合成锰矿物及其对稀土元素的吸附作用研究

【摘要】：本文首先介绍了自然界中存在的氧化锰矿物类型，以及大洋铁锰结核和富钴结壳中的主要锰矿物相水钠锰矿和水羟锰矿的结构、构造特点。然后，描述了人工合成水钠锰矿和水羟锰矿的方法及其与天然锰矿物的差异。合成的水钠锰矿，在粉末X-射线衍射分析中衍射图谱具有0.712nm、0.355nm、0.248nm和0.144nm四个明显的特征峰，基本上没有杂峰存在，说明合成的样品是比较纯净，与天然水钠锰矿的衍射特征一致；在扫描电子显微镜下，呈板状或片状集合体，具有层状结构；激光拉曼光谱分析中，在644cm~(-1)处有一个强峰显示。合成的水羟锰矿，在粉末X-射线衍射分析中衍射图谱具有0.240hm和0.139nm两条特征峰，但峰的强度不大，弥散峰很多，说明样品中非晶质的成分比较多，结晶程度比较差；在扫描电子显微镜下，其形貌特征为卷曲的叶片状、细长的纤维状，也具有层状结构；激光拉曼光谱分析中，在635cm~(-1)处有一个强峰显示。人工合成的水钠锰矿和水羟锰矿结晶程度较差，颗粒细小，有的呈现非品质状态，可能是受合成时间短以及常压等实验条件的限制。 稀土元素的地球化学性质已经被广泛用来解决有关海洋沉积物的地球化学问题，特别是在研究大洋铁锰结核和富钴结壳上也得到了比较广泛的应用。本文在不同条件下，对合成的锰矿物相吸附稀土元素的初步研究表明，水钠锰矿和水羟锰矿，与稀土元素溶液反应过程中，随时间的增加，其对稀土元素的吸附量在短时间内快速增加，且在反应0.5h之后基本上保持不变，可以说吸附过程达到平衡。吸附达到平衡后，这两种矿物对稀土元素的吸附，轻稀土富集，重稀土亏损。随着温度的升高，水钠锰矿和水羟锰矿对稀土元素的吸附量有所减少，但不是很明显。水钠锰矿和水羟锰矿与稀土元素溶液的反应主要是稀土元素充填到矿物格架内部的吸附，而发生物理吸附的量比较少。溶解氧对吸附实验影响的初步研究表明，在与大气相通的装置中锰矿物与稀土元素溶液反应，