W翩人造合成石
X射线衍射法定量分析人造石英石
中的碳酸钙
胡建华陈俊刘鹏杰孙一峰马艳芳
（中国广州分析测试中心广东省化学危害应急检测技术重点实验室，广东广州510070）
摘要：用X射线衍射法（XRD）定量分析了人造石英石中碳酸钙及石英的含量。结果表明：灼烧法能快速、准确地直接测定人造石英石产品的树脂含量；通过XRD方法定量分析了经550七灼烧后的石英石粉体中石英和碳酸钙的含量。该方法建立的标准曲线得到的相关系数（r）满足检测分析要求，得出的计算公式简单易行。XRD法和750忙灼烧失重法测定的人造石英石中碳酸钙含量一致。XRD方法可用于人造石英石行业粉体定量分析要求。
关键词：X射线衍射法石英石碳酸钙定量分析
与人造实体面材相比，人造石英石具有弯曲强度高、压缩强度高、莫氏硬度高等特点，已被国内外广大用户所喜欢，橱柜台面行业已经全面使用石英石材料，装修等行业也逐步采用人造石英石，为人造石英
石行业的发展提供了广阔的空间。但是现阶段人造石英石产品的质量参差不齐，常见的表观缺陷有变形、开裂、褪色、变色、粉团、水印、针孔、气孔、杂质等⑴。造成这些缺陷的同固化体系的选配叫致密性搭配等密切相关⑷。人造石英石一般认为是由93%-95%石英和7%左右的树脂、色料和其它调节粘接、固化等的添加剂组成⑷，内在配方决定了石英石的最终性能。市场上，石英石产品存在两方面的问题：第一，树脂含量偏高（大于10%），此类产品硬度较差，使用过程中易产生划痕，影响美观的同时降低其耐污染性，同时耐老化性较差，长期使用后会强度降低甚至变形断裂；第二，由于石英砂矿源有限，石英石的开采及后处理受到限制，高品质石英砂价格偏高，部分生产商以廉价的碳酸钙部分代替石英粉，造成产品硬度下降、耐酸性能降低等质量问题。
目前对于人造石英石的研究见于文献的并不多，关于人造石英石产品的测试方法就更少。虽然住房和城乡建设部发布的编号为JGT463-2014的《建筑装饰用人造石英石板》标准中提到了人造石英石的基本测试要求，但并未提到产品的树脂含量和粉体的成分要求及测试方法。准确测定人造石英石产品中树脂、石英粉和碳酸钙的含量，对区分产品质量、杜绝以次充好、保障消费者利益和规范行业市场具有重大的现实意义。XRD法被广泛应用于分析无机粉体，但定量分析人造石英石中碳酸钙含量并未见于文献报道。
1实验部分
1.1仪器与材料
日本Rigaku公司，Ultima IV型粉末X射线衍射仪；中国上海石焰电炉厂，SX2-8-10型号箱式电阻炉（马弗炉）。
石英粉（3250），含量99.8%，河源鸿景石英砂厂；碳酸钙（3000@），连州市泰源碳酸钙有限公司，含量99.6%；三种人造石英石产品，编号为A、B、C。
•34•STONE2019N q 4
人造合成石
W 翩
1.2仪器工作条件Cu 靶，K a 辐射，X. =1.541836 ( ang.)，工作电
压40 kV，电流40 mA, 20-0扫描，连续扫描，步 长0.02。。其中当样品2 0在3"~70"范围时，扫描速度
4° /min，入射狭缝为1/2° ；当样品2 0在25°~31°范围
内扫描时扫描速度为1° /min，入射狭缝1.0mm 。1.3试验方法
准确配制一系列碳酸钙含量不同的碳酸钙/石英标 准混合样，其碳酸钙含量分别为0 %、5%、10%、
15%、20%、25%和30%，标示为CC-x ( x 为碳酸钙含
量)。将每份样品置于玛瑙研钵中，放入无水乙醇至
样品刚好淹没，研磨20min 以上使粉末混合均匀，待 乙醇挥发完全后备用。
灼烧法测定人造石英石粉体和树脂含量的原理： 树脂在550七分解，而碳酸钙在650 - 750^分解，石英
砂1000七也不分解。所以人造石英石样品在550七灼烧
3h 的失重率为树脂含量，样品在750七灼烧3h 的失重为 碳酸钙的分解计算出样品A 、B 和C 的树脂和碳酸钙的
2)所示：
(1 )
(2)
式中：W Resin —试样中树脂含量， % ； WcaC()3 试样中树脂含量，%; W|—试样经550七灼烧后的质
量；W2—试样经750T 灼烧后的质量；W 。一试样灼烧
前的质量。
CC-x 样品和经550七灼烧后的人造石英石粉体冷
却至常温作XRD 测试。
2结果与讨论
2.1灼烧法测定粉体、树脂含量
表1为灼烧法结果，由表1可见，样品测试结果的
平行性较好，不同样品中碳酸钙含量的差异很大，样
品C 中最高，有21.1%；样品B 次之，有12.1%；样品A
中基本不含碳酸钙。对应样品粉体中，碳酸钙含量由 含量。计算过程如式(1).(“ /%-空堑Resm 化
%, /% = ◎
6CQ
0.44%
C 、B 到A 分别为28.2%、13.8%和基本不含碳酸钙。从
原材料方面而言，样品A 最符合人造石英石要求。样
品C 则是石英粉改良的人造实体面材。
表4灼烧法计算样品的碳酸钙、石英和树脂含量样品编号A
B C
试样质量W/g
9.2109.5318.9128.6637.6647.953550t 质量 W Jg
8.5198.8117.8517.603 5.729
5.955
750°C 质量W ?/g 8.518
8.810
7.377
7.138
4.779 4.965
Wgin /%7.507.5511.9112.2425.2525」2WcaC()3 /%
<0.1
<0.1
12.1012.2028.1828.19
石英含量/%92.492.475.99
75.56
46.57
46.69
修正 W H(.siri /W (；a(;((3
/石英/%
7.5/<0.1/92.412.1/12.1/75.825.2/21.1/53.7
粉体中
W"/%<0.1
13.82&2
石英含量/%
99.986.271.8
2.2 X 射线衍射法(XRD )测定粉体中碳酸钙含量
2.2.1标准曲线的绘制
首先得到碳酸钙和石英粉在3-70 °的XRD 图谱，
如图1所示，用PDXL2软件对数据进行物相鉴定，从
ICDD 数据库(PDF-2)检索到碳酸钙和石英粉相对 应的卡片号分别为01-083-0577和01-085-0457。在
2 8=26.2—26.94°范围内出现石英(011 )面的特征峰
(d=3.3425 )，在2 9 =28.9°~29.88° 范围内出现碳酸 钙(104 )的特征峰(d=3.0345 )。对CC-x 系列混合
物，在同一条件下(在2 0 =25"~31"范围内)测定碳
酸钙与石英衍射强度的比值，采用比值相消法排除
吸收系数的影响，使得衍射强度与含量之间呈一定 的线性关系，从而制得一条碳酸钙和石英衍射强度
比与相应的重量百分比的标准工作曲线。这样在同 等的条件下测定样品中碳酸钙与石英的强度值，就
可以在标准工作曲线上得到人造石样品碳酸钙的含
量。基于碳酸钙和石英特征峰强度值差异悬殊，因而
对系列样品在2 0 =25°~28"和2 0 =28.94"~31"范围内分
别作图，并且各样品纵轴进行了适当平移处理。如
图2所示。用Origin 9.0分析软件对图谱处理(图2A
和图2B )并分别在石英特征峰(2 0 =26.2"~26.94")
和碳酸钙特征峰( 2 0 =28.9--29.88°)积分，得到石
《石材》2019年4期• 35 •
W 勰人造今成石
英(101晶面)与碳酸钙(101晶面)的积分面积，并
计算出碳酸钙与石英峰面积比值分别为0、0.0600、
0.095、0.1650、0.2208、0.2899和0.3361。应用Origin 9.0软件以碳酸钙质量百分含量对衍射峰面积
比作标 准工作曲线，结果如图3。标准工作曲线的线性方程
为Wc 二0.0041+0.8751 x A ( C ) /A ( Q )相关系数r 为
0.9980。
1.2E61.0E68.0E56.0E54.0E5
2.0E50.0
2.5E52.0E51.5E51.0E55.0E40.0
u u n o o )>u s u 3u
一
—SiO ;
1 ii *
1 i. 1 -血
20
30
40 50 60
70
23/(°)
—
—CaCO 3.a 1 1 AA
亠■亠
8.0E4
6.0E44.0E42.0E40.0Uunou)/A=su
<u
lul
图1原料石英和碳酸钙X 射线衍射图谱
5
E O 25.0
25.5
26.0 26.5 27.0 27.5
20/(°)
O
&2u u n o u )^
一
S U 3U I
1.4E41.2E4
1.0E4
8.0E3
6.0E34.0E32.0E3
0.0
28.0 28.5 29.0 29.5 30.0 30.5
20/C)
图2 CC-x 样品X 射线衍射特征峰叠加图谱
O
31
0.300.250.20
^015
0.10
0.05
0.00
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
A(C)/A(Q)
图3碳酸钙含量与积分面积比之间的拟合关系图
2.2.2 XRD 法与灼烧法定量分析结果比较
将样品A 、B 和C 灼烧后的粉体在2 B 二25。〜31“范
围内进行XRD 扫描，分别在石英特征峰((1=3.3425 ) 和碳酸钙特征峰(d 二3.0345 )范围取数积分，得到A
(C ) /A ( Q )的值分别为0.001742、0.1518和0.3187,
代入标准工作曲线，得到碳酸钙含量分别为0.5%、
13.7%和28.3%。由标准曲线得到的碳酸钙含量与灼烧
法测定结果(见表1 )相比误差小于1%。
3结论
灼烧法能够快速、准确地测定人造石英石中的树
脂含量。X 射线衍射法对系列含量碳酸钙/石英标准混
合样进行了定性定量研究，绘制了标准曲线，其相关
系数G)为0.9980o 采用XRD 方法对经550七灼烧后 的人造石英石样品粉体的碳酸钙和石英进行了定量分
析。XRD 方法和750%灼烧失重法测定结果一致，这两
种方法满足人造石英石行业对粉体的检测要求，为保
障消费者利益提供重要的技术支撑。
参考文献
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[2] 吴霞，王继辉，倪爱清•人造石英石用复合引发体系固化动力学
研究0].玻璃钢/复合材料,2015 ( 10):5-9.
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院学报,2012,33 (05 ) :120-123.
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