[发明专利]一种高钒、高钛和高含水的锰橄榄石单晶的制备方法

说明书

本发明公开了一种高钒、高钛和高含水的锰橄榄石单晶的制备方法，以固态的四水合硝酸锰(II)粉末、固态的偏钒酸铵粉末、液态的正硅酸乙酯、液态的钛酸四丁酯、固态的天然蛇纹石粉末、固态的天然片水锰矿粉末和无水乙醇作为起始原料制备出高钒和高钛的锰橄榄石圆柱体样品；采用蛇纹石和片水锰矿放在压片机上压成两圆片依次安放在锰橄榄石圆柱体样品的两端，将锰橄榄石圆柱体样品和两水源片一起密封到金钯合金样品管内进行高温高压反应得到高钒的、高钛的和高含水的锰橄榄石单晶；解决了现有技术制备不含微量元素纯锰橄榄石，颗粒粒度都比较小且得到的样品均是不含水的，不能满足各式高温高压实验室模拟的科学研究需求等技术问题。

技术领域

本发明属于高温高压条件下矿物单晶样品合成的技术领域，尤其涉及一种高钒、高钛和高含水的锰橄榄石单晶的制备方法。

背景技术

橄榄石是地球上地幔(深度从80km到410km，对应的压力和温度：4.0GPa-14.0GPa和800-1450℃)、月球上地幔(通常指月球内部深度从40km到280km，对应的压力和温度：2.0GPa-10.0GPa和400-825℃)、火星地幔(指火星内部深度从60km到1596km，对应的压力和温度：0.6GPa-19GPa和366K-1880K)的主要造岩矿物，主要以铁镁硅酸盐为主，而且含有锰、镍、钴等金属元素的类质同象替代，因此我们再自然界中发现了镁橄榄石、铁橄榄石、锰橄榄石、镍橄榄石、钴橄榄石等不同成分的橄榄石。锰橄榄石(化学组成分子式：Mn₂SiO₄)是橄榄石类矿物中的一种重要的端元组分，除了可能产自上地幔深度来源，也常见于铁锰矿床、高温热液交代的矽卡岩矿床以及锰沉积物形成的变质岩中。

钒和钛是橄榄石矿物中广泛存在的两种过渡族金属元素，元素周期表中相邻，且均属于变价元素。金属钒的常见化合价有+5、+4、+3和+2，金属钛的常见化合价有+4、+3、+2、0和-1。来自幔源深度的地幔橄榄岩包体中，通常出现含钛的钛铁矿和含钒钛的钒钛磁铁矿的主要副矿物，譬如在中国大陆科学钻探(CCSD)岩心取样的石榴石异剥橄榄岩橄榄石中，发现了大量的杆状钛铁矿和含铬钛磁铁矿的出溶体；峨眉山大火成岩省苦橄岩及含钒钛磁铁矿。水是地球科学家关注地球与行星物质组成的最重要的挥发份之一，水是生命之源，生命体的诞生和赖以生存往往离不开水，没有液态水的存在就意味着不具备人类赖以生存的基本条件，因此当科学家们在探索浩瀚的宇宙寻找宜居星球时，特别关注是否存在水。美国航天局火星环球探测者航天器新发现，证明了火星上很可能有水，意味着火星上可能有生命体存在。为探究天然橄榄石的锰元素迁移与富集的地球化学行为及其在高压下矿物物理学性质，获得理想的可控的含变价元素钒和钛的以及含水的锰橄榄石实验样品是至关重要的。为此，一部分研究者采用天然的锰橄榄石作为初始实验样品，由于天然样品存在的钒、钛等变价元素含量和水含量在锰橄榄石的分布具有不均一性，不同源区的锰橄榄石中变价元素含量和水含量具有很大的不确定性，因此采用天然锰橄榄石的实验样品去进行地球深部物质物理化学性质模拟，很难取得一致性的研究成果；另一部分研究者采用高温化学沉降法、高温水热法、高温溶胶凝胶法等合成方法去制备不含微量元素纯锰橄榄石，并且的纯锰橄榄石的颗粒粒度都比较小(一般是纳米数量级)且得到的样品均是不含水的。因此，有效地合成出一种大颗粒的含高钒的、高钛的和高含水的锰橄榄石单晶满足各式高温高压实验室模拟的科学研究需求，尤其是高压下单晶矿物晶格优选方位和晶轴各向异性研究，变得尤为迫切。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种高钒、高钛和高含水的锰橄榄石单晶的制备方法，以解决现有技术用高温化学沉降法、高温水热法、高温溶胶凝胶法等合成方法去制备不含微量元素纯锰橄榄石，并且的纯锰橄榄石的颗粒粒度都比较小且得到的样品均是不含水的，不能满足各式高温高压实验室模拟的科学研究需求，尤其是高压下单晶矿物晶格优选方位和晶轴各向异性研究等技术问题。

本发明技术方案是：