ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ ПЕРЕСЧЕТЫ И СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПЕТРОХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Петрохимические пересчеты А. Объединение оксидов по валентности элементов (метод Рота, метод Левинсона-Лессинга). Методы устарели, в наст. время не применяются. Б. Объединение оксидов по их роли в построении породообразующих минералов. (метод Мишель-Леви, метод Озанна, метод Вольфа, метод Заварицкого). В. Объединение оксидов в группы, соответствующие теоретическим составам наиболее распространенных породообразующих минералов. (метод Ниггли, метод Кросса, Иддингса, Пирсона, Вашингтона CIPW, метод CIPWD (метод Дубровского). Г. Специальные методы с применением данных по термодинамике минералов.
Метод В. Кросса, Дж. Иддингса, А. Пирсона, Х. Вашингтона CIPW Метод предложен в 1903 г. Химический состав горной породы рассчитывается на нормативные минералы, которые в породе могут реально не существовать. Минералы делятся на салические и фемические (SAL, FEM). Горные породы делятся на пять классов: I –SAL, II – SAL>FEM, III – SAL=FEM, IV – SAL<FEM, V – FEM , далее на подклассы, порядки, подпорядки, ранги, субранги.
Основное разделение на классы ведется по сопоставлению весовых соотношений основных групп SAL и FEM Нормативные минералы (НЕ ПУТАТЬ С МОДАЛЬНЫМИ) вычисляются исходя из их молекулярного состава, согласно общепринятым формулам, написанным в оксидной форме. Минералы делятся на САЛИЧЕСКИЕ (SAL) и ФЕМИЧЕСКИЕ (FEM)
Классы: I – SAL II – SAL>FEM III – SAL=FEM IV - SAL< FEM V - FEM
Нормативн Индексы ые нормативн коэффицие ых нты минерало в Состав нормативных минералов Молекулярный вес* Группа SAL Q C Z F L Or Ab An Lc Ne Kp Si. O 2 (кварц) Al 2 O 3 (корунд) Zr. O 2 Si. O 2 (циркон) K 2 O Al 2 O 3 6 Si. O 2 (ортоклаз) Na 2 O Al 2 O 3 6 Si. O 2 (альбит) Ca. O Al 2 O 3 2 Si. O 2 (анортит) K 2 O Al 2 O 3 4 Si. O 2 (лейцит) Na 2 O Al 2 O 3 2 Si. O 2 (нефелин) K 2 O Al 2 O 3 2 Si. O 2 (калиофилит) 60, 09 101, 96 183, 31 556, 70 524, 48 278, 22 436, 52 284, 12 316, 34
Нормативн Индексы ые нормативн коэффицие ых нты минералов Состав нормативных минералов Молекулярный вес* Группа SAL Hl Th Nc Na. Cl Na 2 O S+6 O 3 Na 2 O CO 2 (галит) (тенардит) (натр-карбонат) 58, 37 142, 05 105, 91
Нормативн Индексы ые нормативны коэффицие х нты минералов P Acm Ns Ks Di Wo Hy En Fs Состав нормативных минералов Группа FEM Na 2 O Fe 2 O 3 4 Si. O 2 (акмит) Na 2 O Si. O 2 (натр-силикат) K 2 O Si. O 2 (кали-силикат) Ca. O (Mg, Fe)O 2 Si. O 2 (диопсид) Ca. O Si. O 2 (волластонит) (Mg, Fe)O Si. O 2 (гиперстен) Mg. O Si. O 2 (энстатит) Fe. O Si. O 2 (ферросилит) Молекулярный вес* 461, 91 122, 07 154, 29 216, 58 116, 17 232, 35 100, 41 131, 94
Нормативн Индексы ые нормативн коэффицие ых нты минералов O Ol Fo Fa Cs Состав нормативных минералов Группа FEM 2(Mg, Fe)O Si. O 2 (оливин) 2 Mg. O Si. O 2 (форстерит) 2 Fe. O Si. O 2 (фаялит) 2 Ca. O Si. O 2 (кальций-силикат) Молекулярный вес* Fa+Fo 140, 73 203, 79 172, 25
Нормативн Индексы ые нормативны коэффицие х нты минералов H M T Mt Cm hm Ilm tn pf ru Состав нормативных минералов Группа FEM Fe. O Fe 2 O 3 (магнетит) Fe. O Cr 2 O 3 (хромит) Fe 2 O 3 (гематит) Fe. O Ti. O 2 (ильменит) Ca. O Ti. O 2 Si. O 2 (титанит) Ca. O Ti. O 2 (перовскит) Ti. O 2 (рутил) Молекулярный вес* 231, 55 223, 87 159, 70 151, 75 196, 07 135, 98 79, 90
Нормативн Индексы ые нормативн коэффицие ых нты минералов Состав нормативных минералов Молекулярный вес* Группа FEM A Ap Fr Pr Cc 3(32 O 5) Ca. F 2 (апатит) Ca. F 2 (флюорит) Fe. S 2 (пирит) Ca. O CO 2 (кальцит) 336, 21 78, 08 119, 98 100, 08
Порядок пересчета 1. Массовые содержания оксидов пересчитываются на молекулярные и атомные количества. (N(%) / M) × 1000 2. Mn. O и Ni. O присоединяются к Fe. O Ba. O и Sr. O присоединяются к Ca. O
1 Гранит Саранчин МОЛЕК. а, КОЛИЧ шинкарев, МОЛЕ ЕСТВО пример 1, К. МАС мас%/ кальц стр60 СА (М) М 1000 Ap ит Ilm Mag Si. O 2 73, 34 60 1222 Ti. O 2 0, 39 80 5 5 Al 2 O 3 13, 35 102 131 Fe 2 O 3 0, 67 160 4 4 Fe. O 2, 01 72 28 5 4 Mn. O 0, 12 71 2 Mg. O 0, 41 40 10 Ca. O 1, 20 56 21 3 Na 2 O 3, 10 62 50 K 2 O 4, 85 94 52 P 2 O 5 0, 17 142 1 1 H 2 O 0, 04 18 2 П. п. п. 0, 63 18 35 Сумма 100, 28 1 5 4 Норм. М-лы мол. Масса 336 151, 8 232 Норм. М-лы мас. % (мол. Доля х кол-во молекул / 1000) 0, 34 0, 76 0, 93 остаток после вычисл ения Ap Ilm Mag 1222 0 131 0 19 2 10 18 50 52 0 2 35 Or 312 52 52 Ab 300 50 An 36 18 18 остаток после вычисл ения Or корун Ab An и гиперст д корунда ен кварц 574 31 543 0 11 0 0 19 19 2 2 10 10 0 0 2 35 11 31 543 556, 7 524, 5 278, 2 102 232, 35 60 0, 00 28, 95 26, 22 5, 01 1, 12 0, 00 7, 20 32, 58 103, 11
В первую очередь вычисляются минералы, содержащие «малые» компоненты (P 2 O 5, Cl, SO 3 и пр. ): а) количество Ca. O, равное 3. 33 P 2 O 5 (или 3 P 2 O 5 + 0. 33 F, если последний определен в анализе), соединяются в апатит ap. б) Na 2 Oв количестве, равном Cl 2, соединяются в hl галит. в) количество Na 2 O, равное SO 3, соединяется в th тенардит (если порода содержит минералы гаюиновой группы). г) количество Fe. O, равное половине количества S, соединяются в пирит pr. д) количество Fe. O, равное Cr 2 O 3, соединяются в хромит cm.
е) количество Fe. O, равное Ti. O 2, соединяются в ильменит ilm; избыток Ti. O 2 соединяется с Ca. O и Si. O 2 в титанит tn, при условии, что Ca. O хватит для образования an, в противном случае Ti. O 2 оставляется свободным как рутил ru. ж) количество Ca. O, равное половине оставшегося F, соединяется с ним в fr флюорит. з) если в свежей породе присутствует канкринит или первичный кальцит, то количества Na 2 O и Ca. O, равные количеству CO 2 , соединяются с ним в первом случае в nc натр-силикат, а во втором случае – в кальцит cc. и) количество Zr. O 2 вычисляется для дальнейшего расчета на Z.
После расчета второстепенных минералов приступают к расчету главных породообразующих минералов: а) количество Al 2 O 3, равное K 2 O, соединяется с ним для образования в дальнейшем ортоклаза ort или лейцита lc. б) если имеется избыток К 2 О, т. е. К 2 О – Al 2 O 3 >0, то этот избыток рассчитывается как кальсилит ks. в) избыток Al 2 O 3 над К 2 О соединяется с равным количеством Na 2 O и в дальнейшем с Si. O 2 в альбит ab или нефелин ne;
если Na 2 O больше оставшегося Al 2 O 3 (K 2 O + Na 2 О > Al 2 O 3), то избыток Na 2 O идет на образование акмита acm. г) избыток Al 2 O 3 против суммы K 2 O + Na 2 О, т. е. [Al 2 O 3 – (K 2 O + Na 2 О)> 0] соединяется с Са. О в анортит an. д) если после формирования an остается избыток Al 2 O 3 , то он считается как С. е) если Са. О больше, чем может соединиться с Al 2 O 3, то избыток его используется для образования молекул диопсида di и волластонита wo.
1 Гранит Саранчин МОЛЕК. а, КОЛИЧ шинкарев, МОЛЕ ЕСТВО пример 1, К. МАС мас%/ кальц стр60 СА (М) М 1000 Ap ит Ilm Mag Si. O 2 73, 34 60 1222 Ti. O 2 0, 39 80 5 5 Al 2 O 3 13, 35 102 131 Fe 2 O 3 0, 67 160 4 4 Fe. O 2, 01 72 28 5 4 Mn. O 0, 12 71 2 Mg. O 0, 41 40 10 Ca. O 1, 20 56 21 3 Na 2 O 3, 10 62 50 K 2 O 4, 85 94 52 P 2 O 5 0, 17 142 1 1 H 2 O 0, 04 18 2 П. п. п. 0, 63 18 35 Сумма 100, 28 1 5 4 Норм. М-лы мол. Масса 336 151, 8 232 Норм. М-лы мас. % (мол. Доля х кол-во молекул / 1000) 0, 34 0, 76 0, 93 остаток после вычисл ения Ap Ilm Mag 1222 0 131 0 19 2 10 18 50 52 0 2 35 Or 312 52 52 Ab 300 50 An 36 18 18 остаток после вычисл ения Or корун Ab An и гиперст д корунда ен кварц 574 31 543 0 11 0 0 19 19 2 2 10 10 0 0 2 35 11 31 543 556, 7 524, 5 278, 2 102 232, 35 60 0, 00 28, 95 26, 22 5, 01 1, 12 0, 00 7, 20 32, 58 103, 11
Минералы, содержащие трехвалентное железо, рассчитываются следующим образом: а) избыток Na 2 О по отношению к Al 2 O 3 насыщается Fe 2 O 3 и используется в дальнейшем для образования акмита acm; б) в тех редких случаях, когда избыток щелочей больше Fe 2 O 3, остаток [K 2 O + Na 2 О – (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3) ] идет на образование натр-силиката ns. в) обычно Fe 2 O 3 больше избытка щелочей и оставшийся оксид Fe 3+ соединяется с равным количеством Fe. O (после образования пирита pr и ильменита ilm) в mt. г) остаток Fe 2 O 3 после образования mt считается как гематит hm.
Все количество Mg. O и остаток Fe. O (Fe. O'), не использованный на образование mt и ilm, соединяются для дальнейших расчетов в общую сумму (Mg. O + Fe. O'). Можно применять и другой вариант пересчета, используя Mg. O и Fe. O' порознь. Для вычисления силикатов, содержащих Са. О, производят следующее: а) к оставшемуся от формирования an количеству Са. О, обозначенному как Са. О'', прибавляется такое же количество Mg. O + Fe. O' в том же соотношении, которое получилось при их суммировании. Количество полученных оксидов Са. О'' + Mg. O + Fe. O' используется в дальнейшем для образования диопсида di.
1 Гранит Саранчин МОЛЕК. а, КОЛИЧ шинкарев, МОЛЕ ЕСТВО пример 1, К. МАС мас%/ кальц стр60 СА (М) М 1000 Ap ит Ilm Mag Si. O 2 73, 34 60 1222 Ti. O 2 0, 39 80 5 5 Al 2 O 3 13, 35 102 131 Fe 2 O 3 0, 67 160 4 4 Fe. O 2, 01 72 28 5 4 Mn. O 0, 12 71 2 Mg. O 0, 41 40 10 Ca. O 1, 20 56 21 3 Na 2 O 3, 10 62 50 K 2 O 4, 85 94 52 P 2 O 5 0, 17 142 1 1 H 2 O 0, 04 18 2 П. п. п. 0, 63 18 35 Сумма 100, 28 1 5 4 Норм. М-лы мол. Масса 336 151, 8 232 Норм. М-лы мас. % (мол. Доля х кол-во молекул / 1000) 0, 34 0, 76 0, 93 остаток после вычисл ения Ap Ilm Mag 1222 0 131 0 19 2 10 18 50 52 0 2 35 Or 312 52 52 Ab 300 50 An 36 18 18 остаток после вычисл ения Or корун Ab An и гиперст д корунда ен кварц 574 31 543 0 11 0 0 19 19 2 2 10 10 0 0 2 35 11 31 543 556, 7 524, 5 278, 2 102 232, 35 60 0, 00 28, 95 26, 22 5, 01 1, 12 0, 00 7, 20 32, 58 103, 11
б) В редких случаях остается избыток Са. О, который идет на формирование волластонита wo или кальций-силиката cs. Избыток Mg. O и Fe. O, оставшиеся после формирования di, используется на образование гиперстена hy или оливина ol, эти оксиды могут быть пересчитаны на энстатит en и ферросилит fs, на форстерит fo и фаялит fa.
После формирования всех указанных величин проводится их насыщение кремнеземом и вычисление количеств молекул соответствующих силикатов: А) к Zr. O 2 прибавляется равное количество Si. O 2 и таким образом получается Z. Б) к Са. О и Ti. O 2 прибавляется равное количество Si. O 2 и образуется титанит tn. В) к избытку щелочей по отношению к Al 2 O 3 и равному ему количеству Fe 2 O 3 прибавляется четырехкратное количество Si. O 2 и образуется акмит acm.
Г) если имеется переизбыток щелочей, он соединяется с равным количеством Si. O 2 в калисиликат ks или натр-силикат ns. Д) к K 2 O и Al 2 O 3 прибавляется шестикратное количество Si. O 2 для образования ортоклаза ort. Е) из Al 2 O 3 и Na 2 O таким же образом формируется альбит ab. Ж) для образования анортита an из Са. О и Al 2 O 3 используется удвоенное количество Si. O 2.
З) из Са. О'' + Mg. O + Fe. O' вычисляется величина di присоединением равного количества Si. O 2. И) если есть остаток Са. О, то к нему присоединяется равное количество Si. O 2 для образования волластонита wo. К) чаще бывает, что после формирования di остается избыток Mg. O + Fe. O, к нему присоединяется равное количество Si. O 2 для образования hy. Часто после насыщения оксидов Si. O 2 остается избыток последнего. Он вычисляется как Q.
Нередко бывает, что Si. O 2 не хватает на образование указанных силикатов. Тогда проводится постепенное высвобождение Si. O 2 за счет формирования силикатов с меньшим содержанием Si. O 2. Для этого из общего количества Si. O 2 вычитается то его количество, крое израсходовано на образование силикатов с максимальным содержанием Si. O 2, кончая di, т. е. до того, как было рассчитано содержание hy (или en и fs).
В таком случае: А) Если оставшееся количество Si. O 2 составляет более половины Mg. O + Fe. O', то вычисляется hy (или en и fs) и ol (или fo и fa). Решают два простых уравнения: [hy] +[ol] = Si. O 2 [hy] +2[ol] = Mg. O + Fe. O' ; Откуда: [ol] = (Mg. O + Fe. O') Si. O 2 [hy] = 2 Si. O 2 - (Mg. O + Fe. O')
Б) Если Si. O 2 остается меньше половины суммы Mg. O + Fe. O', то ее отнимают от величины tn (титанит), переводя ее в pf (перовскит).
В) Если после этого все же не хватает Si. O 2 для связывания Mg. O + Fe. O' в ol, то необходимо получить требуемое количество Si. O 2 за счет того Si. O 2, который был взят для построения альбита ab. Это осуществляется путем пересчета ab на нефелин ne, полностью или частично. Определение необходимого количества ab, пересчитываемого на ne делается аналогично пересчету на hy и ol, по уравнениям: [ab] +[ne] = Na 2 O 6[ab] +2[ne] = Si. O 2; Откуда: [ab] = (Si. O 2 - 2 Na 2 O) / 4 [ne] = (6 Na 2 O - Si. O 2) / 4
Г) редко, но все-же случается, что пересчета ab на ne недостаточно и приходится изыскивать некоторое количество Si. O 2 за счет пересчета ортоклаза or на лейцит lc, частично или полностью. Такой расчет делается по следующим уравнениям: [or] +[lc] = К 2 O 6[or] +4[lc] = Si. O 2; Откуда: [or] = (Si. O 2 - 4 К 2 O) / 2 [lc] = (6 К 2 O - Si. O 2) / 2
Д) В случае недостачи кремнезема и после этого пересчета можно получить еще некоторое количество его пересчетом wo (волластонит) на cs (кальций-силикат). Если же и эта мера недостаточна, то дополнительное количество Si. O 2 можно получить, используя следующие три уравнения: [di] + 2[cs] = Ca. O [di] + 2[ol] = Mg. O + Fe. O' 2[di] + [ol] + [cs] = Si. O 2 При этом Si. O 2 вычисляется как разность между общим количеством Si. O 2 и количеством его, пошедшим на формирование lc, ne, an, ac, ol.
Е) На самый крайний случай можно освободить еще некоторое количество Si. O 2 путем пересчета лейцита lc на kp (калиофилит) по уравнениям: [lc] + [kp] = К 2 O 4[lc] + 2[kp] = Si. O 2 Большего количества кремнезема высвободить нельзя и величины ne, an, ac, ol лишать Si. O 2 не допускается.
После проделанных операций полученные «молекулы» пересчитываются на весовые количества путем умножения их на соответствующие молекулярные доли (например, or на 556). Следует помнить, что при первоначальном расчете все молекулярные количества были для удобства умножены на 1000. Для того, чтобы при обратном пересчете получить массовые количества в процентах, следует все произведения «молекул» на их молекулярные массы разделить на 1000.
1 Гранит Саранчин МОЛЕК. а, КОЛИЧ шинкарев, МОЛЕ ЕСТВО пример 1, К. МАС мас%/ кальц стр60 СА (М) М 1000 Ap ит Ilm Mag Si. O 2 73, 34 60 1222 Ti. O 2 0, 39 80 5 5 Al 2 O 3 13, 35 102 131 Fe 2 O 3 0, 67 160 4 4 Fe. O 2, 01 72 28 5 4 Mn. O 0, 12 71 2 Mg. O 0, 41 40 10 Ca. O 1, 20 56 21 3 Na 2 O 3, 10 62 50 K 2 O 4, 85 94 52 P 2 O 5 0, 17 142 1 1 H 2 O 0, 04 18 2 П. п. п. 0, 63 18 35 Сумма 100, 28 1 5 4 Норм. М-лы мол. Масса 336 151, 8 232 Норм. М-лы мас. % (мол. Доля х кол-во молекул / 1000) 0, 34 0, 76 0, 93 остаток после вычисл ения Ap Ilm Mag 1222 0 131 0 19 2 10 18 50 52 0 2 35 Or 312 52 52 Ab 300 50 An 36 18 18 остаток после вычисл ения Or корун Ab An и гиперст д корунда ен кварц 574 31 543 0 11 0 0 19 19 2 2 10 10 0 0 2 35 11 31 543 556, 7 524, 5 278, 2 102 232, 35 60 0, 00 28, 95 26, 22 5, 01 1, 12 0, 00 7, 20 32, 58 103, 11
Петрохимические коэффициенты В настоящее время используется более 100 различных петрохимических коэффициентов, в которых используется отношения одной или нескольких групп химических элементов, нормативных минералов или числовых характеристик. В качестве единиц измерений чаще всего используются массовые доли петрогенных элементов, атомные или молекулярные количества, соотношения нормативных минералов или разнообразные числовые характеристики.
• Коэффициент агпаитости: (Na 2 O + K 2 O) / Al 2 O 3 (в молекулярных количествах) по В. Гольдшмиту или (Na 2 O + K 2 O) / (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3) по В. Н. Герасимовскому. • Коэффициент глиноземистости: al' = Al 2 O 3 / (Fe. O + Fe 2 O 3 + Mg. O). • Коэффициент железистости: f = (Fe 2+ + Fe 3+) / Mg (в атомных количествах). • Коэффициент фракционирования: Kф = 100 (Fe. O + Fe 2 O 3) / (Mg. O + Fe 2 O 3).
• Коэффициент окисления: Fe 2 O 3 / Fe. O или Fe 2 O 3 / Fe 2 O 3 + Fe. O. • Коэффициент титанистости: 100 Ti. O 2 / (Fe. O + Fe 2 O 3) (в массовых содержаниях). • Индекс затвердевания (Х. Куно): 100 Mg. O / (Mg. O + Fe 2 O 3 + Na 2 O + K 2 O) (в массовых содержаниях). Известково-щелочной индекс (индекс М. Пикока): Si. O 2 - (Na 2 O + K 2 O) - Ca. O (в массовых содержаниях).
1 Гранит Саранчин МОЛЕК. а, КОЛИЧ шинкарев, МОЛЕ ЕСТВО пример 1, К. МАС мас%/ кальц стр60 СА (М) М 1000 Ap ит Ilm Mag Si. O 2 73, 34 60 1222 Ti. O 2 0, 39 80 5 5 Al 2 O 3 13, 35 102 131 Fe 2 O 3 0, 67 160 4 4 Fe. O 2, 01 72 28 5 4 Mn. O 0, 12 71 2 Mg. O 0, 41 40 10 Ca. O 1, 20 56 21 3 Na 2 O 3, 10 62 50 K 2 O 4, 85 94 52 P 2 O 5 0, 17 142 1 1 H 2 O 0, 04 18 2 П. п. п. 0, 63 18 35 Сумма 100, 28 1 5 4 Норм. М-лы мол. Масса 336 151, 8 232 Норм. М-лы мас. % (мол. Доля х кол-во молекул / 1000) 0, 34 0, 76 0, 93 остаток после вычисл ения Ap Ilm Mag 1222 0 131 0 19 2 10 18 50 52 0 2 35 Or 312 52 52 Ab 300 50 An 36 18 18 остаток после вычисл ения Or корун Ab An и гиперст д корунда ен кварц 574 31 543 0 11 0 0 19 19 2 2 10 10 0 0 2 35 11 31 543 556, 7 524, 5 278, 2 102 232, 35 60 0, 00 28, 95 26, 22 5, 01 1, 12 0, 00 7, 20 32, 58 103, 11
Скачать презентацию ПЕТРОХИМИЧЕСКИЕ ПЕРЕСЧЕТЫ И СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПЕТРОХИМИЧЕСКИХ ДАННЫХ
16 пересчет CIPW.ppt