新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所在粘土礦物之間的轉(zhuǎn)變機(jī)制上取得了新發(fā)現(xiàn)
粘土礦物普遍存在于地殼中，粘土礦物之間的相互轉(zhuǎn)變是宏觀地質(zhì)作用和環(huán)境變遷過程的微觀縮影，對(duì)研究地質(zhì)作用過程和機(jī)理起著至關(guān)重要的作用。此外，粘土礦物獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)良的物化性質(zhì)，研究粘土礦物之間的相互轉(zhuǎn)變對(duì)粘土礦物在催化、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用拓展也有重要的指導(dǎo)意義。而事實(shí)上，關(guān)于粘土礦物轉(zhuǎn)變機(jī)制存在很多亟待深入研究的問題。
眾多研究表明，粘土礦物的轉(zhuǎn)變機(jī)制存在固相轉(zhuǎn)變（Solid-state mechanism）和溶解再結(jié)晶（Dissolution-recrystallization mechanism）兩種轉(zhuǎn)變機(jī)制。固相轉(zhuǎn)變主要通過2:1型粘土礦物的層間域進(jìn)行離子的重組（如蒙皂石的伊利石化、海綠石化）、或2:1型粘土礦物剝離一層四面體片轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>1:1型粘土礦物（如蒙皂石的高嶺石化）。該轉(zhuǎn)變機(jī)制提供的普遍認(rèn)識(shí)是：粘土礦物通常是從2:1型礦物轉(zhuǎn)變到1:1型礦物。那么，是否存在1:1型粘土礦物向2:1型粘土礦物固相轉(zhuǎn)變的可能？同時(shí)，研究這兩種類型粘土礦物的轉(zhuǎn)變過程可以為探討自然界粘土礦物不均勻分布提供新見解，從微觀角度解釋粘土礦物長(zhǎng)不大的原因。
據(jù)此，廣州地球化學(xué)研究所礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何宏平研究員的課題組，以天然的1:1型粘土礦物高嶺石和埃洛石為起始物，添加Si源進(jìn)行水熱反應(yīng)，模擬自然界熱液地質(zhì)過程，研究1:1型粘土礦物向2:1型粘土礦物轉(zhuǎn)變的可能性，并深入探討粘土礦物的轉(zhuǎn)變機(jī)制。運(yùn)用礦物結(jié)構(gòu)分析和礦物譜學(xué)分析研究等手段分析不同反應(yīng)條件下生成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)一步通過高分辨透射電鏡等觀察水熱產(chǎn)物的形貌結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合固體核磁表征結(jié)果獲得產(chǎn)物的配位特征，探討轉(zhuǎn)變的微觀機(jī)理。研究獲得以下的新認(rèn)識(shí)：
（1）高嶺石和埃洛石可固相轉(zhuǎn)變?yōu)樨惖檬?/span>1:1型粘土礦物可固相轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>2:1型粘土礦物。這可能是關(guān)于粘土礦物轉(zhuǎn)變機(jī)制的新發(fā)現(xiàn)。
（2）固體核磁結(jié)果表明，Al占據(jù)四面體位置是2:1型粘土礦物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素。但是，在自然界中蒙皂石中四面體片中的Al和Si的比例少于0.3，少于擁有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)云母類的0.5。因此，這就從結(jié)構(gòu)上決定蒙皂石結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，即蒙皂石晶體很難長(zhǎng)大，也就決定了蒙皂石類礦物在自然界分部要少于高嶺石和埃洛石。
（3）固體核磁結(jié)果也表明，同一層2:1型蒙皂石片層中，兩層四面體片擁有不同的層電荷。因此，“polar layer”結(jié)構(gòu)可以通過1:1型粘土礦物固相轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>2:1型粘土礦物形成。
圖1. 埃洛石（H）和高嶺石（K）水熱產(chǎn)物的粉晶、定向處理后和乙二醇插層處理后的XRD圖
圖2. 1:1型粘土礦物轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>2:1型粘土礦物的示意圖
該成果發(fā)表于American Mineralogist。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家外專局/中國(guó)科學(xué)院“礦物結(jié)構(gòu)域表明物理化學(xué)”創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等資助。
論文信息：
Hongping He, Shichao Ji, Qi Tao, Jianxi Zhu, Tianhu Chen, Xiaoliang Liang, Zhaohui Li, and Hailiang Dong. (2017) Transformation of halloysite and kaolinite into beidellite under hydrothermal condition. American mineralogist, 102, 997-1005. Doi: http://dx.doi.org/10.2138/am-2017-5935.
論文鏈接：https://www.degruyter.com/view/j/ammin.2017.102.issue-5/am-2017-5935/am-2017-5935.xml
（中國(guó)科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 所綜合辦公室 供稿）
