石英對于X衍射儀測量紅土中粘土礦物的影響

賀 蕊

（云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明 650500）

石英對于X衍射儀測量紅土中粘土礦物的影響

賀 蕊

（云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，昆明 650500）

粘土礦物分析對于地質(zhì)學(xué)研究具有重要的意義，同時對于成土環(huán)境的形成具有一定的指示意義。運用X衍射儀對礦物分析是有效可行的辦法，選取滇東地區(qū)典型石灰?guī)r紅土和玄武巖紅土進(jìn)行X衍射儀分析，發(fā)現(xiàn)石英的含量對于粘土礦物衍射圖譜的形成具有強烈的影響，去除石英之后，檢測出石灰?guī)r紅土中含量較弱的高嶺石、白云母；玄武巖紅土中含量較弱的蒙脫石、針鐵礦。通過對去除石英前與去除石英后衍射峰值的比較分析，可知：（1）石英含量較低情況下也會出現(xiàn)較強峰值；（2）去除石英之后，可以檢測出土壤中含量較弱的粘土礦物。

粘土礦物；X衍射儀；紅土

土壤的粘土礦物的種類以成土母質(zhì)及其成土過程相關(guān)，各種粘土礦物在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下可以相互的轉(zhuǎn)換。[1]1因此土壤粘土礦物的鑒定，對于土壤形成環(huán)境具有重要的指示意義。由于粘土礦物以晶體礦物為主，當(dāng)X射線攝入粘土礦物晶格內(nèi)會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，不同的粘土礦物和晶格構(gòu)造會形成不同的衍射峰值，將衍射圖譜與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)卡片進(jìn)行對比識別其晶相,以此可以對于物質(zhì)進(jìn)物相、定性和定量分析。[2-3]、[4]1、[4]4因此運用X衍射儀對于礦物的鑒定較為簡便,具有速度快，精度更高的優(yōu)點。[5-6]但是在成土過程中粘土礦物晶粒細(xì)微，結(jié)晶程度低，同晶置換現(xiàn)象普遍。[1]1因此對于粘土礦物的測定存在一定的困難。因此，除了對于儀器條件的選擇和圖譜的分析之外，對于樣品的前處理也是重要的操作步驟。[7]在我國南方紅壤區(qū)，土壤發(fā)育于不同的母質(zhì)上，以第四紀(jì)紅色粘土，花崗巖、玄武巖、石灰?guī)r、砂巖、頁巖、片巖等風(fēng)化物較為普遍，[1]1含有大量的粘土礦物、石英、鐵質(zhì)新生體等。[8]本文選取滇東高原分布最廣的碳酸鹽巖紅土和玄武巖紅土,探討前處理除去石英前后,對于粘土礦物測量的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

實驗所用樣品均采自云南省滇東高原地區(qū)，選取滇東高原典型石灰?guī)r紅土和玄武巖紅土。其中，石灰?guī)r紅土采自宣威市菱角鄉(xiāng)公路邊，大坡鄉(xiāng)巖竹村周邊，共2個樣品，分別命名為SHYHT-01、SHYHT-02。玄武巖紅土采自宣威市德澤鄉(xiāng)牛欄江公路沿線、德澤鄉(xiāng)小江村周邊地區(qū)，共2個樣品，分別命名為：XWYHT-01、XWYHT-02。

1.2 石英去除方法

本文粘粒提取方法參照文獻(xiàn)：稱取過2mm篩的風(fēng)干供試樣品50～100g，置于高腳燒杯中加水濕潤，依有機質(zhì)的多少而定，加入6%的過氧化氫溶液，去除土壤中的有機質(zhì)。加入0.2mol/L的鹽酸溶液，不斷倒去上層清液，去除土壤中的碳酸鹽，再繼續(xù)用0.05mol/L的鹽酸洗至無鈣。將樣品用蒸餾水洗入1L高腳燒杯中，在燒杯外壁5cm和15cm處各劃一條線，加水定容至頁面上升達(dá)15cm處，用玻璃棒正反方向反復(fù)攪拌1～2min，使得樣品在高腳燒杯中均勻分布，攪拌停止，即為沉降時間開始，運用斯篤克定律計算粘粒（粒徑小于2μm）的沉降時間，在室溫下沉降7個小時，用虹吸法抽取粘粒部分，用離心機分離粘粒與液體，反復(fù)操作此步驟，直到懸液澄清為止。為了保護(hù)樣品晶格不被破壞，樣品在50℃以下烘干制樣。[9]

1.3 衍射儀測量方法

樣品測試所用設(shè)備為用PANalytical X'Pert3Powder X射線衍射儀，樣品的處理和測試工作均在云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院實驗室完成。用瑪瑙研缽將樣品粘粒研制均勻，用樣品勺將樣品裝至載玻片樣品槽內(nèi)，運用背壓法將樣品均勻壓緊成型上機進(jìn)行測量。測試條件：發(fā)散狹縫與散射狹縫分別為：1/8°，1/2°，接收狹縫為7.5mm，掃描范圍為3°～80°。工作電流電壓40kV/40mA，設(shè)置測定模式為Bragg-Brentano HD模式，PHD值為50～60，在此種條件下測試土壤中所含粘土礦物種類。

1.4 數(shù)據(jù)處理

X衍射儀數(shù)據(jù)處理軟件為X’Pert HighScore。

2 結(jié)果與分析

2.1 去除石英土壤粘土礦物分析

選取粘土礦物衍射曲線作為比較參數(shù)，將數(shù)據(jù)庫中所含礦物與所測樣品對于，比較與分析去除石英前后，對于兩種土壤測量對比結(jié)果的影響。

圖1 石灰?guī)r紅土全礦物衍射曲線

圖2 石灰?guī)r紅土粘土礦物曲線

石灰?guī)r紅土去除石英前后，所呈現(xiàn)的礦物成分衍射曲線對比圖可以看出，去除石英之前（圖1），SHYHT-01樣品經(jīng)過衍射儀測定出的粘土礦物主要有：斜綠泥石和三水鋁石，其中石英衍射峰強度較大，但兩者的衍射峰值較弱；SHYHT-02樣品經(jīng)過衍射儀測定的粘土礦物有：高嶺石、三水鋁石、白云母，與SHYHT-01樣品同樣擁有較強的石英衍射峰值，其余粘土礦物的衍射峰值較弱。去除石英之后（圖2），SHYHT-01樣品中的粘土礦物峰值明顯增強，同時檢測出樣品中含量較弱的高嶺石、白云母、赤鐵礦等；SHYHT-02檢測出樣品中含量較弱的斜綠泥石、赤鐵礦等。

圖3 玄武巖紅土全礦物衍射曲線

圖4 玄武巖紅土粘土礦物衍射曲線

玄武巖紅土去除石英前后，所呈現(xiàn)的礦物成分衍射曲線對比圖可以看出，去除石英之前（圖3），XWYHT-01樣品經(jīng)過衍射儀測定出的粘土礦物主要有斜綠泥石和白云母，其中石英衍射峰強度較大，但兩者的衍射峰值較弱；XWYHT-02樣品經(jīng)過衍射儀測定的粘土礦物只要有白云母，與XWYHT-01樣品同樣擁有較強的石英衍射峰值，其余粘土礦物的衍射峰值較弱。去除石英之后（圖2），XWYHT-01樣品中的粘土礦物峰值明顯增強，同時檢測出樣品中含量較弱的三水鋁石、蒙脫石、針鐵礦等；XWYHT-02檢測出樣品中含量較弱的斜綠泥石、三水鋁石、蒙脫石、白云母等。

2.2 影響粘土礦物檢測石英含量分析

圖5 影響粘土礦物檢測石英含量分析（a.石英占樣品量的49%，b.石英占樣品量的50%）

選擇結(jié)晶度較好的氫氧化物三水鋁石作為代表粘土礦物，樣品中僅含有單獨的兩種物質(zhì)，三水鋁石和石英時，檢測石英含量對于粘土礦物成像的影響。當(dāng)石英含量占樣品量的49%時，可以發(fā)現(xiàn)，三水鋁石仍有較明顯的峰值出現(xiàn)，石英峰值雖然出現(xiàn)，但是相對較弱，不影響三水鋁石的檢測（圖a）。當(dāng)石英含量占樣品量的50%時，可以發(fā)現(xiàn)石英已經(jīng)形成了較強的峰值，相對來說三水鋁石的峰值較小，很難辨認(rèn)出三水鋁石的存在。

3 討論

衍射光的強度與晶體內(nèi)的原子類型和位置有關(guān)，所以每種晶體物質(zhì)都有自己的衍射圖。[10]這就為我們運用X衍射測量粘土礦物提供了理論依據(jù)，但是粘土礦物在成土過程中，結(jié)晶程度較差，并且粘粒部分在土壤中所占的比例較小，由于衍射峰值與與樣品中所含的物質(zhì)有關(guān)，樣品中含量較低的物相，衍射強度也較弱，加上背景值，更難以察覺有些物相的衍射峰。[4]1、[4]4不論是石灰?guī)r紅土還是玄武巖紅土，從衍射峰上可以看出，去除石英之前，由于石英的衍射峰值過于高掩蓋掉了一些高嶺石，蒙脫石等一些粘土礦物的峰值，當(dāng)樣品中含有少量的石英時，也會產(chǎn)生明顯的衍射峰，[11]衍射儀便不能很好的檢測出紅土中所含的粘土礦物成分。當(dāng)結(jié)晶程度較好的三水鋁石與石英形成混合樣品時也可發(fā)現(xiàn)，石英與粘土礦物相對含量的大小，直接影響到粘土礦物衍射峰的強度，經(jīng)過實驗我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樣品中只含有單獨的三水鋁石和石英時，石英占樣品的50%時，便已經(jīng)影到三水鋁石衍射峰的形成。自然界形成的土壤粘粒部分形成不同的礦物，不是單一的礦物所在，對于結(jié)晶程度較差的蒙脫石和高嶺石樣品來說，石英的含量對于樣品粘土礦物的鑒定影響更大。

4 結(jié)論

土壤粘土礦物的分析對于土壤的形成和鑒別具有一定的指示意義，運用X衍射儀直接檢測粘土礦物時，土壤中石英會影響土壤中粘土礦物峰值的出現(xiàn)，若土壤中含有三水鋁石，當(dāng)石英的相對含量為50%時，便會影響三水鋁石峰值的出現(xiàn)，運用沉降法前處理去除石英之后,可以明顯看出,X衍射儀可以檢測出被石英峰壓制的蒙脫石,高嶺土等粘土礦物。

這些為土壤風(fēng)化程度也不高時具有代表性的粘土礦物。若通過粘土礦物來分析土壤性質(zhì)，建議測量之前去除土壤中影響較大的石英，以便得到更精確的結(jié)果。

[1]中國科學(xué)院南京土壤研究所.中國土壤[M].北京.科學(xué)出版社.1980:285-299

[2]李建欣,宋黨育,張軍營,鄭楚光.X射線衍射數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)評價[J].巖礦測試,2008(03):189-192+196.

[3]蒲海波.用X射線衍射分析鑒定粘土礦物的方法[J].勘察科學(xué)技術(shù),2011(5):12-14.

[4]張榮科,范光.粘土礦物X射線衍射相定量分析方法與實驗[J].鈾礦地質(zhì),2003(03):180-185.

[5]唐誦六,熊毅.X射線衍射儀鑒定開展式粘土礦物的甘油處理法[J].土壤學(xué)報,1964(04):461-464.

[6]張乃嫻,傅景春.用X射線衍射儀定量分析粘土礦物的實驗研究[J].石油勘探與開發(fā),1980(06):12-19+33.

[7]李國剛.X射線衍射粘土礦物分析制樣方法[J].海洋科學(xué),1986(02):13-18.

[8]南京大學(xué),北京大學(xué).土壤學(xué)基礎(chǔ)與土壤地理學(xué)[M].北京:高等教育出版社.1980:159-160.

[9]劉光崧.土壤理化分析與剖面描述[M].北京.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996:89-213.

[10]武漢大學(xué).分析化學(xué)[M].高等教育出版社,2007:127-155.

[11]南京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系礦物巖石學(xué)教研室.粉晶X射線物相分析[M].北京.北京地質(zhì)出版社,1980.

[責(zé)任編輯劉貴陽]

Abstract: Clay mineral analysis has an important significance for the study of geology and has certain significance to the formation of soil environment. By using the X-Ray diffraction Analysis of mineral analysis is feasible and effective way, To select the area of typical Carbonate laterite and Basalt laterite was analyzed by X diffraction and found the quartz content has a strong influence on the formation of clay minerals diffraction. After remove of quartz, detect the content of clay in the weak Carbonate laterite of kaolinite,muscovite; Basalt laterite content in weak goethite, montmorillonite. Through the comparative analysis on before remove of quartz and after remove of the quartz diffraction peak∶ (1) There will be strong peak under the condition of low content of quartz; (2) After remove of quartz, can detect weak soil clay mineral content.

Key words: Clay minerals; X-Ray Diffraction Analysis; Laterite

Effect of Quartz on Clay Minerals in Laterite Measured by X-Ray Diffraction Analysis

HE Rui
(Tourism and Geographical Sciences college of Yunnan Normal University, KunMing 650500, China)

O657

A

1008-9128（2017）05-0122-012

10.13963/j.cnki.hhuxb.2017.05.033

2017-05-17

賀蕊（1992-），女，河南信陽人，碩士生，研究方向：第四紀(jì)地質(zhì)地貌。