沉积物分析 第二章粘土矿物X射线分析.ppt

《《沉积物分析沉积物分析》》 Analysis methods for SedimentsAnalysis methods for Sediments范 德 江 中 国 海 洋 大 学 2008年9月第五章 粘土矿物X射线物相分析1.杨雅秀等，1994，中国粘土矿物， 地质出版社2.林西生等，1990，X射线衍射分析技 术及其地质应用，石油工业出版社教学内容教学内容l粘土矿物性质l粘土矿物X射线衍射分析样品制备l粘土矿物物相鉴定《沉积物分析》第五章 粘土矿物X射线物相分析第一节 粘土矿物的特征l高岭石族l伊利石族l蒙脱石族l绿泥石族l混层粘土矿物基本结构单元 硅氧四面体与硅氧片铝氧八面体与铝氧片OHOAl,MgSiAl,Mg硅氧片铝氧片层间域高岭石族（Kaolinite） Al4[Si4O10][OH]81:1型；包括：高岭石、地开石 、珍珠陶土（结构单位层的 平移角度差别）①电价平衡，离子交换能力差②形成环境：长石类矿物在酸性 介质中分解的产物；富含Al3+ 的硅酸盐转变单个呈现六边鳞片状、书页状，而集合体：蠕虫状、手风琴状7A伊利石族（Illite） KAl2[(Si,Al)4O10][OH]2.nH2O2:1型；包括：伊利石/水云 母、海绿石①电价不平衡，离子交换 能力较强②形成环境：K离子存在、 中性偏碱的环境偏光显微镜下：弯曲叶片状，低 —中正突起，干涉色可达二级 扫描电镜下：圆滑鳞片状或带尖 角和直边的片状10A蒙皂石族（Montmorillonite） (Al2 , Mg3 , Fe2 )[(Si,Al)4O10][OH]2.nH2O2:1型；蒙脱石、拜来石、 绿脱石、皂石、锌皂石 、锂皂石①电价不平衡，离子交换 能力很强②形成环境：中基性火成 岩在偏冷、中性或弱碱 性下形成细鳞片状、鹅毛状、棉絮状，轮廓不清 楚9-21A绿泥石族（Chlorite）绿色，集合体形态为针叶状 、玫瑰花状等2:1:1型水镁石层14.2A水镁石层混层粘土矿物l概念两种或两种以上不同类型的粘土矿物结构单 元叠置而成l有序（规则）混层两种以上粘土矿物结构单位层作有规律的互 层叠置l无序（不规则）混层伊利石/蒙皂石混层(I/S),绿泥石/蒙皂石混层 （C/S),高岭石/蒙皂石混层(K/S) 无序 R=0 R=1 型有序R≥ 3型有序I 层S 层 R0/R1（过渡型，部分有序）R1/R3 （过渡型）不规则混层 在C方向无周期 I/S 结构 有序度RISSSISIISISISIIIS C1）晶胞大，底面d值大,区别也大；相应特 征峰集中在低角度； 2）层状结构，易于择优取相，是制定向片 的理论依据； 3）结构的相似性决定了在一定条件下，矿 物发生转变，中间会出现混层过渡相《沉积物分析》第五章 粘土矿物X射线物相分析第二节 粘土矿物X射线衍射分析样品制备1 粘土分离2 定向片制备与处理3 上机分析1 粘土分离目的: 富集粘土,提高峰的强度；统一粒径,数据 可比较；便于制成定向片,大大提高001反射的强度粘土分离工艺流程破碎，浸泡, 超声分析原因悬浮否？碳酸盐太多可溶性盐类相絮凝状态反复洗涤，直到悬浮加分散剂 去碳酸盐 （稀酸法与络合法）提取所需粒径的悬浮液离心，浓缩制备定向片 余者烘干，包装制备悬浮液粘土分离含膏盐类矿物 络合法处理 否是(1) 悬浊液的制备1）粘粒表面一般带有负电荷，如蒙皂石底面；2）为了平衡上述负电荷，上述底面会吸附阳离子，如Na+,Ca 2+ ；两个粘粒底面形成双电层； 3）阳离子会向外扩散。

于是，两个粒子之间就形成扩散的双电层；4）当介质存在阳离子时（如有可溶性的盐类矿物；用盐酸处理后，产生大量Ca,Mg离子），双电层被压缩， 粘土不悬浮；经洗涤后，当阳离子浓度降到一定值（临界絮凝值） 时，粘土悬浮；由于某种原因，有些粘粒面带了正电荷，正负电荷吸引，粘土处在絮凝状态，分散剂六偏磷酸钠的作用在于使电荷反转，于是粘土悬浮面-面 端-端 面-端 之间存在异号电荷是产生 粘土絮凝的一个原因，解决办法是加分散剂 其作用是使电荷发生反转：＋ －－＋加分散剂：一点一点加，边加边搅拌，一旦悬浮就停止＋ ＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋－－面-面端-端面-端粘土片－ － － － － － － －－ － － － － － － －＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋＋在水介质中的粘土片双电层粘土片之间既有吸引又有排斥粘土片＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋－ － － － － － － －－ － － － － － － －双电层扩散，粘土悬浮－ － － － － － － －－ － － － － － － －＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋因可溶性电解质存在 双电层被压缩，粘土絮凝解决办法：反复洗涤，让 双电层扩散，粘土再悬浮排斥分散剂六偏磷酸钠使粘土颗粒边缘电荷发生反转颗粒边缘Al+出露(NaPO3)6样品经破碎,浸泡,超声或湿磨后,出现以下三种情况完全悬浮似悬浮又不悬浮悬浮液的制备絮凝状态似悬浮又不悬浮原因：往往是碳酸盐太多悬浮液的制备悬浮液的制备发生絮凝的原因： 1 含可溶性盐类矿物2 用稀盐酸处理后的溶液3 电荷异号(2)粘土分离工艺流程 得到合适粘粒的方法1）提取粘土悬浊液2）收集粘土矿物m gf1f2等效球形粒子，直径为d 匀速直线自由下降mg=f1+f2mg:重力f1:浮力f2:粘滞力=ηv Stokes 法则t∝h/d2h=vt8小时 10cm ＜2μ1）提取悬浊液: 使用自然沉降法, 适合于常规大批样品的分离 简单实用800烧杯，用虹吸管；100烧杯，注射器为确保能自然沉降，对悬浮液浓度应有所控制（∽3％）离心法微孔滤膜法超细粒径：＜0.5μ微孔滤膜悬浮液2) 收集粘土矿物2 定向片制备与处理1）自然片 2）已二醇饱和片 3）加热片薄片1）自然片(N)：悬浮液制样法 用超声仪将粘土重新分散，用小注射器吸取适量悬浮液滴涂在载片上，自然凉干；本方法定向好 简单实用 速度也快 广泛采用 ；载片尺寸要正确 样品尺寸25×27mm 样品量35－45mg标准样品板粘土定向薄膜定向片尺寸不对合格的N片：粘土膜光滑，均匀，无气泡，无裂纹，无颗粒中心线N片出现龟裂原因：样品粉碎过度 ；悬浮液中加了电介质；样品自身因素样品因素使N片出现龟裂解决办法：悬浮液中加极少量胶水1）自然片(N)：涂抹法与抽滤法载片粘土玻璃棒涂抹法：将粘土放载片上，用玻璃棒擀平定向好，避免分异作用不均匀抽滤法：均匀，避免分异作用慢，麻烦，不适于常规分析微孔滤膜砂心2）饱和片：理论依据 甘油饱和制饱和片的理论依据：膨胀性粘土底面带负电荷，对有极性分子（如乙二醇，甘油，水等）具有吸附能力。

用甘油饱和优点是膨胀 大，如蒙皂石可到18A；其缺点是工艺麻烦，不宜于常规分析此外 混层谱图的理论计算都建立在乙二醇饱和片基础上，故现在都不采用 了HO-CH2-CH2-OHOHH＋＋－－水分子的极性结构105° 2）乙二醇饱和片：有蒸汽法，喷雾法与湿润法三种方法，后二者均不可取；乙二醇蒸汽法 ,50℃ 7-9小时,自然降温到室温 ；60－80 ℃ 24小时处理有弊端：薄膜起皱，加热片起层；乙二醇在层间相对稳定，其厚度为3.6A×2=7.2A,在扫描过程中不会逸出乙二醇HO-CH2-CH2-OH,无色粘稠液体，易吸湿）放在有乙二醇的干燥器中， 加盖密封，放在电烘箱中定向片架子 定向片湿润法是不可取的乙二醇湿润法蒸气法：简单 实用 可连续使用很适于批量分析I/S,C/S谱图解释 国际通用3）加热片(T) 450℃－2.5小时 自然冷却至室温耐火砖（平）定向片（作完E谱图后）炉子升温速度不要太快，保温要好加热片发生起皮龟裂原因：温度太高；E片放在空气中时间太长；样品本身炉子起皮龟裂样品补救措施： 3 上机分析上机分析条件选择:扫描范围： 2.5－30采样步宽：0.01°/0.02°扫描速度: 2°/min样品准确定位，样品面应在θ轴上θ轴样品台θ轴弹簧片N片上机扫描:2.5-15度EG片上机扫描:2.5-30度T片上机扫描:2.5-15度经EG饱和后经450℃加热后GGGN.rawGGGE.rawGGGT.raw定性鉴定和定量计算NET《沉积物分析》第五章 粘土矿物X射线衍射分析第三节 粘土矿物物相鉴定• 定性物相鉴定• 定量鉴定一、粘土矿物的定性鉴定确定粘土矿物类型，如高岭石、伊利石、蒙皂石、绿泥石以及混层粘土矿物等。

1.高岭石XRD特征1）高岭石特征峰为7.15A与3.58A ;无膨胀性;经450℃加热,视结晶度情况, 7.15A峰有不同程度的下降,乃至消失(地层浅部的碎屑相);加热至 550℃,晶格破坏; 2）高岭石与盐酸不起反映;用联胺处理,001峰移到10.4A,这是鉴定少量高 岭石的好方法； 3）地开石与珍珠陶土也有7.15A与3.58A 强 反射，但非001反射是有明显 的区 别在常规分析中，在含量不高的情况下，只能鉴定为高岭矿物 TENd=7.15高岭石谱图高岭石,地开石与珍珠陶土 高岭石珍珠陶土地开石区别 1区别 22.伊利石XRD特征1）伊利石有K型, NH4型与Na型之分，其(001)值分别为10.0A，10.4A与9.6A；平常讲的是K型的，也是最常见的；(002)衍射也比较明显；2）伊利石不含任何膨胀层，因此，经EG处理后10.0A峰不发生变化；经450加 热10.0A峰面积基本保持不变，当550加热会损害其晶格，导致强度下降；3）不含任何膨胀层海绿石的特征峰也是10.0A，但其5.0A峰很弱，与伊利石有明显的区别（伊利石该峰的强度是10.0A 的1/3,是相当强的）；4）沉积岩中的伊利石基本上都是碎屑的，其半高宽要小于0.42（°Δ2θ）；在用分峰法求10.0A面积时要注意到这一点。

5） 伊利石与云母是有区别的，后者粒径大很多（因而其半高宽仅有0.1 （°（Δ2θ） ），很容易被分离掉；而伊利石只有在超细粒径时，才可能 分离掉伊利石伊利石: N,EG: N,EG谱图一样谱图一样 NEGTN EG10A10A10A10A5A5A伊利石海绿石伊利石与海绿石有区别很弱较强3.蒙皂石XRD特征1）Ca型与Na型的区分：在相对湿度50％（恒湿24h）时， Ca型d001=15A; Na型12.5A; 在高湿度下， Na型蒙皂石表现出15A 与12.5A相的混合物；在湿态下， Ca型出现20A峰，而Na型则无峰2) 有二八面体与三八面体之分，其典型代表是蒙脱石与皂石；其区别在d060分别为1.50A与1.53A，其次Ca型皂石有002反射，而Ca型蒙脱石则无此峰；在常规分析中，由于含量原因，都只鉴定为蒙皂石；3）共同鉴定特征：经EG处理，膨胀到17A，00l成整数比:d00l=17A/l经450℃加热，收缩到10A（实际是9.6A）；（001）（003）（005）（02，11）（06，33）nm（ 20，13）VP0.430.460.450.460.500.7017.0A8.51A5.62A4.22A3.36A9.61AET结晶很好的蒙皂石VP17A峰对称 d（00l） = 17A/l 山东潍县 膨润土结晶极好的Ca-蒙皂石15.2A17.0A9.6ANET结晶好的Na-蒙皂石有（002）峰12.5ANET6.25A（001）（002）4.绿泥石XRD特征1）绿泥石特征峰为14.2A， 7.10A，4.74A与 3.53A ;无膨胀性;经450℃加热, 14.2A有所收缩并加强(有的下降)； 7.10A强度有所下降；2）从化学成分上看，绿泥石有Fe-C,FeMg-C,Mg-C，与Al-C之分。

Fe-C的14.2A很弱，无此峰时叫7A绿泥石；FeMg-C的14.2A峰强度约为7.10A的1/3; Mg-C14.2A峰强度约为7.10A的3/5 Mg-C与Al-C与热盐酸。