新疆巴里坤膨润土的红外光谱分析_聂俊杰.pdf

2009年2月 February 2009 石矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol. 28 , No. 1 69 71 文章编号0254 - 5357 2009 01 - 0069 - 03 新疆巴里坤膨润土的红外光谱分析 聂俊杰，汪立今 ，周 欢 （新疆大学地质与勘查工程学院，新疆乌鲁木齐 830046 ） 摘要对巴里坤膨润土不同颜 色的典型样品进行红外光谱测试分析 ，结果表明巴里坤膨润土矿Ⅱ的膨润土的强吸收波谱出现 在3627 cm “ （高频区）、1040 cm 。1 （中频区）、531 cm “ 、470 cm “ （ 低 频区）附近；5个代表样品的红外光谱曲线轮廓基本上一 致，但仍存在一定的差异，不同颜 色的膨润土因其化学成分的差异，在红外光谱曲 线上 有所不同，在3 600 cm 。1 （高频区）附近， 1 4样品对红外光谱的吸收率较强 ，归属于Al-O-H的伸缩振动，说明1 4样品蒙脱 石的含量要高些；在797. 64 cm “ （中频区） 附近，l 4 、5 ”样品 对红 外光谱的 吸收率 要弱些，归属于Si-O 一Si 的反对称伸缩振动，说明Si0，的含量较低。 关键词红外光谱法；膨润土；巴里坤 中图分类号0657. 33P619. 255 文献标识码B Infrared Spectroscopic Analysis of Bentonite from Balikun in Xinjiang NIE Jun-jie, WANG Li-jin * , ZHOU Huan College of Engineering and Geological Prospecting, Xinjiang University, Urumqi 830046, China Abstract The analysis of the typical bentonite samples with different colors from Balikun by infrared spectrometry was carried out. The results show Lhat the strong absorption spectrum of the bentonite from Balikun mining area lI is in the vicinity of 3627 cm- high frequency area , 1040 cm “ middle frequency area , 531 cm - low frequency area and 470 cm- low frequency area . The infrared spectrum curve profiles of the 5 representative samples are basically consistent, but there are still certain differences. At 3600 cm- high frequency area and nearby. 1 sample has a strong infrared spectrum absorption due to the Al-O-H expansion vibration which shows there is higher content of bentonite in l sample. At 797. 64 cm- middle frequency area and nearby, the infrared spectrum absorption rates of l sample and 5 sample are weaker due to the antisymmetric expansion vibration of Si-O-Si, which shows that the content of Si02 in the samples is lower. Key words infrared spectrometry; bentonite; balikun 红外吸收光谱是一种常用于结构分析和化学组成分析 的物理方法，是由于分子中的振动能级或转动能级发生跃迁 而产生的一种吸收光谱，它反映了品格内所有原子的振动行 为。通过红外吸收光谱的研究，可获得基团或化学键所处的 分子环境 。2l 。各种矿物分子间振动频率的差异对各种波 长的红外吸收能力不同。 通过对矿物进行红外光谱测试，可 以解释矿物分子间的振动情况；半定量地确定其主要矿物含 量；确定未知物所含络阴离子团的种类、矿物中元素的类质 同象置换以及矿物的结构等 ‘3 。4] 。巴里坤膨润土矿床具有 一定特殊性 ，膨润土质地好，品质优，其中Si0，为颗粒均匀、 粒径较小的粒子，经改性后的膨润土的dool值比原矿增加 2. 24倍，表明季铵盐阳离子已经成功插层进入到蒙脱土的层 间结构，各项指石含标达到涂料的要求 。 5 0 。在改性研究方 收稿日期 基金项目 作者简介 通讯作者 面，发现采用洗涤 一热化法效果更好 ，改性提纯后蒙脱量在 870/0 95 ‘61 。本文运用红外光谱分析技术对新疆巴里坤 膨润土进行了研究，取得了一定的成果，为今后巴里坤膨润 土的应用提供了很好的研究基础。 1 巴里坤膨润土的矿物学特征 新疆巴里坤膨润土矿是新疆地矿局第一区域地质调查 大队发现的一大型矿床，该矿床地处火山岩区，属火山沉积 型矿床，主要岩性为中 一酸性火山碎屑岩 ，主要以晶屑 一岩 屑凝灰岩、火山灰凝灰岩等为主，水解作用强烈，火山岩结 构、构造完整，火山物质没有明显搬运 一 。矿区膨润土 由 中 一 酸性火山岩特别是各类凝灰岩水解蚀变而成，原岩结 构、构造保留十分完好，肉眼可鉴别岩屑、晶屑、玻屑、火山 2008 -05 -06；修订日期2008 -07 -17 国家自然科学基金资助项目40862004；新疆高校科学研究重点项目资助XJEDU2007109 聂俊杰（1983 - ），男，湖北孝感市人，在读研究生，从事环境材料与矿物材料的应用研究。 E-mail lengwuqing_nba yahoo. com. cn。 汪立今（1958 -） ，辽宁沈阳人，教授，从事矿物学、地质学教学和科研工作。E-mail 1w668w yahoo ．com．cn 。 - 69 - ChaoXing 第1期 2009年 角砾等火山物质，大致可判断出岩石的类型。膨润土颜色 多种多样，主要有灰绿色 一灰白色膨润土 、粉红色膨润土、 砖红色膨润土、灰黑色、杂色膨润土等。 81。膨润土主要有 致密块状，隐品质结构，质地细腻，另外还有含岩屑、晶屑膨 润土，含角砾状膨润土以及杂色条带状膨润土，含碳质条带 膨润土和含植物碎片膨润土。膨润土矿石中Na20的含量 比较高，质量分数一般在2. 844.63 ，与国内其他成 因类型膨润土矿旧 - 相比，化学成分相差较大。 在详细调查巴里坤膨润土矿床基础上，对矿区7个膨 润土矿体采集791件代表性的样品进行测试分析。从统计 数据 看，巴里坤膨润土矿中蒙脱石含量 在40.5 010 94. 5 ，几乎没有出现含量小于40的样品，其中含量大 于50010的样品有707个，为总数的91；蒙脱石含量为 40qo 50 的样品仅为72个，为总数的9。这说明巴里 坤膨润土矿石的主要成分是蒙脱石，品位好；其他伴生的杂 质矿物主要为石英，另外还有少量长石和高岭石。蒙脱石 晶粒比较小，主要杂质矿物石英的粒度也细，分布均匀，与 蒙脱石的共生关系比较密切。 2 巴里坤膨润土的红外光谱分析 2.1 仪器及工作条件 EQUINOX 55傅立叶变换红外光谱仪（德国BRUKER 公司），其工作条件为光谱范围7 800 40 cm “ ，波数精度 0. 01 cm “ ，透射率精度优于0.1r，信噪比36 000 1（ 峰 一峰值） ，DTGS检测器，RES（分辨率）4.0 cm “ ，所选波段 为中红外全波段，扫描次数23次，扫描方式为KBr压片法 测定，1 min测试。 2.2 样品 采自巴里坤膨润土矿Ⅱ不同颜色的5个代表样品，编 号为1 “ 。58 。样品为致密块状，隐品质结构，原岩结构和构 造保留十分完好。物理性质列于表 l。 表1 5个样品的物理性质 rable l The physical characteristics of five samples ┏━━━━━┳━━━━┳━━━━━┳━━━━━━┳━━━━┳━━━━━┓ ┃ 样品编号 ┃ 颜色 ┃ 光泽 ┃ 样品编号 ┃ 颜色 ┃ 光泽 ┃ ┣━━━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫ ┃ l ┃ 灰黑色 ┃ 土状光泽 ┃ 4 ┃ 灰白色 ┃ 油脂光泽 ┃ ┣━━━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫ ┃ 2 ┃ 红色 ┃ 蜡状光泽 ┃ 5 ┃ 白色 ┃ 土状光泽 ┃ ┣━━━━━╋━━━━╋━━━━━╋━━━━━━╋━━━━╋━━━━━┫ ┃ 3 ┃ 黑色 ┃ 土状光泽 ┃ ┃ ┃ ┃ ┗━━━━━┻━━━━┻━━━━━┻━━━━━━┻━━━━┻━━━━━┛ 2.3 实验步骤 先将膨润土样品磨细，取约1 mg放在玛瑙乳钵中，加入 预先经过处理的优级纯KBr粉末200 mg，混合研磨均匀，制 作压片。待红外光谱测定。 Si02的平均 含量 为 50. 86 ，Si02与Al2 03含 量比值为 2. 48，Ca0 和Naz0含量偏高。与理想蒙脱石结构成分 （Si0，含量为59. 58，Si02与Al2 03含量比值为4.41）比 较，1 ” 5 4样品中 Si07较为相近，大量的Al3置换了Sj4， 使得蒙脱石的晶体结构带负电，为达到电价平衡，蒙脱石晶 胞吸附大量的交换性阳离子，使其位于单元层之间。 表2 5个样品的化学成分 Table 2 The chemical composition of five samples ┏━━━━━┳━━━━━┳━━━━━┳━━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━┓ ┃ 样品 ┃ ┃ ┃ ┃ ∞B/ ┃ ┃ ┃ ┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫ ┃ 编号 ┃ Si0。 ┃ Al203 ┃ Fe203 ┃ Ti07 Ca0 ┃ Mg0 ┃ K20 ┃ Na20 ┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫ ┃ 1 ┃ 48 26 ┃ 27. 08 ┃ 1. 93 ┃ 0. 55 0.52 ┃ 1. 16 ┃ 0 ┃ 4. 63 ┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫ ┃ 2 ┃ 52. 40 ┃ 18. 67 ┃ 3. 47 ┃ 0. 72 0.48 ┃ 2. 54 ┃ 0. 56 ┃ 3. 84 ┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫ ┃ 3 ┃ 49. 63 ┃ 20. 53 ┃ 5. 25 ┃ 0. 62 0.95 ┃ 1. 96 ┃ 0. 64 ┃ 2. 84 ┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫ ┃ 4 ┃ 55. 08 ┃ 16. 08 ┃ 3. 96 ┃ 0 0 53 ┃ 1. 96 ┃ 1 13 ┃ 3 33 ┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫ ┃ 5 ┃ 48. 92 ┃ 20. 32 ┃ 5. 00 ┃ O．58 0. 87 ┃ 1. 68 ┃ 0. 55 ┃ 2 94 ┃ ┣━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫ ┃ 平均值 ┃ 50. 86 ┃ 20. 54 ┃ 3. 92 ┃ 0. 62 0.67 ┃ 1. 86 ┃ 0. 72 ┃ 3. 52 ┃ ┗━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┻━━━━┻━━━━━━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┛ 3.2 样品的红外光谱特征 5个巴里坤膨润土样品的的红外光谱如1所示。 墼。 W0 鐾o 蝴0 鞋 蛔 蜊0 3 结果与讨论 3.1 样品的化学组成 图1 5个样品的红外光谱 5个样品的化学成分列于表2。由表2可见，膨润土中 Fig ．1 The infrared spectra of five samples - 70 - s 试 {8 测 如 矿 ～ 岩 ∥ I 5 ChaoXing 第1期 聂俊杰等新疆巴里坤膨润土的红外光谱分析 第28卷 从图1可以看出，5个样品的红外光谱图非常类似。以 1 4样品为例 ，膨润土的红外光谱特征在高频区有两个明显的 吸收谱带，一个在3 626. 83 cm “ 附近，是由于Al-O-H的 伸缩振动引起的，另一个在3 443. 86 cm “ 附近，其归属为层 间水分子的H-O-H的伸缩振动，与中波段区的1645. 11 cm “ 附近的H-O-H弯曲振动相对应；在中频区1039. 94 cm “ 附近有一个强吸收谱带，是膨润土中的Si-O-Si 的反 对称伸缩振动引起的；在920 cm- 附近有一个弱的吸收谱 带，认为与膨润土中的Al-O-H键的振动有关，它是离子 置换的一个 “ 敏感峰 ” ， 当八 面体层中的Mg2含量增加和 Al3减少时，该吸收峰减弱或者成为分辨不明显的吸收谱 带；在797. 64 cm “ 附近有一个强吸收谱带，是膨润土中的 Si-O-Si的反对称伸缩振动引起的。在低频区出现的两个 强的吸收谱带分别在530. 94 cm “ 和470. 27 cm “ 处，可以认 为与膨润土的Si-O-M （ 金属阳离子）和M-O 的偶合振 动有关。在530. 94 cm “ 处的吸收 峰也是一个对离子 置换 “ 敏感 ” 的吸收峰，当八面体中的Mg2 含量增加时，它向高波 数方向产生位移，同时伴随八面体中的Al3含量减少，它的 吸收强度相对降低。 作者认为，在1039. 94 cm “ 、797. 64 cm “ 、530. 94 cm 。1 等处出现的吸收谱带是由于膨润土中方石英的Si-O-Si、 Si-0振动引起的；在3626. 83 cm “ 处出现的Al-O-H振 动谱带和470. 27 cm “ 出现的M 一0 振动谱带是由于膨润土 中高岭石中的Al-O-H、M-O的振动引起的。另外在 1039. 94 cm “ 出现的强吸收谱带说明了巴里坤膨润土中 Si0，的含量比较高，1 ” 、54样品在800 cm-1附近的两小峰是 石英含量不同而引起的，28、34、48样品在800 cm “ 的单峰强 度不同是由膨润土的Si-O-Fe弯曲振动引起的，样品中 Fe含量的不同而导致单峰强度不同。 3.3 分析比较 5个样品的红外光谱特征列于表3。 表3 5个样品的红外光谱数据 Table 3 The infrared spectrum data of five samples ┏━━━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━┓ ┃ 波数 ┃ ┃ U/cm J ┃ ┃ ┃ 吸收 ┃ ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 区段 1 ┃ 24 ┃ 3 ┃ 4 ┃ 5 ┃ 谱带 ┃ ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 高频区 ； 蓑 ； 焉 ┃ 3 627. 21 ┃ 3 626. 91 ┃ 3 627. 60 ┃ 3 627. 46 ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ 明显 ┃ ┃ ┃ 3 429. 51 ┃ 3 429. 56 ┃ 3 435. 27 ┃ 3 434. 12 ┃ ┃ ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 1645. 11 ┃ 1645. 09 ┃ 1645. 10 ┃ 1645. 79 ┃ 1645. 75 ┃ 弱 ┃ ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 中频区 1 039 94 ┃ 1039 08 ┃ 1035. 91 ┃ 1039. 97 ┃ 1039. 71 ┃ 强 ┃ ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 797 64 ┃ 796. 84 ┃ 796. 96 ┃ 796. 62 ┃ 797 20 ┃ 弱 ┃ ┣━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━┫ ┃ 低频区 笔 舅 ┃ 523. 86 ┃ 519. 92 ┃ 523. 23 ┃ 525. 92 ┃ 强 ┃ ┃ ┃ 466. 73 ┃ 464. 25 ┃ 465. 89 ┃ 468. 89 ┃ 强 ┃ ┗━━━━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━┛ 从表2可以看出，巴里坤膨润土各样品的化学成分变 化不大，比较接近理想的蒙脱石成分。由于l 8样品中 Al2 03 的含量相比其他4个样品较高，在920 cm-1附近出现的吸 收波谱的吸收率较大，在3 443. 86 cm “ 和530. 94 cm “ 的 吸收率要明显强于其他4个样品；但是从整体上看 ，5个样 品的波谱曲线几乎一致，说明巴里坤膨润土的化学成分比 较均一，变化不大。 4 结语 经过对巴里坤膨润土的化学成分分析和红外光谱分 析，可以得出如下结论。 1巴里坤膨润土矿Ⅱ膨润 土中Si07的 含量为 50. 86 ，比较接近理想的蒙脱石的成分。 2巴里坤膨润土矿Ⅱ膨润土的强吸收波谱出现在 3 627 cm “ （高频区）、1040 cm “ （中频区）、531 cm “ （低频 区）、470 cm-1（低频区）附近。 3由于Al2 03的含量比较高，对比红外光谱曲线 ，说 明巴里坤膨润土矿Ⅱ的膨润土中的高岭石的含量相比于理 想的蒙脱石成分要高些。 4巴里坤膨润土矿Ⅱ膨润土的5个代表样品的红外 光谱曲线轮廓基本上一致；但仍存在一定的差异。不同颜 色的膨润土，因其化学成分的差异在红外光谱曲线上有所 不同，在3 627 cm “ （高频区）附近，1 ”样品对红外光谱的吸 收率较强，归属于Al一O-H的伸缩振动，说明1 ”样品蒙脱 石的含量要高些；在797. 64 cm “ （中频区）附近，l 4 、58样品 对红 外光谱的吸收率要弱些，归属于Si-O-Si的反对称 伸缩振动，说明Si02的含量较低。 5 参考文献 [1] 吴平霄，黏土矿物材料与环境修复[M] ．北京化学工业出 版社，200430 - 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