粘土礦物的差熱分析宋金虎

1、注：考生屬哪種類別請劃“”（博士、在校碩士、工程碩士、自主單招、研究生班）遼 寧 工 程 技 術(shù) 大 學研 究 生 考 試 試 卷考 試 時 間： 2014 年7月9 日 考 試 科 目：現(xiàn)代儀器分析測試技術(shù)考 生 姓 名： 宋 金 虎 班 級： 礦業(yè)研133班 評 卷 人： 閆 平 科 考 試 分 數(shù)： 注意事項1.考前研究生將上述項目填寫清楚2.字跡要清楚，保持卷面整潔3.試題、試卷一齊交監(jiān)考教師4.教師將試題、試卷、成績單，一起送研究生部，專業(yè)課報所在院、系粘土礦物的差熱分析引言差熱分析被廣泛應(yīng)用于科研部門和生產(chǎn)單位，作為一種獨立的方法或其它方法的輔助手段，它已成為鑒定礦物不可缺少的手段

2、之一尤其對鑒定粘土礦物有它的獨到之處。粘土礦物顆粒微細，在光學顯微鏡下進行觀察，很難辯認.因粘土礦物化學成份相近，用化學分析方法也難以區(qū)分，又因粘土難以制得單一礦物，用X光射線分析也不易檢出.由于上述原因，多用差熱分析來研究此類礦物。1粘土礦物差熱曲線解釋中的幾個問題差熱曲線記錄了粘土礦物在加熱時所發(fā)生的變化，因此，差熱曲線上的特征反映了粘土礦物成份和結(jié)構(gòu)的特征與變化，不同的礦特有著不同的差熱曲線特征與變化，不同的礦物有著不同的差熱曲線特征，而同一粘土礦物，當它們的成份發(fā)生變化時，在差熱曲線上也會有所反映.因此，我們進行差熱曲線解釋時，一定要特別注意差熱曲線上每一點變化.總的說來，在進行差熱曲

3、線解釋時要從以下五個方面去研究物特征的變化。1.1熱反應(yīng)發(fā)生的溫度熱反應(yīng)的溫度是差熱分析鑒定礦物的重要特征.反應(yīng)的溫度直接與礦物的內(nèi)能相聯(lián)系，它與礦物的晶體結(jié)構(gòu)與成分有著密切關(guān)系。.同一礦物若它的成分和結(jié)晶程度發(fā)生變化時，熱反應(yīng)溫度也不樣.如蒙脫石當它鐵、鎂的含量增加時，在差熱曲線上，它析出結(jié)構(gòu)水的溫度就會降低.另外，當粘土礦物的結(jié)晶程度由好變差時，它的吸熱谷和放熱峰的溫度就會偏低反應(yīng)的強度也會減弱.這里值得注意的是在研究反應(yīng)的溫度時，不僅要看熱反應(yīng)峰谷的溫度，還應(yīng)注意個吸熱(放熱)反應(yīng)的起始溫度和終了溫度。1.2熱反應(yīng)的速度這里主要是指熱反應(yīng)峰谷的形態(tài)特征，峰形的寬窄，是對稱的還是不對稱的.

4、在相同的試驗條件下，熱反應(yīng)峰尖銳，說明熱反應(yīng)速度快，脫水范圍窄.若反應(yīng)峰寬，則說明熱反應(yīng)速度慢，脫水范圍寬.這種熱反應(yīng)速度的不同也反映出礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的差異.如高嶺石與水云母，它們析出結(jié)構(gòu)水的溫度是相近的，但是，它們的反應(yīng)速度卻有較大差異，高嶺石析出結(jié)構(gòu)水的熱反應(yīng)速度非?？欤撍秶?，吸熱谷形態(tài)尖銳，而水云母則不然，脫水速度慢，脫水范圍較寬，吸熱谷較寬.熱反應(yīng)峰谷的兩側(cè)是否對稱也說明了熱反應(yīng)特征的差異，它從另一方面反映了礦物結(jié)構(gòu)的差異性.不同的礦物它們吸熱谷兩側(cè)的對稱性是不一樣的.如蒙脫石的中溫吸熱谷往往是不對稱的，在低溫一側(cè)較緩，而在高溫一側(cè)較陡.而伊利石的中溫吸熱谷的兩側(cè)往往是對稱的.即

5、使是同一類礦物，由于它們結(jié)構(gòu)上的差異也影響它們吸熱谷兩側(cè)的對稱性.最明顯的例子是高嶺石類礦物，一般認為高嶺石中溫吸熱谷的形狀比多水高嶺石對稱。另外，一般不對稱的反應(yīng)峰(谷)，特別是在高溫一側(cè)很陡的反應(yīng)峰(谷)，其峰(谷)的溫度往往就是熱反應(yīng)結(jié)束的溫度，而兩側(cè)對稱的反應(yīng)峰(谷)，其反應(yīng)終止的溫度要高于峰(谷)的溫度。1.3熱反應(yīng)的強度熱反應(yīng)的強度系指熱反應(yīng)峰谷的大小，在相同的試驗條件下，不同礦物的反應(yīng)強度是不一樣的，所以它的鑒定不同粘土礦物的另一個重要標志，對同一種粘土礦物來講，它們的結(jié)晶程度不同，熱反應(yīng)強度，熱反應(yīng)峰谷的大小也不一樣.例如結(jié)晶良好的高嶺石，它的吸熱反應(yīng)和反應(yīng)的強度均較結(jié)晶差的高

6、嶺石的熱反應(yīng)強度大。1.4在吸熱反應(yīng)前后基線位置的變化礦物在吸熱反應(yīng)前后基線位置物變化反映了礦物在熱反應(yīng)前后的變化，即說明熱反應(yīng)以后礦物的性質(zhì)發(fā)生了變化.如結(jié)晶良好的高嶺石，在析出結(jié)構(gòu)水之后，其線有微微的抬高和徐徐上升的現(xiàn)象，而結(jié)晶較差的高嶺石在吸熱反應(yīng)以后并無現(xiàn)象發(fā)生。1.5對粘土礦物在高溫階段(850一1050)的熱反應(yīng)特征的研究在用差熱曲線對粘土礦物進行鑒定時，往往只注意在低溫和中溫階段的吸熱反應(yīng)特征，而對其在高溫階段的吸熱特征沒有引起足夠的重視.資料表明，粘土礦物在高溫階段的熱反應(yīng)特征是與它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分變化的密切相關(guān)的，是揭示粘土礦物內(nèi)部構(gòu)造和成分變化的重要線索.如對伊利石在高溫階

7、段的熱反應(yīng)特征的研究表明，它的特征與伊利石中的離子替換有關(guān)，當伊利石中的鋁很少被鎂或鐵元素替換時，則在高溫階段的放熱反應(yīng)不明顯，不出現(xiàn)吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng)的轉(zhuǎn)換.當伊利石中鎂的含量增高時，放熱峰的溫度也相提高.對于高嶺石礦物來說，結(jié)晶良好的高嶺石不但放熱反應(yīng)強度大，速度快，溫度間隔短，在差熱曲線上形成窄而高的尖峰，而在放熱峰之前有一個很微弱的，但又是明顯可見的吸熱谷.而結(jié)晶較差的高峰石不但無此吸熱谷，而且放熱反應(yīng)強度低，溫度間隔寬，從而形成寬而低的放熱峰。2粘土礦物差熱曲線上的熱效應(yīng)2.1高嶺石、多水高嶺石、迪凱石、珍珠陶土高嶺石、迪凱石、珍珠陶土是幾種同質(zhì)多相變體，它們的晶體結(jié)構(gòu)亦很相似，其間

8、只有微小的差別.多水高嶺石與高嶺石有相似的化學成分和晶體結(jié)構(gòu)，所不同的是多水高嶺石在單位層之間存在有可變的層間水，造成結(jié)晶構(gòu)造的完全無序性.由于高嶺石和多水高嶺石在成分和結(jié)構(gòu)的相似，因此，它們在熱學性質(zhì)上也具有下列共同特性：(l)加熱到400700時，它們均能迅速地析出結(jié)構(gòu)水(脫水后物質(zhì)非晶質(zhì)化)，在差熱曲線上有一個強烈而尖銳的吸熱谷，吸熱谷的溫度在600左右。(2) 在9501050之間由于相變，產(chǎn)生一個快速而強烈的放熱峰.放熱峰的明顯性和尖銳性與礦物的顆粒的粗細有關(guān).細粒的與粗粒的相比，前者的放熱峰明顯而尖銳.若有氧化鉀和其它雜質(zhì)存在就會降低放熱峰的高度。上述兩點是高嶺石礦物(包括迪凱石&

9、#183;珍珠陶土和金水高嶺石)最主要的熱學性質(zhì).借此，可把它們與其它粘土礦物相區(qū)分.至于它們之間差熱曲線的相互區(qū)別敘述如下:(l)多水高嶺石和高嶺石的區(qū)別:多水高嶺石約在120處有一顯著的“V”形吸熱谷，而有別于高嶺石在該溫度范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的微弱波浪形吸熱谷。多水高嶺石在600附近的吸熱谷的特征與高嶺石不同，它往往呈一不對稱的吸熱谷，在低溫一側(cè)較緩;在高溫一側(cè)較陡，而高嶺石的吸熱谷兩側(cè)大致對稱。在相同試驗條件下，多水高嶺石的吸熱谷和放熱峰的溫度均較低于高嶺石。(2)高嶺石和迪凱石、珍珠陶土的區(qū)別:迪凱石和珍珠陶土析出結(jié)晶水的溫度較高嶺石高，其吸熱谷的溫度在70。附近，吸熱谷的形狀也不一樣，高

10、嶺石的吸熱谷的兩側(cè)形狀大致對稱，而迪凱石的吸熱谷不對稱，在接近最大值處相對地較陡，并迅速折回.而珍珠陶土為一淺而寬的谷或為一雙谷，前一谷反映珍珠陶土轉(zhuǎn)變?yōu)榈蟿P石。高嶺石在12001250之前有一微弱的放熱反應(yīng)，而迪凱石和珍珠陶土無此放熱反應(yīng)。2.2蒙脫石1. 在100一200之間由于層間水析出，在差熱曲線上形成一個十分突出的吸熱谷，吸熱谷的特點是反應(yīng)強度大，而且往往成為一個由2一3個吸熱谷組成的復合谷，反應(yīng)的溫度可延遲到250以后，最高可達到300.對所有蒙脫石類礦物來說均有此特征.借此可以與水云母及多水高嶺石等粘土礦物相區(qū)別。2.蒙脫石在450500開始出現(xiàn)吸熱反應(yīng)，到700左右達到最高峰，

11、在750左右結(jié)束.物的晶格架幾乎完全破壞，在差熱曲線上呈一不對稱的吸熱谷，在低溫一側(cè)較緩，在高溫一側(cè)較陡。3.在850950時失去最后一部分的結(jié)構(gòu)水，結(jié)晶構(gòu)造完全破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)槭?、頑火輝石、方鎂石、尖晶石.結(jié)論.根據(jù)上述分析，因各種粘土礦物的熱效應(yīng)發(fā)生的溫度不同，所以它能很好地將各種粘土礦物區(qū)分。差熱分析系根據(jù)礦物在升溫過程中所發(fā)生的脫水、分解、氧化、同質(zhì)多相轉(zhuǎn)變所發(fā)生的熱效應(yīng)特征來鑒定和研究礦物的一種行之有效的方法.將粘土礦物粉末與熱惰性體分別放置同一高溫爐中，而惰性體則不發(fā)生此種效應(yīng).將兩者的差熱通過差熱電偶測量，并用鏡式檢流計照相或電子電位差計等方法記錄出差熱曲線.曲線上的峰谷分別代表著礦物在加熱過程中的放熱和吸熱效應(yīng).這些效應(yīng)分反映礦物在該升溫條件下所發(fā)生的脫水、分解、新相的形成以及礦物的相變等等的物理、化學過程，在與各種標準試樣的差熱曲線對比之后，就可以鑒定出