磁铁矿的穆斯堡尔谱研究.pdf

第6卷1986矿物学报A CT AMINERA L O GICASINI C AVol.6,No.1 五 lar.,1二6期月‘l内舀第年磁铁矿的穆斯堡尔谱研究郑裕芳余正方卢敬业吴杰陶杜金龄邓豪姚德贤(中山大 学,广州)摘要我们对大冶、马坑、大顶、黄沙坪、鞍山五个矿区的七个铁矿石样品中的磁铁矿作了室沮“,F.和1二Sn穆斯堡尔谱浏定,并很据穆斯堡尔数据和化学分析推算出磁铁矿的非理想配比的分子结构式初步研究表明,不同的成矿条件和Zn、Mg等二价旧离子的类质同像替代的多少,明显地影响晶胞参致和穆斯堡尔参数文中讨论 了它们的变化规律性主.词磁铁矿,穆斯堡尔谱学,非理想配比,类质同像替代,成矿作用磁铁矿具有反尖晶石型 晶体结构,它在多种成因的铁矿床中都有分布自从Baumlnge r等人〔 ”在1 961年应用穆斯堡尔谱学方法研究磁铁矿 之后,许多研究者采用此法对磁铁矿作了进一步研究,卜‘】本文通过对我 国五个矿区的 七个以磁铁矿为主要成分 的铁矿石样品的穆斯堡尔谱分析,结合X射线衍射分析和化学全分析,研究在不 同成矿条件下Zn、SMg等杂质元素的阳离子的类质 同像 替代所引起磁铁矿 穆斯堡 尔参数、晶胞参数的变化和它们之 间变化的规律性。

一、样品的采取本文研究 了采自湖南黄沙坪、湖北大冶铁山、福建马坑、广东大顶山和辽宁鞍山弓长岭五个矿区的七个磁铁矿样品其采样位置和共生 组合见表1衰1样昌地质位t 及主,矿曲共生组合Table1.Geolog ieal loeatio匕5ofsa扭plesa ndma」o r皿iner alass oeiation s样样品品矿物共 生组合合采样地质位 置⋯⋯}样品品矿物共生组合合采样地质位里里 编编号号号号l翻号号号号 A A A一1 1 1亚陈晶块状51 0:.微 粒粒黄沙坪,打2岩体顶部含含Ic一一橄榄刁刁巨、透辉石、钙 铁辉辉大顶矿 山头矿体(主矿矿 状状状磁铁矿,少爱萤石石铁石英体中(非矿体) ) ) ) )石、月月吐状截铁矿、倪石、、体) ) ) 铁铁铁铁铁铁闪1 1 1滓矿等等等 A A A一2 2 2较 状钙 铁榴石和细、中粒粒黄沙坪,井2岩 体上部外外ID一一中细 较磁铁 矿、共生 有辉辉马倪、主矿体上部部 状状状磁铁 矿,并有少量萤萤接触 带,矽卡岩 磁铁 矿矿矿相矿、石榴子石、透囚石、、、石石石,石 英 等等体内’(主矿体) ) ) ) )斧石、登石石石B一4致密 块 状磁铁矿石,含少 t黄铜矿大冶铁 山,主 矿体内第1期郑裕芳等:磁铁矿的穆斯堡尔谱 研究二、实验样品为经破碎精选 的磁铁矿单矿物,用玛瑙乳钵研磨至~2 00目。

按1 0一1 2mg/ cm吕(全铁)厚度制成功2 0mm的圆形试样穆斯堡 尔谱采用等加速穆斯堡尔谱仪,探测器用.40xo.smmNa l(TI )闪烁计数器,放射 源为:“7Co/Pd、1 2mC i,标准 样是a一Fe;‘’ .51,、2.smCi,标准吸收体是Tln一foil、用透射法获得 室温谱(图1,2)X射线衍射采用日本理学会社D/max 一l型衍射仪,实验条件:Cu靶,Ni滤波片,管压4 0k V,管流20mA,SC探 测器,狭缝系统1一0.3一1扫描速度1/m in,时间常数105.,气葱一~彩七蓄翼翻市常理.,t.勺ll__·I,l,仁挂,F一o .一一一二~ ~ 一一J一~上~-- -工~一一‘L 一- J ~ e e 一一上一一-一8一4.:/ s48场一:l - -一‘2,/ s图1样品A一1的穆斯堡尔谱(室 温)样品A一1的”Sn穆斯堡尔谱Fig.i.M6s,bauerspe etrumofmagnetiteinsam ple图2Fig.2M出sbau e rspeetrumo f二立.Sni室 温)samPleA一1atr o omtemPe r atur e.A一1atro omte口P.r atu r e-三、实验结果与讨论1.根据样品的化学全分析结果(表2),所测样品化学组成有下列特点:表2化学全分析结果(%)Table2.Re,ult:of bulkehem 气ea[a n al产15(%)‹|11!⋯样品编号MnOZ}ZnSn1510:】Al:0:}MgOFe:05二⋯F一“F‘”恤幼81扮7甘 二口知口甘月马月Ž月已月任吮J月且‘马. ⋯⋯0 on”nn甘.八盯,几1一‘10曰几口,二Ž吕J吸n 口”芯丙才O甘, ”介」. ⋯⋯,‘0.臼了. U.J皿1n.229 山, ‘Zn 山no2 8几D建连叮‘么j, 二,, 几丹七‘马,几内舀. ⋯⋯丹U鸽1U O 门r血叨?甘7一七no拓ot‘月0.b, 口月 Jg曰”口8几叨」亡匕nŽ,二叮.尸舀Žnl . ⋯⋯八甘00自 丹U Inn.拓七‘l孟n.己J t才.0,几孟马内J n 口又””U已石. ⋯⋯n”n”on”n.nn仙O甘浇J叮‘O曰八U八UO口内 J,”勺山 .. ⋯””幽“”n”,月”0。

5 801 5;:;:一勺, ”, 自自咋,二心工, 曰n甘,几n”n”心‘ŽU”n U. ⋯⋯010”n甘丹“01”“n,”.挑”乙几州上Ž城†只”自月的山月,口J l人,目Ž七n” . ⋯⋯n甘n”八“一U,臼n U八l人一1A~2B一1B一4C一6D一7E一9(1)七个样品的FeZ十/Fe s+比值均小于0.52)样品中含Zn、Mn、Mg、Al均较高,尤其是A一2和C一6样含量高〔图3中(a)、(b )、矿物学报1 986年!‘丫. . . , .. 车 百. 住l.s e长浏友毕,几O 口,五 J怪一Ž”A 人B B(e) 〕3)部分样品中含Sn较高,而含V、N 呈、T呈都很低或不含这些元素说明成矿物质来源都是偏中酸性和酸性的火成岩根据晶体场理论,在磁铁矿中优先进入 八面体的二价阳离子有:N i、Cu、Co、Fe,而Mn、Ca的八面体择位能为零,与Fe名+相同但据对锰铁尖晶石和镁铁 矿 的实验研究,MnZ+、CaZ+、M扩+相对于Fe3斗来说仍优先进入八面体位! 组成反尖晶石型结构三价阳离子Cr、Mn、Co、V、T呈等八面体择位能均比Fe大,故也能优先进入八面体位置‘.’在磁铁矿中Ga“十含量较低,一般与A 13+成类质 同像取代,Ga“十仍应存 在 于 八面体位置[,]o根据对钦铁 尖晶石〔Fe3+(FeZ+T i‘十)O;〕的研究,Ti‘十应先进入八面体位置’。

’Sn“与Fe a十的离子半径相近‘7,,电荷半径 比和 电负性亦相近,且Sn‘十的配位数为6,而Fe“+的八面体择位能(3.gke al加01)比Fe吕+的大得多,故Sn ’十主要t 换八面体位置的Fe3十在磁铁矿中进入四面体的二价阳离子主要有ZnZ+、CdZ+,三价阳离子Fe3+,四价阳离子Ge‘十 、S:‘+[,]2.根据X射线衍射结果,用图解外推法求得七个样品的 晶胞参数(表3)一般人工纯磁铁矿a=8.3 94一8.39 6入,而所研究的七个样品a明显比该值大,其中尤以A一2、C一6两个样品a值特别大图3(d )一口一~~~.、.,J·、卜一(,y(d)(e)A一ZB一,苦卜4C一61)一7乞一9样品图3晶胞参数、穆斯堡尔谱宽度随样品杂质 含量的变化关系Fi g.3.VariationsofIattiee一eellPar ameter sa ndFWHMofM之 ;ssba u e rspeetrumw ithimpu ritye o nte ntintl iesam Ple ,.(a)Zn含t%,(b )Mn含t%.(e)Al含里 %.(d)晶胞参数a值,(e)A,峰宽度mm/s(FWH M)(f)B一峰宽度mm八(FWH M)。

衰3样品的.胞.橄Table3.Lattiee一e ellpa r ameter softhe、am PI样品偏号晶胞参 数 a(久)吕4064841368401 8t峨 031为各样品的晶胞参数曲线,曲线变化趋势与含Zn、Mn、Al含量曲线相吻合,A一2、C一6的突出,其他几个样品a值都很接近,差值仅在00 4入之内,说明形成条件有类似性3.所有样品的穆斯堡尔室沮谱形状大致相同,经计算机用最小二乘法进行洛仑兹曲线拟合得到七个样品的穆斯堡尔参数(表4)按表4数据在图3中分别画出(e)、( f)两曲线,相应地表示A,峰和B,峰峰宽(FWHM值)的变化可以看出A一2和C一6两样品峰宽显著增宽,说明类质同像混入物多4.按照Vo len ik理论l . ]计算的非理想配比的磁铁矿结构式见表5图4是穆斯堡尔测量结果与化学全分析的Fe“+/Fe.+比值的比较,其中(a )为各样品K 的变化曲线,K 为B,峰面积与姓:峰面积的比值,(b )为化学法铁比值变化曲线由图可见化学法铁比值与K值有近第1期郑裕芳等:磁 铁矿 的穆 斯堡尔谱研究9S似正比的关系裹4磁铁矿 的稚斯组尔.傲Tabl4.M‘,sba 仁erpa r amete r sofmagn etite手 浑品编号A位化学位 移 (饥m/s)四极分裂(m m/s)置{B位置一!一丁丁一丁万二- —}__,月搜峰l万1峰 味场!黔到黔珠争}呱州黯}器纷月吸月O丹匕口口内了自 心J吸J从‘dJ胜8月皿 ⋯⋯0n00ŽU丹1 1.1OU 工匕几U11 月O,J 自几,翻J任丹J,曰 ⋯⋯n”nŽn斑UŽU几U几科O口1二自石甲.n林八U ,二八材O. . ⋯八U跳U八U 八U 八 Un”飞1八Uf LQJn”臼J一行 ‘‘Ž ‘的卜片了 ⋯⋯n Unn0n.八†A一lA一2B一1B一4C,6D一7E一90。

32士O3 203 30.290.3 00.0 0 士0.0 20.Gl0000.030.0200 200 34 9 0.1士0.2通89.64 9 〕.4通86.248834 9324 9040.了2士0.020‘0 7 士 0020,074 62.1士0.246210.284 6314 598滩6 064656463.20.3 7表5非理想配比的磁铁矿分子结构式Table5.Non一、toichiometriemoleeula r:tr uetu ral fo rmulaeof t nagnetite杆品编号KX分子结构式穆谱方 法 Fe Z十/Fe 3+化 学铁比 Fe Z+/Fe1 1 178 8 800 17 7 7Fe 3+仁Fe{才‘Fe名丁t 7」0遥- - -047 7 71 1 18 1 1 1001 3 3 3Fe“‘仁Fe ,‘、.Fe,干1:〕O圣- - -04 7 7 71 1 1.67 7 70023 3 3Fe,‘〔 Fe,‘:.FeZ‘23〕0圣‘‘046 6 61 1 17 3 3 30018 8 8Fe3+仁Fe3十,.Fe Z今习 0盖- - -0,4 7 7 71 1 1。

32 2 20054 4 4Fe3+〔 Fe卜,.: Fe Z‘〕0轰- - -040 0 0l l l85 5 500 10 0 0F3+[ Fe3+:,FeZ‘〕o尝- - -04 8 8 81 1 17 3 3 300 1 8 8 8Fe3‘[Fe 3+』.Fe Z+〕 o二- - -047 7 7表6晶休化学式Tab le6.T heehem icalformu]aeoftl ieerystals下赢了l晶体化学式.A一1人一2p一1B一4C一6D一7E一9( Fe 3‘,.Zn o. :)W(Fe’十,.Fe Z‘二,Mno. :M‘Al一、S)竹O圣-(Fe,十,。