镁铝复合氧化物的水热转化机制

摘要

水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3?4H2O,HT)具有类水镁石的八面体结构层,层间二价阳离子部分被三价阳离子取代使得片层带有一定的负净电荷,由其层间可交换的阴离子以平衡.根据二价、三价金属离子以及层间阴离子的种类和数量的不同,可组成一类阴离子黏土(多金属复合金属氢氧化物).本研究分别选取Mg/Al分别为2、4和6的水滑石焙烧而获得LDO为研究对象，添加Na2Si03·9H20中作为硅源，NaOH-NaHCO3作pH缓冲液，固定Si/Mg=3.38:3，于160℃条件下进行水热反应。通过改变反应时间，获得3个系列的样品：NLD0-2、NLD0-4和NLD0-6。综合分析XRD、TG、TEM、EDX等分析测试结果，考察并揭示LDO在富硅、碱性水热条件下的结构复原特性及其矿物转化机制。x射线衍射结果显示，反应初期3个系列样品均出现水滑石的(003)、(006)、(009)和皂石的(001)、(02，11)、(13，20)及(060)特征衍射峰。说明合成的矿物是三八面体结构。在对比实验中，以相同Mg/Al的水滑石替代LDO，保持其他条件不变的水热反应产物的XRD衍射峰结果同样出现水滑石减弱，皂石增强的规律。说明该条件下LDO可能首先复水形成水滑石；进而，水滑石逐渐向皂石转化，并伴有钠霞石（NLD0-2系列样品中）和水镁石（NLD0-6系列样品中）等杂相的形成。热分析(TG-DTG)结果显示，随着反应的进行，对应水滑石的脱羟量逐渐降低；而与皂石对应的脱羟量却在缯加，皂石结晶度较好的样品其脱羟温度也相对较高，最高可达780℃。透射电子显微镜(TEM)照片结合选区电子衍射花样和能谱(EDX)显示，在样品(NLD0-6-4d)中存在水滑石相、皂石相并存颗粒，以及转化过程中的过渡相。时间延长至15d，片状的皂石颗粒上仅残余斑点分布的水滑石。其间，矿物的转化过程可能包含复合金属氧化物快速复水、水滑石片层中镁、铝溶出、硅阴离子缩合，以及皂石矿物的结晶等阶段。该研究可为揭示水滑石稳定性、水滑石与对热液类型的天然皂石矿物的形成过程、层状硅酸盐矿物异相成核与生长等具有重要参考意义。