Quantitative Analysis of Naturally Occurring Multicomponent Mineral Systems by X-Ray Diffraction

Abstract

A theory for the quantitative analysis of multicomponent mineral systems by means of X-ray diffraction is presented. A linear interaction between mineral pairs is postulated. The theory is verified experimentally for bicomponent and tricomponent systems using a variety of sample preparation techniques including random powder mounts, suspensions sedimented onto glass slides, and pressed powder pellets. The minerals studied include quartz, fluorite, kaolinite, glauconite, illite, and montmorillonite.

The determination of the linear interaction factors for mineral pairs is treated theoretically and experimentally. Emphasis is placed upon techniques that are applicable to naturally occurring mineral systems. Four approaches are presented for determining linear interaction coefficients for various types of such mineral systems. These approaches are applied to the experimental data and the results are compared. Results accurate within 2 per cent are commonly obtained.

Experimental techniques are discussed and a qualitative and quantitative error analysis is presented. It is shown that the indicated quantities present may not be particularly sensitive to the value of the linear interaction coefficient.

Résumé

Il s’agit d’une théorie pour l’analyse quantitative des systèmes minéraux à constituants multiples par diffraction de rayons X. On postule une inter-réaction linéaire entre les paires minérales. On vérifie la théorie de manière expérimentale pour les systèmes à deux et à trois constituants en utilisant un certain nombre de techniques de préparation d’échantillons, y-compris des montages de poudre faits au hasard, des suspensions en sédiments sur plaques de verre, et des pastilles de poudre comprimée. Les minéraux étudiés comprennent le quartz, la fluorite, la kaolinite, la glauconite, l’illite, et la montmorillonite.

La fixation des facteurs d’inter-réaction linéaire pour les paires minérales est traitée sur le double plan théorique et expérimental. Les techniques qui s’appliquent à des systèmes minéraux naturels sont particulièrement accentuées. Quatre modes d’approche sont donnés pour fixer les coefficients d’interréaction linéaire pour différents types de systèmes minéraux. Ils sont employés pour des données expérimentales et les résultats comparés. Ceux-ci sont souvent corrects à 2% près.

Il y a une discussion des techniques expérimentales et une analyse de la marge d’erreur sur le double plan quantitatif et qualitatif. Il est démontré que les quantités indiquées présentes ne sont pas nécessairement particulièrement sensibles à la valeur du coefficient d’inter-réaction linéaire.

Kurzreferat

Es wird eine Theorie für die Analyse mineralogischer Vielkomponentensystem mittels Röntgenbeugung dargelegt. Eine lineare Wechselwirkung zwischen Mineralpaaren wird postuliert. Die Theorie wird versuchsmässig für Zwei- und Driekomponentensysteme überprüft wobei eine Anzahl verschiedener Arten der Probenvorbereitung, wie unter anderem das Fixieren gepulverter Proben, die Sedimentierung von Suspensionen auf Objektträgern und die Komprimierung zu Tabletten, zur Anwendung gelangt. Die untersuchten Minerale umfassen Quarz, Fluorit, Kaolinit, Glaukonit, Illit und Montmorillonit.

Die Bestimmung der linearen Wechselwirkungsfaktoren für Mineralpaare wird theoretisch und experimentell behandelt, wobei besondere Bedeutung auf Methoden gelegt wird, die sich auf natürlich vorkommende Mineralsysteme anwenden lassen. Es werden vier Wege beschrieben für die Bestimmung der linearen Wechselwirkungskoeffizienten verschiedener Arten solcher Mineralsysteme. Ein Vergleich der vermittels dieser Wege erhaltenen Resultate mit Versuchsdaten ergab, dass die Resultate im allgemeinen eine Genauigkeit von etwa 2 Prozent aufwiesen.

Experimentelle Methoden werden erörtert und es wird eine qualitative und quantitative Versuchsfehleranalyse dargelegt. Es wird gezeigt, dass die gefundenen Mengen möglicherweise nicht besonders empfindlich gegenüber dem Wert des linearen Wechselwirkungskoeffizienten sind.

Резюме

Доклад содержит сообщение о теории количественного анализа многокомпонентных минеральных систем, пользуясь дифракцией рентгеновских лучей. Линейное взаимодействие между парами минералов принимается за очевидное. Теорию проверяют экспериментально для двухкомпонентных и трехкомпонентных систем, применяя разные способы набора образцов, включая беспорядочные порошкограммы, суспензии осажденные на предметные стекла и гранулы прессованного порошка. Исследуемые минералы включают кварц, флюорит, каолинит, глауконит, иллит и монтмориллонит.

Определение факторов линейного взаимодействия для пар минералов рассматривается как теоретически, так и экспериментально. Особое внимание уделяется методам, применимым для природных минеральных систем. Представлены четыре подхода для определения коэффициентов линейного взаимодействия различных типов таких минеральных систем. Подходы эти применяются с экспериментальными данными, а результаты сравниваются. Обычно получают результаты с точностью до 2%.

Обсуждаются экспериментальные методы и приводится качественный и количественный анализ погрешности. Доказывается, что указанные имеющиеся количества могут быть не особо чувствительными на значение коэффициента линейного взаимодействия.