钾长石在碱性条件下的蚀变机制及其蚀变产物托贝莫来石的纳米结构研究
发布时间：2021-12-30 00:54
钾长石在碱性流体蚀变过程中会形成层状铝硅酸盐等矿物,前人对其反应机制和反应产物进行了研究,但缺乏微观尺度尤其是纳米尺度的探讨。因此,作者对钾长石在极端碱性条件下（190℃,24h,初始p H=12.4）的蚀变机制及其蚀变产物层状硅酸盐托贝莫来石的显微结构开展了纳米尺度的研究。X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、能量色散光谱等观测结果显示,钾长石在碱性条件下水热蚀变所得到的产物主要为托贝莫来石、水钙铝榴石和方解石。高分辨率的透射电镜结果表明,在钾长石与次生矿物相的界面形成了纳米级的多孔非晶质层,且在空间上表现出结构的不连续性。界面溶解-再沉淀（CIDR）机制很好地解释了钾长石与次生矿物相界面的空间不连续性和非晶质层的形成。对蚀变产物中纤维状的托贝莫来石晶体进行显微结构表征,结果表明托贝莫来石的孔隙直径为0～160nm,平均孔径约为40nm;其构成的纳米孔隙和通道有利于增加周围流体中离子和气体的溶解度,并可能会影响局部化学平衡。这为层状铝硅酸盐作为自然界以及工业吸附材料和催化剂的更广泛应用提供了重要依据。
【文章来源】：岩石学报. 2020,36(09)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
利用钾长石进行水热反应实验的处理路线及分析方法流程图
利用聚焦离子束(FIB)技术制备透射电镜薄片过程
钾长石、钾长石与生石灰水热反应产物的粉末XRD结果分别如图4a,b所示。分析显示水热反应产物中生成了新矿物相，即托贝莫来石(002,d=11.30?;220,d=3.08?;222,d=2.97?)、水钙铝榴石(211,d=5.02?;420,d=2.75?;521,d=2.24?)、方解石(104,d=3.04?;110,d=2.50?;113,d=2.29?)，以及少量未反应完全的微斜长石。通过Rietveld方法对蚀变产物XRD结果进行精修拟合，可得蚀变产物中各矿物相的近似质量百分比，依次为:34.08%托贝莫来石、22.73%水钙铝榴石、35.34%方解石和7.85%未反应的微斜长石。拟合后的背景显示20°～50°(2θ)之间有一个平滑的凸起，表明样品中含非晶态成分。经标定后测得样品中非晶态成分的含量为16%(Zhai et al.,2020)，这与相似研究中测定的非晶态成分比例为18%(Ciceri et al.,2017)和5%～30%(Liu et al.,2019)基本吻合。由于钾长石仅含有微量的钙，可推知大量的方解石是空气中的二氧化碳溶解于Ca O-H2O碱性体系的产物。另外含量较高的产物为托贝莫来石(Ca5Si6O16(OH)2·4H2O)，晶体为正交晶系。[Al3++K+]可取代托贝莫来石中硅氧四面体中的Si4+形成铝代托贝莫来石。水热反应体系中还生成了约23%的水钙铝榴石。图5 钾长石碱性条件下的蚀变产物托贝莫来石扫描电镜图像及能谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热合成水化硅酸钙（C-S-H）的制备与表征[J]. 雷永胜,韩涛,王慧奇,靳秀芝,杨芳,曹红红,程芳琴. 硅酸盐通报. 2014(03)
[2]利用钾长石粉体合成雪硅钙石的实验研究[J]. 张盼,马鸿文. 岩石矿物学杂志. 2005(04)
[3]层状硅酸盐矿物对重金属污染的防治[J]. 刘珺,秦善. 岩石矿物学杂志. 2001(04)
[4]塔里木盆地碎屑岩中钾长石的蚀变作用[J]. 伏万军,刘文彬. 沉积学报. 1996(S1)
本文编号：3557158
【文章来源】：岩石学报. 2020,36(09)北大核心EISCICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
利用钾长石进行水热反应实验的处理路线及分析方法流程图
利用聚焦离子束(FIB)技术制备透射电镜薄片过程
钾长石、钾长石与生石灰水热反应产物的粉末XRD结果分别如图4a,b所示。分析显示水热反应产物中生成了新矿物相，即托贝莫来石(002,d=11.30?;220,d=3.08?;222,d=2.97?)、水钙铝榴石(211,d=5.02?;420,d=2.75?;521,d=2.24?)、方解石(104,d=3.04?;110,d=2.50?;113,d=2.29?)，以及少量未反应完全的微斜长石。通过Rietveld方法对蚀变产物XRD结果进行精修拟合，可得蚀变产物中各矿物相的近似质量百分比，依次为:34.08%托贝莫来石、22.73%水钙铝榴石、35.34%方解石和7.85%未反应的微斜长石。拟合后的背景显示20°～50°(2θ)之间有一个平滑的凸起，表明样品中含非晶态成分。经标定后测得样品中非晶态成分的含量为16%(Zhai et al.,2020)，这与相似研究中测定的非晶态成分比例为18%(Ciceri et al.,2017)和5%～30%(Liu et al.,2019)基本吻合。由于钾长石仅含有微量的钙，可推知大量的方解石是空气中的二氧化碳溶解于Ca O-H2O碱性体系的产物。另外含量较高的产物为托贝莫来石(Ca5Si6O16(OH)2·4H2O)，晶体为正交晶系。[Al3++K+]可取代托贝莫来石中硅氧四面体中的Si4+形成铝代托贝莫来石。水热反应体系中还生成了约23%的水钙铝榴石。图5 钾长石碱性条件下的蚀变产物托贝莫来石扫描电镜图像及能谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]水热合成水化硅酸钙（C-S-H）的制备与表征[J]. 雷永胜,韩涛,王慧奇,靳秀芝,杨芳,曹红红,程芳琴. 硅酸盐通报. 2014(03)
[2]利用钾长石粉体合成雪硅钙石的实验研究[J]. 张盼,马鸿文. 岩石矿物学杂志. 2005(04)
[3]层状硅酸盐矿物对重金属污染的防治[J]. 刘珺,秦善. 岩石矿物学杂志. 2001(04)
[4]塔里木盆地碎屑岩中钾长石的蚀变作用[J]. 伏万军,刘文彬. 沉积学报. 1996(S1)
本文编号：3557158
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