在X-射线衍射中与白云母特征峰重合的高岭土矿物组分测算

申益兰，李 青（中国高岭土有限公司，江苏 苏州 215151）



在X-射线衍射中与白云母特征峰重合的高岭土矿物组分测算

申益兰，李 青
（中国高岭土有限公司，江苏 苏州 215151）

【摘 要】针对高岭土矿物在X-射线衍射分析过程中，组成矿物之间存在特征峰重合无法定量各组分含量的情形。该测算通过X-射线物相定量分析、化学成分分析、氧化物在矿物中所占比例等参数进行换算，计算出了高岭土各组成矿物的含量。

【关键词】高岭土；白云母；X-射线衍射；特征峰重合；矿物组分

高岭土主要由高岭石或多水高岭石(埃洛石)或它们二者的混合物所组成，同时也含少量其他的矿物，如云母、长石等[1]。在高岭土资源调研过程中，通常会遇到化学成分分析的氧化钾含量远低于X-射线物相定量分析出的白云母、钾长石中所含氧化钾含量的情形。原因是在X-射线衍射过程中，白云母与珍珠陶土、白云母与多水高岭石的特征峰部分重合[2]。通过X-射线物相定量分析一般只能对此进行定性分析[3]，其定量分析计算复杂且不够精确，尤其是对特征峰重合的矿物，仅能定量出两者的总量。这对判断各地新发现的高岭土矿物的应用领域和利用价值很不利。通过此项研究，能快速地解决这一难题。

1　测算过程

1.1 计算方法的基本原理

根据GB/T 14563-2008《高岭土及其试验方法》，检测出高岭土矿物中总的氧化硅、氧化铝、氧化钾、氧化钠的含量，分别为m氧化硅＝a、m氧化铝＝c、m氧化钾＝d、m氧化钠＝e；根据X-射线物相定量分析计算出高岭土中所含矿物的组分及特征峰重合矿物的总含量。分别为钾长石含量：Q钾长石＝F，白云母与多水高岭土总含量：E，或者白云母与珍珠陶土两者总含量：G；在此类高岭土矿物中，氧化钾通常由白云母、钾长石提供，氧化钠通常由钠长石提供。根据氧化物在矿物中所占的质量百分含量换算，可以由已知的氧化物含量计算出该矿物的含量，或由已知矿物的含量计算出矿物中所含所有氧化物的含量。最终计算出该高岭土矿物中钠长石的含量Q钠长石、钾长石的含量Q钾长石、白云母的含量Q白云母、多水高岭石的含量Q多水高岭石、珍珠陶土含量Q珍珠陶土、高岭土含量Q高岭土。

1.2 计算过程

根据以上论述，已知各氧化物的分子量：M氧化钠＝62、M氧化铝＝102、M氧化钾＝94，各矿物的分子量：M钾长石＝278、M钠长石＝262、M多水高岭石＝290、M白云母＝398、M珍珠陶土＝258、M高岭土＝516。得出如下计算结果。

(1) 钠长石的含量：

Q钠长石＝2×(M钠长石/M氧化钠)×m氧化钠＝8.452e

钠长石中Al2O3含量：

c1＝Q钠长石×(M氧化铝/2M钠长石)×m氧化钠=1.645e

(2) 钾长石中Al2O3含量：

c2＝Q钾长石×(M氧化铝/2M钾长石)=0.183F

钾长石中K2O含量：

d1＝Q钾长石×(M氧化钾/2M钾长石)=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氧化钾)×(d－0.169F)

=8.468d-1.440F

白云母中Al2O3含量:

c3＝Q白云母×(3M氧化铝/2M白云母)=3.255d-0.554F

(4) 当特征峰重合的矿物为白云母与多水高岭土时，多水高岭土含量：

Q多水高岭石＝E-Q白云母＝E-8.468d+1.440F

多水高岭石中Al2O3含量：

c4＝Q多水高岭石×(M氧化铝/M多水高岭石)

＝0.352E-2.978d+0.506F

该粘土矿物中Al2O3存在于白云母、多水高岭石、钾长石、钠长石、高岭土中，因此该粘土矿物中氧化铝含量为：

c5＝c-c1-c2-c3-c4

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

高岭土含量：

Q高岭土＝c5×(M高岭土/2M氧化铝)

＝2.529c-0.701d-4.160e-0.822E-0.341F

(5) 当特征峰重合的矿物为白云母与珍珠陶土时，计算出珍珠陶土的含量为：

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氧化铝/M珍珠陶土)

=0.395G -3.345d+0.569F

该粘土矿物中Al2O3存在于白云母、珍珠陶土、钾长石、钠长石、高岭土中，因此该粘土矿物中氧化铝含量为：

c7＝c-c1-c2-c3-c6

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

高岭土含量：

Q高岭土＝c7×(M高岭土/2M氧化铝)

＝2.529c-4.160e+0.228d-0.999G-0.501F

2　结果验证与讨论

以高岭土调研工作过程中所遇到的球土和YD15两种高岭土矿为例进行验证讨论，其分别代表多水高岭石与白云母特征峰重合、珍珠陶土与白云母特征峰重合的两种情形。运用传统的X-射线衍射仪扫描出球土和YD15的衍射图谱(见图1、图2)，并计算出组成矿物的大致含量。运用GB/T14563-2008《高岭土及其试验方法》，检测出高岭土矿物中总的氧化铝、氧化钾的含量。通过本方法计算出高岭土矿中组成矿物的含量及氧化铝和氧化钾的含量。三者各项含量的对比如表1和表2所示。

图1　球土的X-射线物相定量分析图

图2　YD15的X-射线物相定量分析图

表1　球土中矿物及氧化物含量X-射线物相定量分析数据与计算数据对比

表2　YD15中矿物及氧化物含量X-射线物相定量分析数据与计算数据对比

根据表1和表2的对比分析可知：X-射线物相定量分析所得矿物中氧化物的含量与检测数据有较大差异，而计算所得矿物中氧化物的含量和检测数据完全吻合，由此证明了计算所得各矿物的含量更为准确。通过计算可以得出高岭土中每个组成矿物的含量，而X-射线物相定量分析则不能。

3　结论

当高岭土中出现白云母与多水高岭土或白云母与珍珠陶土特征峰重合时，无法通过X-射线物相定量分析得出各组成矿物的含量。通过X-射线物相定量分析、化学成分分析、氧化物在矿物中所占比例等参数进行换算，根据得出的公式可以快速地计算出高岭土中各组成矿物的含量。以此为例，在粘土矿物调研过程中，遇到特征峰有重合的情形，可以通过以上测算过程，计算出粘土矿物中各组成矿物的含量。

【参考文献】

[1]科林·M·布里斯托,李勇.世界高岭土的成因、开发与应用[J].非金属矿,1988(6):23-24.

[2]申益兰,蒋国明,袁金刚,等.一种针对特征峰重合的粘土矿物组分定量测算方法:中国,CN201310074519.X[P].2013-03-08.

[3]南京大学地质学系矿物岩石学教研室.粉晶X-射线物相分析[M].北京:地质出版社,1980:158-168.

【矿产资源】

【市场动态】

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

【文章编号】1007-9386(2015)03-0018-02

【文献标识码】A

【中图分类号】P578.965