铝土组成论文：铝土组成与其特点

本文作者：冯跃文1刘学飞1李中明2蔡书慧1作者单位：1中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室2河南省地质调查院

铝土矿矿物学

1矿物组成

文章应用X衍射分析(XRD)对部分典型样品(Mgg－5、Mgg－9、Mgg－14、Mgg－15)进行了测试研究。全岩X衍射分析在中石油勘探开发科学研究院实验中心粉晶衍射室完成。仪器型号为日本理学D/Mac－RC，试验条件:靶:CuKα1，电压:40kV，电流:80mA，石墨单色器，扫描方式为连续扫描，扫描速度8°/分，狭缝DS=SS=1°，环境温度18℃，湿度30%。XRD半定量分析结果见表1和图3。矿物综合分析结果显示组成铝土矿矿石的主要矿物包括硬水铝石、伊利石和锐钛矿，另外，还包括少部分高岭石、锆石等。

2矿物特征

电子探针研究了贯沟铝土矿矿石中主要矿物赋存状态以及组成特征(图4)。电子探针分析中识别出矿物包括硬水铝石、锐钛矿、伊利石、针铁矿、高岭石和锆石。硬水铝石是组成铝土矿矿石的主要矿物之一;在SEM照片中，硬水铝石呈隐晶质结构组成了矿石的基质，少部分呈现细小的板状、长柱状形态。硬水铝石电子探针分析结果见表2。分析结果显示硬水铝石中Al2O3含量为78．03%～83．94%;此外，FeO和TiO2含量虽然不到1%，但是普遍存在所有分析数据中，说明硬水铝石形成过程中元素Fe和Ti广泛存在;另外，除了样品Mgg－3之外，其余的分析样品中硬水铝石中普遍包括组分SiO2，与其余矿区硬水铝石分析结果一致。这可能和硬水铝石形成环境有密切关系，Mgg－3取自豆鲕状铝土矿层中，矿石中以鲕粒结构为主，这些豆鲕粒形成于表生阶段风化作用阶段，初期形成的硬水铝石环境中可能是一贫硅的环境。除此之外，元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO也在部分硬水铝石晶体中广泛存在。锐钛矿存在两种形态:第一种是锐钛矿晶体与硬水铝石密切共生，分散在硬水铝石组成的基质中，或者和硬水铝石矿物互相包裹，这说明二者同期形成;第二种锐钛矿以脉状穿插在硬水铝石组成的基质中，边界与硬水铝石呈互溶体形式;这类型的锐钛矿形成稍晚于硬水铝石。典型铝土矿矿石中锐钛矿电子探针分析结果见表3。分析结果显示TiO2含量为95．84～99．45%。元素Al2O3、FeO和SiO2同样普遍分布在锐钛矿矿物中，然而样品Mgg－3相对例外。与硬水铝石分析结果类似，矿物元素组成的差异反映其形成环境的差异。此外，元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO同样广泛存在部分锐钛矿矿物中。伊利石主要以鳞片状集合体形态组成矿石的基质。锆石主体分散在硬水铝石组成的基质中(图4a，b)。贯沟铝土矿典型矿石中伊利石电子探针分析结果见表4。结果显示Al2O3含量为30．39～38.23%，SiO2含量为44．30～49．02%;二者均呈现较大的变化范围。除两个主要元素外，Na2O、MgO、CaO、TiO2和FeO元素普遍存在伊利石矿物中;Na2O、MgO和CaO三者的出现可以解释为类质同象代换伊利石矿物中的元素K2O，而两者TiO2和FeO则主要和矿物形成环境有密切的关系。此外，元素P2O5和MnO也在部分矿物晶体中发现。贯沟铝土矿矿石中针铁矿电子探针分析结果见表5。针铁矿中Fe2O3含量为73．38%～83.68%，具有较大的变化范围。此外，Al2O3和SiO2大量存在，最高分别达5．09%和6．67%;说明在针铁矿形成过程中，周围环境中大量的Al离子代换了Fe离子存在于针铁矿中;另外TiO2也普遍分布在矿物中，含量相对Al2O3和SiO2略低。其余元素Na2O、MgO、K2O、CaO和MnO也广泛存在针铁矿晶体中。差热曲线上显示热效应最明显的矿物是硬水铝石，其次为高岭石(图5)。矿物吸(放)热温度归属表见表6。在500～540℃范围，硬水铝石中结构水全部失去，转变为α－Al2O3，呈现在差热曲线上是在这个温度范围之间有一明显的吸热谷;硬水铝石的吸热峰值范围为503～531℃，变化范围不大，相对标准硬水铝石吸热温度范围(490～580℃)和世界各地铝土矿吸热温度(南非铝土矿:532℃，希腊铝土矿545℃)同样偏低;这说明贯沟铝土矿中硬水铝石具有较低的结晶度和细小的晶体颗粒。另外一个明显的峰值是高岭石的放热峰，高岭石通常在550℃左右有一吸热峰，释放结构水，但是该峰值在研究矿石样品中不明显;在980℃左右放热发生一相转变，矿石中高岭石放热峰值范围为980～1049℃，略显偏高;其中，样品Mgg－9和Mgg－14中放热峰非常宽缓，体现高岭石晶体结晶程度较差。

矿物成因

最重要的一个特征为铝土矿底板奥陶系碳酸盐岩并没有变质迹象。同时，硬水铝石主体呈隐晶质与锐钛矿密切共生。上述特征指示贯沟铝土矿矿石中硬水铝石主要为简单的成岩结晶成因。钛的氧化物在风化作用形成的，各种地质体中普遍存在。在贯沟铝土矿中主要存在的钛的氧化物为锐钛矿。锐钛矿的生成条件及范围较狭窄，只有在TiO2供应充分、低温低压及弱碱性的环境下才能形成;贯沟铝土矿矿石中的锐钛矿和硬水铝石共生，互相包含和穿插，反应大量的锐钛矿是成矿期/成岩期结晶形成。目前，对风化作用中形成的伊利石的成因观点是:伊利石主要由云母转化而形成该过程中矿物结构并没有明显改变。