孟洪振　劉歲海

(西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院　四川綿陽(yáng)　621010)

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四川容須卡紅柱石化學(xué)成分及譜學(xué)特征研究

孟洪振劉歲海

(西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院四川綿陽(yáng)621010)

摘要：通過(guò)X射線熒光、X射線衍射及紅外吸收光譜方法，對(duì)容須卡紅柱石的化學(xué)成分和譜學(xué)特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明：容須卡紅柱石主要成分Al2O3和SiO2的含量與理論值有所差異，所含雜質(zhì)離子主要為Fe，Mg，Na，K，Ca，Ti，Mn，Cr，P等；X射線衍射圖譜中除了出現(xiàn)紅柱石的衍射峰外，還可見(jiàn)強(qiáng)度很低的白云母的衍射峰，晶胞參數(shù)實(shí)測(cè)值為：a0=7.795 ?，b0=7.900 ?，c0=5.554 ?(1?=0.1 nm)； 紅外吸收光譜與理想圖譜有微小的差異，可能是由于部分雜質(zhì)離子混入紅柱石晶格中引起的。

關(guān)鍵詞：容須卡紅柱石化學(xué)成分譜學(xué)特征

紅柱石屬非金屬礦物，是藍(lán)晶石族礦物之一，晶體呈柱狀，橫斷面近正方形，一般呈灰白、褐或紅色，玻璃光澤，硬度6.5～7.5，屬中等含鋁的鋁硅酸鹽耐火材料和提取氧化鋁的主要礦物。紅柱石化學(xué)成分理論值A(chǔ)l2O3為63.2%，SiO2為36.8%，但常常由于成礦結(jié)晶、蝕變、風(fēng)化等原因，晶格中常含有Fe，Mg，Ti等一些雜質(zhì)離子，致使化學(xué)成分實(shí)測(cè)值偏離理論值。本文擬通過(guò)X射線熒光、X射線衍射及紅外吸收光譜方法，對(duì)四川客須卡紅柱石化學(xué)成分和譜學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究。

1區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)地處青藏高原東南緣向四川盆地過(guò)渡地帶，北為巴顏喀拉山脈南東段，東靠邛崍山脈北段，西依大雪山山脈。大地構(gòu)造位置處于雅江弧形構(gòu)造帶內(nèi)側(cè)，“帚狀”構(gòu)造的北端收斂部位。主要出露地層為三疊系上統(tǒng)侏倭組及瓦多組中段、下段，以冒地槽類(lèi)復(fù)理石砂、泥質(zhì)碎屑巖為主。已發(fā)現(xiàn)的紅柱石礦體賦存于三疊系上統(tǒng)瓦多組二云石英片巖及少量粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖中。礦區(qū)褶皺構(gòu)造發(fā)育，容須卡背斜、錫子卡海向斜是帚狀構(gòu)造主要成員，南北向的甲基卡背斜，僅在地層分布上有所顯示。礦區(qū)已發(fā)現(xiàn)斷層1條，產(chǎn)于瓦多組下段地層T3w1中，斷層內(nèi)不含礦，是成礦期的層間滑動(dòng)斷裂。區(qū)內(nèi)節(jié)理裂隙十分發(fā)育，分為剪切節(jié)理和張節(jié)理，旋扭運(yùn)動(dòng)形成的大量裂隙明顯地控制了印支期巖漿活動(dòng)以及旋回的巖體和各類(lèi)脈巖的形成。區(qū)域巖漿巖分布普遍，以印支期中、酸性侵入巖為主，亦有少量燕山期中性侵入巖，噴發(fā)活動(dòng)不明顯，侵入巖體規(guī)模不大，多以巖株產(chǎn)出，且分布零星[1]。

2礦床地質(zhì)特征

印支期中、酸性侵入巖及燕山期中性侵入巖特別是印支晚期小型二云母花崗巖體的侵入，使上三疊統(tǒng)地層普遍發(fā)生熱接觸變質(zhì)作用。容須卡紅柱石礦床屬于受巖漿巖及構(gòu)造控制的熱液接觸變質(zhì)型紅柱石礦床。

2.1礦體特征

紅柱石是強(qiáng)烈變質(zhì)的產(chǎn)物，礦體主要賦存于三疊系上統(tǒng)瓦多組下段(T3w1)二云石英片巖及少量粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)長(zhǎng)石石英砂巖中。礦體圍繞容須卡穹窿狀構(gòu)造，平面上呈不規(guī)則葫蘆狀及南北向和北東-南西向展布。初步圈定出礦體3個(gè)，規(guī)模大小不等，形態(tài)較簡(jiǎn)單，呈層狀、似層狀產(chǎn)出。

2.2礦石特征

礦石基本礦物成分為紅柱石，脈石礦物主要為石英、黑云母、白云母。礦石結(jié)構(gòu)主要為顯微鱗片變晶、斑狀變晶結(jié)構(gòu)及交代殘余結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要為定向、片狀構(gòu)造及變余紋層狀構(gòu)造。四川容須卡紅柱石發(fā)生了絹云母化蝕變，如圖1。

絹云母屬于白云母的亞種，是呈極細(xì)鱗片狀的白云母。白云母化蝕變發(fā)生在高溫條件下，而絹云母化蝕變發(fā)生在中低溫條件下，這和紅柱石產(chǎn)于低壓中低溫條件下相一致。

圖1　絹云母化蝕變

3紅柱石化學(xué)成分特征

選取7件不同的紅柱石單體，分別將其逐級(jí)破碎、過(guò)篩，在蒸餾水中反復(fù)清洗干凈后晾干，在雙目顯微鏡下挑選出40～60目純凈的紅柱石顆粒，然后在瑪瑙缽中研磨至200目以下，制成粉末樣品。X射線熒光光譜測(cè)試在西南科技大學(xué)分析測(cè)試中心完成，測(cè)試分析儀器采用的是帕納科Axios型X射線熒光光譜儀(波長(zhǎng)色散型)，選擇常量成分定量全分析(10～15項(xiàng))熔片法。測(cè)試條件：陶瓷X射線光管(Rh靶)，最大功率2.4 kW；測(cè)角儀掃描方式θ/2θ方式；角度重現(xiàn)性優(yōu)于±0.000 1°，精度0.002 5°；探測(cè)器為閃爍探測(cè)器和流氣探測(cè)器；分析元素范圍為9F到92U，含量范圍為0.01%～100%，試樣直徑為32 mm。紅柱石的XRF定量分析結(jié)果如表1。

由表1數(shù)據(jù)可知，容須卡紅柱石主要化學(xué)成分Al2O3含量為59.53%～63.61%，平均為61.79%；SiO2含量為35.87%～38.81%，平均為37.16%。與紅柱石理論成分(Al2O363.2%,SiO236.8%)[2]接近。次要化學(xué)成分：FeO平均含量為0.31%，Na2O平均含量為0.12%，MgO平均含量為0.11%。另外，還含有微量的K2O，TiO2，MnO，Cr2O3，P2O5，BaO等，含量均低于0.1%。將四川容須卡紅柱石化學(xué)成分與新疆南天山、西藏雄村、晉北、福建東山4個(gè)地區(qū)紅柱石化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1　紅柱石的XRF定量分析結(jié)果

注：LOI為紅柱石的燒失量，C為平均值

表2　容須卡紅柱石化學(xué)成分與其他產(chǎn)地紅柱石對(duì)比(單位：%)

由表2中的數(shù)據(jù)可知，四川容須卡紅柱石與新疆南天山、西藏雄村、晉北及福建東山4個(gè)地區(qū)的紅柱石化學(xué)成分有所差異，主要體現(xiàn)在紅柱石的純度及雜質(zhì)離子的種類(lèi)和含量上。四川容須卡紅柱石礦床屬于受巖漿巖及構(gòu)造控制的熱液接觸變質(zhì)礦床，主要圍巖是二云石英片巖。容須卡紅柱石純度較低，所含雜質(zhì)主要為Fe，Mg，Na，K，Ca，Ti，Mn，Cr，P等，應(yīng)是紅柱石發(fā)生了絹云母化蝕變的緣故；新疆南天山紅柱石主要成分Al2O3和SiO2的含量與理論值吻合較好，表明新疆南天山紅柱石礦物形成條件穩(wěn)定[3]；西藏熊村紅柱石發(fā)育于銅金礦中，主要圍

巖是凝灰質(zhì)的火山巖，顆粒間常充填硫化物，不是區(qū)域變質(zhì)或接觸變質(zhì)成因，而是酸性的次火山熱液酸濾后的結(jié)果[4]，雜質(zhì)含量較少，主要為Fe和K離子；晉北紅柱石被白云母、絹云母強(qiáng)烈交代[5]，雜質(zhì)離子含量偏多，F(xiàn)eO含量高達(dá)0.96%，Mg,Ca 氧化物的含量也偏高；福建東山紅柱石產(chǎn)于沿海低壓區(qū)域變質(zhì)作用帶的高鋁巖石中，與石英、白云母、黑云母共生，紅柱石晶型較好，晶格穩(wěn)定，沒(méi)有陽(yáng)離子取代現(xiàn)象[6]。這幾個(gè)地區(qū)紅柱石純度及所含雜質(zhì)離子的不同，在一定程度上反映了各地區(qū)紅柱石礦床成礦環(huán)境特征的差異性。

4紅柱石譜學(xué)特征

4.1X射線衍射分析

用于X射線熒光光譜分析的7件紅柱石粉末樣品足夠多，進(jìn)行X射線衍射分析時(shí)，選用它們的混合樣。紅柱石粉末X射線衍射分析測(cè)試在西南科技大學(xué)分析測(cè)試中心完成，采用的是X'pert MPD Pro型X射線衍射儀(帕納科公司，荷蘭)。測(cè)試條件：Cu靶，管電壓為40 kV，管電流為40 mA，發(fā)射狹縫(DS)為0.5°，防散射狹縫(SS)為0.04 rad，接受狹縫(AAS)為5.5 mm，掃描范圍為0.5°～80°，連續(xù)掃描。紅柱石的X射線衍射圖譜見(jiàn)圖2。

圖2　紅柱石X射線衍射圖

四川容須卡紅柱石的X射線衍射圖中的衍射峰大部分是紅柱石的，另外，還出現(xiàn)了白云母的X射線衍射值(d=9.968 ?(1?=0.1 nm，下同)，衍射強(qiáng)度為I/I0=2.19%；d=4.991 ?，衍射強(qiáng)度為I/I0=1.39%；d=3.327 ?，衍射強(qiáng)度為I/I0=2.90%；d=3.192 ?，衍射強(qiáng)度為I/I0=0.97%)。由上面四組衍射數(shù)據(jù)可知白云母X射線衍射強(qiáng)度低，證明白云母的含量少，應(yīng)是由于紅柱石發(fā)生了絹云母化蝕變?cè)斐傻摹＝?jīng)X'Pert Highscore Plus 2.0軟件擬合分析得出四川容須卡紅柱石的晶胞參數(shù)值：a0=7.795 ?，b0=7.900 ?，c0=5.554 ?。晶胞參數(shù)實(shí)測(cè)值與理論值(a0=7.78 ?，b0=7.92 ?，c0=5.57 ?)[7]有微小的差異，可能是部分雜質(zhì)離子混入紅柱石晶格改變了陰陽(yáng)離子間的鍵長(zhǎng)造成的。

4.2紅外吸收光譜分析

本次實(shí)驗(yàn)的紅柱石樣品的獲得方法和用于X射線衍射分析的樣品的獲得方法是一樣的。對(duì)紅柱石粉末樣品進(jìn)行紅外吸收光譜測(cè)試，采用KBr壓片法，根據(jù)測(cè)試出的紅柱石樣品的紅外吸收光譜特征波數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏移情況，可以判斷紅柱石晶格中是否有雜質(zhì)離子混入替代陽(yáng)離子[8-9]。該測(cè)試在西南科技大學(xué)分析測(cè)試中心完成, 采用Nicolet-5 700型紅外吸收光譜儀(尼高力儀器公司，美國(guó))。測(cè)試條件:分辨率16 cm-1，光闌設(shè)置6 mm；掃描速度10 kHz，背景掃描時(shí)間32 s，樣品掃描時(shí)間32 s；室溫24～26 ℃，濕度范圍<70%，電壓220 V；測(cè)試范圍400～4 000 cm-1。四川容須卡紅柱石粉末的紅外吸收光譜測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3　紅柱石的紅外吸收光譜圖

由圖3可知紅柱石樣品的紅外吸收光譜特征波數(shù)值主要集中在400～1 000 cm-1范圍內(nèi)，出現(xiàn)的主要吸收峰的位置為：447，484，521，607，687，775，939 cm-1。紅柱石礦物晶格內(nèi)分子的振動(dòng)主要有Si-O的伸縮振動(dòng)、O-Si-O的彎曲振動(dòng)、Al-O的伸縮振動(dòng)3種類(lèi)型。根據(jù)前人的研究成果[10-11]，Si-O的伸縮振動(dòng)位于800～1 000 cm-1范圍內(nèi)，四川容須卡紅柱石Si-O的伸縮振動(dòng)主要頻帶在939 cm-1處附近；紅柱石中陽(yáng)離子Al3+有兩種配位方式，分別是構(gòu)成八面體的6次配位和構(gòu)成三方雙錐多面體的5次配位，607，687 cm-1可能是6次配位Al-O的伸縮振動(dòng)，而775 cm-1處可能是5次配位Al-O的伸縮振動(dòng)；447，484，521 cm-1處屬于O-Si-O的彎曲振動(dòng)，447 cm-1處頻帶較強(qiáng)，484 cm-1處頻帶較弱、521 cm-1處頻帶中等。將四川容須卡紅柱石的紅外吸收光譜特征波數(shù)實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比見(jiàn)表3。

由表3可知，四川容須卡紅柱石紅外吸收光譜特征波數(shù)實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值有微小的偏移，都比標(biāo)準(zhǔn)值稍大些。在同一礦物的紅外吸收光譜中，離子質(zhì)量增大，紅外吸收光譜將向低頻率方向偏移；離子半徑減小，紅外吸收光譜將向高頻率方向偏移。容須卡紅柱石的晶體結(jié)構(gòu)中，Mg離子可能混入晶格取代

表3　紅外吸收光譜特征波數(shù)實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比

了Al-O中的部分Al離子，由于Mg離子質(zhì)量小于Al離子、半徑大于Al離子，所以對(duì)Al-O的伸縮振動(dòng)的影響不明顯，略向高頻率方向偏移；P離子可能混入晶格取代了Si-O和Si-O-Si中的部分Si離子，P離子質(zhì)量稍大于Si離子、半徑稍小于Si離子，對(duì)紅外吸收光譜振動(dòng)偏移的影響很小，Si-O的伸縮振動(dòng)及Si-O-Si的彎曲振動(dòng)都略向高頻率方向偏移。Mg，P離子混入晶格會(huì)改變陰陽(yáng)離子間的鍵長(zhǎng)，這可能是致使容須卡紅柱石晶胞參數(shù)實(shí)測(cè)值與理論值不一致的原因。

5結(jié)論

(1)四川容須卡紅柱石礦床屬于受巖漿巖及構(gòu)造控制的熱液接觸變質(zhì)型紅柱石礦床。XRF結(jié)果顯示容須卡紅柱石的主要成分Al2O3為61.79%、SiO2為37.16%，與標(biāo)準(zhǔn)值有所差異，所含雜質(zhì)離子主要為Fe，Mg，Na，K，Ca，Ti，Mn，Cr，P等，應(yīng)是由于絹云母化蝕變?cè)斐傻?。紅柱石化學(xué)成分特征在一定程度上也反映了紅柱石礦床的成礦環(huán)境特征。

(2)X射線衍射圖譜中除了出現(xiàn)紅柱石的衍射峰外，還可見(jiàn)強(qiáng)度很弱的白云母的衍射峰。實(shí)測(cè)晶胞參數(shù)為:a0=7.795 ?，b0=7.900 ?，c0=5.554 ?。

(3)紅柱石的紅外吸收光譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜有微小偏移，推測(cè)Mg離子可能混入晶格取代了部分Al離子，P離子可能取代了部分Si離子。雜質(zhì)離子混入晶格中取代部分陽(yáng)離子會(huì)改變陰陽(yáng)離子間的鍵長(zhǎng)，這可能是致使容須卡紅柱石晶胞參數(shù)實(shí)測(cè)值與理論值不一致的原因。

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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 ?,b0=7.900 ?, c0=5.554 ?.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

中圖分類(lèi)號(hào)：P578.945；P575

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-8755(2016)01-0093-05

作者簡(jiǎn)介:孟洪振(1987—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榉墙饘俚V開(kāi)發(fā)與利用。E-mail:1083084745@qq.com

收稿日期：2015-05-22