钠辉石和钾长石的合成研究

内蒙古科技大学毕业论文说明书内蒙古科技大学本科生毕业论文题 目：钠辉石和钾长石的合成研究学生姓名： 摘 要本文对钠辉石（NaFeSi2O6）和钾长石（KAlSi3O8）的合成条件进行了探究，查阅了大量前人对钠辉石和钾长石的有关研究材料。并采用了DSC、TG与XRD相结合的分析方法。通过对天然的钠辉石（NaFeSi2O6）和钾长石（KAlSi3O8）的DSC、TG曲线分析，得知在577和885时发生了吸热反应，并且在577和1350时有失重现象，通过对这些温度点的分析研究，我们来确定钠辉石（NaFeSi2O6）和钾长石（KAlSi3O8）的合成温度，经过XRD检测结果显示，750时在Na2OFe2O3SiO2体系中有少量的钠辉石（NaFeSi2O6）合成但不能合成纯的钠辉石（NaFeSi2O6）。在1100时有少量钾长石（KAlSi3O8）合成，合成物质的成分为白榴石（KAlSi2O6）；钾霞石（KAlSiO4）；钾长石（KAlSi3O8），并且白榴石（KAlSi2O6）、钾霞石（KAlSiO4）这两物质含量很高，我们合成了类似于天然钾长石的物质。关键词：钠辉石；钾长石；合成条件 内蒙古科技大学毕业论文说明书The research on pure sodium Fai stone and Feldspar syntheticAbstractIn this paper, sodium pyroxene (NaFeSi2O6) and feldspar (KAlSi3O8) were exploring the synthesis conditions, access to a large number of previous sodium pyroxene and feldspar in the relevant research material. And using the DSC, TG and XRD analysis of the combination. Through natural sodium pyroxene (NaFeSi2O6) and feldspar (KAlSi3O8) of DSC, TG curve analysis, that in 577 and 885 endothermic reaction occurred, and 577 and 1350 , there is the phenomenon of weightlessness Through analysis of these temperature points, we have to determine the sodium pyroxene (NaFeSi2O6) and feldspar (KAlSi3O8) the synthesis temperature, through the XRD results show that, 750 when Na2O Fe2O3-SiO2 system have little sodium pyroxene (NaFeSi2O6) synthesis but not synthesis of pure sodium pyroxene (NaFeSi2O6). At 1100 , a small amount of potassium feldspar (KAlSi3O8).Key words： pure sodium Fai stone；K-Feldspar；synthetic conditions内蒙古科技大学毕业论文说明书目 录摘 要IAbstractII第一章 文献综述11.1概 述11.2富钾板岩的热物理化学性质及合成21.2.1矿石综述31.2.2矿石的化学成分及组成31.2.3富钾板岩矿石的矿物组成41.2.4富钾板岩的成因分析41.2.5富钾板岩矿石的可磨性71.2.6工艺试验研究81.2.7烧成温度对熟料溶出效果的影响101.2.8富钾板岩综合利用的途径101.2.9结束语141.3钠长石的热物理化学性质及合成141.3.1富钠长石岩141.3.2钠长石岩组成矿物特征161.3.3钠长石熔融和溶解特点171.3.4结果与讨论181.4钠辉石和钾长石合成的实验方案19第二章 钠辉石合成条件的研究202.1概述202.1.1 Na2OFe2O3的合成202.1.2铁酸钠Na2OFe2O3SiO2体系焙烧固相反应的研究212.2 Na2OFe2O3SiO2体系焙烧固相反应的DSC、TG分析312.3小结33第三章 钾长石合成条件的研究353.1 概述353.1.1 K2OAl2O3的合成353.1.2 KAlSi3O8的合成37第四章 结论42参考文献43致谢45内蒙古科技大学毕业论文说明书第一章 文献综述1.1概 述白云鄂博群是组成华北古陆北缘陆缘裂谷建造的主要地层,其主要岩性为一套低绿片岩相的火山岩、热水沉积岩及陆源沉积岩系,主要由碱性火山岩、白云岩、变质砂砾岩、长石石英砂岩、板岩及结晶灰岩组成。其岩性组成表现了裂谷沉积建造的发育特征，都拉哈拉岩组和尖山组是裂陷期沉积，由类磨拉石粗碎屑岩建造和火山岩建造组成。上部4个岩组为裂谷沉降期沉积物，表现水体深浅频繁变化的多旋回韵律型沉降，由细碎屑岩、碳酸盐岩互层构成了多个沉降旋回韵律。其中白云鄂博矿区含矿白云岩及富钾板岩是多年来研究者感兴趣的岩性，不同的研究者对其成因的认识也各异。根据白云鄂博矿区岩层剖面的研究，从南向北依次(图1)为富钠火山岩(图1.1中照片1)富钾板岩含矿白云岩(图1.1中照片2)，其地层的层位相当于尖山组之上的层位。本文只对白云鄂博矿区富钾板岩的成因进行研究，其岩性层序的研究在另文中介绍。本文所提出的富钾板岩是一种热水沉积钾长石岩的认识，主要有3方面的证据：(1)在热水流体中钾离子浓度与温度有关，温度高时钾离子浓度增加，表明高温时氧化钾的溶解度较大，因此具备了热水沉积的物质条件；(2)在火山期后热液充填的杏仁体中发现有钾长石矿物结晶充填物，表明了存在热水沉积钾长石岩的可能性，且其钾长石成分以低温有序的微斜长石为主。白云鄂博的富钾岩石为微晶钾长石矿物组成的致密岩石，钾长石中低温有序的微斜长石占98%以上，不同于以高温无序的透长石为主的火山喷发岩，且含有B、F、Sr、Ba等热液富集元素或矿物，对此类岩石很难用热液交代或正常火山岩成因来解释；(3)结合白云鄂博矿区岩性层序的研究，在底部发现了富钠长石及钠闪石为主的火山岩(图1.1中照片1)，富钾板岩上部过渡为主要矿化层，有些地段还见到含富钾板岩碎屑的白云岩(图版1.1中照片2)，因此富钾板岩属于火山期后高温热水沉积的钾长石岩，与矿化作用的关系极为密切。图1.1 白云鄂博矿区岩层剖面图1.2富钾板岩的热物理化学性质及合成富钾板岩主要产于下部第二岩组尖山组中，是裂谷裂陷期火山期后的产物，且分布比较局限，在主矿及东矿区含矿白云岩南侧呈厚层透镜状分布，在矿化白云岩及南部的富钠火山岩中也有薄层富钾板岩夹层，西矿有少量夹层产出。富钾板岩的岩石矿物学特征前人对富钾板岩的成因有多种认识，李毓英最早将其称为黑色致密状硅质板岩，厚度为300多m，板岩中夹有白云岩、灰岩和石灰岩透镜体，1965年内蒙古地质局105地质队定名为富钾板岩。李继亮在西矿段板岩中发现有酸性火山岩；中国科学院地球化学所研究认为近矿富钾板岩的分布局限于主东矿和西矿段，区域上不可对比，因此认为近矿富钾板岩是由围岩蚀变形成的，并且提出了5条证据；而白鸽等明确提出富钾板岩是粗面质火山岩。根据岩矿鉴定和岩石化学成分分析，白鸽等认为，除少量泥质板岩、石英岩、白云岩和灰岩外，富钾板岩和黑云母片岩原岩主要为一套火山岩，包括粗面岩、碱性玄武岩、英安岩、碱流岩及火山凝灰岩等，认为富钾板岩按其化学成分w(K2O)为7%16%，w(SiO2)为58%65%，以高Al低Fe为主，属高钾钠闪碱流质粗面岩。在主东矿南侧与西矿段白云岩夹层及底部还见有钠长板岩，并根据富钾板岩中有钡冰长石的存在，这是海相火山沉积粗面岩的证据。作者在白云鄂博矿区的研究中确实发现有火山岩及火山碎屑岩，其与富钾板岩呈过渡关系，但富钾板岩本身并不是火山岩。上述研究资料表明，有关富钾板岩与黑云母片岩等描述的地质产状、产出状态、结构构造、化学成分应该说是一致的，也符合两岩性的自然分布状况，但在是否为火山岩成因问题上认识不一。富钾板岩在主东矿有多层产出，呈独立不规则层状、致密块状(图版1.1中照片3)，在白云岩中呈夹层或混层产出，或作为岩屑分布在白云岩中，有一些可能是火成白云岩中的杏仁体，在钠长钠闪火山岩中呈夹层或混层产出几种产状，其与富钠火山岩或白云岩呈过渡接触关系。1.2.1矿石综述富钾板岩矿石为其表层板状岩石，粉料粒度组成如下：125m(120目筛上)为4.7%；88m125m为24.5%；250时，趋势线斜率达到100以上。表明在高温条件下，温度对溶液中钾浓度的影响尤其明显，为低温时的100倍以上；(2)从图1.2中显示，溶液中的钠钾比值随温度的升高而降低。图1.2热水溶液中钾、钠离子浓度随温度的变化图解Fournier提出Na2K2Ca三组分在100以上地热水中的w(Na)/w(K)、w(Ca)/ w(Na)比值与温度的关系式：103T - 1=log(w(Na)/w(K)+1/3log(w(Ca1/2)/w(Na)。该关系式表明，在平衡条件下，随着温度的升高，钠、钾比值降低。高温热水流体富集钾离子，钠、钾比值降低，主要是在水岩作用过程中由于离子半径的差异导致的，Na+半径(019810-10m)Na+半径，矿物中钾离子晶格能小于钠离子晶格能，因此在矿物结晶、重熔或压溶作用中，大离子K+会优先富集于流体相中，形成富钾流体。流体中钾含量与盐度的关系钾在卤水中的富集与盐度有关。随着含盐度增高，钾丰度值升高，二者呈线性相关，线性回归式为w(K)=01034S-1320(式中w(K)和含盐度S的单位均为10-6)，相关系数r=0166。据云南腾冲地热区的研究结果，热水溶液随着深度的增加，温度升高，K+、Na+、F-、Cl-、HBO2等电解质增加，K+离子浓度的变化也反映了溶解度与盐度、温度的线性关系。研究发现，K+总是在高Cl-甚至高F-型的中高温卤水中富集，在高氟流体中SiF4的存在可以明显增加硅质的溶解度。因此高温硅钾卤水一般在火山期后形成，尤其是海底岩浆活动期常伴随富钾卤水活动，可以提供丰富的K2O、SiO2及Al2O3成分，形成富钾硅岩或钾长石岩。热水沉积岩的微量元素地球化学特征由于钾在高温卤水中富集，可以导致热水沉积钾长石岩的形成。根据图1.2分析，热水热液中钾浓度在250 有明显的拐点，因此热水沉积钾长石岩在250以上形成，这种高温环境一般在火山期后热液阶段发生。在小秦岭熊耳群的安山玄武岩杏仁体中，作者发现有钾长石杏仁体(图1.1中照片5)及类似的金矿化钾长石岩(图1.1中照片6)，其钾长石成分也是以低温有序微斜长石为主。四川牦牛坪稀土矿脉中也含钾长石，广西大厂喷气沉积岩中也发现富含钾长石的热水沉积层，它们均提供了热水沉积或溶液充填钾长石的实例。矿床学研究发现，含F-和B元素的矿物更多地产于高温热液岩石和矿床中，如产在云英岩、伟晶岩、矽卡岩和钾质岩浆热液矿床及斑岩铜钼矿床中，常有电气石化及萤石化热液蚀变。一些研究者把F-的分布作为细碧角斑岩型矿床的成矿晕。一些海相热水沉积矿床中显示高氟、钾卤水的沉积特征。天青石和重晶石等锶、钡硫酸盐矿物是典型的热液沉积或交代矿物，主要存在于中低温成因的热水沉积或热水交代矿床中，且形成海底热水沉积的特征矿物，与硬石膏或石膏共生。因此B、F、Sr、Ba等元素的富集是热水沉积的重要特征。由海底火山岩浆活动间歇期的热水喷流作用形成的块状硫化物矿床，其含矿层中热水沉积的硅质岩、钾长石硅质岩、钠长硅质岩、电气石硅质岩以及碳酸盐岩、硫酸岩等分布很广，并且有微量元素硼、氟、锶、钡的富集。如广西大厂锡矿、云南大红山铁铜矿床、甘肃桦树沟铜矿、内蒙古东升庙、炭窑口铜多金属矿床具有上述特征，甚至出现硼、氟、锶、钡的独立矿物，因此热水沉积岩中以富集B、F、Sr、Ba等微量元素为特征。白云鄂博矿床富矿围岩有大量的萤石沉积，氟化交代与稀土元素、稀有和有色金属及放射性金属的矿化关系极为密切，尤其是在富氟流体中稀土元素主要形成氟碳酸盐矿物。因此白云鄂博富钾板岩中微量元素B、F、Sr、Ba 的富集表现了热水沉积岩的地球化学特征，其中Rb、Sn、Be 的富集也是值得注意的特征。1.2.5富钾板岩矿石的可磨性矿石的可磨性是矿石重要的工艺性能之一，它决定着磨矿工艺流程的设计，动力消耗的多寡，以及磨矿设备的结构与尺寸。为了了解富钾板岩矿石的可磨性，我们对其进行了相对可磨性试验，标准矿样为山东铝业公司当前生产使用的铝土矿。测定方法如下：取粗碎矿石100g，其粒度组成为1.0mm215mm之间，在150mm200mm的棒磨中磨制，料棒比为100g1500g，磨至不同时间取样筛分，测定其+120目(+125m)的筛上残留百分含量，并根据所得数据做出+120目筛留量与时间的关系曲线，选定某一筛留量(本处选定的筛留量为45%)，得出对应该筛留量的两种矿石所用的时间，其比值即为相对可磨性系数。试验结果见表1.3。表1.3两种矿石的可磨性测定结果时间矿石类别5min10min 20min25min 30min富钾板岩 /65. 7 %38. 4 %17. 4 %4. 5 %铝土矿 67. 5 %48. 0 %7. 5 %0. 5 %/通过实验测知，富钾板岩矿石较铝土矿要难磨，磨到相同粒度，按常规烧结法配料料浆粒度要求：+120目筛上残留量12%，磨矿所用时间为铝土矿的1.53倍。富钾板岩矿石中，有价组分Al2O3、K2O和Na2O含量较低，对低品位矿石一般采用烧结法进行处理。根据低品位铝土矿的处理经验，我们设计了如下工艺流程，并根据流程进行工艺试验，确定工艺条件。1.2.6工艺试验研究、烧成条件试验在富钾板岩矿石烧结法中，由于富钾板岩本身含有一定数量的碱金属氧化物 ，其矿石碱比K/ R=0.69、A/S=0.34，若生料配制时只配钙不配碱，烧结过程主要发生如下反应：(K2ONa2O)Al2O36SiO2+CaCO3(K2ONa2O)Al2O3+12CaO7Al2O3+2CaOSiO2+CO2烧成过程作为整个流程的第一步，其反应是否进行完全，将极大地影响流程的工艺技术及经济指标。在烧成诸影响因素中，生料配比和烧成温度是最关键的两个因素，我们对此进行了详细研究。、碱比对熟料溶出率的影响为考察熟料碱比对熟料烧成质量的影响，进行了以下试验：配方1：C/S=2.3K/R=0.69(不加碱)配方2：C/S=2.3K/R=1(加碱)试验结果见表1.4：表1.4不同碱比熟料标溶结果熟料序号赤泥主要成分，%溶出效果Al2O3CaONa2OK2O赤泥产出率(K赤)A，%N，%K，%1#2. 9058. 300. 300. 500. 91368. 566. 691. 82 # 2. 3060. 20. 870. 470. 87775. 972. 892. 4从试验结果可以看出，在钙比2.3的条件下，提高熟料碱比，即在配料过程加碱，矿石中氧化铝的浸出率提高了7.4个百分点，矿石中氧化钾的浸出率提高了0.6上百分点，但溶出渣中碱含量增加，也就是说配料过程加碱，造成了碱(Na2CO3)的损失，与不配碱相比，每吨溶出渣约多带碱(Na2CO3)10公斤，并且这也不利于赤泥的综合利用；另 ，配料过程加碱，还会增加配料、熟料烧成及碳酸钾提纯的难度。所以，综合考虑，在该工艺方案中，我们选择了矿石只配钙不配碱的流程。、钙比对熟料溶出率的影响为考察熟料钙比对熟料烧成质量的影响 ，进行了以下条件试验：配方1：C/S=1.50K/R=0.69配方2：C/S=1.70K/R=0.69配方3：C/S=2.0K/R=0.69配方4：C/S= 2.3K/R=0.69配方5：C/S= 2. 5K/R=0.69试验结果见表1.5：表1.5不同钙比熟料的标溶结果熟料序号熟料钙比溶 出 效 果赤泥产出率(K赤) A ，% N ，% K，%1 #1. 500. 9444. 618. 819. 62 #1. 700. 93215. 17. 235. 33 #2. 00. 92051. 566. 074. 34 #2. 300. 91368. 566. 691. 85 #2. 500. 92871. 868. 291. 5试验结果表明，随着钙比的提高，Al2O3、Na2O、K2O的浸出率提高 ，当钙比达到2.3以后，继续提高熟料的钙比，Al2O3、Na2O、K2O的浸出率变化不明显，因此，该工艺石灰石的最佳加入量应控制在熟料钙比为2.3左右。1.2.7烧成温度对熟料溶出效果的影响在熟料烧结过程中，控制一定的烧成温度，使物料内产生部分液相，但不发生严重粘结，并使烧成反应在有限的时间内尽可能彻底地完成，所产熟料在后续溶出工序处理时才能获得最好的溶出指标。但是，熟料烧结温度随着烧成配方(烧成熟料中主矿物相的组成)变化而变化，所以对于不同配比的生料，其最佳烧成温度范围也不尽相同，因此必须对不同配方的生料分别做多温度烧结试验，并测试各自的溶出效果。依据溶出指标和熟料外观变化综合判定某一配方生料的最佳烧成温度范围。综合考虑后，选取以下四个配方的生料进行最佳烧成温度的试验：配方1：C/ S=2.3，K/R=0.69(不加碱)配方2：C/S=2.0，K/R=1.0A/S=0.85(配铝土矿)配方3：C/S=2.0，K/R=1.0(配碱)配方4：C/S=2.3，K/R=1.0将以上四个配方的熟料分别在 1200，1230，1260，1300下于高温炉中烧结0.5h，冷却后取出观察。从结果可以看出，提高钙比，则使熟料表融温度升高，提高碱比，则可以降低熟料的表融温度。根据表中所示熟料的外观形貌，初步判定该配方熟料的最佳烧成温度范围，正确与否还需进行标溶试验验证。1.2.8富钾板岩综合利用的途径目前富钾板岩综合利用的途径包括石灰石烧结法、碳酸钠烧结法以及我们自主开发的酸分解方法和碱分解方法。可以不进行选矿直接利用。但为了更好的利用富钾板岩，可以先采用选矿的方法进行分选，即采用先浮选云母再浮选铁矿物最后浮选长石，而石英以尾矿形式产出，然后针对各种分选矿物再进行综合利用。石灰石、碳酸钠烧结法石灰石或碳酸钠和富钾板岩烧结法，来源于俄罗斯利用霞石生产氧化铝的工艺和我国利用高硅一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的工艺。主要是富钾板岩的结构特点和霞石及高硅一水硬铝型铝土矿都含硅高，而且都是共价型结构。利用石灰石或碳酸钠和石灰与富钾板岩烧结后，将不溶的共价型结构转变为可溶的离子型结构，从而可以对溶液中各种物质进行分离加工，得到不同的产品。主要分解反应式如下：、工艺流程：原料的破碎富钾板岩通过初破、中破和磨矿到目的。磨矿磨得越细，溶出速度越快。但也不能太细，为了避免溶出时泥渣比表面积增大，造成分离困难，磨矿也不能磨得过细。通常采用湿法磨矿。配料与焙烧纯碱或石灰石或者纯碱和石灰石与富钾板岩按一定比例根据富钾板岩中的含硅量进行比例匹配配成炉料，在回转窑内进行烧结反应，回转窑可用煤气加热。烧结温度主要取决于炉料的成分。烧结温度过低，化学反应不完全，使熟料中的、凡。和溶出率降低烧结温度过高增加能耗，同时使回转窑作业失常。因此要根据炉料情况选择合适的烧结温度。溶出使熟料中的、和尽可能完全的转人溶液，合适的溶出温度，有足够的溶出速度，缩短溶出时间，使不溶的金属化合物和溶液分离。滤液的分离滤液经脱硅，调整碱度，加人氢氧化铝晶种，将氢氧化铝沉淀和溶液分离。氢氧化铝经锻烧生产氧化铝，滤液可以重复使用作熟料溶出溶液脱出来的硅可以生产白炭黑等其它硅的可溶化合物。嫁的回收反复使用的滤液嫁的含量逐渐富集，当溶液中含有一定量稼时可以采用电解法或置换法从溶液中直接提取稼。从而降低了提取稼的投资和成本。钾的回收随着溶液的使用，钾的含量也相对富集，适当的时候将钾以碳酸钾或钾的其它化合物分离出来。不溶性金属化合物的回收溶出、凡和处的泥渣主要是一些不溶的氢氧化物。还有一些其它金属元素的氢氧化物可以回收利用 。、酸分解法原理：图1.3酸分解法原理图酸分解法是用硫酸和氢氟酸分解富钾板岩，其中硅以四氟化硅气态的形式挥发，将挥发的气态四氟化硅用水吸收，可以生成氟硅酸和沉淀二氧化硅即白炭黑，氟硅酸和氯化钠反应生成氟硅酸钠沉淀和氯化氢溶液挥发完四氟化硅的溶液用于分离不溶金属氢氧化物、氢氧化铝、硫酸钾以及回收嫁等。分解反应式如下为了充分利用白云铁矿的资源，可以用铁矿含氟高的萤石性矿物和浓硫酸反应生成氢氟酸，以降低成本，其工艺流程见图1.4。图1.4利用萤石型矿物的富钾板岩酸分解工艺图将萤石型矿物或萤石与浓硫酸装人反应釜中加热，将产生的气体通人反应釜中，两个反应釜中的反应物在搅拌加热下分解 ，反应釜放 出的气体用吸收池中水或碳酸钠溶液吸收，经过滤、洗涤、干燥得白炭黑。滤液中加人的氯化钠生成氟硅酸钠沉淀和盐酸，经过滤分离氟硅酸钠和盐酸。“反应釜中化合物的分离与混合氧化物的产生反应釜反应完成后将糊状物排出用碱中和后提取石膏。反应釜中剩余液体，经过滤分离石墨等不溶性物质后，滤液用氢氧化钾碱液中和至值为左右，进行离心分离沉淀和滤液，沉淀经洗涤干燥后得混合氢氧化物。氧化铭的生产和硫酸钾的生成分离完混合氢氧化物的滤液用稀硫酸调整到为一，再将沉淀和滤液分离，沉淀经洗涤、干燥、缎烧后得氧化铝滤液经浓缩电解提嫁后，中和蒸发得硫酸钾。设备要求反应釜必须在衬铅的铁制容器中进行，反应必须在通风良好的条件下进行。碱湿分解法原理分解反应通过碱液和富钾板岩在一定的温度和压力下反应，将富钾板岩分解为可溶性物质和部分不溶性金属氢氧化物进而达到分离目的。分解反应式如下、分离工艺：将一定量的碱液加人反应釜中，在搅拌时加人过量的富钾板岩根据富钾板岩含二氧化硅和氧化铝的量进行计算，在 酬时压力下，于左右，搅拌，反应完毕后，放人中间槽进行真空过滤，不溶物为金属氢氧化物和一些未反应的富钾板岩，滤液可以通过酸分解的方法进行分离得到不同的产品。碱湿分解法分解工艺见图1.5。图1.5碱湿分解法分解工艺简图1.2.9结束语通过比较以上几种富钾板岩综合利用的方法可知，碳酸钠和石灰石烧结法可以实现连续化生产，但由于加人的钠和钙化合物给后续分离钾的化合物带来一定的难度酸分解法和碱湿分解法虽然分离各种物质比较方便，但不能实现连续作业，影响生产效率 。因此应根据生产规模大小的不同选择相应的合适的生产工艺。1.3钠长石的热物理化学性质及合成1.3.1富钠长石岩富钠长石岩包括钠长石岩、钠长钠闪岩、黑云母钠闪片岩，实际为同一地质体，只是不同地段成分略有差异。前人资料描述该类岩石主要分布于矿体及其附近的围岩中由钠长石和少量霓石、钠铁闪石组成，常见黄铁矿晶体，有时含包头矿及方铅矿，认为是碱性岩脉。白鸽等也认为是碱性岩脉，但是没有做详细的工作。富钠长石岩是一种分布很广的岩石类型，在主矿南侧的采掘面内为层状、条带状，纯钠长石岩或形成钠铁闪石岩与钠长石岩互层。纯钠长石岩呈乳白色，含钠铁闪石较多时形成钠闪钠长岩，构成黑色条带，因此钠长岩大部分呈黑白相间的条带状构造(图1.1中照片1)，其与富钾板岩、黑云母片岩呈渐变过渡关系整合产出。镜下鉴定富钠长石岩的主要组成矿物为钠长石和钠铁闪石，纯钠长石岩几乎全部由钠长石矿物组成，仅偶尔见到少量的闪石矿物。钠长石粒度为0.110.12mm，细粒板状，具聚片双晶，垂直(010)晶带消光角8%，w(Na2O)大部分在6%以上，且w(Na2O)w(K2O)(表 1)。根据岩石化学特征值分析，钠长岩的里特曼指数为21968156，n(Al)/n(K+Na)1，n(Al)/n(K+Na+Ca)1，属于弱碱性偏铝质岩石。在火山岩名称、酸度、碱度系列组合图解中相当于粗面岩类，但是由于钠质明显偏高，显然不同于一般的粗面岩石。由于岩石属于偏铝质，不可能出现副长石等强碱性矿物， 化学成分组合主要为钠长石，与岩石矿物鉴定结果一致。富钠长石岩的微量元素地球化学特征以富集B、F、Sr、Ba、Sn、Rb、Be、Nb、Pb、Cd、U、Th这些壳源和不相容元素，亏损地幔元素 Ti、V、Cr、Co、Ni、Au为特征。富钠长石岩的稀土元素高度富集，尤其高度富集轻稀土元素，以无明显的Eu异常为特征，但是稀土总量低于矿化白云岩的。上述岩石产状、结构构造及化学成分特征反映这是一套富钠质火山岩系。由于Sr、Ca的晶体化学性质基本相似，在结晶分异作用中w(Sr)/w(Ca)比值在残余熔体相中基本不变；而w(Ba)/w(Ca)比值则随着斜长石结晶分异的进行而增大，因为Ca比Ba优先进入晶体，因此呈现近于水平的演化曲线。钠长石岩随着w(Ba)/w(Ca)比值的增加，w(Sr)/w(Ca)比值基本恒定，表现了结晶分异作用特征，属于幔源岩浆结晶分异产物钠长钠铁闪石岩脉闪石钠长岩脉是白云鄂博矿区一种十分发育的富钠岩脉，在钠长岩、石英岩、含矿白云岩、碳酸岩脉中均有发育。本文重点采集了石英岩中以钠铁闪石为主的岩脉和含钠铁闪石碳酸岩脉进行系统研究。矿层底部石英岩中的钠长钠铁闪石岩脉矿层底板砂岩中黑色钠铁闪石脉极其发育，一般与岩层斜交或平行，边缘有绿帘石化蚀变，一些脉体中常含有碳酸岩和磁铁矿矿物。一些岩脉中钠长石胶结闪石，或一些脉体中出现黑云母，脉体边缘为钠长石，中间为黑云母，反映了矿物的生成顺序。由于全岩中含有较多的杂质，全岩化学成分及特征参数分析表明，其 Ca、Mg、Fe含量高，SiO2含量低，无法计算里特曼指数，但是其碱度指数显示为碱性岩石系列，根据矿物化学成分比较，相当于钠铁闪石或霓辉石类碱性矿物。钠铁闪石岩脉中微量元素特征与钠长石岩石的特征类似，以富集 B、F、Sr、Ba、Sn、Rb、Be、Nb、Pb、Cd、U、Th这些壳源和不相容元素，同时亏损地幔元素Ti、V、Cr、Co、Ni、Au为特征。1.3.2钠长石岩组成矿物特征钠长石岩中的石英为微晶粒状结构，粒度0.010.105mm，与钠长石平衡共生，含量约15%。钠长石呈微晶半自形自形，无磨圆，粒度0.010.105mm，多不显双晶结构，部分具有钠长石律和卡钠复合律双晶，在岩石中含量约70%75%。其化学成分以Na2O 、 Al 2O3、SiO2为主，其余成分均小于1%，Na2O高达11.48%。化学分子式可以表示为：Na0.89Al1.34Si2.77O8.00。与银洞子泥盆系钠长石岩中的钠长石成分接近(化学分子式可以表示为：Na0.85Al1.11Si2.92O8.00)。钠长石岩中的铁白云石呈半自形-自形菱面体，粒度0.020.08mm，星散状分布在岩石内，含量约5%。其化学组成以CaO、MgO以及CO2为主，其次为FeO，含量为2.44%，其余成分均小于1%。加拿大Selwyn盆地Tom喷气-铅锌层状矿体南部及底部喷气热液通道中发育的呈脉状的铁白云石认为是海底喷气热液活动的产物。旬阳盆地正常沉积岩中未见铁白云石 ，钠长石岩中的铁白云石呈单个晶体星状分布，可能是海底热液活动初期造成的一种局部高温高盐度环境中的一种特别的自生矿物。其形成过程中，海水提供了Mg，热液活动带来了Fe，海底局部的热水沉积环境使Fe代替Mg。即铁白云石指示了海盆局部曾出现过热卤水沉积环境。与银洞子泥盆系与菱铁矿岩、磁铁绿泥石岩相伴生的似碧玉钠长石岩中的铁白云石相比，FeO含量明显偏低烧结法钠长石建筑微晶玻璃的研究。1.3.3 钠长石熔融和溶解特点钠长石熔化温度低，约为11001200，它熔化后不产生新的晶组(为一致熔融物)，形成的熔体粘度小 ，如在1375时 ，其粘度为14.3Pa。钠长石玻璃对石英等矿物具有较强的熔解力有利于降低基础玻璃熔融温度。、试验过程：玻璃颗粒的制备钠长石含Na2O、Al2O3、SiO2较高，CaO含量很低。为了使玻璃能够受控制备出性能良好的微晶玻璃，必须引入其它原料来调整其组成。根据CaOAl2O3SiO2系统相图，选择的组成位于主晶相为硅灰石的区域。以下是经过多次实验得到的理想基础玻璃成分的组成范围(%)：SiO25161，CaO1220，Al2O3512，ZnO38，BaO16，(Na2O+K2O)110。相应的原料为钠长石、石英砂、方解石(石灰石)、工业碳酸钡、工业氧化锌和硼砂等天然原料和化工原料。采用200目的的钠长石，与其它原料充分混合制备成含有3.5%水分配合料。玻璃熔制在硅钼棒电炉中进行。选用高铝坩埚或瓷坩埚 ，配合料的加料温度为 1100左，熔制温度13401360，熔制时间23h，熔化好的玻璃液经水淬成粒径为0.55mm的颗粒 ，并烘干备用。烧结晶化处理将玻璃颗粒装入涂有脱模剂的匣钵内，放入马弗炉进行烧结晶化处理，热处理制度：首先在800840保温1.0h，然后以24/min的升温速度升至10001050，保温12h。经退火冷却至室温。样品尺寸为 100mm50mm15mm。测试取小块经过热处理样品研磨成150目左右，在D/Max3B 型衍射仪进行X射线衔射分析。测试条件：Cu靶，Ka射线，=1.5406，P=40kv/20mA，扫描速度4dig/min，间隔0.02。按GB9966(25)98天然饰面石材试验的方法测试的要求制样，测定样品的抗弯、抗压强度、比重、光泽度、酸性等指标。1.3.4结果与讨论、钠长石对玻璃熔制过程的影响试验表明，使用钠长石后，可在温度13401370制成高质量玻璃，玻璃的熔制温度比采用常规原料降低了5080。这是因为钠长石本身具有如下优点：(1)钠长石熔点低，高温粘度小，可改善玻璃的熔化速度和玻璃液的质量；(2)钠长石对石英等矿物有较强的溶解能力(见表4)。、玻璃成分对晶化过程的影响根据烧结法工艺的特殊要求，玻璃的成分既要易于析晶，又要使其在晶化处理的过程中具有流动性以利于颗粒之间的粘连烧结。而且，烧结法工艺玻璃的晶化不是依靠晶核剂诱发成核而使玻璃内部进行均匀的整体析晶，而是借助玻璃颗粒的表面能成核晶化。因此玻璃的成分必须满足这一工艺要求。相图中CaO、Al2O3、SiO2基础成分选择在硅灰石相区后，为调整熔体的性质，满足晶化要求，外加了调整氧化物ZnO，BaO等。研究表明，CaO含量较高时，玻璃易于晶化，同时高温粘度降低，但料性较短；CaO含量太低，又不利于硅灰石析出。Na2O和K2O作为网络调整体，可显著降低玻璃的熔融温度，但其含量过高时，会导致大量异种晶体的析出 ，从而破坏制品的理化性能。SiO2作为网络形成体取较高数值时，能增强网络结构，减缓高温析晶，保证玻璃的形成。太高时会使玻璃的熔制困难。1.4 钠辉石和钾长石合成的实验方案钠辉石的合成：根据合成反应由难向易的原则，首先我们先进行铁酸钠（Na2OFe2O3）的合成，然后再与二氧化硅（SiO2）反应，即对Na2OFe2O3SiO2体系进行固相反应。分别在300、350、400、450、500、550、600、700、750、1100下进行焙烧实验，通过XRD检测其反应产物，看在什么温度条件下能合成钠辉石。钾长石的合成：对K2CO3、Al2O3、SiO2三种物质按一定比例在一定温度条件下合成KAlSi308进行研究，探索其合成条件，故将三种物质混合在一起进行反应，焙烧温度为1100，经多次焙烧，通过XRD检测其反应产物，检测其在1100时是否能合成钾长石。第二章 钠辉石合成条件的研究2.1概述：以纯化学试剂Na2CO3、Fe2O3、SiO2为原料，采用差热分析（或DSC）和XRD相结合的方法进行Na2OFe2O3SiO2体系的烧结固相反应特性的研究，包括固相反应开始温度和最初产物的研究，分析纯钠辉石合成的条件。由于Na2CO3、Fe2O3、SiO2三种物质的固相反应中Na2CO3与Fe2O3反应不易进行，根据反应由难到易的原则，所以我们先把较难反应的Na2CO3与Fe2O3反应先进行，合成Na2OFe2O3后再加SiO2。在这种情况下我们研究钠辉石合成的温度、保温时间等条件。2.1.1 Na2OFe2O3的合成钠辉石NaFeSi2O6按照Na2O：Fe2O3：SiO2的摩尔比为0.5：0.5：2的比例，控制合成条件反应由难向易进行，以减少稳定杂质相的生成，即先对Na2O和Fe2O3进行合成，然后再加入SiO2，调整温度的时间，合成钠辉石纯化学度试剂。下面进行铁酸钠（黄绿色）的合成：、实验条件及试剂：、Na2OFe2O3的合成温度为700900，取800。、Na2O用Na2CO3代替，Na2CO3和Fe2O3各取1mol，质量分别为106g和159.7g。、实验步骤及过程：、称取Na2CO3和Fe2O3，质量分别为106g和159.7g。、将Na2CO3和Fe2O3充分混均在研钵内进行研磨。、将研磨好的实验样品在没有压块的情况下在800焙烧5h。、再一次将焙烧后的试样进行研磨并压块，放在坩埚内进行第二次焙烧，焙烧温度800，保温时间10h。、焙烧试样结果：第一次焙烧的产物外部为黄绿色，中心为红褐色，由于没有进行压块且保温时间不够长，底部透气性不是很好，底部和中心大部分（约有1/3）区域没有烧透。第二次焙烧后的物质比较均匀，焙烧结果较好，中心等各部位都已烧透，产物呈黄绿色。XRD检测结果如下：图2.1 800Na2OFe2O3合成的XRD图经XRD（图2.1）检测得到的物质为纯Na2OFe2O3，CO2全部逸出。2.1.2铁酸钠Na2OFe2O3SiO2体系焙烧固相反应的研究、实验准备：、用研钵把Na2OFe2O3充分研磨，但由于SiO2硬度很高不易研磨，所以必须用球磨机经过长时间的对SiO2进行研磨.、把原料Na2OFe2O3和SiO2经过充分的烘干，按1：4的比例称取一定量的样品。、将称量好的Na2OFe2O3和SiO2充分混匀，并进行压块，制成实验所需样品。、实验过程及结果：为了探索多个温度下的实验结果，我们分别在300、350、400、450、500、550、600、700、750、1100下进行了焙烧实验。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在300时，保温5h.焙烧试样观察：产物为黄绿色，从表面看几乎没有反应，明显可以看到产物表层有残余的SiO2。XRD检测结果如下：图2.2 300时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD（图2.2）检测出以下物质：NaFeO2、SiO2、Na0.975(Fe0.975Si0.025)O2，且主要为SiO2，Na0.975(Fe0.975Si0.025)O2为Na2OFe2O3和SiO2固溶所形成的物质，但并没有钠辉石NaFeSi2O6的合成。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在350时，保温15h.焙烧试样观察：产物为黄绿色，从表面看几乎没有反应，产物表层可以看到有残余的SiO2。XRD检测结果如下：图2.3 350时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.3)检测出以下物质：NaFeO2、SiO2、Na0.975(Fe0.975Si0.025)O2，且主要为SiO2，Na0.975(Fe0.975Si0.025)O2为Na2OFe2O3和SiO2固溶所形成的物质，但并没有钠辉石NaFeSi2O6的合成。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在400时，保温10h.焙烧试样观察：产物为黄绿色，从表面看几乎没有反应，产物表层可以看到有残余的SiO2。XRD检测结果如下：图2.4 400时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.4)检测出以下物质：NaFeO2、SiO2、Na0.975(Fe0.975Si0.025)O2，且主要为SiO2，Na0.975(Fe0.975Si0.025)O2为Na2OFe2O3和SiO2固溶所形成的物质，但并没有钠辉石NaFeSi2O6的合成。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在450时，保温7h.焙烧试样观察：产物稍泛红褐色，但大部分仍为黄绿色，微硬，可以看到样品表面有残余的SiO2。XRD检测结果如下：图2.5 450时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.5)检测出以下物质：SiO2、Fe3Si、Na0.95(Fe0.95Si0.05)O2、NaFeO2，也有Na2OFe2O3和SiO2固溶所形成的物质Na0.95(Fe0.95Si0.05)O2的生成，与300时不同的是有Fe3Si生成。没有发现钠辉石NaFeSi2O6的合成。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在500时，保温4h.焙烧试样观察：产物呈现红褐色，可以看到样品表面有残余的SiO2，较坚硬，无液相生成。XRD检测结果如下：图2.6 500时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.6)检测出以下物质：SiO2、Fe2O3、NaFeO2、Na0.975(Fe0.975Si0.025)O2，其中大量存在的还是SiO2，通过研究认为Fe2O3是由于发生了质换反应（Na2OFe2O3+ SiO2Fe2O3+Na2SiO3）产生的，说明在500时开始发生质换反应了。有Na2OFe2O3和SiO2固溶所形成的固溶体Na0.95(Fe0.95Si0.05)O2的生成，没有发现钠辉石（NaFeSi2O6）的合成。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在550时，保温4h.焙烧试样观察：产物呈现红褐色，可以看到样品表面还有残余的SiO2，较坚硬，无液相生成。XRD检测结果如下：图2.7 550时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.7)检测出以下物质：SiO2、Fe2O3、NaFeO2、Na0.975(Fe0.975Si0.025)O2，其中大量存在的还是SiO2，通过研究认为Fe2O3是由于发生了质换反应（Na2OFe2O3+ SiO2Fe2O3+Na2SiO3）产生的。有Na2OFe2O3和SiO2固溶所形成的固溶体Na0.95(Fe0.95Si0.05)O2的生成，没有发现钠辉石（NaFeSi2O6）的合成。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在600时，保温4h.焙烧试样观察：产物呈现红褐色，可以看到样品表面还有残余的SiO2，较坚硬，无液相生成。XRD检测结果如下：图2.8 600时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.8)检测出以下物质：Fe2O3：2.60%；SiO2：8.0418%；Na4FeO5：1.67%，(%代表峰的强度)经分析可知Fe2O3是被置换（Na2OFe2O3+ SiO2Fe2O3+Na2SiO3）出来的。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在700时，保温4h.焙烧试样观察：产物呈现红褐色，可以看到样品表面还有残余的SiO2，较坚硬，无液相生成。XRD检测结果如下：图2.9 700时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.9)检测出以下物质：Na0.95(Fe0.95Si0.05)O2：15.82%；Fe2O3：36.39%；Na2SiO3：13.99%；SiO2：35.18%；Na2(Si2O5)：33.82%，经分析可知Fe2O3是被置换（Na2OFe2O3+ SiO2Fe2O3+Na2SiO3）出来的。没有发现钠辉石NaFeSi2O6的合成。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在750时，保温10h.焙烧试样观察：产物呈现红褐色，可以看到样品表面还有残余的SiO2，较坚硬，无液相生成。XRD检测结果如下图2.10 700时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.10)检测出以下物质：Fe2O3：19.35%；Na2SiO3：5.36%；SiO2：30.52%；SiO2：10.82%；NaFe(SiO3)2：3.58%，经分析可知Fe2O3是被置换（Na2OFe2O3+ SiO2Fe2O3+Na2SiO3）出来的，有少量钠辉石NaFeSi2O6合成。铁酸钠(Na2OFe2O3)和二氧化硅（SiO2）在1100时，保温10h.焙烧试样观察：焙烧后样本全部熔化成了液相，且有部分产物从坩埚逸出，冷凝后产物呈红褐色稍带墨绿色，硬度、亮度都很高，类似于玻璃。XRD检测结果如下：图2.11 1100时NaFeSi2O6合成的XRD图XRD(图2.11)检测出以下物质：Fe2O3：51.10%；SiO2：39.39%；SiO2：25.62%；SiO2：38.92%，主要是各种晶型的SiO2和Fe2O3，产物呈玻璃状。2.2 Na2OFe2O3SiO2体系焙烧固相反应的DSC、TG分析Na2OFe2O3SiO2体系焙烧固相反应的DSC、T