金相显微镜在水泥岩相分析的应用

前言

随着新型干法水泥的发展和熟料煅烧技术的进步，水泥工业对于生产原料的品质要求也是越来越低，各种低品质原料和工业废物都得到了逐步利用。尽管如此，掌握原料的特性对于原料粉磨，熟料煅烧设备的设计选用以及对粉磨、煅烧制度的确定仍然十分的重要。

曾经对石灰石和硅质原料的矿物分析多依靠X射线衍射分析（XRD）和差热分析（DTA），但相同条件下XRD衍射峰的强度会受到矿物含量和矿物择优取向的影响，因此无法直接获取矿物晶粒大小的信息，而且XRD的投资很大，很多水泥企业并不配备；DTA只能检验矿物的温度变化情况，侧面反映矿物的物理性质，但并不能显示矿物晶粒大小。接下来小编将给大家阐述如何使用金相显微镜去观察矿物的组成和结构。

实验过程

实验原料是一种白色的石灰石和黑色的石灰石矿，两种矿物均是沉积岩，基本的物理性质和化学分析结果如下两表所示：

表1 矿石的物理性质

表2 矿石的化学组成

取石灰石中两种大块样品并将其打碎，挑出粒度小于30mm的样品，混合后采用四分法取样，用于岩相分析光片制备。

石灰石光片不采用任何物质浇注，直接在抛光机上使用600目金刚砂进行粗磨平，再使用1200目金刚砂纸磨细，最后在使用2000目砂纸抛光后观察；在更换浸泡剂时，将观察过的样片在抛光机的抛光布上以小于1微米的Al2O3粉抛光后观察。抛光光片分别采用不同的侵蚀剂浸泡，具体可以看后续的实验过程。吹干后放在金相显微镜观察矿物形态。

实验结果

1、去离子水和乙醇

两种石灰石分别采用去离子水和乙醇进行浸泡，效果如下图所示。

（左图为黑色矿使用去离子水浸泡，右图是白色矿使用去离子水浸泡）

（左图为黑色矿使用乙醇浸泡，右图是白色矿使用乙醇浸泡）

图1 去离子水和乙醇对石灰石矿物的浸泡效果

从图1岩相图可以看出，两种矿物的方解石都是以颗粒物存在并堆积分布的，并且矿物晶体间解理清洗堆积精密，但是无法看清矿物颗粒大小和杂质存在状态，所以这两者的浸泡效果并不好，原因可能是石灰石中的碳酸钙并不能和浸泡剂发生反应，只是简单的物理附着。

2、硝酸酒精和氯化铵

两种石灰石分别采用1%硝酸酒精溶液和1%氯化铵水溶液进行浸泡，效果如下图所示。

（左图为黑色矿使用硝酸酒精浸泡，右图是白色矿使用硝酸酒精浸泡）

（左图为黑色矿使用氯化铵浸泡，右图是白色矿使用氯化铵浸泡）

图2 硝酸酒精溶液和氯化铵溶液对石灰石矿物的浸泡效果

从图2可以看出，碳酸钙和酸性物质发生了化学反应，原本矿物表面白色的方解石晶粒消失了，留下的是坑洞，即使解理层更加清晰，但是规则的矿物颜色并没有发现，原因可能是选择的侵蚀剂着色能力不足。

3、烧碱和绿矾+烧碱

两种石灰石分别采用烧碱和绿矾+烧碱进行浸泡，效果如下图所示。

（左图为黑色矿使用烧碱浸泡，右图是白色矿使用烧碱浸泡）

（左图为黑色矿使用绿矾+烧碱浸泡，右图是白色矿使用绿矾+烧碱浸泡）

图3 烧碱和绿矾+烧碱对石灰石矿物的浸泡效果

从图3可以看出，碱性物质对石灰石的着色效果并不理想，虽然能清晰看出石灰石内方解石数量，但并没有找出和图1的明显差异。原因可能是碱性物质着色能力强，但是没有按照和石灰石矿物继续反应的思路进行。

4、盐酸和盐酸+醋酸

两种石灰石分别采用盐酸和盐酸加醋酸进行浸泡，效果如下图所示。

（左图为黑色矿使用盐酸浸泡，右图是白色矿使用盐酸浸泡）

（左图为黑色矿使用盐酸+醋酸浸泡，右图是白色矿使用盐酸+醋酸浸泡）

图4 盐酸和盐酸+醋酸对石灰石矿物的浸泡效果

从图4可以看出，受到盐酸侵蚀后石灰石矿物出现了明显的轮廓，颜色差异也变得十分明显，杂质的结构也基本显现了，进一步加入醋酸后，既可以显现矿物粒径又可以展现矿物组成。黑色矿碳酸钙含量高但是结晶粗大，粒径分布在30到70微米，白色矿中碳酸钙粒径基本都小于30微米；同时两种矿石中都含有一定数量的燧石，在黑色矿中燧石的粒径大约在20微米，而白色矿的燧石粒径在11微米左右。除此之外，白色矿中还显现出微量的赤铁矿。而资料反映，碳酸钙的结晶程度越高，晶体尺寸越大，则生料易烧性和易磨性越差。

结语

使用岩相分析可以快捷迅速从侧面了解矿物原料特性，从而判断水泥原料对生料粉磨和熟料锻炼的影响。水泥原料中硬度合适的物料可以做金相显微镜的岩相分析，观察矿物需要选择合适的侵蚀剂，而这个选择没有普遍性规律。

参考文献

[1]封培然.金相显微镜用于水泥原料岩相分析的研究[J].水泥,2012,(02)