Wydział: Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Przedmiot: Ceramika Budowlana

Identyfikacja składu mineralnego surowców

ilastych i składu fazowego tworzyw metodą

XRD

Przygotował :
Adam Kózka

Kraków, 24. 10. 2013

Wstęp

W badaniach surowców mineralnych duże znaczenie ma

analiza rentgenograficzna. Przyczyniło się do tego w dużym
stopniu wprowadzenie proszkowej metody
rentgenograficznej (metoda DSH) opracowanej w latach
trzydziestych XX wieku przez Debye'a, Scherrera i HuUa do
praktyki badawczej.

Podstawy rentgenograficznej analizy
fazowej I

W rentgenograficznej analizie fazowej wykorzystuje się zjawisko dyfrakcji
(ugięcia) promieni rentgenowskich, które zachodzi na elementach struktury
ciała krystalicznego. Spełnia więc ono rolę trójwymiarowej siatki
dyfrakcyjnej. Zależność kierunków interferencyjnie wzmocnionego
promieniowania rentgenowskiego od -odległości międzypłaszczyznowych
określa równanie Braggów—Wulfa:

Podstawy rentgenograficznej analizy
fazowej II

Zależność ta widoczna jest także na rysunku .1 W praktyce ze wzoru
Braggów-Wulfa wyznacza się wartość

Podstawy rentgenograficznej analizy
fazowej III

Rentgenograficzną analizę fazową metodą proszkową

DSH umożliwia aparatura, która zapewnia:



wytwarzanie monochromatycznego promieniowania
rentgenowskiego (generator, lampa rentgenowska, filtr
absorpcyjny wzgl. monochromator krystaliczny),



rejestrację interferencyjnie wzmocnionego
promieniowania rentgenowskiego przy wykorzystaniu

detekcji filmowej lub licznikowej z użyciem np.
licznika Geigera-Mullera lub scyntylacyjnego

Rejestracja rentgenogramów w
metodzie proszkowej DSH

Przygotowanie próbek do analizy DSH
minerałów ilastych



Uziarnienie próbki :5 µm



Masa próbki: 100-500 mg



Sporządzenie próbek o teksturze równoległej przez
sedymentacje cząstek z zawiesin wodnych.

Analiza jakościowa

Identyfikacja minerałów metodą proszkową DSH opiera

się na założeniu, że każdą substancję krystaliczną charakteryzuje
zbiór odległości międzypłaszczyznowych d. Zbiór ten,
uszeregowany według malejących wartości liczbowych i
uzupełniony intensywnościami odpowiednich refleksów, stanowi
cechę rozpoznawczą minerałów.

Identyfikacja Dyfraktogramów

Tradycyjną identyfikację przeprowadza się

dwustopniowo. Polega ona na:



stwierdzeniu zgodności wartości d i I kilku -
najczęściej pięciu - pików dyfrakcyjnych analizowanej
próbki z danymi wzorcowymi określonego minerału.



stwierdzeniu zgodności wszystkich pozostałych pików
zarejestrowanych w zakresie pomiarowym z danymi
wzorcowymi określonego minerału.

Progi wykrywalności minerałów w metodzie
DSH

W przypadku mieszaniny minerałów należy pamiętać, że przy małej

zawartości określonego składnika na dyfraktogramie pojawiają się tylko jego

najmocniejsze piki, a gdy jest ona bliska progu wykrywalności - zaledwie

jeden. Wykrywalność minerałów w mieszaninie zmienia się w szerokim
zakresie, zwykle w granicach 0,5-40%. Przykładowe progi wykrywalności
wybranych faz mineralnych podano w tabeli 1:

Tabela 1. Progi wykrywalności wybranych minerałów

Przykłady dyfraktogramów

Rys 3 Dyfraktogramy rentgenowskie iłu poznańskiego płomienistego (pstrego) Słowiany (a) i iłu
krakowieckiego Wola Rzędzińska (b): Ch - chloryt (klinochlor), D - dolomit, I - illit, K - kaolinit,
Kc - kalcyt, Q - kwarc, Sk - skaleń, Sm- smekryt

Rentgenograficzny klucz do oznaczeń minerałów

d [nm]

I

Minerał

1,2

10

montmoryllonit

1

10

muskowit

0,714

10

kaolinit

0,718

10

chloryt

0,357

10

kaolinit

0,359

10

chloryt

Tabela 2. Klucz do wybranych minerałów

Zmiany wartości d minerałów ilastych
wstępną obróbką surowca

Tabela 3: zmiany wartości d po wstępnej obróbce surowca

Dyfraktogram próbek iłu
trzeciorzędowego, mio- pliocen

Rys 4.Dyfraktogram próbek iłu ( trzeciorzęd , mio- pliocen) , (M- montmoryllonit, I- illit,
K- kaolinit , Q- kwarc , d [ nm ]

Analiza dyfraktometryczna popiołu
lotne z węgla kamiennego

Rys 5. Analiza dyfraktometryczna popiołu lotnego z węgla kamiennego spalonego w
konwencjonalnym kotle pyłowym ( MI- mulit , Q- beta kwarc)

Analiza ilościowa

Metoda Rietvelda wykorzystywana jest w coraz

większej ilości programów stosowanych do analizy
składu mineralnego przy użyciu dyfrakcji
rentgenowskiej. Daje ona możliwość komputerowego
modelowania struktury krystalograficznej konkretnych
minerałów występujących w badanym materiale, a
następnie wykorzystywania ich jako wzorców przy
analizie składu ilościowego.

Metoda Rietvelda

Metoda Rietvelda wykorzystuje fakt, że – znając parametry

komórki elementarnej danego minerału – można wyliczyć
matematycznie uzyskiwany dla niego obraz dyfrakcyjny (dyfraktogram
rentgenowski). Intensywność refleksów (wyrażona jako ilość zliczeń na
sekundę) na dyfraktogramie rentgenowskim definiowana jest wzorem:

gdzie:
Lp– czynnik Lorentza oraz polaryzacyjny,
F – zdolność pakietu do rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (kwadrat czynnika
strukturalnego),
m– czynnik wielokrotności,
hkl– wskaźniki danej płaszczyzny sieciowej,
bg– tło pomiarowe

Analiza jakościowa w programie SIROQUANT

Rys 6,7 Analiza jakościowa w programie SIROQUANT

Analiza ilościowa w programie SIROQUANT

Rys. 8 Analiza ilościowa w programie SIROQUANT Objaśnienie żółta linia na rysunku–
dyfraktogram eksperymentalny, czerwona – dyfraktogram wyliczony, niebieska – wykres
różnicowy

Porównanie wyników ilościowych

Tabele 3,4 porównanie analizy ilościowej dla dwóch programów próbek 1 i 2

Literatura



PIOTR WYSZOMIRSKI, KRZYSZTOF GALOS SUROWCEMINERALNE I
CHEMICZNEPRZEMYSŁU CERAMICZNEGO 2007



Artykuł: Sylwia Kowalska , Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy,
Określanie ilościowego składu mineralnego skał zawierających minerały ilaste metodą
Rietvelda Nafta-Gaz, nr 12/2013



E. Brylska , P. Murzyn , J. Stolecki : Ceramiczne materiały budowlane. Kraków 2014.



J. Kubisz, W. Żabiński Materiały do ćwiczeń z mineralogii . Kraków 1971

Dziękuję za uwagę