[发明专利]一种区分和半定量分析地质样品中不同类型蒙脱石的方法和应用

说明书

本发明公开了一种区分和半定量分析地质样品中不同类型蒙脱石的方法和应用，包括以下步骤：从样品中富集并提取黏土矿物；制备HCl溶解前后原始定向片和Mg²⁺和乙二醇饱和定向片；进行HCl溶解前后XRD测试和半定量分析；求解包括Na‑蒙脱石、Ca‑蒙脱石在内的所有黏土矿物的相对含量。本发明采用盐酸溶解法将Ca‑蒙脱石去除，实现了Na‑蒙脱石和Ca‑蒙脱石的区分和定量分析，为不同类型蒙脱石的鉴定和定量分析提供了新途径。

技术领域

本发明属于黏土矿物分析技术领域，具体涉及一种区分和半定量分析地质样品中不同类型蒙脱石的方法和应用。

背景技术

黏土矿物广泛存在于地球表层，其作为非金属资源广泛应用于医学、化工、环境治理等各个领域。同时，在地球科学领域，黏土矿物作为重要的地表岩石矿物风化产物，其组成特征能够反映形成时期的气候条件和物质来源。因而，对粘土矿物的研究是探索古气候演化历史和发展规律的重要途径，也是沉积物物源示踪的重要方法(Velde,1995)。

不同类型黏土矿物的鉴定和定量分析是各领域黏土应用和研究的基础，最广泛且有效的黏土矿物鉴定方法是X射线衍射法(XRD)，通过不同黏土矿物的衍射峰位组合特征和主衍射峰面积进行鉴定和半定量分析。但由于黏土矿物的低温成因和层状特征，造成不同矿物具有相同的衍射峰，从而给黏土矿物鉴定带来困难。长期以来，前人针对不同矿物提出多种XRD前处理方法，实现了一些衍射峰重合的黏土矿物的鉴定。例如，二甲亚砜(DMSO)处理区分高岭石和绿泥石，乙二醇处理区分膨胀性矿物和绿泥石等(Abdel-Kader et al.,1975；Walker,1958)。

蒙脱石作为膨胀性黏土矿物的一种，是制药、污染治理、催化剂等化工行业广泛应用的原材料。自然界中常见的蒙脱石包括Na-蒙脱石和Ca-蒙脱石两类，由其层间主要的阳离子是Na⁺和Ca²⁺命名。在地球科学领域鉴定和定量分析两类蒙脱石具有重要的理论和经济价值。

在通用的黏土矿物鉴定方法中，一般遵循黏土富集提取，原始定向片制片，Mg²⁺和乙二醇饱和定向片制片，XRD测试分析的步骤，同时，Mg²⁺和乙二醇饱和定向片制片是进行黏土矿物半定量计算的必要步骤(Moore and Reynolds,1997；Zhang et al.,2014)。在原始定向片中，Na-蒙脱石和Ca-蒙脱石的001衍射峰分别是和14在没有其他黏土矿物的情况下能够直接区分两种蒙脱石。但在自然样品中往往还存在其他类型的黏土矿物，如绿泥石、伊利石和高岭石等。由于绿泥石的001峰同样在左右，导致原始定向片无法有效区分Ca-蒙脱石和绿泥石。在通用方法中Mg²⁺和乙二醇饱和处理能够将膨胀性矿物蒙脱石的001衍射峰，以Mg²⁺替换其他层间阳离子和有机物乙二醇进入层间增大层间距的方式，将001衍射峰移向角度更低的从而实现蒙脱石与绿泥石的区分。但如此一来，层间阳离子不同的Na-蒙脱石和Ca-蒙脱石均被Mg²⁺置换，导致这种处理之后的两种蒙脱石衍射谱峰完全相同。

因此，现有的鉴别及定量方法无法有效区分两种蒙脱石矿物，也无法在自然样品中存在多种黏土矿物混合情况下，对两种不同蒙脱石的含量进行分析。

目前，现有技术中，如专利申请号为CN201810517982.X的发明专利公开了一种半定量间接测试煤矿物中蒙脱石含量的方法，首先将煤矿物进行粉碎，并灼烧分离出煤中无机矿物，计算所得煤灰相对煤的含量，然后采用吸蓝法测煤灰中蒙脱石含量，最后根据煤灰含量和煤灰中的蒙脱石含量计算煤中蒙脱石的含量。该发明采用灼烧方法分离煤中无机矿物，测量煤灰中蒙脱石含量，其测量精度优于现有直接测量煤中蒙脱石含量的方法(如XRD等)，且涉及的操作方法简单，但是仍然无法有效区分两种蒙脱石矿物。

发明内容