شناسایی کانیهای رسی معدن خاک نسوز استقلال- آباده با تاکید بر روش پراش اشعه ایکس(X.R.D)
| دسته | شیمی و آنالیز دستگاهی |
|---|---|
| گروه | سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور |
| مکان برگزاری | سومین همایش سالانه انجمن زمین شناسی ایران |
| نویسنده | بیژن اعتمادی- حبیب ال سعدی |
| تاريخ برگزاری | ۱۳ شهریور ۱۳۸۴ |
متن اصلی:
روش آزمایشگاهی
جهت شناسایی نوع رسها و مقدار آنها در خاک گام نخست از بین بردن مواد سیمانی است که این مواد شامل کربناتها، مواد آلی و اکسیدهای آهن و منگنز می باشد.
روش جکسون و کیتریک و هوپ برای زدودن کربناتها مورد استفاده قرار گرفت. بدین صورت که کربناتها بوسیله شستشو با فرسدیم نرمال در pH 5/4 و در حمام بن ماری و دمای حدود 75 تا 80 درجه سانتی گراد خارج شدند. ماده آلی بوسیله آب اکسیژنه 30 درصد و حرارت دادن نمونه ها تا 75 الی 80 درجه سانتی گراد از بین رفت که در ضمن اکسید منگنز نیز خارج خواهد گشت. پس از مراحل فوق بخش رس پراکنده شده بوسیله رسوبگذاری طبق قانون استوکز از بخش شن و سیلت جدا گردید.
برای خروج اکسیدهای آهن نمونه ها، طبق روش پیشنهادی توسط مهرا و جکسون از با فرسیترات دی تیونات در pH 3/7 و قرار دادن نمونه رسها در حمام بین ماری و دمای 75 تا 80 درجه سانتیگراد استفاده شد. سپس هر نمونه را به دو بخش قسمت کرده و یکی با کلرید منیزیم و دیگری با کلرید پتاسیم نرمال اشباع گردید تا رسها بصورت فلکوله شده رسوب نمایند.
نمونه اشباع شده بوسیله منیزیم را پس از تهیه منحنی پراش پرتو ایکس با اتیلن گلیکول اشباع کرده و نمونه اشباع شده با پتاسیم را نیز پس از تهیه پراش از آن تا 550 درجه سانتیگراد حرارت داده، مجددا منحنی های پراش پرتو ایکس مربوط به آنها نیز تهیه گردید.
سپس با تجزیه و تحلیل مشاهدات حاصله و طبق روشهای استاندارد ارائه شده توسط مراجع گوناگون کانیهای رسی موجود در نمونه ها شناسایی گردید.
ظرفیت تبادل کاتیونی (C.E.C) با جانشین نمودن کلیه کاتیونهای قابل تبادل بوسیله یون سدیم (استات سدیم ) در اسیدیته 2/8 برای نمونه ها اندازه گیری شد.( روش باور)
در آماده سازی نمونه برای تهیه طیف IR از تکنیک دیسک فشاری الکالی- هالید استفاده شد. (White-1964) در این روش نمونه های رسی که دارای اندازه مناسب (<2 μ)می باشد مورد استفاده قرار گرفتند. بدین صورت که کمتر از یک میلی گرم رس در چند میلی گرم حلال جامد KBr مخلوط شد و سپس این مخلوط تحت یک فشار خیلی بالا قرار گرفته تا KBr حالت شیشه ای بخود گرفت و رس بصورت یک ماده تبلور بر جای بماند. سپس از نمونه قرص تهیه شده طیف IR تهیه شد.
در شناسایی انواع رسها نمونه های تهیه شده را با انواع کاتیونها اشباع می کنیم. این عمل قبل از تابش پرتو ایکس به نمونه صورت می گیرد.
1-اشباع با کلرید پتاسیم: از این اشباع جهت شناخت کلی کانیهای میکا و ایلیت استفاده می گردد.
2-اشباع با کلرید پتاسیم و حرارت در 550 درجه سانتی گراد بمدت 4 ساعت: که جهت تشخیص و تفکیک کلریت از کائولینیت مورد استفاده قرار می گیرد.
3-اشباع با کلرید منیزیم: جهت تکمیل شبکه کلریت در تثبیت پیکهای آن، در ساختار کلریت Mg وجود دارد اشباع محیط از Mg باعث تکمیل شبکه کلریت می گردد.
4-اشباع با کلرید منیزیم و قرار دادن در گلیسیرین یا اتیلن گلیکول: از این روش جهت شناخت کانیهای رسی خانواده مونت موریلونیت و تفکیک پیکهای آن از کلریت، مورد استفاده قرار می گیرد. وجود مولکولهای مواد آلی فاصله مابین صفحات رسها را تغییر می دهد.
بعنوان مثال در مورد شکل یک- در حالتی که نمونه با Mg اشباع شده است پیک 1/7 و پیک 5/3 نشان دهنده کائولینیت می باشد. این پیکها عینا در حالتی که با اتیلن گلیکول اشباع صورت گرفته است بر روی نمونه تکرار شده اند اما در حالتی که نمونه اشباع شده با پتاسیم آن تا 550 درجه سانتیگراد حرارت دید، پیک 1/7 کاملا محو شده و این بعلت از هم پاشیده شدن ساختار کائولینیت در این درجه حرارت می باشد. پیکهای 1/10 و 2/9 بترتیب نشان دهنده کانیهای رسی ایلیت و پیروفیلیت می باشند.
در روش پراش پرتو ایکس علاوه بر تعیین نوع کانیهای رسی موجود در نمونه بطور نسبی به ترتیب فراوانی کانیهای رسی نیز پی می بریم.
بر اساس شدت پیکها می توانیم به این امر دست یابیم که بعنوان مثال در شکل یک درصد ایلیت 60-55% پیروفیلیت 30- 25% و کائولینیت 15- 10% می باشد. تجزیه طیفی مادون قرمز (i.r) بیشتر برای تعیین ویژگیهای رسها کاربرد دارد و به میزان کمتری جهت شناسایی رسها بکار می رود. این روش گاهی اوقات به تفاوتهای موجود در ساختار رسها حساسیت کمتری نشان می دهد و در نتیجه استفاده از آن بعنوان روش شناسایی، بخصوص در نمونه هایی که مخلوطی از چند کانی رسی هستند با مشکل مواجه می گردد. در نتیجه مطالعات X.R.D قبل از روش I.R برای شناسایی کانیهای رسی امری لازم می باشد.
بعنوان مثال در شکل 2 جذبهایی که در نقاط 3694، 3621، 1100و 694 صورت گرفته مربوط به کائولینیت می باشد.
با توجه به اینکه کائولینیت در نقاط 694، 913، 1008، 1032، 1100، 3621 و 3694 جذب نشان می دهد. طیف تهیه شده شکل 2 با توجه به جذبهایی که در نقاط مختلف نشان می دهد به نظر می رسد مربوط به مخلوطی از سه کانی کائولینیت، پیروفیلیت و ایلیت باشد. که این نتیجه حاصله با توجه به نتایج حاصله از X.R.D تایید می گردد.
ظرفیت تبادل کاتیونی بر حسب میلی اکی والانت درصد گرم بیان می شود و مقدار آن برای کانیهای رسی مختلف متفاوت است. بعنوان مثال C.E.C برای کائولینیت 3درصد گرم است در حالیکه در مورد ایلیت این عدد 25و در مورد اسمکتیت 150 می باشد.
حال با توجه به اینکه چه نوع رسهایی با هم مخلوط شوند این اعداد متفاوت است. هر چه اندازه ذرات ریزتر باشد C.E.C نیز بیشتر خواهد بود.
روش آزمایشگاهی
جهت شناسایی نوع رسها و مقدار آنها در خاک گام نخست از بین بردن مواد سیمانی است که این مواد شامل کربناتها، مواد آلی و اکسیدهای آهن و منگنز می باشد.
روش جکسون و کیتریک و هوپ برای زدودن کربناتها مورد استفاده قرار گرفت. بدین صورت که کربناتها بوسیله شستشو با فرسدیم نرمال در pH 5/4 و در حمام بن ماری و دمای حدود 75 تا 80 درجه سانتی گراد خارج شدند. ماده آلی بوسیله آب اکسیژنه 30 درصد و حرارت دادن نمونه ها تا 75 الی 80 درجه سانتی گراد از بین رفت که در ضمن اکسید منگنز نیز خارج خواهد گشت. پس از مراحل فوق بخش رس پراکنده شده بوسیله رسوبگذاری طبق قانون استوکز از بخش شن و سیلت جدا گردید.
برای خروج اکسیدهای آهن نمونه ها، طبق روش پیشنهادی توسط مهرا و جکسون از با فرسیترات دی تیونات در pH 3/7 و قرار دادن نمونه رسها در حمام بین ماری و دمای 75 تا 80 درجه سانتیگراد استفاده شد. سپس هر نمونه را به دو بخش قسمت کرده و یکی با کلرید منیزیم و دیگری با کلرید پتاسیم نرمال اشباع گردید تا رسها بصورت فلکوله شده رسوب نمایند.
نمونه اشباع شده بوسیله منیزیم را پس از تهیه منحنی پراش پرتو ایکس با اتیلن گلیکول اشباع کرده و نمونه اشباع شده با پتاسیم را نیز پس از تهیه پراش از آن تا 550 درجه سانتیگراد حرارت داده، مجددا منحنی های پراش پرتو ایکس مربوط به آنها نیز تهیه گردید.
سپس با تجزیه و تحلیل مشاهدات حاصله و طبق روشهای استاندارد ارائه شده توسط مراجع گوناگون کانیهای رسی موجود در نمونه ها شناسایی گردید.
ظرفیت تبادل کاتیونی (C.E.C) با جانشین نمودن کلیه کاتیونهای قابل تبادل بوسیله یون سدیم (استات سدیم ) در اسیدیته 2/8 برای نمونه ها اندازه گیری شد.( روش باور)
در آماده سازی نمونه برای تهیه طیف IR از تکنیک دیسک فشاری الکالی- هالید استفاده شد. (White-1964) در این روش نمونه های رسی که دارای اندازه مناسب (<2 μ)می باشد مورد استفاده قرار گرفتند. بدین صورت که کمتر از یک میلی گرم رس در چند میلی گرم حلال جامد KBr مخلوط شد و سپس این مخلوط تحت یک فشار خیلی بالا قرار گرفته تا KBr حالت شیشه ای بخود گرفت و رس بصورت یک ماده تبلور بر جای بماند. سپس از نمونه قرص تهیه شده طیف IR تهیه شد.
در شناسایی انواع رسها نمونه های تهیه شده را با انواع کاتیونها اشباع می کنیم. این عمل قبل از تابش پرتو ایکس به نمونه صورت می گیرد.
1-اشباع با کلرید پتاسیم: از این اشباع جهت شناخت کلی کانیهای میکا و ایلیت استفاده می گردد.
2-اشباع با کلرید پتاسیم و حرارت در 550 درجه سانتی گراد بمدت 4 ساعت: که جهت تشخیص و تفکیک کلریت از کائولینیت مورد استفاده قرار می گیرد.
3-اشباع با کلرید منیزیم: جهت تکمیل شبکه کلریت در تثبیت پیکهای آن، در ساختار کلریت Mg وجود دارد اشباع محیط از Mg باعث تکمیل شبکه کلریت می گردد.
4-اشباع با کلرید منیزیم و قرار دادن در گلیسیرین یا اتیلن گلیکول: از این روش جهت شناخت کانیهای رسی خانواده مونت موریلونیت و تفکیک پیکهای آن از کلریت، مورد استفاده قرار می گیرد. وجود مولکولهای مواد آلی فاصله مابین صفحات رسها را تغییر می دهد.
بعنوان مثال در مورد شکل یک- در حالتی که نمونه با Mg اشباع شده است پیک 1/7 و پیک 5/3 نشان دهنده کائولینیت می باشد. این پیکها عینا در حالتی که با اتیلن گلیکول اشباع صورت گرفته است بر روی نمونه تکرار شده اند اما در حالتی که نمونه اشباع شده با پتاسیم آن تا 550 درجه سانتیگراد حرارت دید، پیک 1/7 کاملا محو شده و این بعلت از هم پاشیده شدن ساختار کائولینیت در این درجه حرارت می باشد. پیکهای 1/10 و 2/9 بترتیب نشان دهنده کانیهای رسی ایلیت و پیروفیلیت می باشند.
در روش پراش پرتو ایکس علاوه بر تعیین نوع کانیهای رسی موجود در نمونه بطور نسبی به ترتیب فراوانی کانیهای رسی نیز پی می بریم.
بر اساس شدت پیکها می توانیم به این امر دست یابیم که بعنوان مثال در شکل یک درصد ایلیت 60-55% پیروفیلیت 30- 25% و کائولینیت 15- 10% می باشد. تجزیه طیفی مادون قرمز (i.r) بیشتر برای تعیین ویژگیهای رسها کاربرد دارد و به میزان کمتری جهت شناسایی رسها بکار می رود. این روش گاهی اوقات به تفاوتهای موجود در ساختار رسها حساسیت کمتری نشان می دهد و در نتیجه استفاده از آن بعنوان روش شناسایی، بخصوص در نمونه هایی که مخلوطی از چند کانی رسی هستند با مشکل مواجه می گردد. در نتیجه مطالعات X.R.D قبل از روش I.R برای شناسایی کانیهای رسی امری لازم می باشد.
بعنوان مثال در شکل 2 جذبهایی که در نقاط 3694، 3621، 1100و 694 صورت گرفته مربوط به کائولینیت می باشد.
با توجه به اینکه کائولینیت در نقاط 694، 913، 1008، 1032، 1100، 3621 و 3694 جذب نشان می دهد. طیف تهیه شده شکل 2 با توجه به جذبهایی که در نقاط مختلف نشان می دهد به نظر می رسد مربوط به مخلوطی از سه کانی کائولینیت، پیروفیلیت و ایلیت باشد. که این نتیجه حاصله با توجه به نتایج حاصله از X.R.D تایید می گردد.
ظرفیت تبادل کاتیونی بر حسب میلی اکی والانت درصد گرم بیان می شود و مقدار آن برای کانیهای رسی مختلف متفاوت است. بعنوان مثال C.E.C برای کائولینیت 3درصد گرم است در حالیکه در مورد ایلیت این عدد 25و در مورد اسمکتیت 150 می باشد.
حال با توجه به اینکه چه نوع رسهایی با هم مخلوط شوند این اعداد متفاوت است. هر چه اندازه ذرات ریزتر باشد C.E.C نیز بیشتر خواهد بود.