海泡石的化学成分研究.doc

海 泡 石 的 化 学 成 分 研 究宋功宝万朴彭同江董发勤( 西南工学院 绵阳 621002)张建洪( 中国地质大学 北京 100083)摘要本文通过两种不同成因海泡石化学成分特征的研究发现, 热液型海泡石和沉积型海泡石的化学组成有较大差异, 热液 型 纤 维 状 海 泡 石 m go 、s io 2 含 量 高, a l2o 3 含量低, 为富镁海泡石; 沉积型粘土状海泡石m go 、s io 2 含量低, a l2o 3 含量 高, 为富铝海泡石。 而且, 两种不同成因的海泡石结晶形态的差异与其化学组成密 切相关; 热液型海泡石m g2+ 、s i4+ 高, a l3+ 低, 接近理想值, 易结晶形成长纤维状; 而沉型积海泡石m g2+ 、s i4+ 较低, a l3+ 高, 结晶颗粒细小, 为粘土状, 但在电镜下观 察仍呈纤维状。关键词: 海泡石化学成分结晶形态纤维状粘土状中图法分类号: p 5840引言海泡石是一种纤维状富镁的层状硅酸盐矿物, 从成因角度可分为热液型海泡石和沉积型海泡石两种类型。 其中, 热液型海泡石皆发育成长纤维状, 而沉积型海泡石则呈粘土状, 但在电镜下观察仍呈纤维状。 本文分析了两种成因类型的海泡石化学成分的特征, 并从化学成分的角度探讨了化学组成对海泡石结晶 形态的影响。1样品地质产状本文所用样品分别采自安徽全椒马厂、河南内乡、湖北广济赵俊、湖南浏阳永和。安徽全椒 (q j - 13、q j18)、湖北广济 (gs- 02)、河南内乡 (hn - 02) 海泡石均为热液型纤维状海泡石, 湖南浏阳 (sn 3、q j s) 海-泡石为粘土状海泡石。其中, 安徽全椒海泡石 (q j - 13、q j - 18) 产于与石英二长岩、闪长玢岩为主的中酸性杂岩体接触的灯影组大理岩、白云质大理岩和陡山沱组内夹层白云质大理岩的破碎带中; 海泡石矿体形态单一, 主要呈细脉状沿裂隙充填。q j -13 野外定名为柔软型海泡石, 矿石为纤维状集合体; 纤维较长, 浸水后变软, 具滑感; 呈白色、灰白色, 干后呈灰绿色, 杂质矿物仅见有颗粒状方解石; q j -18 野外定名为绿色片状海泡石, 矿石呈片状, 紧贴在剪切裂隙面上, 绿色, 杂质矿物为颗粒状方解石。湖北广济海泡石 (gs- 收稿日期: 199720320802) 赋存于与斑状花岗岩接触的太古代白云质大理岩破碎带中; 海泡石呈单脉产出, 以斜纤、纵纤及少量簿纸状形态紧贴在白云质大理岩裂隙面上; gs- 02 野外定名为纤维海泡石、矿石为纤维状集合体、纤维长、颜色洁白、质软、杂质矿物为颗粒状石英、方解石。 河南内乡海泡石 (hn -02) 产于“秦岭地轴”北部边缘的未 (阳关) 夏 (馆) 断裂南侧, 较严格受上元古界震旦系上统赶脚沟组白云质大理岩地层所控制, 海泡石赋存于该岩系的两组裂隙中, hn - 02 野外定名为纤维状海泡石, 矿石呈纤维状集合体, 纤维细长, 具韧性, 略具挠性; 浸水后变软, 且具滑感, 灰白色, 弱丝绢光泽, 杂质矿物为颗粒状石英、方解石。湖南浏阳海泡石 (sn 3、q j s) 位于萍乡乐平晚古生代沉积坳陷区的西南端, 矿层产于二叠系下统栖霞组上部泥灰岩段, 含矿层厚40- 70m , 与燧石灰岩关系密切; 矿层底板为 2- 8m 厚的隧石灰岩, 顶板为茅口灰岩; q j s- y 野外定名为 粘土状海泡石, 矿石呈土状集合体, 湿时呈深灰色且带棕色的灰色, 干后呈白色, 质很轻, 粘舌, 手摸有滑 感; sn 3- y 野外定名为粘土状海泡石, 矿石呈土状集合体, 湿时呈带棕色的灰色, 柔软土状; 干后呈白色, 质很轻, 粘舌, 杂质矿物为滑石、石英。2样品处理及化学分析结果2. 1 样品处理根据样品的特点, 采取了两种不同的选纯方法。纤维状样品, 经手选后再在双目镜下仔细挑选; 粘土状 海泡石样品, 首先将样品破碎过 60 目筛, 浸泡 24 小时后用电动搅拌机搅拌 1 小时, 静置 24 小时, 然后抽取 上层颜色均一的悬浮液, 在 l xj - 型高速离心沉降机上用离心沉降法反复多次离心提纯。提纯后的样品 经 xrd、ir 检查, 海泡石纯度可达 99% 以上。2. 2 化学分析及其结果根据前人的海泡石化学成分研究的结果, 作者对以上样品进行了化学全分析, 结果见表 1。表 1海泡石化学成分一览表成分q j -13q j -18gs-02hn -02sn 31323q j ss io 2a l2o 3c ao m gof e2o 3f eo k 2on a2o m no t io 2c r2o 3n io b ao66. 8620. 1680. 66129. 7281. 8130. 5930. 0560. 0440. 0430. 0310. 003 67. 3060. 2750. 18729. 5271. 7850. 5620. 0550. 1080. 0400. 1540 68. 3320. 1340. 10131. 1440. 1450. 03400. 0250. 0070. 0790 67. 7830. 1900. 55831. 2750. 8670. 03300. 0440. 00200 63. 42513. 1640. 86917. 2703. 4010. 0371. 0710. 1010. 0680. 4160. 0240. 0880. 03866. 7035. 1670. 10325. 6411. 4350. 0340. 4480. 1610. 0020. 2300. 0130. 0300. 01868. 4070. 3330. 49529. 900. 5200. 0860. 0370. 0860. 0250. 11100. 00466. 2008. 902019. 042. 8283. 03000000 c uo 0. 038 0. 018 13 朱自尊 (1986) , 湖北广济海泡石 23 r o ye r s 等 (1956) , 南澳大利亚铝海泡石本表数据由四川省地质矿产局中心实验室测试。3晶体化学式计算及化学成分特征3. 1 晶体化学式计算根 据 化 学 全 分 析 结 果, 参 考 前 人 海 泡 石 晶 体 化 学 式 计 算 方 法, 本 文 按 半 个 晶 胞 含 32 个 氧 为 基 准(c a ille re 和 h en in , 1961) 计算了海泡石的晶体化学式 (表 2)。计算过程中, n a+ 、k + 、c a2+ 、b a2+ 作为孔道阳 离子; 四面体中 s i4+ 不足 12, 则由a l3+ 、f e3+ 、t i4+ 补足为止; 八面体中m g2+ 不足 8, 则由 f e2+ 、m n 2+ 、c r3+ 、 a l3+ 、f e3+ 、t i4+ 等补足为止。表 2海泡石的晶体化学式31323q j - 13q j -18g s- 02hn - 02sn 3q j s7. 8051-0. 04980. 08780. 0063-7. 949015. 9478-0. 01760. 00637. 7330-0. 13300. 08230. 0063-7. 954616. 0422-0. 02780. 01708-816-8-816-4. 52061. 85730. 44940. 00530. 01050. 05490. 00420. 01270. 00536. 920216. 26110. 41090. 10070. 50736. 67220. 70170. 18870. 0052-0. 03040. 00210. 00420. 00217. 606616. 16650. 10520. 02910. 13357. 7765-0. 06710. 01260. 00420. 0143-0. 0010-7. 875715. 8471-0. 01020. 00864. 98571. 46490. 37350. 4453-7. 269416. 37720. 29380. 16420. 3385m ga l f e3+ f e2+ m n t ic r n i c u总计电荷a lm gf em gr 3+ r 2+八面体a lt i f e3+ s i总计电荷a ls if e3+ s i0. 03390. 00420. 191411. 77051247. 77470. 00290. 01630. 0570. 02010. 103411. 81951247. 83960. 00480. 00870. 02720. 01050. 018811. 897211. 953747. 76880. 00230. 00160. 0399-0. 008411. 833811. 882147. 48010. 00340. 00070. 8667-11. 13331247. 13330. 0778-0. 3616-11. 63841247. 63840. 0311-0. 06920. 0004-11. 93041247. 93080. 0058-0. 3774-11. 62261247. 62260. 0325-四面体-0. 01480. 01270. 1248-0. 15230. 2771-0. 03590. 01270. 0348-0. 08340. 11820. 0863-0. 00520. 0084-0. 0188-0. 0010. 11970. 23100. 1435-0. 00520. 0147-0. 1039-0. 26730. 5199-0. 03380. 24050. 16350. 0021-0. 43990. 6055-0. 05450. 10070. 01890. 0010-0. 17510. 1950-0. 02930. 00840. 0922-0. 12990. 2221-m gf e3+ f e2+ n a kc a b a m n总计电荷层间正电荷总和63. 999664. 000063. 999864. 000063. 999963. 999864. 000063. 9998根据海泡石的理想晶体化学式m g8 s i12o 30 (o h ) 4 (o h 2 ) 4 8h 2o 和表 2 的数据得到海泡石的晶体化学式如下:q j - 13: (n a0. 0148 k 0. 0127 c a0. 1248 ) 0. 1523 (m g7. 8051 f e3+ 498 f e2+ 878 m n0. 0063 ) 7. 94790 ( s i11. 7705 a l3+ 339 f e3+ 9140. 0 0. 00. 00. 1t i0. 0042 ) 12o 30 (o h ) 4 (o h ) 2 ) 4 8h 2oq j - 18: (n a0. 0359 k 0. 0127 c a0. 0343 ) 0. 0834 (m g7. 733 f e3+ 33 f e2+ 823 m n0. 0063 ) 7. 9546 ( s i11. 8195 a l3+ 57 f e3+ 0340. 1 0. 00. 0 0. 1t i0. 0201 ) 12o 30 (o h ) 4 (o h 2 ) 4 8h 2ogs- 02: (m g0. 0863 f e2+ 052 n a0. 0084 c a0. 0188m n 0. 001 ) 0. 1197 m g8 (s i11. 8972 a l3+ 272 f e3+ 188 t i0. 0105 ) 12o 30 (o h ) 40. 00. 0 0. 0(o h 2 ) 4 8h 2ohn - 02: (m g0. 1435 f e2+ 052 n a0. 0147 c a0. 1039 ) 0. 2673 m g8 (s i11. 8388 a l3+ 399 f e3+ 084 ) 12 o 30 (o h ) 4 (o h 2 ) 4 0. 00. 0 0. 08h 2osn 3: (n a0. 0338 k 0. 2405 c a0. 1635 b a0. 0021 ) 0. 4399 m g4. 5206 a l3+ 573 f e3+ 494 f e2+ 053 m n 0. 0105 t i0. 0549 c r0. 0042 n i0. 01271. 8 0. 4 0. 0c u 0. 0053 ) 6. 9202 (s i11. 1333 a l3+ 667 ) 12o 30 (o h ) 4 (o h 2 ) 4 8h 2o0. 8q j s: (n a0. 0545 k 0. 1007 c a0. 0189 b a0. 0001 ) 0. 1751 (m g6. 6722 a l3+ 0170. 7 f e3+ 8870. 1 f e2+ 0520. 0 t i0. 0304 c r0. 0021 n i0. 0042c u 0. 0021 ) 7. 934 (s i11. 6384 a l3+ 616 ) 12o 30 (o h ) 4 (o h 2 ) 4 8h 2o0. 33. 2 化学成分特征从表 1 可以看出, 热液型纤维状海泡石和沉积型粘土状海泡石的化学成分有很大不同。热液型宏观纤 维状海泡石样品 s io 2、m go 含量均高于沉积型宏观粘土状海泡石, 而 a l2o 3 含量大大低于粘土状海泡石 样品; f e2o 3 也较粘土状海泡石低。 此外热液型纤维状海泡石的分析结果与朱自尊 ( 1986, 表 2 中 13 样品) 的结果相近; 而相对高 a l、低m g 的粘土状海泡石样品 (q j s、sn 3) 又与南澳大利亚铝海泡石 (r o ye r s e t a l.1956, 表 2 中 23 样品) 相似。从以上晶体化学式可以看出, 我国安徽全椒、湖北广济、河南内乡等地所产的热液型纤维状海泡石的 八面体阳离子总数平均为 7. 9759, 接近于理想值; 八面体位置的 96. 7 100% 由m g 占据, 而且内乡、广济 样品的m g 除占据八面体位置外, 多余的m g 还进入结构通道中。因此, 可以认为它们均为常见的海泡石富 镁变种。这一点与朱自尊 (1986)、王吉中 (1990) 的分析结果相似。而湖南浏阳沉积型粘土状海泡石则不同, 其八面体阳离子总和在 6. 9202 7. 6066 之间, 与理想值偏差较大; 八面体位置只有 86. 5 95. 1% 被占据, 其中m g2+ 只占据八面体位置的 56. 5 83. 4% , 而 a l3+ 大量替换m g, 占据八面体位置的 8. 8 23. 2% ; 其 它类质同象替换离子 f e3+ 、f e2+ 、m n、t i、n i、c u 等占据八面体位置的 2. 9 6. 8% 。也就是说湖南浏阳粘土 状海泡石m g2+ 偏低, a l3+ 含量高, 应属海泡石富铝变种。 这点与前人的分析结果基本一致 ( 唐绍裘, 1988; 张 素芳, 1988) , 与 r o ye r s 等 ( 1956) 和 f irm an ( 1966) 所报导的南澳大利亚 g in t ina ra 及 m a lve rn 山所产海 泡石应属同种类型 (表 3 中的 23 )。晶体化学式计算结果表明, 在四面体层中, s i 的原子数均小于理论值 12 ( 11. 1333 11. 8972) , 普遍存 在 a l 代 s i 现象, a l 代 s i 数量在 0. 0272 0. 8667 之间; 其中, 热液型纤维状海泡石 a l 代 s i 较少, 沉积型 粘土状海泡石有大量的 a l 代 s i。 由于四面体中 a l 代 s i 而引起的正电荷不足由八面体中的 a l3+ 、f e3+ 等 高价阳离子代m g 以及孔道阳离子来补偿。从表 2 还可以看出, 热液型纤维状海泡石和沉积型粘土状海泡石在化学组成上有明显不同。主要表现 为: 相对热液型海泡石而言, 沉积型海泡石四面体中 a l 代 s i 较多, 导致八面体中高价离子 a l3+ 、f e3+ 代 m g2+ , 孔道阳离子含量较高, 八面体、四面体电荷总和均偏离理论值 (16、48) 较大, 孔道电荷高。沉积型海泡 石对理想成分偏离较大, 这即与沉积型海泡石形成环境有关, 又导致了沉积型海泡石结晶形态与热液型海泡石的迥异。形成海泡石有利的环境条件是 s i、m g 活度高, a l 活度低或根本没有, 因此高 s i、m g, 低a l3+ 、f e3+ 更有利于海泡石沿着八面体层延长方向 (c 轴) 生长, 如热液型长纤维状海泡石; 而沉积型海泡石随着八面体中 a l3+ 、f e3+ 代替m g 的增加 (a l3+ 、f e3+ 离子半径比m g2+ 小) , 八面体畸变程度加大, 不利于海泡 石晶体沿着平行于八面体层延长方向长成纤维状, 而是形成颗粒细小的粘土状, 但电子显微镜下仍呈纤维 状。4小结根据以上讨论, 我国海泡石在化学成分上可初步得出以下结论:4. 1 海泡石为含水的镁的硅酸盐矿物。热液型纤维状海泡石 s io 2、m go、h 2o 含量很高 (94 98% ) , a l2o 3含 量 很 低 ( 0. 12 0. 75% ) , 为 富 镁 海 泡 石; 沉 积 型 粘 土 状 海 泡 石 s io 2、m go、h 2o 含 量 相 对 较 低 ( 8292% ) , a l2o 3 含量很高 (4. 75 12. 19% ) , 为富铝海泡石。4. 2 海泡石四面体中普遍存在 a l 代 s i 现象, 其中, 热液型宏观纤维状海泡石 a l 代 s i 的量大大低于沉积型宏观粘土状海泡石。 八面体层中也存在类质同象代替现象, 而且沉积型海泡石和热液型海泡石明显不 同。 热液型海泡石为富镁海泡石, m g 占据八面体 96. 7 100% , 无 a l3+ 代替 m g2+ 现象, 沉积型海泡石 m g2+ 占据八面体 86. 5 95. 1% , a l3+ 大量代替m g2+ , 占据八面体位置的 8. 8 23. 2% 。海泡石的化学成分与结晶形态密切相关。热液型海泡石 s i、m g 含量高, a l、f e3+ 很低, 接近理想值, 结4. 3晶形态为纤维状; 沉积型海泡石 s i、m g 含量相对偏低, a l 很高, 与理想值有较大的偏差, 结晶形态为粘土状, 但电子显微镜下仍呈纤维状。参 考 文 献1234567王濮、潘兆橹、翁玲宝, 系统矿物学, 北京地质出版社, 1984。罗阿长伦, 坡缕石- 海泡石的产状、成因和应用, 北京地质出版社, 1988。 朱自尊, 我国几种石棉矿物的研究, 矿物岩石, v o l. 6, n o. 4, 1986。章少华等, 东秦岭纤维状海泡石矿物学特征的研究, 建材地质, 总 52, p 12- 15, 1991。b. f. jo ne s & e. ga lan, sep io lite and p a lygo r sk ite, 1988。j u lio san ta ren , t h e st ruc tu re f luo r ine in sep io lite, c lay s and c lay m ine ra ls, v o l. 38, n o. 1, p 63-68, 1990。n ec ip guven, t h e coo rd ina t io n o f a lum inum io n s in th e p a lygo r sk ite st ruc tu re, c lay s and c lay m inc ra ls, v o l. 40, n o.4, p 457- 461, 1992。the chem ical com po s it io n o f sep iol iteso n g go n gb ao w an p up en g t o n g jian gd o n g f aq in(s ou thw es t i ns t itu te of t ech nology )zh an g j ian ho n g(c h ina u n iv e rs ity of g eosc ience)a bstrac tb y study ing ch em ica l com po sit io n o f sep io lite o f tw o k ind s o f m ine ra liza t io n, w e fo und th a t th e re is an