遼寧清原大同盆地蛭石礦的礦物學(xué)特征及成因

遼寧清原大同盆地蛭石礦的礦物學(xué)特征及成因

目前，礦物和有機(jī)物的親和力引起了人們的關(guān)注。對(duì)礦物的有機(jī)改性是解決這一問(wèn)題的良好途徑。蛭石作為2∶1型層狀硅酸鹽,具有良好的熱膨脹性、離子交換性、吸附性、隔熱阻燃等性能。蛭石的有機(jī)改性已見(jiàn)諸報(bào)道,這些研究將促進(jìn)蛭石的深加工和高附加值的利用。1礦石及熱液蝕變礦床該蛭石礦位于遼寧省清原縣南口前鎮(zhèn)西北,礦體產(chǎn)于鎂質(zhì)超基性巖中。研究表明:該礦床形成于兩個(gè)成礦階段,第一成礦階段是熱液蝕變階段;第二階段為表生蝕變階段。其成因?yàn)橐坏湫偷闹械蜏乇砩?淺成熱液蝕變礦床。礦區(qū)內(nèi)礦石礦物為蛭石,脈石礦物有黑云母、金云母、斜長(zhǎng)石、石英、輝石、角閃石、橄欖石等。礦石呈鱗片變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造。蛭石顏色多為棕黃或褐色;珍珠或油脂光澤;體膨脹率(未經(jīng)選礦)在950℃、55～60s下,膨脹倍數(shù)為2～10倍;膨脹前容重860～1120kg/m3;膨脹后蛭石的導(dǎo)熱系數(shù):在0℃時(shí)為0.042W/(m·K),100℃時(shí)為0.051W/(m·K),常溫下為0.0468～0.0688W/(m·K)。2關(guān)于三氟石的礦物學(xué)2.1各層間陽(yáng)離子與化學(xué)成體系的性質(zhì)研究樣品經(jīng)分析型高分辨電鏡配置能譜儀(JEM-2000FX,EDSTN-5500)分析,所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可看出,(001)晶面(層面)和垂直該晶面(斷面)上,其化學(xué)組成有較明顯的差別。在層面上,化學(xué)成份以富Si、貧AlⅣ和K、Mg等為特征;在斷面上,則相對(duì)貧Si、富AlⅣ和K、Mg等層間陽(yáng)離子。這主要與測(cè)試取向有關(guān),表明蛭石層間陽(yáng)離子主要為K、Mg等離子。紅外光譜分析(圖1A)表明:未膨脹蛭石在3420cm-1處存在1個(gè)寬大的水分子振動(dòng)吸收譜帶,在500cm-1和1000cm-1處有2個(gè)很強(qiáng)的Si-O吸收帶,而在3500cm-1～3700cm-1之間的羥基振動(dòng)吸收帶較弱。分析樣品中未見(jiàn)有明顯的其它雜質(zhì)的振動(dòng)吸收帶,說(shuō)明該樣品較純,雜質(zhì)含量較少。2.2晶胞參數(shù)計(jì)算蛭石粉晶X-射線衍射分析(圖2D)表明:蛭石樣品較純,絕大部分衍射峰都屬于蛭石的特征衍射峰。經(jīng)計(jì)算,其晶胞參數(shù)為a0=5.3;b0=9.24;c0=29.46,層間距為14.73。熱重分析顯示,其在170～175℃之間有較強(qiáng)的吸熱效應(yīng),這是層間水脫失造成的,而當(dāng)溫度繼續(xù)上升,則不出現(xiàn)明顯的吸、放熱效應(yīng)。2.3陽(yáng)離子交換容量采用鋇-粘土法測(cè)定蛭石的陽(yáng)離子交換容量,為180mmol/100g。3增強(qiáng)合作上的用層狀礦物的有機(jī)改性,可調(diào)節(jié)其層間的電荷、介質(zhì)、層間距,致使層狀礦物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的變化,增強(qiáng)與塑料、橡膠、樹(shù)脂等高聚物的相容性,從而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。考慮到本區(qū)未膨脹蛭石的結(jié)構(gòu)特征和較大的陽(yáng)離子交換容量,我們選取了大分子吡啶、小分子尿素和具有一定阻燃效果的磷酸三丁酯對(duì)蛭石進(jìn)行有機(jī)改性。3.1吡啶和尿素改性的有機(jī)蚤石的制備將200目蛭石加蒸餾水,在60～70℃下,攪拌1h,按其交換容量分別稱其2倍的吡啶和尿素,加入蛭石料漿中高速攪拌,在70℃下活化2h,洗滌、過(guò)濾,再在100℃下烘干后,即得經(jīng)吡啶和尿素改性的有機(jī)蛭石。由于磷酸三丁酯不溶于水,所以先用異丙醇(30%)溶液配制料漿,其余步驟同上。3.2結(jié)果3.2.1x射線衍射分析經(jīng)吡啶改性的有機(jī)蛭石及吡啶的紅外光譜分析,見(jiàn)圖1B、C。對(duì)比表明:有機(jī)改性蛭石在2920cm-1和2850cm-1處出現(xiàn)較強(qiáng)的C-H伸縮振動(dòng),在1489cm-1處出現(xiàn)C-H彎曲振動(dòng),這表明吡啶已進(jìn)入蛭石層間。X射線衍射分析結(jié)果(圖2A)表明:在2θ為4.4°處出現(xiàn)的衍射峰,是吡啶進(jìn)入晶層造成的。由于吡啶進(jìn)入蛭石層間,并撐開(kāi)晶層,使其d值由14.73變?yōu)?0.01;在7.0°處,d=12.64,表現(xiàn)出含一層水的結(jié)構(gòu)特征;在8.7°處,d=10.15,說(shuō)明吡啶雖進(jìn)入蛭石晶體,但其層間距并未改變,這可能是長(zhǎng)鏈吡啶順層排布且不含水的緣故。3.2.2斷裂分析結(jié)果以尿素處理的有機(jī)蛭石及尿素的紅外光譜分析結(jié)果,見(jiàn)圖1D和E。有機(jī)改性蛭石在2920cm-1和2850cm-1處出現(xiàn)C-H伸縮振動(dòng),在1455cm-1處的C-H彎曲振動(dòng)略有偏移。X射線衍射分析結(jié)果(圖2B)表明,在2θ為25.40°處出現(xiàn)的新的衍射峰,是由24.60°處的(008)面網(wǎng)衍射偏移造成的,這使d(008)由3.62變?yōu)?.58;并且,由于尿素進(jìn)入晶體層間,使改性蛭石在28.4°處的(0010β)衍射峰極弱。3.2.3磷系磷酸三丁酯分布經(jīng)磷酸三丁酯處理的有機(jī)蛭石和磷酸三丁酯的紅外光譜分析,見(jiàn)圖1F、G。分析表明:改性蛭石在2920cm-1和2850cm-1處的C-H伸縮振動(dòng)較弱,而在1400cm-1～1500cm-1和780cm-1處均出現(xiàn)了新的紅外譜峰,說(shuō)明雖有磷酸三丁酯進(jìn)入蛭石,但量較少。X射線衍射分析(圖2C)表明:其衍射峰沒(méi)有明顯的改變,只是在18°左右出現(xiàn)新的衍射峰,并且在28.40°處(0010β)的衍射峰相對(duì)減弱,反映磷酸三丁酯對(duì)蛭石的改性效果較差,這同紅外光譜的研究結(jié)果一致。3.2.4有機(jī)改性張拉物阻燃性能氧指數(shù)是表征材料燃燒性質(zhì)的一個(gè)參數(shù)。未膨脹蛭石改性前后的氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果,見(jiàn)表2。由表2可看出,有機(jī)處理的未膨脹蛭石的氧指數(shù),大于未改性蛭石,表明有機(jī)改性蛭石的阻燃性能,并未因有機(jī)物引入蛭石結(jié)構(gòu)層中而減弱。這為今后研制高聚物基蛭石阻燃材料奠定了基礎(chǔ)。4化合物對(duì)未膨脹槲石有機(jī)改性的效果1.遼寧清原未膨脹蛭石成份較為純凈,層間陽(yáng)離子主要為K和Mg,陽(yáng)離子交換容量為180mmol/100g。蛭石晶胞參數(shù)為a0=5.30,b0=9.