三维电子衍射:纳米矿物晶体结构分析的变革性技术

单晶X射线衍射(SCXRD)技术是目前最主要的晶体结构解析手段,但在纳米尺度上存在局限性,无法满足对微纳米矿物晶体结构解析的需求。相比之下,三维电子衍射(3DED)技术是一种针对微米、亚微米乃至纳米尺度矿物晶体结构解析的有效手段。3DED技术能够克服SCXRD在解析弱衍射信号、分析<200 nm的纳米晶体以及对轻元素识别等方面的局限性。近年来,3DED技术在材料科学和生物学领域得到广泛应用,被认为是纳米晶体结构解析的变革性技术。尽管该技术在地球与行星科学领域的应用还处于起步阶段,但未来3DED技术在矿物学研究中将发挥重要作用。此外,串行旋转电子衍射(Serial RED)技术也为地外返回等珍贵微量样品的物相与结构分析提供了高效、高通量的解决方案。这些先进的电子衍射技术必将为人类认识物质世界做出重大贡献。

江西路迳金伯利质煌斑岩中金云母斑晶的蚀变机制研究

层状硅酸盐矿物的蚀变演化过程可记录岩矿成因及地质环境变迁。三八面体云母是超基性岩中最常见的层状硅酸盐矿物,其矿物学特征已被证明能够有效地反映深部的结晶条件,但超基性岩云母的次生演化过程却尚未得到系统研究。为探明超基性岩中原生云母的后期演化规律及其内在机理,本研究采用微区X射线衍射、电子探针、X射线光电子能谱、聚焦离子束扫描电镜和高分辨率透射电镜等多种微区微束技术,对江西路迳金伯利质煌斑岩中的金云母及其演化产物进行了分析。结果显示,在蚀变过程中,大部分Si离子保留在金云母中,而Fe、Ti、Mn、K和Na离子则大量流入热液、次生钛铁矿和碳酸盐(而非硅酸盐产物)中。金云母的蚀变反应从缺陷位点向外扩散,首先通过溶解再结晶在缺陷处形成绿泥石、高岭石、蛇纹石等蚀变序列产物,而后通过外延生长在裂隙中充填伊利石,并在蚀变较弱的部位通过固相转变形成层间亏损金云母;蚀变产物的形成位点由相变机制控制;随着蚀变程度的降低,产物与母矿物金云母的结构相似性逐渐增加。

四川荣县紫砂矿物资源的发现及其矿物岩石学特征

为了寻找新的紫砂矿物资源,为荣县陶土的高附加值利用以及紫砂矿物原料研究与应用提供科学依据,采用多种现代岩矿测试分析技术,对比研究了四川荣县陶土与宜兴紫砂泥料的矿物岩石学特征,结果表明：荣县陶土的化学成分平均含量是,w（Si O2）64.29%,w（Al2O3）22.72%,w（Fe2O3）6.51%,w（K2O）3.81%,四者之和达97.33%,而有害成分CaO含量低,w（Ca O）0.35%;矿物成分石英35%～40%,高岭石25%～30%,伊利石30%～35%,赤铁矿3%～5%;结构构造主要为块状构造,粉砂泥质结构,石英分布均匀,颗粒大小为10～250μm;热效应特征是,平均热失重为4.99%,脱羟温度515℃左右。荣县陶土这些矿物岩石学特征都与宜兴紫砂矿物原料中的紫泥相同或相似,有可能作为一种优质的紫砂矿物资源。另外,荣县陶土中的淡绿色部分和紫红色部分分别与宜兴绿泥和朱泥有相似之处。

X射线衍射旋转撒样法分析氟金云母多型组成与含量

合成氟金云母多型种类与含量对云母的物理化学性质具有重要的影响。然而在X射线粉晶衍射(XRD)制样过程中云母00 l基面极易产生择优取向,严重制约了云母多型组成和含量的分析。传统撒样法可促使晶体取向随机分布,但制备的试样表面不够平坦。本文对传统撒样法进行改进,在撒样过程中使样品架均匀旋转,从而获得表面平坦的试样。XRD测试结果表明,旋转撒样法取向指数(OI=I 001/I 060)为3.9,与无择优取向的理论值4.5接近,明显优于正压法和侧装法(OI值分别为38.7和18.1),表明旋转撒样法能够显著减弱云母择优取向。这主要是由于旋转撒样法使晶体颗粒之间形成犬牙交错分布,提高了云母各晶面随机分布概率。Rietveld全图拟合分析显示,旋转撒样法获得的XRD数据精修效果较好,计算出本文合成的氟金云母样品中1 M和2 M 1多型含量分别为86%和14%,8个工业合成的氟金云母样品中1 M和2 M 1多型含量分别为57%~72%和28%~43%,并且存在较多的堆垛层错。总之,旋转撒样法减弱择优取向效果显著,为研究云母晶体生长、多型成因以及结构与性能之间的关系提供了技术支撑。

高铁型煤系高岭土矿物学属性及其煅烧相变与活化效能

煤矸石含有丰富的高岭土矿物资源,对其进行资源化利用是处置这类大宗固体废弃物的重要途径,但其加工方式常受到矿物学属性的制约。以产自四川宜宾的高铁型煤系高岭土为例,采用X射线荧光光谱法、X射线粉晶衍射、扫描电子显微镜和热重-差示扫描量热法等分析测试手段研究了该煤系高岭土的化学成分、物相组成、微观形貌和热效应特征,探讨了矿物属性对热活化制备偏高岭土的影响。结果表明,宜宾煤系高岭土的主要组成矿物及其质量分数为低结晶度的高岭石(56%)、固定碳(15%)、石英(12%)和含铁矿物(11%)等;在煅烧过程中,高岭石从413℃开始脱除羟基,晶层在550℃逐渐变得无序,受其他组分影响,830℃时完全转变为非晶态的偏高岭石,质量损失合计26.24%;同时,黄铁矿和菱铁矿发生氧化,煅烧产物中出现含量较高的赤铁矿。此煤系高岭土经煅烧后活性显著增强,Al2O3溶出率在750℃时达到最高(68.47%,质量分数)。本工作可为高铁型煤系高岭土资源的综合利用提供矿物学依据和开发指导。