海南火山岩结构及性能的研究

产出形式对火山岩进行了分类, 将火山岩划分为超 基性岩类、基性岩类、中性岩类、酸性岩类、偏碱性 岩类及过碱性岩类等 6 大类，通过对研究区火山岩 岩石学特征的研究主要存在基性（SiO2 含量在 45% ～53%之间）、中性（ SiO2 含量在 53%～65%之间）、 酸性岩类（SiO2 含量 >66%）,另有少量偏碱性岩类 （里特曼指数 δ>3.3），岩石类型主要为玄武岩、安 山岩、英安岩、凝灰岩、沉凝灰岩、火山角砾岩及少 量流纹岩等[1 ]。
海南大学 材料与化工学院，海南 海口 570228；2.天津师范大学 物理与电子信息学院，天津 300387；
3.清华大学 材料科学与工程系，北京 100084）
摘 要：海南火山岩的物质组成和物理化学性能是评价其质量、物理化学活性和预测工业应用状况的重
要依据。为了确认工业应用前景和进行合理开发利用，本文利用 TG- DSC、XRD、SEM 及化学全分析等分析方
Abstract：Material composition and physicochemical performance of volcanic rock in Hainan were important
basis to evaluate its quality, physicochemical activity and predicted its status of industrial applications. In this pa －
收稿日期：2011- 03- 24 基金项目：国家“863”项目（2007AA03Z524）；国家自然科学基金项目
（50872094）；海南大学重点项目“以瓷代钢增韧高硅陶瓷 托辊制备的关键技术研究” 作者简介：邱文达（1984-），男，在读硕士研究生，主要从事材料物理 与化学研究。 通迅作者：邓湘云（1964-），女，教授，博士，主要从事功能材料及应 用方面的研究。
火山岩石中通常含有十几种主要元素，其中 O 的含量最高，占火山岩重量的 50％左右。对于其他 元素，可以很方便地用其氧化物的质量百分比来表 示。SiO2 是火山岩中最重要的一种氧化物，Al2O3 是 火山岩中含量较次之的氧化物成分。 岩石中的其 他 主 要 成 分 为 FeO、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、 TiO2 及 H2O。它们与 SiO2 和 Al2O3 一起，占火山岩化 学成分的 98％左右，并且在各类岩石中都存在。不 同成分的火山岩，其氧化物的含量也不同，这些氧 化物之间存在着一定的内在联系。一般来说，随着
2.2 物理性能
根据 GB T1பைடு நூலகம்431- 1998 《轻集料及其试验方法》 中规定的试验方法，对样品的各项性能指标进行了 测试，结果见表 2。
表 2 样品的物理性能 Tab.2 The physical properties of the sample
颜色 光泽 硬度 容重 弯曲强度 抗压强度 耐酸度 耐碱度 吸水率
根据样品理化性能的检测其为基性喷出岩，天 然放射性很低。根据 GB6566- 2001《建筑材料放射 性核素限量》中规定的试验方法，对样品的放射性 进行了测试。表 3 为样品放射性的检测结果。表 4 为样品放射性比活度的检测结果。
表 3 样品的放射性 Tab.3 The radioactivity of the sample
thite, which followed by hornblende, olivine, biotite and quartz. Matrix is a framework, which constituted by disor－
dered arrange of long prismatic plagioclase crystals. The matrix has hidden structure between the intergranular, in－
per, analysis methods such as TG, XRD, SEM and chemical analysis were used to analyze high-temperature prop－
erties, phase composition, micro-morphology and chemical composition of the samples of volcanic rocks in Hainan.
等。基质由杂乱排列的长柱状自形斜长石晶体组成。具有间粒间隐结构、间粒交织结构和少斑结构。
关键词：火山岩；结构；性能
中图分类号：P588.1
文献标识码：A
Study on the structure and performance of volcanic rock in Hainan*
QIU Wen-da1, DENG Xiang-yun1，2, LI Jian-bao1，3
本文以海南省海口市美兰区大致坡崇德洽教 村湖东坡的火山岩为原料，利用 TG、XRD 及 SEM 等分析方法对样品进行了高温特性、物相组成以及 微区形貌等进行系统的测试，并对测试结果作了分 析和研究，以期为确认工业应用前景和进行合理开 发利用提供依据。
1 实验原料与方法
实验原料：海南省海口市美兰区大致坡崇德洽 教村湖东坡的火山岩。
海南火山岩资源丰富，福山凹陷晚第三纪以来 的沉积厚达 3000m 以上，出露地表的火山岩分布于 王五— ——定安东西向断裂以北、铺前— ——清兰北西 向断裂以西的琼北地区，最南的界线达琼海嘉积镇
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邱文达等：海南火山岩结构及性能的研究*
2011 年第 06 期
以北 2km，面积计 4159.79km2，约占全岛总面积 12%，遍布海口、文昌、琼海、定安、澄迈、临高、儋州 等 7 个县市。但是，由于种种原因，开发程度很低。 为实现资源的充分利用和减少环境破坏污染，开拓 海南火山岩综合利用的新途径是非常重要的。
2．College of Physics and Electronic Information, Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China;
3．Department of Material Science and Engineering, Tsinghua University，Beijing 100084，China）
SiO2 含量的增高，K2O 和 Na2O 的含量随之升高，而 FeO（Fe2O3），MgO 的含量则随之降低[ 2 ]。因此，SiO2 的含量就成为划分火山岩化学成分的主导因素，支 配着其他氧化物含量的变化。其他元素，像 Sr、Rb、 Ba、Y、Zr、Nb 以及稀土元素，在火山岩中的含量只 有（1～1000）×10- 6。
terwoven structure between the intergranular, and less plaque structure.
Key words：volcanic rock；structure；performance
火山岩是由火山喷发时喷出的岩浆冷凝而成 的矿物岩石，多数为岩浆岩组成，质地疏松多孔。又 称“喷出岩”。多具气孔、杏仁和流纹等构造。多呈玻 璃质、隐晶质或斑状结构。管守锐根据岩石中酸度 （SiO2 的重量百分比）与碱度（里特曼指数）岩石的
/ 莫氏 /g·cm-3 /MPa /MPa /% /% /%
深灰色 无光 6.5 2.62 9.7
65 91.7 93.3 1.5
因为熔岩喷出地表时，压力突然释放降低，挥 发性成份从熔岩中逸出，同时喷出的熔岩迅速冷凝 在岩石中，所以形成大小和数量不同的圆形、椭圆 形或不规则的气孔。整个矿体按孔洞的大小可明显 分为 3 层，而孔与孔之间相互独立。
Sum 189 No.6
化学工程师 Chemical Engineer
2011 年第 6 期
文章编号：1002-1124（2011）06-0001-04
科
研 与
海南火山岩结构及性能的研究*
开
发
邱文达 1，邓湘云 1，2，李建保 1，3
（1.海南优势资源化工材料应用技术教育部重点实验室 硅锆钛资源综合开发与利用海南省重点实验室
法对海南火山岩样品进行了高温特性、物相组成、微区形貌以及化学成分等分析。结果表明，样品具有良好的
理化性能。通过化学成分分析表明，SiO2 是火山岩中最重要的一种氧化物，Al2O3 是火山岩中含量较次之的氧 化物成分。通过 XRD 和 SEM 观察，样品主要矿物有单斜辉石和钙长石，其次有角闪石、橄榄石、黑云母、石英
放射性元素 含量 /Bq/kg
钍 232 21.8
镭 226 45.9
钾 40 340.7
表 4 样品的放射性比活度 Tab.4 specific acticity of radioactivity of the sample
放射性比活度
Ira
Ir
含量
0.13
0.34
根据表 3、4 的检测结果可知，其放射性低于 A 类装修材料标准，所以其产销与使用范围不会受限 制。
2 结果与讨论
2.1 化学成分分析
样品的化学成分全分析的分析结果见表 1。
表 1 样品的化学成分全分析 Tab.1 Chemical analysis of sample
成分
SiO2 CaO MgO Fe2O3 FeO Al2O3 TiO2 K2O Na2O
含量 /% 54.82 8.50 2.46 9.05 1.16 17.56 0.07 2.26 2.49
实验方法：将火山岩粉碎加工过 100 目筛，放 入烘箱中，在 100℃下烘干。所取样品具有代表性。 采用北京兴东达泰科技发展有限公司生产的 FS- 4+ 全自动化学分析仪进行化学全分析；采用 Hitachi S- 3000N 型扫描电子显微镜（SEM）表征样品的表面 形貌；采用美国 TA 仪器公司生产的 Q100 TG- DSC 热分析仪分析了样品的高温特性；采用德国布鲁克 公司生产的 D8 Advance 多晶 X 射线衍射仪分析样 品的相组成。
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2.4 样品的矿物成分分析
对火山岩样品矿物组成进行 X 射线分析，图 1
为其 X 射线分析结果。
Q
B
C：单斜辉石
H
A：钙长石
A
H：角闪石
O：橄榄石
AA
B：黑云母
B
CO
Q：石英
O
O AQ
A OO
H C A
AO A Q Q H H
A
10 20 30 40 50 60 70 2θ/°
（1．Key Laboratory of Application Technology of Hainan Superior Resources Chemical Materials of Ministry of Education School
of Materials and Chemical Engineering, Hainan University，Haikou 570228，China;
The results showed that the sample has good physical and chemical properties. The chemical composition analysis
showed that SiO2 is the most important type of volcanic oxide in volcanic rocks, and Al2O3 is followed by SiO2. The sample was observed by XRD and SEM and found that the main crystalline phases were clinopyroxene and anor－
图 1 火山岩 X 射线衍射谱图 Fig.1 XRD patterns of samples
2.3 低放射性
装修材料根据放射性大小划分为 3 类，A 类装 修 材 料 的 放 射 性 比 活 度 应 同 时 满 足 IRa≤1.0 和 Ir≤1.3，A 类装修材料产销与适用范围不受限制；B 类装修材料不可用于一类民用建筑的内饰面；C 类 装修材料只可用于建筑物的外饰面及室外其他用 途[3 ]。