类白云石结构矿物的低温合成及其意义
白云石(CaMg(CO3)2,dolomite)的低温形成毫无疑问的是矿物学上最有趣和最长久的难题之一.作为一种常见的碳酸盐矿物,白云石在地质历史时期大量发育,而在现代海洋沉积环境中很少出现,并且在实验室模拟海水条件下也几乎无法低温合成.事实上,”低温白云石问题”可能涉及一系列基本物理化学问题.研究者普遍认为低温白云石的形成存在动力学障碍，其中镁离子的高水合能受到格外多的关注。但一些类白云石结构矿物在低温下很容易形成。显然，镁离子强的水合作用可能不是决定低温有序白云石形成的唯一动力学障碍。因此，开展类白云石结构矿物的沉淀、结晶过程研究，可能为了解低温白云石形成提供新的途径。 钡白云石(norsethite)是一种类白云石结构矿物，文章采用气体扩散法在室温下进行钡白云石的沉淀实验。初步实验结果显示，尽管钡白云石的Ksp小于碳钡矿(BaCO3)，但矿化初始产物为碳钡矿；随着矿化时间的延长，碳钡矿含量减少，而钡白云石逐渐增加，直至矿化产物为主相钡白云石和极少量碳钡矿。改变初始溶液中的钡镁比对各阶段的产物影响不大，即使在Mg/Ba高达20的条件下，实验最初产物仍为碳钡矿，在一定反应时间后生成钡白云石。XRD图谱中钡白云石的超结构衍射线，如(015)始终存在，说明矿化得到的钡白云石始终为有序钡白云石。SEM分析也显示棒束状碳钡矿的溶解和块状钡白云石的继后沉淀，指示有序钡白云石经历溶解再沉淀过程生成。矿化溶液离子浓度测定结果显示Ba2+浓度在反应初期迅速下降接近0，而Mg2+浓度在矿化进行一段时间后才开始均匀下降，印证碳钡矿溶解再沉淀生成钡白云石的过程。至反应最后阶段，两种离子的消耗量几乎相等，这与钡白云石中两种离子的化学计量比相吻合。钡白云石以碳钡矿为前驱体经历溶解再沉淀过程形成，指示自然界的白云石很可能是富Mg流体与富Ca碳酸盐发生交代作用而形成。另外，钡白云石中的Mg/Ba LC迅速达到1:1的化学计量比，并高度有序，结晶过程似乎并没有受到镁离子的去水合以及阳离子有序化等动力学过程的影响，而这些通常被认为是阻碍低温白云石形成的主要原因。进一步深入研究仍在进行之中。
钡白云石 低温合成 沉淀实验 结晶过程
张亦凡 姚奇志 周根陶
中国科学院壳幔物质与环境重点实验室/中国科学技术大学地球和空间科学学院,合肥230026 中国科学技术大学化学与材料科学学院,合肥230026
国内会议
长沙
中文
1-1
2015-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）