河南海泡石矿矿物组成及定量分析研究

王盘喜，刘新海，卞孝东，马 驰

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006）

河南海泡石矿矿物组成及定量分析研究

王盘喜1,2，刘新海1，卞孝东1，马 驰2

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；2.国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心，河南 郑州 450006）

粘土类非金属矿成分复杂，对矿物的准确定量比较困难。本文通过手标本、薄片观察，X-射线衍射和电子探针分析，确定了河南西峡和内乡海泡石原矿矿物组成，利用原矿化学分析结果、参考X射线衍射结果综合平衡计算了海泡石矿石的准确矿物量。

海泡石；纤维状；矿物组成；矿物定量

海泡石的结构通式为Mg8(H2O)4[Si6O15]2(OH)4·8H2O，其中MgO 24.89%、SiO255.65%、H2O+8.34%、H2O-11.12%，由于其特殊的结构，使其具有比表面积大、一定的膨胀性、较好的阳离子交换性能、良好的吸附性、抗盐性、流变性、抗温性和催化性能。海泡石的特殊结构性能使其广泛用于环境污染治理、农业及农副产品加工、化工催化剂及其载体、建筑方面、造纸、漂白剂、除臭剂、吸毒剂、酒水的净化剂等方面。本文重点对河南海泡石矿的矿物组成及其定量进行分析研究。

1 矿石基本特征

1.1 矿石类型

河南海泡石矿在内乡和西峡较为发育，属热液型纤维状海泡石，呈脉状或网脉状产出。海泡石含矿层呈层状、似层状产于白云石大理岩、含石英条带状白云石大理岩和糜棱岩化长英岩脉中。含矿层在形态上一般比较规则、连续，但分布在含矿层中的纤维状海泡石单脉的尖灭再现、膨大缩小现象十分常见。

根据海泡石矿石的性状将海泡石矿分为软质海泡石、硬质海泡石、半软质海泡石、土状海泡石和块状海泡石：①软质海泡石呈白色，丝绢光泽，以纵纤维、斜纤维形态生长，柔性好。纤维较长，可达10～20cm，劈分性好，纤维强度较大，透水后纤维变软且滑腻，强度降低；②硬质海泡石一般为灰黄色，土状光泽，纤维硬脆，不易劈分，搓之可成碎末；③半软质海泡石介于硬质海泡石和软质海泡石之间；④土状海泡石呈白色，土状光泽，矿物成分以方解石和滑石为主，海泡石含量较低，纤维细小；⑤块状海泡石呈白色，微细粒结构，局部纤维状结构，油脂光泽、玻璃光泽，矿物成分以方解石、滑石和白云石为主，含有少量的海泡石。

1.2 结构及构造

海泡石原矿的主要结构类型为纤维状、鳞片状、它形粒状、纤片状、显微粒状和半自形粒状等结构。

海泡石原矿的主要构造类型为片状构造、块状构造、细脉状构造和网脉状构造。软质海泡石矿石、个别硬质海泡石矿石主要由海泡石、滑石、方解石、白云石、蒙脱石、绿泥石和伊利石等矿物组成，它们呈连续的平行排列，形成片状构造；半软质、硬质海泡石矿石主要由海泡石、滑石、方解石、白云石、透闪石、蒙脱石、绿泥石和伊利石等矿物组成，矿物排列无次序、分布均匀，形成块状构造；晚期热液形成的方解石充填海泡石矿石微裂隙中形成细脉状构造；晚期热液形成的碳酸盐沿海泡石矿石中的网状微裂隙充填形成网脉状构造。

2 矿石物质组分特征分析

本研究共采集了产自河南的不同产地的7个海泡石试验样品，分别为西峡软质海泡石(XXR-01)、半软质海泡石(XXB-01)、硬质海泡石(XXY-01)和土状海泡石(XXT-01)，内乡块状海泡石(NXK-01)、内乡七里坪硬质海泡石(QLPY-01)和七里坪软质海泡石(QLPR-01)。

2.1 化学多项分析

河南海泡石原矿化学多项分析结果见表1。

表1 河南海泡石原矿化学多项分析结果(%)

由化学多项分析结果可知，河南海泡石原矿中以SiO2、MgO、CaO以及烧失量为主，Al2O3、Fe2O3、K2O和Na2O等组分含量较少。

2.2 矿物组成及其定量

2.2.1 矿物组成

对河南省海泡石原矿进行X-射线衍射分析，分析结果显示(见表2)海泡石原矿主要组成矿物为方解石、海泡石、滑石、白云石、角闪石、蒙脱石、绿泥石和石英，个别海泡石矿含有蛇纹石和伊利石。西峡土状海泡石矿中海泡石含量较低，仅为9%，内乡块状海泡石原样未检出海泡石。显微镜下薄片观察显示内乡块状海泡石原样中有少量海泡石。通过电子探针分析确定原矿中角闪石矿物为透闪石，绿泥石矿物为淡斜绿泥石，偶见磷灰石。

表2 河南海泡石原矿X-射线衍射分析结果(%)

综合手标本观察、薄片观察， X-射线衍射分析和电子探针分析，确定海泡石原矿中主要矿物为海泡石、方解石、滑石、白云石和透闪石，次要矿物为蒙脱石、淡斜绿泥石和石英，个别海泡石矿含有少量蛇纹石和伊利石，偶见磷灰石。

2.2.2 矿物定量

(1) 定量方法。

海泡石原矿的矿物组成主要为海泡石、方解石、滑石、白云石、透闪石、蒙脱石、绿泥石、石英、蛇纹石和伊利石。以上矿物可以分为①含Al矿物：绿泥石、蒙脱石和伊利石；②含Ca矿物：方解石、白云石和透闪石；③含Mg矿物：海泡石、滑石、白云石、绿泥石、透闪石、蒙脱石、伊利石和蛇纹石；④含Si矿物：海泡石、滑石、绿泥石、石英、透闪石、蒙脱石、蛇纹石和伊利石。

1个氧化镁(MgO)分子，可对应于1/8个海泡石矿物分子，它们之间的分子量之比为1∶4.02。假设海泡石矿中，海泡石矿物、氧化镁、氧化钙、二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁及其他氧化物、水和挥发分的含量分别用WSpe，WMgO，WCaO，WSiO2，WAl2O3，WFe2O3，W等表示，则可得到由氧化镁的含量换算海泡石矿物的含量的关系式：WSpe=4.02WMgO。同理，可以得到其他矿物含量与氧化物含量之间的换算关系，分别为①含Al矿物与三氧化二铝的关系：绿泥石WChl=7.05WAl2O3，蒙脱石WMnt=8.88WAl2O3，伊利石WHyd=3.55WAl2O3；②含Ca矿物与氧化钙的关系：方解石WCal=1.78WCaO，白云石WDol=3.29WCaO，透闪石WTr=7.27WCaO；③含Mg矿物与氧化镁的关系：滑石WTlc=3.14WMgO，蛇纹石WSrp=2.29WMgO。

计算海泡石原矿中矿物量的步骤如下：

第一步，利用化学分析结果中的Al2O3含量，结合衍射分析结果中各含铝矿物的比例计算Al2O3在各矿物中的百分含量，然后利用各含铝矿物含量与三氧化二铝含量之间的换算关系，计算出含铝矿物绿泥石、蒙脱石和伊利石的百分含量。

第二步，利用化学分析结果中的CaO含量，结合衍射分析结果中各含钙矿物的比例计算CaO在各矿物中的百分含量，然后利用各含钙矿物含量与氧化钙含量之间的换算关系，计算出含钙矿物方解石、白云石和透闪石的百分含量。

第三步，根据第一步和第二步确定的矿物含量，计算出含镁矿物白云石、绿泥石、透闪石、蒙脱石和伊利石中消耗的MgO百分含量，利用化学分析结果中MgO的百分含量减去以上矿物中消耗的MgO百分含量，剩余的MgO为海泡石、滑石和蛇纹石矿物中的MgO百分含量。

第四步，根据第一步和第二步确定的矿物含量，计算出含硅矿物绿泥石、透闪石、蒙脱石和伊利石中消耗的SiO2百分含量，利用化学分析结果中SiO2的百分含量减去以上矿物中消耗的SiO2百分含量，剩余的SiO2为海泡石、滑石、蛇纹石和石英矿物中的SiO2百分含量。

第五步，利用第三步计算出的海泡石、滑石和蛇纹石矿物中的MgO百分含量，结合衍射分析结果中以上三种矿物的比例计算MgO在这三种矿物中的百分含量，然后利用这三种矿物的含量与MgO含量之间的换算关系，计算出海泡石、滑石和蛇纹石的百分含量。

第六步，利用第五步计算出的海泡石、滑石和蛇纹石矿物的百分含量，计算出这三种矿物中消耗的SiO2百分含量，将这三种矿物中消耗的SiO2百分含量加上石英的衍射矿物量(由于石英在各海泡石原矿中含量低，化学成分为SiO2，暂用衍射矿物量代替石英中消耗的SiO2百分含量)。

第七步，通过调整第五步计算中海泡石、滑石和蛇纹石的衍射比例，适当调整衍射所得石英的矿物含量，使第四步和第六步中各自计算出的海泡石、滑石、蛇纹石和石英中的SiO2百分含量之和相等。

第八步，通过第七步的调整之后，如果第四步和第六步中各自计算出的海泡石、滑石、蛇纹石和石英中的SiO2百分含量之和不相等，适当调整第二步含钙矿物方解石、白云石和透闪石的衍射比例，结合第七步调整方法，最后使第四步和第六步中各自计算出的海泡石、滑石、蛇纹石和石英中的SiO2百分含量之和相等。

第九步，通过第七步与第八步的SiO2百分含量平衡后，综合第一步计算出含铝矿物绿泥石、蒙脱石和伊利石的百分含量，第二步计算出含钙矿物方解石、白云石和透闪石的百分含量，第五步计算出的海泡石、滑石和蛇纹石的百分含量，第七步和第八步调整后石英的百分含量，为海泡石原矿中各矿物的百分含量。

需要说明的是：第九步海泡石原矿中各矿物的百分含量之和应大于95%，小于100%，如果不在这个范围内，应重新进行第七步和第八步的调整。

(2) 定量结果。

利用原矿化学分析结果，参考原矿X-射线衍射结果综合平衡计算所得海泡石原矿矿物含量见表3。

表3 河南海泡石原矿主要矿物成分(%)

3 结论

河南海泡石原矿中主要矿物为海泡石、方解石、滑石、白云石和透闪石，次要矿物为蒙脱石、淡斜绿泥石和石英，个别含少量蛇纹石和伊利石，偶见磷灰石。

将海泡石原矿中矿物划分为含Al矿物、含Ca矿物、含Mg矿物和含Si矿物，利用原矿化学分析结果，参考原矿X-射线衍射结果，综合平衡计算，可确定海泡石矿石的准确矿物量。

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Study on Mineralogy and Quantity of Sepiolite in Henan

WANG Pan-xi1,2, LIU Xin-hai1, BIAN Xiao-dong1, MA Chi2
(1. Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Zhengzhou 450006, China;2. National Research Center of Multipurpose Utilization of Non-metallic Mineral Resources, Zhengzhou 450006, China)

As the complex mineral composition of siallite nonmetalliferous ore, the exact quantity of minerals are difficult. This paper through the observation of hand specimen and thin slices, analysis of X-ray diffraction and electron microprobe, confirm the mineralogy of raw sepiolite ore in Xixia and Neixiang county, by utilizing chemical analysis result of raw sepiolite ore, refer to the result of X-ray diffraction, calculate the exact mineral quantity of sepiolite ore through overall balance.

sepiolite; filiform; mineral composition; quantitative mineralogy

P578.964;P575

A

1007-9386(2012)04-0030-03

中国地质调查局地质矿产调查评价专项(编号:1212011120301)。

2012-03-13