本文關(guān)鍵詞：江西廣豐黑滑石礦物學研究

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【摘要】：滑石是一種重要的非金屬粘土礦物材料,其色白、質(zhì)軟(莫氏硬度為1)、無臭無味、化學性質(zhì)穩(wěn)定、具低導電性,且一般具片狀晶形和特殊的表面化學性質(zhì),被廣泛應用于陶瓷、造紙、涂料、塑料、橡膠、醫(yī)藥、化妝品等制造行業(yè)�；侵袊膬�(yōu)勢礦產(chǎn)之一,因其資源豐富、品質(zhì)優(yōu)良而出口多個國家。中國現(xiàn)今供出口和使用的主要為產(chǎn)于遼寧、山東、廣西等地的優(yōu)質(zhì)白滑石,但是在中國的中南和西南地區(qū)還分布有巨大儲量的黑滑石資源,其中以江西廣豐黑滑石礦床最為著名,其已探明儲量已超億噸之多,是世界上已發(fā)現(xiàn)的最大滑石礦床,因此被稱為“黑滑石之鄉(xiāng)”。雖然廣豐黑滑石有著舉世矚目的超大儲量,但是對其研究還不夠深入,因此大大制約了黑滑石的開發(fā)和應用。本研究致力于利用礦物學的研究手段,對廣豐黑滑石進行系統(tǒng)的晶體化學和結(jié)構(gòu)特征方面的分析,力圖解決黑滑石的致黑原因問題,明確黑滑石中碳質(zhì)的賦存形式及分布特征,為開發(fā)黑滑石潛在的物理化學性質(zhì)提供理論依據(jù),同時可能有助于發(fā)現(xiàn)黑滑石潛在的材料學性質(zhì)及應用新領(lǐng)。廣豐黑滑石礦地處江西省上饒市廣豐縣內(nèi),主要出露于震旦系上統(tǒng)燈影組(551 Ma到-542 Ma,埃迪卡拉紀和寒武紀分界)中段,礦石主要具鮞粒結(jié)構(gòu),其中滑石含量約為30～70wt%,還含有白云石、石英以及微量黃鐵礦和磷灰石。黑滑石礦石的稀土元素總量較低,有輕微的鈰負異常,其稀土元素配分曲線特征與同期的海水和大洋碳酸鹽非常相似。所有礦石中普遍含有一定量有機碳質(zhì),含量較低,少于1.0 wt%。本文為研究黑滑石礦物的礦物學特征,主要選取鮞狀黑滑石作為研究對象。原位X射線衍射分析表明礦石中的黑色鮞粒由純黑滑石晶體組成,但結(jié)晶度較差。掃描電子顯微鏡下可發(fā)現(xiàn)黑滑石晶體呈極細小的納米片狀(大部分2μm),多數(shù)顆粒由于應力作用已發(fā)生扭曲、變形甚至破碎。透射電子顯微鏡同樣顯示黑滑石顆粒細小,片體層厚極薄,約幾十～幾百納米之間。電子探針分析表明黑滑石的化學成分與理想滑石[Mg3Si4O10(OH)2]十分相近,其中雜質(zhì)元素如Fe,Al等含量極少。黑滑石的紅外吸收光譜特征與白滑石也極為相近,因此,從礦物的微觀形貌、化學成分和晶體結(jié)構(gòu)來看,黑滑石與白滑石并無顯著差別。黑滑石中所含的碳質(zhì)被普遍認為是黑滑石的致黑原因所在。拉曼光譜和X射線光電子能譜分析結(jié)果都表明在黑滑石中的碳質(zhì)是含有一定的結(jié)構(gòu)缺陷或化學雜質(zhì)的具類石墨結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)混合物,除主要含sp2雜化碳原子外,還含少量sp3雜化和呈C-O鍵的碳原子。在掃描透射電鏡的暗場像下發(fā)現(xiàn)在黑滑石晶體中的T-O-T層層間存在著單層或者多層的“類石墨烯碳層”,并且還可見多層“類石墨烯碳層”被包裹于滑石晶粒之間,尤其是高角度結(jié)合面附近。綜合黑滑石的地質(zhì)背景、礦床特征和晶體結(jié)構(gòu),本文提出一個較為理想的黑滑石自生沉積-變質(zhì)改造地質(zhì)成因模式：在貧可溶解Al的淺海或瀉湖環(huán)境中,過飽和的Mg2+和SiO2(aq)結(jié)合反應形成富Mg硅酸鹽層(類似粘土礦物的“T-O-T”層),厚度為1-2個T-O-T層;富Mg硅酸鹽層與環(huán)境中的來源于微生物有機體活動的有機質(zhì)共同沉淀,且此過程中有機質(zhì)可能同時會促進富鎂硅酸鹽的沉淀；最終這些被有機質(zhì)碳包裹的富鎂硅酸鹽在后續(xù)的成巖過程中發(fā)生脫水、重結(jié)晶作用形成黑滑石。同時本文還對黑滑石的一些材料學性質(zhì)進行了初步探究。增白實驗顯示化學氧化漂白處理對黑滑石的白度改變不大,而高溫煅燒(高于500℃)卻可使黑滑石明顯增白。利用四探針法測得黑滑石導電性明顯強于白滑石。黑滑石的BET比表面積為15.7～23.2 m2/g,明顯高于普通白滑石(大部分5.0 m2/g),可能是由于黑滑石晶體中的“類石墨烯碳層”插層結(jié)構(gòu)所造成。對廣豐黑滑石進行吸附能力研究表明,黑滑石對有機小分子(如亞甲基藍)和重金屬離子(Cu2+, Pb2+, Cr3+)的吸附能力確實要優(yōu)于與之對比的白滑石,但與蒙脫石相比仍有一定差距。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P578.958

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