[发明专利]一种含锰钡白云石连续固溶体晶体及其高温高压合成方法

说明书

本发明公开了提供一种含锰钡白云石连续固溶体晶体及其高温高压合成方法，使用分析纯的碳酸钡和二水草酸镁以摩尔比1:1研磨混合均匀作为起始原料，通过高温高压反应得到前躯体BaMg(CO₃)₂；使用分析纯的碳酸钡和碳酸锰以摩尔比1:1研磨混合均匀作为起始原料，通过高温高压反应得到前躯体BaMn(CO₃)₂；使用前躯体BaMg(CO₃)₂和前躯体BaMn(CO₃)₂以摩尔比(1‑x):x研磨混合均匀作为起始原料，通过高温高压反应得到含锰钡白云石连续固溶体晶体，该固溶体为纯相，锰含量0x1，晶体结构和对称性为三方晶系R‑3m，无超晶格和氧有序，这为进一步天然发现富锰钡白云石提供重要实验参考。

技术领域

本发明涉及地球科学矿物学研究领域，涉及一种含锰钡白云石连续固溶体晶体及其高温高压合成方法。

背景技术

化学成分不同的矿物通常以类质同相存在，这取决于晶体结构中的阳离子取代机制，所以化学成分与晶体结构的类质同相关系被认为是矿物学定量研究的核心。钡白云石BaMg(CO₃)₂在自然界不同的地球化学条件下被陆续发现，其化学成分表明，Mg²⁺离子通常被有限量的Mn²⁺取代，形成类质同相的含锰钡白云石。到目前为止，天然发现含锰钡白云石的最高Mn含量达到20％。此外，在波罗的海的天然沉积物中也发现了钡白云石类似物BaMn(CO₃)₂。因此，通过研究含锰钡白云石固溶体并建立类质同相模型，是约束天然钡白云石化学成分的必要条件，这与钡白云石微结构的指示、沉积环境的分布和矿物形成的来源等地球化学性质密切相关。

类质同相的本质完全取决于取代阳离子的半径差，由于Mg²⁺-Mn²⁺半径差小于所以通常可以观察到Mg²⁺-Mn²⁺二元碳酸盐连续固溶体，如方解石型(Mg_1-xMn_x)CO₃、白云石型Ca(Mg_1-xMn_x)(CO₃)₂。这表明，Mg²⁺-Mn²⁺取代主要由(MgO₆)六配位八面体单元控制。因此可以推测，具有相同结构单元(MgO₆)的钡白云石型将具有与已知方解石型、白云石型相同的取代机制，可以形成锰取代的连续固溶体Ba(Mg_1-xMn_x)(CO₃)₂。然而，目前天然并没有发现锰含量x＝20-100％范围内的含锰钡白云石，而目前使用溶液沉积法人工合成的含锰钡白云石的锰含量不超过10％，这些结果使得这一推测值得怀疑。基于在含锰钡白云石中间组分缺失的情况下，为弥补现有研究的空白，探索人工合成含锰钡白云石连续固溶体的方法，将为进一步发现天然富锰钡白云石以及其定量研究提供了必要的实验支持。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种含锰钡白云石连续固溶体晶体及其高温高压合成方法，以填补目前天然含锰钡白云石中间组分缺失。

技术方案为一种高温高压合成含锰钡白云石连续固溶体晶体的方法，包括以下步骤：

前躯体BaMg(CO₃)₂的制备：

步骤1、使用分析纯的碳酸钡BaCO₃和二水草酸镁MgC₂O₄·2H₂O以摩尔比1:1研磨混合均匀作为起始原料；

步骤2、使用压片机将步骤1中的混合物粉末压成Φ5×3mm圆柱形，使用0.02mm厚的金箔将圆柱形样品包裹作为样品置于h-BN管中，以h-BN为传压介质；