四川容须卡红柱石化学成分及谱学特征研究

孟洪振　刘岁海

(西南科技大学环境与资源学院　四川绵阳　621010)



四川容须卡红柱石化学成分及谱学特征研究

孟洪振刘岁海

(西南科技大学环境与资源学院四川绵阳621010)

摘要：通过X射线荧光、X射线衍射及红外吸收光谱方法，对容须卡红柱石的化学成分和谱学特征进行了系统研究。结果表明：容须卡红柱石主要成分Al2O3和SiO2的含量与理论值有所差异，所含杂质离子主要为Fe，Mg，Na，K，Ca，Ti，Mn，Cr，P等；X射线衍射图谱中除了出现红柱石的衍射峰外，还可见强度很低的白云母的衍射峰，晶胞参数实测值为：a0=7.795 Å，b0=7.900 Å，c0=5.554 Å(1Å=0.1 nm)； 红外吸收光谱与理想图谱有微小的差异，可能是由于部分杂质离子混入红柱石晶格中引起的。

关键词：容须卡红柱石化学成分谱学特征

红柱石属非金属矿物，是蓝晶石族矿物之一，晶体呈柱状，横断面近正方形，一般呈灰白、褐或红色，玻璃光泽，硬度6.5～7.5，属中等含铝的铝硅酸盐耐火材料和提取氧化铝的主要矿物。红柱石化学成分理论值Al2O3为63.2%，SiO2为36.8%，但常常由于成矿结晶、蚀变、风化等原因，晶格中常含有Fe，Mg，Ti等一些杂质离子，致使化学成分实测值偏离理论值。本文拟通过X射线荧光、X射线衍射及红外吸收光谱方法，对四川客须卡红柱石化学成分和谱学特征进行系统研究。

1区域地质背景

矿区地处青藏高原东南缘向四川盆地过渡地带，北为巴颜喀拉山脉南东段，东靠邛崃山脉北段，西依大雪山山脉。大地构造位置处于雅江弧形构造带内侧，“帚状”构造的北端收敛部位。主要出露地层为三叠系上统侏倭组及瓦多组中段、下段，以冒地槽类复理石砂、泥质碎屑岩为主。已发现的红柱石矿体赋存于三叠系上统瓦多组二云石英片岩及少量粉砂质板岩、变质长石石英砂岩中。矿区褶皱构造发育，容须卡背斜、锡子卡海向斜是帚状构造主要成员，南北向的甲基卡背斜，仅在地层分布上有所显示。矿区已发现断层1条，产于瓦多组下段地层T3w1中，断层内不含矿，是成矿期的层间滑动断裂。区内节理裂隙十分发育，分为剪切节理和张节理，旋扭运动形成的大量裂隙明显地控制了印支期岩浆活动以及旋回的岩体和各类脉岩的形成。区域岩浆岩分布普遍，以印支期中、酸性侵入岩为主，亦有少量燕山期中性侵入岩，喷发活动不明显，侵入岩体规模不大，多以岩株产出，且分布零星[1]。

2矿床地质特征

印支期中、酸性侵入岩及燕山期中性侵入岩特别是印支晚期小型二云母花岗岩体的侵入，使上三叠统地层普遍发生热接触变质作用。容须卡红柱石矿床属于受岩浆岩及构造控制的热液接触变质型红柱石矿床。

2.1矿体特征

红柱石是强烈变质的产物，矿体主要赋存于三叠系上统瓦多组下段(T3w1)二云石英片岩及少量粉砂质板岩、变质长石石英砂岩中。矿体围绕容须卡穹窿状构造，平面上呈不规则葫芦状及南北向和北东-南西向展布。初步圈定出矿体3个，规模大小不等，形态较简单，呈层状、似层状产出。

2.2矿石特征

矿石基本矿物成分为红柱石，脉石矿物主要为石英、黑云母、白云母。矿石结构主要为显微鳞片变晶、斑状变晶结构及交代残余结构。矿石构造主要为定向、片状构造及变余纹层状构造。四川容须卡红柱石发生了绢云母化蚀变，如图1。

绢云母属于白云母的亚种，是呈极细鳞片状的白云母。白云母化蚀变发生在高温条件下，而绢云母化蚀变发生在中低温条件下，这和红柱石产于低压中低温条件下相一致。

图1　绢云母化蚀变

3红柱石化学成分特征

选取7件不同的红柱石单体，分别将其逐级破碎、过筛，在蒸馏水中反复清洗干净后晾干，在双目显微镜下挑选出40～60目纯净的红柱石颗粒，然后在玛瑙钵中研磨至200目以下，制成粉末样品。X射线荧光光谱测试在西南科技大学分析测试中心完成，测试分析仪器采用的是帕纳科Axios型X射线荧光光谱仪(波长色散型)，选择常量成分定量全分析(10～15项)熔片法。测试条件：陶瓷X射线光管(Rh靶)，最大功率2.4 kW；测角仪扫描方式θ/2θ方式；角度重现性优于±0.000 1°，精度0.002 5°；探测器为闪烁探测器和流气探测器；分析元素范围为9F到92U，含量范围为0.01%～100%，试样直径为32 mm。红柱石的XRF定量分析结果如表1。

由表1数据可知，容须卡红柱石主要化学成分Al2O3含量为59.53%～63.61%，平均为61.79%；SiO2含量为35.87%～38.81%，平均为37.16%。与红柱石理论成分(Al2O363.2%,SiO236.8%)[2]接近。次要化学成分：FeO平均含量为0.31%，Na2O平均含量为0.12%，MgO平均含量为0.11%。另外，还含有微量的K2O，TiO2，MnO，Cr2O3，P2O5，BaO等，含量均低于0.1%。将四川容须卡红柱石化学成分与新疆南天山、西藏雄村、晋北、福建东山4个地区红柱石化学成分进行对比，结果见表2。

表1　红柱石的XRF定量分析结果

注：LOI为红柱石的烧失量，C为平均值

表2　容须卡红柱石化学成分与其他产地红柱石对比(单位：%)

由表2中的数据可知，四川容须卡红柱石与新疆南天山、西藏雄村、晋北及福建东山4个地区的红柱石化学成分有所差异，主要体现在红柱石的纯度及杂质离子的种类和含量上。四川容须卡红柱石矿床属于受岩浆岩及构造控制的热液接触变质矿床，主要围岩是二云石英片岩。容须卡红柱石纯度较低，所含杂质主要为Fe，Mg，Na，K，Ca，Ti，Mn，Cr，P等，应是红柱石发生了绢云母化蚀变的缘故；新疆南天山红柱石主要成分Al2O3和SiO2的含量与理论值吻合较好，表明新疆南天山红柱石矿物形成条件稳定[3]；西藏熊村红柱石发育于铜金矿中，主要围

岩是凝灰质的火山岩，颗粒间常充填硫化物，不是区域变质或接触变质成因，而是酸性的次火山热液酸滤后的结果[4]，杂质含量较少，主要为Fe和K离子；晋北红柱石被白云母、绢云母强烈交代[5]，杂质离子含量偏多，FeO含量高达0.96%，Mg,Ca 氧化物的含量也偏高；福建东山红柱石产于沿海低压区域变质作用带的高铝岩石中，与石英、白云母、黑云母共生，红柱石晶型较好，晶格稳定，没有阳离子取代现象[6]。这几个地区红柱石纯度及所含杂质离子的不同，在一定程度上反映了各地区红柱石矿床成矿环境特征的差异性。

4红柱石谱学特征

4.1X射线衍射分析

用于X射线荧光光谱分析的7件红柱石粉末样品足够多，进行X射线衍射分析时，选用它们的混合样。红柱石粉末X射线衍射分析测试在西南科技大学分析测试中心完成，采用的是X'pert MPD Pro型X射线衍射仪(帕纳科公司，荷兰)。测试条件：Cu靶，管电压为40 kV，管电流为40 mA，发射狭缝(DS)为0.5°，防散射狭缝(SS)为0.04 rad，接受狭缝(AAS)为5.5 mm，扫描范围为0.5°～80°，连续扫描。红柱石的X射线衍射图谱见图2。

图2　红柱石X射线衍射图

四川容须卡红柱石的X射线衍射图中的衍射峰大部分是红柱石的，另外，还出现了白云母的X射线衍射值(d=9.968 Å(1Å=0.1 nm，下同)，衍射强度为I/I0=2.19%；d=4.991 Å，衍射强度为I/I0=1.39%；d=3.327 Å，衍射强度为I/I0=2.90%；d=3.192 Å，衍射强度为I/I0=0.97%)。由上面四组衍射数据可知白云母X射线衍射强度低，证明白云母的含量少，应是由于红柱石发生了绢云母化蚀变造成的。经X'Pert Highscore Plus 2.0软件拟合分析得出四川容须卡红柱石的晶胞参数值：a0=7.795 Å，b0=7.900 Å，c0=5.554 Å。晶胞参数实测值与理论值(a0=7.78 Å，b0=7.92 Å，c0=5.57 Å)[7]有微小的差异，可能是部分杂质离子混入红柱石晶格改变了阴阳离子间的键长造成的。

4.2红外吸收光谱分析

本次实验的红柱石样品的获得方法和用于X射线衍射分析的样品的获得方法是一样的。对红柱石粉末样品进行红外吸收光谱测试，采用KBr压片法，根据测试出的红柱石样品的红外吸收光谱特征波数值与标准值的偏移情况，可以判断红柱石晶格中是否有杂质离子混入替代阳离子[8-9]。该测试在西南科技大学分析测试中心完成, 采用Nicolet-5 700型红外吸收光谱仪(尼高力仪器公司，美国)。测试条件:分辨率16 cm-1，光阑设置6 mm；扫描速度10 kHz，背景扫描时间32 s，样品扫描时间32 s；室温24～26 ℃，湿度范围<70%，电压220 V；测试范围400～4 000 cm-1。四川容须卡红柱石粉末的红外吸收光谱测试结果见图3。

图3　红柱石的红外吸收光谱图

由图3可知红柱石样品的红外吸收光谱特征波数值主要集中在400～1 000 cm-1范围内，出现的主要吸收峰的位置为：447，484，521，607，687，775，939 cm-1。红柱石矿物晶格内分子的振动主要有Si-O的伸缩振动、O-Si-O的弯曲振动、Al-O的伸缩振动3种类型。根据前人的研究成果[10-11]，Si-O的伸缩振动位于800～1 000 cm-1范围内，四川容须卡红柱石Si-O的伸缩振动主要频带在939 cm-1处附近；红柱石中阳离子Al3+有两种配位方式，分别是构成八面体的6次配位和构成三方双锥多面体的5次配位，607，687 cm-1可能是6次配位Al-O的伸缩振动，而775 cm-1处可能是5次配位Al-O的伸缩振动；447，484，521 cm-1处属于O-Si-O的弯曲振动，447 cm-1处频带较强，484 cm-1处频带较弱、521 cm-1处频带中等。将四川容须卡红柱石的红外吸收光谱特征波数实测值与标准值对比见表3。

由表3可知，四川容须卡红柱石红外吸收光谱特征波数实测值与标准值有微小的偏移，都比标准值稍大些。在同一矿物的红外吸收光谱中，离子质量增大，红外吸收光谱将向低频率方向偏移；离子半径减小，红外吸收光谱将向高频率方向偏移。容须卡红柱石的晶体结构中，Mg离子可能混入晶格取代

表3　红外吸收光谱特征波数实测值与标准值对比

了Al-O中的部分Al离子，由于Mg离子质量小于Al离子、半径大于Al离子，所以对Al-O的伸缩振动的影响不明显，略向高频率方向偏移；P离子可能混入晶格取代了Si-O和Si-O-Si中的部分Si离子，P离子质量稍大于Si离子、半径稍小于Si离子，对红外吸收光谱振动偏移的影响很小，Si-O的伸缩振动及Si-O-Si的弯曲振动都略向高频率方向偏移。Mg，P离子混入晶格会改变阴阳离子间的键长，这可能是致使容须卡红柱石晶胞参数实测值与理论值不一致的原因。

5结论

(1)四川容须卡红柱石矿床属于受岩浆岩及构造控制的热液接触变质型红柱石矿床。XRF结果显示容须卡红柱石的主要成分Al2O3为61.79%、SiO2为37.16%，与标准值有所差异，所含杂质离子主要为Fe，Mg，Na，K，Ca，Ti，Mn，Cr，P等，应是由于绢云母化蚀变造成的。红柱石化学成分特征在一定程度上也反映了红柱石矿床的成矿环境特征。

(2)X射线衍射图谱中除了出现红柱石的衍射峰外，还可见强度很弱的白云母的衍射峰。实测晶胞参数为:a0=7.795 Å，b0=7.900 Å，c0=5.554 Å。

(3)红柱石的红外吸收光谱与标准图谱有微小偏移，推测Mg离子可能混入晶格取代了部分Al离子，P离子可能取代了部分Si离子。杂质离子混入晶格中取代部分阳离子会改变阴阳离子间的键长，这可能是致使容须卡红柱石晶胞参数实测值与理论值不一致的原因。

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Study on Chemical Composition and Spectra of Andalusite from Rongxuka in Sichuan

MENG Hong-zhen, LIU Sui-hai

(SchoolInstituteofEnvironmentandResource,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China)

Abstract:Chemical composition and spectra of andalusite from Rongxuka in Sichuan were studied by X-ray fluorescence,X-ray diffraction and infrared absorption spectra. Results show that there were some differences between the measured values of andalusite from Rongxuka and standard values,the major foreign ions were Fe，Mg，Na，K，Ca，Ti，Mn，Cr，P,etc.X-ray diffraction pattern shows that there exist not only major diffraction peaks of andalusite but also weak diffraction peaks of muscovite.The measured values of crystal cells are: a0=7.795 Å,b0=7.900 Å, c0=5.554 Å.There are small differences between infrared absorption spectra and standard spectra,which are probably caused by some foreign ions entering into crystal lattices of andalusite.

Key words:Rongxuka;Andalusite; Chemical composition; Spectra characteristics

中图分类号：P578.945；P575

文献标志码：A

文章编号：1671-8755(2016)01-0093-05

作者简介:孟洪振(1987—)，男，硕士研究生，研究方向为非金属矿开发与利用。E-mail:1083084745@qq.com

收稿日期：2015-05-22