鉀長石在堿性流體蝕變過程中會形成層狀鋁硅酸鹽等礦物,前人對其反應(yīng)機制和反應(yīng)產(chǎn)物進行了研究,但缺乏微觀尺度尤其是納米尺度的探討。因此,作者對鉀長石在極端堿性條件下（190℃,24h,初始p H=12.4）的蝕變機制及其蝕變產(chǎn)物層狀硅酸鹽托貝莫來石的顯微結(jié)構(gòu)開展了納米尺度的研究。X射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡、能量色散光譜等觀測結(jié)果顯示,鉀長石在堿性條件下水熱蝕變所得到的產(chǎn)物主要為托貝莫來石、水鈣鋁榴石和方解石。高分辨率的透射電鏡結(jié)果表明,在鉀長石與次生礦物相的界面形成了納米級的多孔非晶質(zhì)層,且在空間上表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性。界面溶解-再沉淀（CIDR）機制很好地解釋了鉀長石與次生礦物相界面的空間不連續(xù)性和非晶質(zhì)層的形成。對蝕變產(chǎn)物中纖維狀的托貝莫來石晶體進行顯微結(jié)構(gòu)表征,結(jié)果表明托貝莫來石的孔隙直徑為0～160nm,平均孔徑約為40nm;其構(gòu)成的納米孔隙和通道有利于增加周圍流體中離子和氣體的溶解度,并可能會影響局部化學(xué)平衡。這為層狀鋁硅酸鹽作為自然界以及工業(yè)吸附材料和催化劑的更廣泛應(yīng)用提供了重要依據(jù)。 

【文章來源】：巖石學(xué)報. 2020,36(09)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

利用鉀長石進行水熱反應(yīng)實驗的處理路線及分析方法流程圖

利用聚焦離子束(FIB)技術(shù)制備透射電鏡薄片過程

鉀長石、鉀長石與生石灰水熱反應(yīng)產(chǎn)物的粉末XRD結(jié)果分別如圖4a,b所示。分析顯示水熱反應(yīng)產(chǎn)物中生成了新礦物相，即托貝莫來石(002,d=11.30?;220,d=3.08?;222,d=2.97?)、水鈣鋁榴石(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?)，以及少量未反應(yīng)完全的微斜長石。通過Rietveld方法對蝕變產(chǎn)物XRD結(jié)果進行精修擬合，可得蝕變產(chǎn)物中各礦物相的近似質(zhì)量百分比，依次為:34.08%托貝莫來石、22.73%水鈣鋁榴石、35.34%方解石和7.85%未反應(yīng)的微斜長石。擬合后的背景顯示20°～50°(2θ)之間有一個平滑的凸起，表明樣品中含非晶態(tài)成分。經(jīng)標(biāo)定后測得樣品中非晶態(tài)成分的含量為16%(Zhai et al.,2020)，這與相似研究中測定的非晶態(tài)成分比例為18%(Ciceri et al.,2017)和5%～30%(Liu et al.,2019)基本吻合。由于鉀長石僅含有微量的鈣，可推知大量的方解石是空氣中的二氧化碳溶解于Ca O-H2O堿性體系的產(chǎn)物。另外含量較高的產(chǎn)物為托貝莫來石(Ca5Si6O16(OH)2·4H2O)，晶體為正交晶系。[Al3++K+]可取代托貝莫來石中硅氧四面體中的Si4+形成鋁代托貝莫來石。水熱反應(yīng)體系中還生成了約23%的水鈣鋁榴石。圖5 鉀長石堿性條件下的蝕變產(chǎn)物托貝莫來石掃描電鏡圖像及能譜

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]層狀硅酸鹽礦物對重金屬污染的防治[J]. 劉珺,秦善.  巖石礦物學(xué)雜志. 2001(04)
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本文編號：3557158