辽宁清原大同盆地蛭石矿的矿物学特征及成因

辽宁清原大同盆地蛭石矿的矿物学特征及成因

目前，矿物和有机物的亲和力引起了人们的关注。对矿物的有机改性是解决这一问题的良好途径。蛭石作为2∶1型层状硅酸盐,具有良好的热膨胀性、离子交换性、吸附性、隔热阻燃等性能。蛭石的有机改性已见诸报道,这些研究将促进蛭石的深加工和高附加值的利用。1矿石及热液蚀变矿床该蛭石矿位于辽宁省清原县南口前镇西北,矿体产于镁质超基性岩中。研究表明:该矿床形成于两个成矿阶段,第一成矿阶段是热液蚀变阶段;第二阶段为表生蚀变阶段。其成因为一典型的中低温表生-浅成热液蚀变矿床。矿区内矿石矿物为蛭石,脉石矿物有黑云母、金云母、斜长石、石英、辉石、角闪石、橄榄石等。矿石呈鳞片变晶结构,片状构造。蛭石颜色多为棕黄或褐色;珍珠或油脂光泽;体膨胀率(未经选矿)在950℃、55～60s下,膨胀倍数为2～10倍;膨胀前容重860～1120kg/m3;膨胀后蛭石的导热系数:在0℃时为0.042W/(m·K),100℃时为0.051W/(m·K),常温下为0.0468～0.0688W/(m·K)。2关于三氟石的矿物学2.1各层间阳离子与化学成体系的性质研究样品经分析型高分辨电镜配置能谱仪(JEM-2000FX,EDSTN-5500)分析,所得数据见表1。由表1可看出,(001)晶面(层面)和垂直该晶面(断面)上,其化学组成有较明显的差别。在层面上,化学成份以富Si、贫AlⅣ和K、Mg等为特征;在断面上,则相对贫Si、富AlⅣ和K、Mg等层间阳离子。这主要与测试取向有关,表明蛭石层间阳离子主要为K、Mg等离子。红外光谱分析(图1A)表明:未膨胀蛭石在3420cm-1处存在1个宽大的水分子振动吸收谱带,在500cm-1和1000cm-1处有2个很强的Si-O吸收带,而在3500cm-1～3700cm-1之间的羟基振动吸收带较弱。分析样品中未见有明显的其它杂质的振动吸收带,说明该样品较纯,杂质含量较少。2.2晶胞参数计算蛭石粉晶X-射线衍射分析(图2D)表明:蛭石样品较纯,绝大部分衍射峰都属于蛭石的特征衍射峰。经计算,其晶胞参数为a0=5.3;b0=9.24;c0=29.46,层间距为14.73。热重分析显示,其在170～175℃之间有较强的吸热效应,这是层间水脱失造成的,而当温度继续上升,则不出现明显的吸、放热效应。2.3阳离子交换容量采用钡-粘土法测定蛭石的阳离子交换容量,为180mmol/100g。3增强合作上的用层状矿物的有机改性,可调节其层间的电荷、介质、层间距,致使层状矿物的结构和性质发生相应的变化,增强与塑料、橡胶、树脂等高聚物的相容性,从而拓宽其应用领域。考虑到本区未膨胀蛭石的结构特征和较大的阳离子交换容量,我们选取了大分子吡啶、小分子尿素和具有一定阻燃效果的磷酸三丁酯对蛭石进行有机改性。3.1吡啶和尿素改性的有机蚤石的制备将200目蛭石加蒸馏水,在60～70℃下,搅拌1h,按其交换容量分别称其2倍的吡啶和尿素,加入蛭石料浆中高速搅拌,在70℃下活化2h,洗涤、过滤,再在100℃下烘干后,即得经吡啶和尿素改性的有机蛭石。由于磷酸三丁酯不溶于水,所以先用异丙醇(30%)溶液配制料浆,其余步骤同上。3.2结果3.2.1x射线衍射分析经吡啶改性的有机蛭石及吡啶的红外光谱分析,见图1B、C。对比表明:有机改性蛭石在2920cm-1和2850cm-1处出现较强的C-H伸缩振动,在1489cm-1处出现C-H弯曲振动,这表明吡啶已进入蛭石层间。X射线衍射分析结果(图2A)表明:在2θ为4.4°处出现的衍射峰,是吡啶进入晶层造成的。由于吡啶进入蛭石层间,并撑开晶层,使其d值由14.73变为20.01;在7.0°处,d=12.64,表现出含一层水的结构特征;在8.7°处,d=10.15,说明吡啶虽进入蛭石晶体,但其层间距并未改变,这可能是长链吡啶顺层排布且不含水的缘故。3.2.2断裂分析结果以尿素处理的有机蛭石及尿素的红外光谱分析结果,见图1D和E。有机改性蛭石在2920cm-1和2850cm-1处出现C-H伸缩振动,在1455cm-1处的C-H弯曲振动略有偏移。X射线衍射分析结果(图2B)表明,在2θ为25.40°处出现的新的衍射峰,是由24.60°处的(008)面网衍射偏移造成的,这使d(008)由3.62变为3.58;并且,由于尿素进入晶体层间,使改性蛭石在28.4°处的(0010β)衍射峰极弱。3.2.3磷系磷酸三丁酯分布经磷酸三丁酯处理的有机蛭石和磷酸三丁酯的红外光谱分析,见图1F、G。分析表明:改性蛭石在2920cm-1和2850cm-1处的C-H伸缩振动较弱,而在1400cm-1～1500cm-1和780cm-1处均出现了新的红外谱峰,说明虽有磷酸三丁酯进入蛭石,但量较少。X射线衍射分析(图2C)表明:其衍射峰没有明显的改变,只是在18°左右出现新的衍射峰,并且在28.40°处(0010β)的衍射峰相对减弱,反映磷酸三丁酯对蛭石的改性效果较差,这同红外光谱的研究结果一致。3.2.4有机改性张拉物阻燃性能氧指数是表征材料燃烧性质的一个参数。未膨胀蛭石改性前后的氧指数测定结果,见表2。由表2可看出,有机处理的未膨胀蛭石的氧指数,大于未改性蛭石,表明有机改性蛭石的阻燃性能,并未因有机物引入蛭石结构层中而减弱。这为今后研制高聚物基蛭石阻燃材料奠定了基础。4化合物对未膨胀槲石有机改性的效果1.辽宁清原未膨胀蛭石成份较为纯净,层间阳离子主要为K和Mg,阳离子交换容量为180mmol/100g。蛭石晶胞参数为a0=5.30,b0=9.