非金属矿物中滑石检测方案(X射线衍射仪)

维普资讯http： www.cqvi .CO总第33期中国非金属矿工业导刊2003年第3期[测试技术] 维普资讯http： /风Www.cqvi .CO赵彤彤等：X-射线衍射仪快速鉴定各种伴生非金属矿物中的滑石 X-射线衍射仪快速鉴定各种伴生非金属矿物中的滑石 赵彤彤，欧阳昌俊，袁东明，聂东锐 (辽宁出入境检验检疫局技术中心，大连 116001) 摘 要]本文用X-射线衍射仪对出口滑石进行定性分析，并运用质量吸收系数法对复杂矿物中的滑石进行快速半定量分析，确认可作为鉴别复杂矿物中的滑石的方法。 引言 我国蕴藏着丰富的非金属矿物资源，滑石、绿泥石、菱镁矿、白云石、水镁石等是我国辽东地区主要出口的非金属矿种类，特别是滑石每年都有大量的出口，仅大连口岸出口每年就达几十万吨，国家对滑石出口实行许可证制度，属法检商品。可自1996年以来，许多不法商人以绿泥石、白云石、废玉石粉等不需许可证的商品名称报关，实际进行滑石的出口，严重损害了国家利益，为协助海关识别这些矿物，我们利用X-射线衍射仪进行快速半定量分析，取得了良好的效果。 滑石是一种天然的具有无序过渡结构的微粒质点含水硅酸盐矿物，其理论晶体化学式为Mg[SiO](OH)。滑石矿床主要是在碱性介质条件下形成的，变质成因的滑石化学成分较接近理论值，而沉积成因的滑石往往含有一定的AlOs，因此在结构中有少量的Al代Mg 和Al代Si。与滑石伴生的矿物有石英、方解石、白云石、菱镁矿、透闪石、高岭石、绿泥石等。它们加工后都呈白色粉末，化学成分又都是以硅、镁、铝的氧化物为主要成分，一般的化学分析难以区分，虽然地质矿产部门的一些研究单位在化学物相分析方面做了很多工作，也找到了较为理想的方法，但过程复杂，须经过焙烧、选择溶解、过滤、残渣溶解、化学滴定、理论计算等多个步骤，显然不适应出口检验工作批量多，时间短的要求。而在矿物的物相分析中，X-射线衍射技术显然具有其快捷简便的优点，我们针对海关提出 的要求(只要求大致判定主要成分是不是滑石或菱镁矿)，首先对样品进行定性分析，找出其中含有的全部复杂矿物，再用质量吸收系数法进行半定量分析，所得结果经与化学物相分析结果对照，可以满足要求，该方法自1997年至今一直用于出口非金属矿的矿物种类鉴定。 2 实验部分 2.1 仪器 D/Max-3C型射线衍射仪。 2.2 工作条件 铜靶，管电压40kV，管电流35mA，石墨弯晶单色器，进样速度0.02°，扫描速度5°/min，狭缝：DS 1°， SS 1°， RS 0.15°，扫描范围(20)为5~60° 2.3 样品 随机抽取代表性样品，研磨至粒度小于200目。 3 定性分析 试样经2.2条件下X-射线衍射分析后得到衍射谱图，用仪器中的定性分析软件进行确定峰位置和峰高后，由计算机自动在其存贮的大量JCPDS卡片中进行第一次峰检索，给出可能存在的一些矿物(数目一般设定为30个)，再进行人工第二次峰检索，从中找出一两个，一般不超过五六个矿物组成，最后应 ( [收稿日期]2003-02-17 ) ( [作者简介]赵彤彤，女，31岁，硕士。 ) ( ①国家非金属矿资源综合利用工程技术研究中心.《非金属 矿物的化学分离与测定》.黏土矿物.1996，10. ) 尽量作到每一个峰都有解释，又要避免多认物相。 4 定量分析 本方法采用的是质量吸收系数法，其原理是：假设样品是由n个相组成的混合物，假设各相的质量吸收系数互不影响且不因含量的变化而改变，其中一种组分的含量可以用下式计算： 其中：C为第j相的百分含量； I，I分别为第j，i相的积分强度； Hmj， Hmi分别为第j，i相的质量吸收系数。 根据晶体的化学成分和密度可以计算出晶体的质量吸收系数 um 或u*： 其中：p为晶体中各元素的重量百分比； #mi为晶体中各元素的质量吸收系数。 本方法常用矿物的质量吸收系数(铜靶)列于表1。 表1 常见矿物的质量吸收系数(铜靶) 矿物名称 分子式 质量吸收系数 (cm/g) 滑石 Mg：[SigOjJ(OH)， 32.1 绿泥石 (Fe ，Mg，Mn)，Al，Si，O(OH) 66.2 菱镁矿 MgCO 19.8 石英 SiO， 35.3 白云石 CaMg[COJ2 50.0 透闪石 Ca(Mg， Fe*)，Sigozz(OH)z 100.5 铁云母 KFe，AlSi；O1o 125.6 刚玉 α-Al，O； 31.7 石膏 CaSO，·2H，O 64.1 金红石 TiO， 127.4 重晶石 BaSO， 227.3 萤石 CaF， 96.8 水镁石 Mg(OH)， 23.9 钾、钠、钙长石 (K、Na、Ca)AlSigO 48.9、33.3、 52.2 蛇纹石 Mg；[SizO，](OH)， 29.5 然后利用定性分析的结果，找出不同物相的最强峰，如果有干扰，可选用次强峰，用打印出的峰积分强度代弋公式(1)计算出相应成分的百分含量。 5 结果和讨论 (1)用海城产纯绿泥石和纯滑石(衍射谱图上无明显杂质峰)按重量百分比配制含量分别为30%、 50%、70%的三个样品(按滑石含量计，相应地绿泥石为70%、50%、30%)，充分混匀研磨至200目以上，按上述方法进行定性、定量分析，所得结果见表2(以滑石含量表示)。 表2 实测结果比较(以滑石含量计) 配制含量(%) 30 50 70 实测含量(%) 29.77 45.85 65.46 回收率(%) 99.23 91.7 93.51 绝对误差(%) 0.23 4.15 4.54 相对误差(%) 0.77 8.3 6.4 结果显示，用本文方法测试样品回收率在较大范围内(30%~70%)均可达到90%以上。在滑石含量较低时回收率更高，这可能是由于含量增高对实际质量吸收系数有影响造成的。可以通过精确配制高含量样品求得实际质量吸收系数进行校正(如果还需要更精确定量，可用滑石含量相对于衍射强度做曲线)。 (2)将上述含量50%样品重复测量5次，结果列于表3. 表33方法的重现性 测量次数 1 2 3 4 5 平均值 标准偏差 相对标准偏差 结果(%) 45.85 45.62 46.29 45.98 45.66 45.88 0.93 0.02 结果显示方法的重现性较好。 (3)测量一些待测样品，与化学物相分析结果比较，结果见表4。 表4X-射线衍射分析与化学物相分析结果比较 样品号 滑石含量(%) 其他成分含量(%) 化学法 本文方法 菱镁矿 绿泥石 白云石 石英 2001081308 57.65 52 2.8 43.2 1.5 2001081230 36.30 34.3 23.7 41.5 一 2001030347 11.46 12.0 43.5 6.4 36.4 一 所采用的化学物相分析方法前处理同文献[2]，最后分取溶液用等离子体发射光谱测定，其他成分含量系本文方法计算得来。 表4显示用本文方法所得结果与化学分析结果基本一致，当滑石含量低时，两种方法所得结果绝对误差和相对误差都较小，分别为0.54%和4.5%，而当滑石含量较高时，两种方法所得结果的绝对误差和相对误差也上升为5.65%和9.8%，测试结果表明：在滑石含量超过30%后，本文方法所得(下转第48页) 无法堆集成墙，密集支柱挡作用差，而采用人工砌垛或刚性浇注带操作过于复杂且费用较高。木垛支护与顶底板接触面积大、稳定、挡性能好，运料及架设灵活。因此选用木垛作为巷旁支护的方式。 4.3.2支护参数 木垛为长方体空心木垛，长1.2m、宽0.8m，搭设后净高2.1m。木垛由直径20cm的大半圆木沿走向搭设，紧跟工作面机窝第5峒。木垛间距为3.0m，木垛与顶板之间必须用木楔楔紧。木垛与木垛之间采用梁长1.8m、腿长2.0m的双木挑棚支护。 工艺流程：钻眼一装药爆破一出→过顶→抵车一补柱子→在两棚间设走向棚一回木垛处柱子一搭木垛→回柱子(采空区区理)。 5工程监测 为了分析沿空留巷的支护效果，监测支护状态，评价支护参数的合理性，对巷道进行矿压监测。建立3个测站，测站间距40m。利用锚杆液压枕，监测锚杆受力情况，检测锚杆强度是否合适，以调整密度；采用顶板离层指示仪对巷道深部位移进行监测，利用测杆、测枪等工具观测巷道表面位移，及时监测巷道相对变形量。通过对巷道的矿压观测表明，锚杆受力最大值为80kN，远远低于高强锚杆极限强度250kN，顶底最大变形量在500mm以内，两帮变形量在800mm以内，顶板深部位移变化均匀，没有产生离层，整体性较好。SAL-Ⅳ工作面于2002年3月开始回采，8月底顺利收作，回采过程中，留巷段未出现冒顶和片帮现象，虽有较大变形，但巷道断面仍能够满足行人、通风等安全生产需要。这充分证明锚带网索支护技术在高岭土沿空留巷上的应用实践是成功的，在技术上是可行的。 6 效益分析 采用锚带网索支护技术进行沿空留巷的成功， (上接第32页)结果偏低，如果只须简单判定复杂矿物中何种矿物占主要成分，可以满足要求，如果需要精确定量，就应对实际质量吸收系数进行校正。 采用本文中方法可以快速、同时较准确地测定复杂矿物中的滑石含量，因为衍射仪本身测量偏差较大，采用的质量吸收系数法中的假设在实际情况中不能完全实现，就决定了这种方法不能精确测定复杂矿物中各组分的准确含量，但比简单的定性分 为煤矿矿区高岭土的开采积累了一定的实践经验，同时也创造了显著的经济效益和社会效益： (1) SAL-Ⅲ工作面运输巷沿空留巷长度170m，前期作为SAL-Ⅲ工作面运输机巷，后期作为SAL-Ⅳ工作面回风、行人用。少掘了一条巷道，以1500元/m计算，节约25.5万元。 (2)取消了区段岩柱，提高资源回收率，多回采高岭土矿石2800t，以120元/t计算，增加效益33.6万元。 (3)保证回采工作在时间和空间上按各区段顺序进行开采，扭转了接续紧张的局面。 (4)在沿空留巷支护施工过程中，未出现任何人身及生产事故，保证了安全生产。 7 结论 此次沿空留巷实验是在原有巷道普通锚杆支护的基础上，通过高强度锚杆、钢带、金属网及锚索支护技术进行加强支护，通过木垛作为巷旁支护。这次实验的成功，说明只要参数科学合理，完全可以保证留巷的稳定和生产安全。对留巷的回采巷道，应从掘进期间的支护参数、断面等诸多因素考虑，为留巷奠定良好的基础。用作沿空留巷的巷道应在设计施工时增加支护强度、适当加大掘进断面，给巷道一定的收缩备用断面。高岭土沿空留巷施工工艺简单、操作方便，在高岭土的回采巷道中可普遍推广应用，丰富了高岭土巷道布置方式，为煤矿规模化开采高岭土开创了新局面，同时适当调整支护参数也可应用于煤巷。 ( [参考文献] ) ( [1]候朝炯，郭励生，勾攀峰，等.煤巷锚杆支护[M].徐州：中国矿业大学出版社，1999. ) ( [2]钱鸣高，刘听诚，等.矿山压力及其控制[M].北京：煤炭工 业出版社，1989. [编辑 邹蔚蔚] ) 析更进了一步，因此称为半定量方法，在日常检验工作中已经证明有较好的实际意义，完全可以满足出口非金属矿的鉴定需要。 ( [参考文献] ) ( [1] 会社编.X-射线衍射手册[M].杭州：浙江大学 出版社，1990. ) ( [2]郑大中.复杂矿石中滑石的测定[A].化学物相分析研究论文集[C].西安：陕西科学技术出版社，1996. [编辑 杨越] )