典型石墨矿床风化蚀变带中石墨的矿物学研究

发布时间：2020-05-09 06:15

【摘要】：石墨是一种具有层状结构的非金属矿物,具有极好的耐高温性、导电导热性、良好的剥分性、润滑性和高的化学稳定性等。不同产地、不同成因类型的石墨在晶体片径、径厚比大小、结晶程度、结构缺陷等方面会存在一定差异。因此,不同风化蚀变带中不同风化程度的石墨在晶体结构、谱学参数、理化性质等方面也存在一定差异。论文选择萝北云山、鸡西柳毛、南江坪河三个石墨矿区,通过野外地质考察,从石墨矿床的表层风化带着手,采集风化蚀变带中典型剖面上的石墨样品,对其风化石墨矿石的矿物学特征进行系统的研究。结合矿床学、矿物学、晶体化学与晶体物理学等学科知识,采用XRD、FT-IR、Raman、SEM-EDS、四探针测试仪、接触角测量仪等现代分析测试技术对风化石墨矿石的矿物学特征进行了系统详细的研究,包括矿石结构及构造、矿石自然类型、矿物组成及嵌布特征、矿石化学成分等,以及风化石墨的晶体结构、谱学特征、物理化学性质等进行探究,揭示自然界中石墨的风化蚀变机理,为石墨氧化机理提供成因矿物学依据。三个矿区石墨矿石的矿物组成相近,除石墨外,共、伴生矿物主要有石英、黑云母、钾长石、方解石、绿泥石等,南江坪河石墨矿床还含有大量黄铁矿。随采样层位的升高,矿物组成渐趋复杂。矿石的化学组成主要为SiO_2、Al_2O_3、K_2O、Fe_2O_3、MgO、TiO_2,矿物组分基本相同。由SEM图得知风化石墨的显微形貌。风化石墨样品边缘普遍出现褶皱和弯曲,形成大小不同、形状各异的二维孔隙,沿石墨结构层很容易断裂或破裂。由于石墨结构层接入部分含氧官能团,导致其化学键长度发生变化,使得风化石墨样品表面具有明显的书褶现象。XRD图谱分析得知,随着矿石风化程度的增加,石墨单矿物样品的d_(002)值随之增大,衍射峰峰形不对称,有向低角度宽化趋势。Raman图谱表明,风化石墨样品D峰出现且逐渐增强。I_D/I_G强度积分比(R)逐渐增大,表明石墨晶体结构的完善度降低。尤其南江坪河石墨样品表现出明显的氧化石墨特征。XPS和FT-IR分析表明,各样品的组分中含有不同含量的O,除以sp~2杂化类型成键碳原子外,还存在羧基(COOH)和羰基(C=O),以及环氧(C-O-C)和羟基(C-OH),与人工氧化石墨具有相似的表面化学结构。~1三个矿区石墨样品加热后氧化的温度区间较为接近,范围为750~1025℃。随着石墨矿石风化程度的加深,石墨样品的起始温度呈减小趋势,放热峰呈宽缓峰形。萝北云山、鸡西柳毛两个矿区石墨样品电阻率较之于南江坪河石墨样品差别较小且电阻率也小于南江坪河石墨样品,总体随着样品风化程度的加深,电阻率总体呈增大趋势。对石墨样品的表面润湿性能进行测试得知,萝北云山、鸡西柳毛两个矿区的样品接触角均大于南江地区风化石墨样品接触角。总体上,风化程度越高的样品,水珠表面凸起越小,接触角越小,亲水性能越强。与人工制备的低氧化程度(高锰酸钾质量:石墨质量为0.1~0.5)的氧化石墨相对比,天然风化石墨在晶体结构和谱学特征上与人工制备的低氧化程度的氧化石墨规律性一致。本论文研究基于石墨晶体结构和化学成键的特点以及实验室制备氧化石墨的实践,进而探究天然石墨在自然界后期叠加的地球化学作用过程中晶体结构、谱学参数等可能发生的类似变化,揭示石墨在自然条件下的风化蚀变机理。扩大了石墨矿物学和晶体化学的研究范围,对风化石墨矿床的利用具有重要的理论指导意义和社会经济价值。
【图文】：

论文研究内容及技术路线图

典型石墨矿床风化蚀变带中石墨的矿物学研究

黑龙江萝北云山、鸡西柳毛石墨矿山实地采样照片
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P619.252

【参考文献】