本文關(guān)鍵詞：江西廣豐黑滑石礦物學(xué)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(wú)臭無(wú)味、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、具低導(dǎo)電性,且一般具片狀晶形和特殊的表面化學(xué)性質(zhì),被廣泛應(yīng)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�(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)之一,因其資源豐富、品質(zhì)優(yōu)良而出口多個(gè)國(guó)家。中國(guó)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(guó)的中南和西南地區(qū)還分布有巨大儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)量,但是對(duì)其研究還不夠深入,因此大大制約了黑滑石的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。本研究致力于利用礦物學(xué)的研究手段,對(duì)廣豐黑滑石進(jìn)行系統(tǒng)的晶體化學(xué)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(wèn)題,明確黑滑石中碳質(zhì)的賦存形式及分布特征,為開(kāi)發(fā)黑滑石潛在的物理化學(xué)性質(zhì)提供理論依據(jù),同時(shí)可能有助于發(fā)現(xiàn)黑滑石潛在的材料學(xué)性質(zhì)及應(yīng)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(jì)和寒武紀(jì)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(fù)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(jī)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(xué)特征,主要選取鮞狀黑滑石作為研究對(duì)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(xì)小的納米片狀(大部分2μm),多數(shù)顆粒由于應(yīng)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(xì)小,片體層厚極薄,約幾十～幾百納米之間。電子探針?lè)治霰砻骱诨幕瘜W(xué)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(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)來(lái)看,黑滑石與白滑石并無(wú)顯著差別。黑滑石中所含的碳質(zhì)被普遍認(rèn)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(xué)雜質(zhì)的具類(lèi)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(chǎng)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(lèi)石墨烯碳層”,并且還可見(jiàn)多層“類(lèi)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(gè)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�；�?yàn)a湖環(huán)境中,過(guò)飽和的Mg2+和SiO2(aq)結(jié)合反應(yīng)形成富Mg硅酸鹽層(類(lèi)似粘土礦物的“T-O-T”層),厚度為1-2個(gè)T-O-T層;富Mg硅酸鹽層與環(huán)境中的來(lái)源于微生物有機(jī)體活動(dòng)的有機(jī)質(zhì)共同沉淀,且此過(guò)程中有機(jī)質(zhì)可能同時(shí)會(huì)促進(jìn)富鎂硅酸鹽的沉淀；最終這些被有機(jī)質(zhì)碳包裹的富鎂硅酸鹽在后續(xù)的成巖過(guò)程中發(fā)生脫水、重結(jié)晶作用形成黑滑石。同時(shí)本文還對(duì)黑滑石的一些材料學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了初步探究。增白實(shí)驗(yàn)顯示化學(xué)氧化漂白處理對(duì)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?lè)y(cè)得黑滑石導(dǎo)電性明顯強(qiáng)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(lèi)石墨烯碳層”插層結(jié)構(gòu)所造成。對(duì)廣豐黑滑石進(jìn)行吸附能力研究表明,黑滑石對(duì)有機(jī)小分子(如亞甲基藍(lán))和重金屬離子(Cu2+, Pb2+, Cr3+)的吸附能力確實(shí)要優(yōu)于與之對(duì)比的白滑石,但與蒙脫石相比仍有一定差距。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P578.958

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