jīng)國(guó)，伍 月，栗春玲，張媛媛，劉錦岫，肇美晶

1.國(guó)家珠寶玉石質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心沈陽(yáng)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng)110013；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧 沈陽(yáng)110032

研究表明，富金剛石的金伯利巖中鉻鐵礦Cr/（Cr＋Al）＞0.8，Mg/（Mg＋Fe2＋）＜0.65；貧礦及無(wú)礦的金伯利巖和相似巖石中的鉻鐵礦Cr/（Cr＋Al）＜0.8，Mg/（Mg＋Fe2＋）＞0.65.含金剛石的金伯利巖中鉻鐵礦TiO2＞1%，TiO2含量愈高，含礦愈好.通?？梢园呀鸩麕r中鉻鐵礦的TiO2含量變化作為評(píng)價(jià)金剛石礦床的指示特征［1］.

不同的礦物化學(xué)元素組成和含量不同，只要測(cè)試出該礦物主量元素的含量，就可能推測(cè)出所測(cè)礦物的名稱［2］.本次研究是利用電子探針波譜技術(shù)對(duì)礦物進(jìn)行微區(qū)化學(xué)成分分析，探討電子探針波譜技術(shù)檢測(cè)常見(jiàn)礦物化學(xué)成分的準(zhǔn)確性［3-5］，并根據(jù)微區(qū)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)推斷所測(cè)礦物名稱［6］，以驗(yàn)證重砂鑒定結(jié)果的可靠性，為金伯利巖型金剛石礦區(qū)含礦性判斷提供數(shù)據(jù)支撐.

1 儀器及樣品制備

1.1 儀器及工作條件

使用儀器：日本電子公司生產(chǎn)的電子探針，型號(hào)JAX－8100.實(shí)驗(yàn)條件：室溫22℃，濕度30%，加速電壓15 kV，工作電流1×10－8A，工作距離：11 mm，束斑直徑1μm.測(cè)試工作由課題組人員在沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心完成［7-8］.

1.2 試樣制備

將鉻鐵礦單礦物樣品制成5個(gè)砂光片，每個(gè)砂光片放6～8個(gè)單礦物樣品.單礦物表面要光滑平整，容易找到直徑大于100μm無(wú)擦痕、麻坑的鏡面區(qū)域，防止各種污染.試樣的鍍膜厚度要足以保證電子束束流的穩(wěn)定，以保證能觀察到試樣的真實(shí)自然狀態(tài)［9］.

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 定性分析

用電子探針波譜儀或能譜儀的X射線圖像或電子圖像對(duì)待測(cè)試樣進(jìn)行定性成分檢查，以確定待測(cè)試樣中的元素組成，并選擇相應(yīng)的測(cè)量譜線和標(biāo)樣；再進(jìn)一步選擇待測(cè)部位進(jìn)行定性分析，直至單礦物中主要元素分析正確無(wú)誤，方可進(jìn)行定量分析［10-13］.

2.2 定量分析

（1）選用國(guó)際或國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為測(cè)量對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣品.根據(jù)定性分析結(jié)果，依次測(cè)量標(biāo)樣和試樣，獲得所測(cè)元素的特征X射線強(qiáng)度和背景強(qiáng)度，建立定量分析表［14］.每次分析測(cè)試之前要對(duì)儀器穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度進(jìn)行校正［15］.

（2）每個(gè)給出定量值的元素，其定量值不得小于絕對(duì)誤差，小于絕對(duì)誤差的定量值只能作為參考值［16］.每次測(cè)量開(kāi)始和結(jié)束時(shí)選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或監(jiān)控樣，以監(jiān)控分析質(zhì)量.

（3）礦物中化學(xué)成分含量在5%以上的氧化物，重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差不大于5%.化學(xué)成分含量1%～5%的氧化物，重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差不大于10%.化學(xué)成分含量1%以下的氧化物，重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差不大于20%［17］.

3 測(cè)試結(jié)果及質(zhì)量評(píng)述

3.1 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

本次研究課題組利用電子探針波譜儀對(duì)山東蒙陰金伯利巖型金剛石礦床中的鉻鐵礦作了微區(qū)化學(xué)成分定量分析，共測(cè)試25點(diǎn)，電子探針波譜分析成分包括MnO、MgO、FeO、Al2O3、TiO2、Cr2O3共6項(xiàng).

25件單礦物樣品主要化學(xué)成分含量（見(jiàn)表1）：FeO 15.666%～29.971%，MgO 7.286%～11.477%，Cr2O356.421%～71.111%，MnO 0.012%～0.382%，Al2O30.871%～8.993%，TiO20.074%～3.375%.化學(xué)成分總量為99.117%～100.877%.

通常認(rèn)為鉻鐵礦的化學(xué)組成FeO 32.09%，Cr2O367.91%.鉻鐵礦化學(xué)通式為AB2O4，其中A組主要陽(yáng)離子為Mg2＋、Fe2＋、Zn2＋、Mn2＋和Ni2＋，B組主要陽(yáng)離子為Al3＋、Fe3＋、Cr3＋、Ti4＋，此外，Mg2＋、Fe2＋、Co2＋、Mn2＋和Ni2＋等陽(yáng)離子亦可加入B組，兩組之間類質(zhì)同象替換復(fù)雜而普遍［18］.測(cè)試結(jié)果顯示：山東蒙陰金伯利巖型金剛石礦床中的鉻鐵礦A組主要陽(yáng)離子為Fe2＋，可被Mg2＋代替，形成Mg－Fe間完全類質(zhì)同象，構(gòu)成鎂鉻鐵礦－鉻鐵礦系列；B組主要陽(yáng)離子為Cr3＋，可被Al3＋、Fe3＋代替.此外，鉻鐵礦中有數(shù)量不多的Mn2＋代替Fe2＋、Ti4＋代替Fe3＋類質(zhì)同象混入物.根據(jù)鉻鐵礦A、B離子占位情況，推測(cè)所測(cè)礦物為鎂鉻鐵礦.工作區(qū)鉻鐵礦成分特點(diǎn)是Mg離子普遍存在，并含有少量Ti、Al離子.

3.2 精密度試驗(yàn)

按設(shè)定的測(cè)試條件和方法對(duì)M6－11－1號(hào)單礦物樣 品 平 行 測(cè) 定6次［19］，MgO、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、Cr2O3氧化物測(cè)定的平均值依次為10.01%、22.44%、2.36%、2.50%、0.18%、63.12%，相對(duì)偏差依次為0.41～1.59、0.09～0.29、0.38～2.79、0.88～4.88、0.54～6.52、0.01～0.39（見(jiàn)表2）.

表1 電子探針波譜微區(qū)分析鉻鐵礦化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)Table 1 Chemical composition contents of chromite by electron probe spectrum micro-area analysis

測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示：含量5%以上的氧化物成分，重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差小于1.6%.含量1%～5%的氧化物成分重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差小于4.9%.含量1%以下的氧化物成分，重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差小于6.5%.以上結(jié)果符合GB－T15617—2002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許誤差［20］.

3.3 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

分別用電子探針波譜儀和電鏡能譜儀測(cè)定SX2－1號(hào)樣品中MgO、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、Cr2O3氧化物的含量，測(cè)定值見(jiàn)表3.由表3可見(jiàn)電子探針波譜儀與電鏡能譜儀測(cè)定結(jié)果基本相符［21］.

4 結(jié)論

25件鉻鐵礦電子探針波譜微區(qū)化學(xué)成分分析結(jié)果顯示，樣品中主要化學(xué)成分含量與鉻鐵礦化學(xué)組分相當(dāng)，結(jié)合單礦物樣品的人工重砂鑒定特征及礦物的A、B離子占位情況，推斷所測(cè)單礦物樣品為鎂鉻鐵礦［22］.實(shí)驗(yàn)證明電子探針波譜分析技術(shù)是檢定鉻鐵礦等造巖礦物化學(xué)成分行之有效的手段.

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of precision test

表3 準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of accuracy test

M6、SX4、X18、X23、X27、X30、X34、X38號(hào)鉻鐵礦樣品中TiO2含量大于1%，其所代表的金伯利巖巖體可能含金剛石；P1、P2、P3、P4、P5、SX2、X25、X48號(hào)鉻鐵礦樣品中TiO2含量小于1%，其所代表的金伯利巖巖體可能不含金剛石［23］.