海泡石的化学成分研究

海泡石的化学成分研究 海 泡 石 的 化 学 成 分 研 究 宋功宝 万 朴 彭同江 董发勤 ( )西南工学院 绵阳 621002 张建洪 ( )中国地质大学 北京 100083 摘 要 本文通过两种不同成因海泡石化学成分特征的研究发现, 热液型海泡石和沉 积型海泡石的化学组成有较大差异, 热液 型 纤 维 状 海 泡 石 、含 量 高, M gO S iO 2 含量低, 为富镁海泡石; 沉积型粘土状海泡石、含量低, 含量 A l2O 3 M gO S iO 2 A l2O 3 高, 为富铝海泡石。 而且, 两种不同成因的海泡石结晶形态的差异与其化学组成密 2+ 4+ 3+ 切相关; 热液型海泡石、高, 低, 接近理想值, 易结晶形成长纤维状; M gS iA l2+ 4+ 3+ 而沉型积海泡石、较低, 高, 结晶颗粒细小, 为粘土状, 但在电镜下观 M gS iA l 察仍呈纤维状。 关键词: 海泡石 化学成分 结晶形态 纤维状 粘土状 ? 中图法分类号: P 584 0 引 言 海泡石是一种纤维状富镁的层状硅酸盐矿物, 从成因角度可分为热液型海泡石和沉积型海泡石两种 类型。 其中, 热液型海泡石皆发育成长纤维状, 而沉积型海泡石则呈粘土状, 但在电镜下观察仍呈纤维状。 本文分析了两种成因类型的海泡石化学成分的特征, 并从化学成分的角度探讨了化学组成对海泡石结晶 形态的影响。 样品地质产状 1 (本文所用样品分别采自安徽全椒马厂、河南内乡、湖北广济赵俊、湖南浏阳永和。安徽全椒 - 13、Q J Q J )()() () 18、湖北广济 - 02、河南内乡 - 02海泡石均为热液型纤维状海泡石, 湖南浏阳 3、海GSHN SN Q J S - () 泡石为粘土状海泡石。其中, 安徽全椒海泡石 - 13、- 18产于与石英二长岩、闪长玢岩为主的中酸性 Q J Q J 杂岩体接触的灯影组大理岩、白云质大理岩和陡山沱组内夹层—白云质大理岩的破碎带中; 海泡石矿体形 野外定名为柔软型海泡石, 矿石为纤维状集合体; 纤维较长, 浸 13 态单一, 主要呈细脉状沿裂隙充填。Q J - 野外定名为绿 18 水后变软, 具滑感; 呈白色、灰白色, 干后呈灰绿色, 杂质矿物仅见有颗粒状方解石; Q J - (色片状海泡石, 矿石呈片状, 紧贴在剪切裂隙面上, 绿色, 杂质矿物为颗粒状方解石。湖北广济海泡石 - GS ? 收稿日期: 1997203208 ) 02赋存于与斑状花岗岩接触的太古代白云质大理岩破碎带中; 海泡石呈单脉产出, 以斜纤、纵纤及少量簿 纸状形态紧贴在白云质大理岩裂隙面上; GS- 02 野外定名为纤维海泡石、矿石为纤维状集合体、纤维长、 ) (02产于“秦岭地轴”北部边缘的 颜色洁白、质软、杂质矿物为颗粒状石英、方解石。 河南内乡海泡石 - HN () () 未 阳关夏 馆断裂南侧, 较严格受上元古界震旦系上统赶脚沟组白云质大理岩地层所控制, 海泡石赋存 于该岩系的两组裂隙中, - 02 野外定名为纤维状海泡石, 矿石呈纤维状集合体, 纤维细长, 具韧性, 略具HN (挠性; 浸水后变软, 且具滑感, 灰白色, 弱丝绢光泽, 杂质矿物为颗粒状石英、方解石。湖南浏阳海泡石 3、 SN ) 位于萍乡—乐平晚古生代沉积坳陷区的西南端, 矿层产于二叠系下统栖霞组上部泥灰岩段, 含矿层厚 Q J S 40- 70, 与燧石灰岩关系密切; 矿层底板为 2- 8厚的隧石灰岩, 顶板为茅口灰岩; - 野外定名为 m m Q J SY 粘土状海泡石, 矿石呈土状集合体, 湿时呈深灰色且带棕色的灰色, 干后呈白色, 质很轻, 粘舌, 手摸有滑 感; 3- 野外定名为粘土状海泡石, 矿石呈土状集合体, 湿时呈带棕色的灰色, 柔软土状; 干后呈白色, SN Y 质很轻, 粘舌, 杂质矿物为滑石、石英。 样品处理及化学分析结果 2 2. 1 样品处理 根据样品的特点, 采取了两种不同的选纯方法。纤维状样品, 经手选后再在双目镜下仔细挑选; 粘土状 海泡石样品, 首先将样品破碎过 60 目筛, 浸泡 24 小时后用电动搅拌机搅拌 1 小时, 静置 24 小时, 然后抽取 上层颜色均一的悬浮液, 在 ? 型高速离心沉降机上用离心沉降法反复多次离心提纯。提纯后的样品 - L XJ 经 、检查, 海泡石纯度可达 99% 以上。XRDIR 2. 2 化学分析及其结果 根据前人的海泡石化学成分研究的结果, 作者对以上样品进行了化学全分析, 结果见表 1。 海泡石化学成分一览表 表 1 成分 13 18 02 02 Q J - Q J - GS- HN - SN 3 Q J S 13 23 67. 306 68. 332 67. 783 63. 425 66. 703 68. 407 66. 200 66. 862 S iO 2 0. 275 0. 134 0. 190 13. 164 5. 167 0. 333 8. 902 0. 168 A l2O 3 0. 187 0. 101 0. 558 0. 869 0. 103 0. 495 0 0. 661 C aO 29. 728 29. 527 31. 144 31. 275 17. 270 25. 641 29. 90 19. 04 M gO 1. 785 0. 145 0. 867 3. 401 1. 435 0. 520 2. 828 1. 813 F e2O 3 0. 562 0. 034 0. 033 0. 037 0. 034 0. 086 3. 030 0. 593 F eO 0. 055 0 0 1. 071 0. 448 0. 037 0 0. 056 K 2O 0. 108 0. 025 0. 044 0. 101 0. 161 0. 086 0 0. 044 N a2O 0. 040 0. 007 0. 002 0. 068 0. 002 0. 025 0 0. 043 M nO 0. 154 0. 079 0 0. 416 0. 230 0. 111 0 0. 031 T iO 2 0. 024 0. 013 0 0 0 0 0 0. 003 C r2O 3 ƒ ƒ ƒ ƒ 0. 088 0. 030 0. 004 ƒ N iO 0. 038 0. 018 ƒB aO C uO ƒ ƒ ƒ ƒ 0. 038 0. 018 ƒ ƒ ƒƒƒƒƒ () () 13 朱自尊 1986, 湖北广济海泡石 23 等 1956, 南澳大利亚铝海泡石 R o ye r s 本表数据由四川省地质矿产局中心实验室测试。 晶体化学式计算及化学成分特征 3 3. 1 晶体化学式计算 8H 2O 3+ 3+ 2+ () 3: {SN N a0. 0338 K 0. 2405 C a0. 1635 B a0. 0021 0. 4399 M g4. 5206 A l573 F e494 F e053 M n 0. 0105 T i0. 0549 C r0. 0042 N i0. 0127 1. 8 0. 4 0. 0 3+ ) ) () (() [ ] }?8 C u 0. 0053 6. 9202 S i11. 1333 A l0. 8 667 12O 30 O H 4 O H 2 4 H 2O 3+ 3+ 2+ ) (({ : 0. 0 T i0. 0304 C r0. 0021 N i0. 0042 Q J SN a0. 0545 K 0. 1007 C a0. 0189 B a0. 0001 0. 1751 M g6. 6722 A l0. 7017 F e0. 1 887 F e052 3+ ) ) () (() [ ] }?8 0. 3 C u 0. 0021 7. 934 S i11. 6384 A l616 12O 30 O H 4 O H 2 4 H 2O 3. 2 化学成分特征 从表 1 可以看出, 热液型纤维状海泡石和沉积型粘土状海泡石的化学成分有很大不同。热液型宏观纤 维状海泡石样品 、含量均高于沉积型宏观粘土状海泡石, 而 含量大大低于粘土状海泡石 S iO 2M gO A l2O 3 3 ( ) 样品; 也较粘土状海泡石低。 此外热液型纤维状海泡石的分析结果与朱自尊 1986, 表 2 中 1样品F e2O 3 (() 的结果相近; 而相对高 、低的粘土状海泡石样品 、又与南澳大利亚铝海泡石 .3A lM g Q J SSN R o ye r s e t a l 3 ) 1956, 表 2 中 2样品相似。 从以上晶体化学式可以看出, 我国安徽全椒、湖北广济、河南内乡等地所产的热液型纤维状海泡石的 八面体阳离子总数平均为 7. 9759, 接近于理想值; 八面体位置的 96. 7, 100% 由占据, 而且内乡、广济 M g 样品的除占据八面体位置外, 多余的还进入结构通道中。因此, 可以认为它们均为常见的海泡石富 M g M g ()() 镁变种。这一点与朱自尊 1986、王吉中 1990的分析结果相似。而湖南浏阳沉积型粘土状海泡石则不同, 其八面体阳离子总和在 6. 9202, 7. 6066 之间, 与理想值偏差较大; 八面体位置只有 86. 5, 95. 1% 被占据, 2+ 3+ 其中只占据八面体位置的 56. 5, 83. 4% , 而 大量替换占据八面体位置的 8. 8, 23. 2% ; 其 , M gA lM g3+ 2+ 它类质同象替换离子 、、、、、等占据八面体位置的 2. 9, 6. 8% 。也就是说湖南浏阳粘土 F eF eM nT iN iC u 2+ 3+ ( 状海泡石偏低, 含量高, 应属海泡石富铝变种。 这点与前人的分析结果基本一致 唐绍裘, 1988; M gA l ( ) ) ( ) 张 素芳, 1988, 与 等 1956和 所报导的南澳大利亚 及 山所产海 1966R o ye r s F irm an G in t ina ra M a lve rn 3 ()泡石应属同种类型 表 3 中的 2。 ( ) 晶体化学式计算结果表明, 在四面体层中, 的原子数均小于理论值 12 11. 1333, 11. 8972, 普遍存 S i 在 代 现象, 代 数量在 0. 0272, 0. 8667 之间; 其中, 热液型纤维状海泡石 代 较少, 沉积型 A l S i A l S i A l S i 3+ 3+ 粘土状海泡石有大量的 代 。 由于四面体中 代 而引起的正电荷不足由八面体中的 、等 A l S iA l S i A lF e高价阳离子代以及孔道阳离子来补偿。M g 从表 2 还可以看出, 热液型纤维状海泡石和沉积型粘土状海泡石在化学组成上有明显不同。主要表现 3+ 3+ 为: 相对热液型海泡石而言, 沉积型海泡石四面体中 代 较多, 导致八面体中高价离子 、代 A l S i A lF e2+ () , 孔道阳离子含量较高, 八面体、四面体电荷总和均偏离理论值 16、48较大, 孔道电荷高。沉积型海泡 M g 石对理想成分偏离较大, 这即与沉积型海泡石形成环境有关, 又导致了沉积型海泡石结晶形态与热液型海 3+ 泡石的迥异。形成海泡石有利的环境条件是 、活度高, 活度低或根本没有, 因此高 、低、 , S iM g A l S iM gA l3+ () 更有利于海泡石沿着八面体层延长方向 轴生长, 如热液型长纤维状海泡石; 而沉积型海泡石随着 F eC 3+ 3+ 3+ 3+ 2+ () 八面体中 、代替的增加 、离子半径比小, 八面体畸变程度加大, 不利于海泡 A lF eM g A lF eM g 石晶体沿着平行于八面体层延长方向长成纤维状, 而是形成颗粒细小的粘土状, 但电子显微镜下仍呈纤维 状。 小结 4 根据以上讨论, 我国海泡石在化学成分上可初步得出以下结论: () 4. 1 海泡石为含水的镁的硅酸盐矿物。热液型纤维状海泡石 S iO 、M gO、H O 含量很高 94, 98% , A lO 2223 ( ( ) 含 量 很 低 0. 12, 0. 75% , 为 富 镁 海 泡 石; 沉 积 型 粘 土 状 海 泡 石 、、含 量 相 对 较 低 82,S iO 2M gOH 2O () ) 92% , 含量很高 4. 75, 12. 19% , 为富铝海泡石。A l2O 3 4. 2 海泡石四面体中普遍存在 A l 代 S i 现象, 其中, 热液型宏观纤维状海泡石 A l 代 S i 的量大大低于沉积 型宏观粘土状海泡石。 八面体层中也存在类质同象代替现象, 而且沉积型海泡石和热液型海泡石明显不 3+ 2+ 同。 热液型海泡石为富镁海泡石, 占据八面体 96. 7, 100% , 无 代替 现象, 沉积型海泡石 M g A lM g2+ 3+ 2+ 占据八面体 86. 5, 95. 1% , 大量代替, 占据八面体位置的 8. 8, 23. 2% 。M gA lM g 3+ 4. 3 海泡石的化学成分与结晶形态密切相关。热液型海泡石 、含量高, 、很低, 接近理想值, 结 S iM g A lF e 晶形态为纤维状; 沉积型海泡石 S i、M g 含量相对偏低, A l 很高, 与理想值有较大的偏差, 结晶形态为粘土 状, 但电子显微镜下仍呈纤维状。 参 考 文 献 1 王濮、潘兆橹、翁玲宝, 系统矿物学, 北京地质出版社, 1984。 朱罗?阿?长伦, 坡缕石- 海泡石的产状、成因和应用, 北京地质出版社, 1988。 2 自尊, 我国几种石棉矿物的研究, 矿物岩石, . 6, . 4, 1986。V o lN o 3 章少华等, 东秦岭纤维状海泡石矿物学特征的研究, 建材地质, 总 52, 12- 15, 1991。P 4 。. . . , , 1988BFJo ne s & EGa lansep io lite and p a lygo r sk ite 5 , , , . 38, . 1, 63-J u lio San ta ren T h e st ruc tu re F luo r ine in sep io liteC lay s and C lay M ine ra lsV o lN oP 6 68, 1990。 7 N ec ip Guven, T h e coo rd ina t io n o f a lum inum io n s in th e p a lygo r sk ite st ruc tu re, C lay s and C lay M inc ra ls, V o l. 40, N o. 4, 457- 461, 1992。P THE CHEM ICAL COM PO S IT IO N O F SEP IOL ITE So n g Go n gb ao W an P u P en g T o n g jian g D o n g F aq in () S ou thw es t I ns t itu te of T ech nology Zh an g J ian ho n g ()C h ina U n iv e rs ity of G eosc ience A bstrac t B y study ing ch em ica l com po sit io n o f sep io lite o f tw o k ind s o f m ine ra liza t io n, w e fo und th a t th e re is an . o bv io u s d iffe rence in ch em ica l com po sit io n be tw een th e th e rm a t ic sep io lite and sed im en ta ry sep io liteT h e , , th e rm a t ic f ib ro u s sep io lite s a re o ne s o f r ich M agne sium r ich ened w ith M agne sium silico n and few A lu2 , , , m inum and th e sed im en ta ry c layey sep io lite s a re o ne s o f r ich A lum inum h ave low e r M agne sium S ilico n . , and h igh e r A lum inumSo w e can co nc lude th a t th e re a re c lo se re la t io n s be tw een d iffe rence o f cy r sta l o u t2 . , line and ch em ica l com po sit io n o f sep io ilteT h a t is th e sep io lite s o f r ich M agne sium ea sily g row f ib ro u s a2 . , lo ng d irec t io n o f o c tah ed ra l ch a inB u tth e sep io lite s o f r ich A lum inum g row c layey becau se o f o c tah ed ra l .d isto r t io n by A lum inum in stead o f M agne sium : ; 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