Ni摻雜和交換對水鈉錳礦向鈣錳礦轉(zhuǎn)化的影響.pdf

1、鈣錳礦是土壤、沉積物等環(huán)境中常見的具有隧道結(jié)構(gòu)的氧化錳礦物，常由層狀水鈉錳礦轉(zhuǎn)化形成，并賦存Ni、Co等過渡金屬，影響其地球化學行為。已有的研究表明鈣錳礦可由堿性水鈉錳礦轉(zhuǎn)化生成。不同過渡金屬離子單摻雜、雙摻雜層狀錳礦和相同過渡金屬離子摻雜氧化度不同層狀錳礦引起層狀錳礦結(jié)構(gòu)和物理化學性質(zhì)的變化已有報道。然而有關(guān)表生環(huán)境中過渡金屬在鈣錳礦中的賦存形態(tài)與結(jié)構(gòu)，以及對鈣錳礦形成的影響仍不清楚，相關(guān)的實驗地球化學研究也鮮見報道。本文在堿性環(huán)境下

2、以NaMnO4氧化MnSO4合成了氧化度不同的兩種堿性水鈉錳礦，并在此過程中改變NaMnO4/MnSO4摩爾比和加入不同量NiSO4合成Ni摻雜的氧化度不同的堿性水鈉錳礦，水鈉錳礦再在NiSO4/MgCl2溶液中進行離子交換形成布塞爾礦，最后布塞爾礦在熱液條件下轉(zhuǎn)化形成鈣錳礦，運用X-射線衍射(XRD)、透射電鏡(TEM/ED)、BET比表面等技術(shù)，研究了前驅(qū)物布塞爾礦層間金屬離子種類和數(shù)量、結(jié)晶度和氧化度、Ni離子摻雜等對其轉(zhuǎn)化為鈣錳

3、礦的影響及Ni在錳礦中的晶體化學結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明:
　　1.水鈉錳礦層間Ni離子的數(shù)量會影響其向鈣錳礦的轉(zhuǎn)化。Ni離子交換溶液濃度過低或過高都會阻礙水鈉錳礦向鈣錳礦轉(zhuǎn)化，而Ni離子交換溶液濃度為0.1mol/L左右時，水鈉錳礦向鈣錳礦的轉(zhuǎn)化最完全。
　　2.布塞爾礦層間離子的類型和氧化度影響會其向鈣錳礦的轉(zhuǎn)化。當布塞爾礦Mn氧化度較高時，以弱結(jié)合力與布塞爾礦MnO6八面體層作用的Mg2+有利于形成鈣錳礦;而布塞爾礦Mn氧化度較

4、低時，以強結(jié)合力與布塞爾礦MnO6八面體層作用的Ni2+則促進鈣錳礦形成。低氧化度的布塞爾礦比高氧化度布塞爾礦更有利于向鈣錳礦轉(zhuǎn)化。
　　3.水鈉錳礦Ni摻雜量的不同影響其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。隨著Ni摻雜量的增加，高低氧化度水鈉錳礦氧化度均升高，比表面積增加，結(jié)晶度均減弱，且高氧化度的水鈉錳礦的結(jié)晶度減弱得更明顯。水鈉錳礦的晶胞參數(shù)也有變化，高氧化度水鈉錳礦晶胞參數(shù)a先增大后減小，b一直減小，c先減小后增大，低氧化度水鈉錳礦晶胞參數(shù)a，b

5、均減小，兩者晶胞體積均減小。
　　4.水鈉錳礦Ni摻雜量的不同影響其向鈣錳礦的轉(zhuǎn)化。隨著Ni摻雜量的增加，氧化度、層間離子不同的布塞爾礦均更容易轉(zhuǎn)化形成鈣錳礦。鈣錳礦的氧化度均升高，比表面積增加，不同條件下形成的鈣錳礦晶胞參數(shù)各有變化。
　　5.高、低氧化度堿性水鈉錳礦的形貌均為層狀結(jié)構(gòu);高氧化度布塞爾礦轉(zhuǎn)化形成的鈣錳礦的形貌均為纖維狀晶體，而以低氧化度布塞爾礦為前驅(qū)物時，Mg2+交換形成的鈣錳礦的形貌為纖維狀，Ni2+交換