劉燕

摘 要：通過對磷礦石中白云石晶體進(jìn)行化學(xué)特性分析，不僅可以幫助我們更好地認(rèn)識并了解白云石晶體主要化學(xué)特點，也能夠為白云石礦物應(yīng)用做出重要指導(dǎo)。白云石在冶金行業(yè)、建筑材料、陶瓷材料、玻璃材料、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、化工業(yè)、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域均發(fā)揮非常重要的作用，是一種多項開發(fā)與利用的非金屬礦產(chǎn)資源。隨著近些年來對白云石開發(fā)應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展，白云石也必然成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。本文分別對白云石晶體結(jié)構(gòu)特征、表面特性等相關(guān)化學(xué)特性進(jìn)行詳細(xì)分析，明確白云石晶體的生成背景和機(jī)制，為進(jìn)一步研究白云石膠磷礦體系相互作用提出重要參考。

關(guān)鍵詞：磷礦石;白云石;晶體;化學(xué)特性

磷礦資源作為重要戰(zhàn)略資源，不僅能夠在農(nóng)業(yè)化肥領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，也可以成為磷化工的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。磷礦資源具有不可替代性和不可再生性，需要我們加大保護(hù)力度，提高磷礦資源的整體利用效率。筆者以貴州典型磷礦區(qū)選取的白云石作為主要研究對象，按照礦物晶體化的基本原理作為依據(jù)，對白云石的晶體結(jié)構(gòu)和表面特性進(jìn)行深度研究。結(jié)果表明：在白云石礦物解離之后，表面會產(chǎn)生大量的Ca2+、Mg2+，而C4+暴露非常少，在水溶液中零電點比較高，負(fù)電性比較弱，表面會有大量金屬陽粒子，通過弱酸強(qiáng)堿性溶液時，白云石陽粒子捕獲劑浮選效果最佳。

1 白云石純礦物XRD分析

白云石多為白色、灰色、肉色、無色、綠色、棕色、黑色、暗粉紅色等，透明到半透明，具有玻璃光澤。集合體通常呈粒狀;晶體結(jié)構(gòu)類似方解石，常呈菱面體[1]。摩氏硬度：3～4;密度2.86～3.20g/cm3，遇冷稀鹽酸起泡;白云石煅燒分為兩個階段：在730～740℃鈣鎂碳酸鹽中MgCO3開始分解，產(chǎn)生MgO和CO2。在本次研究中，筆者分別選取貴州典型磷礦區(qū)具有代表性的海相沉積型磷礦石，分別提取白云石純礦物標(biāo)為1#和2#，并且對MgO的含量和純度進(jìn)行了分析，結(jié)果如下：

根據(jù)研究結(jié)果表明，貴州典型磷礦區(qū)的白云石純礦物MgO含量分別為20.12%和19.70%，純度均超過90%。利用XRD射線衍射系統(tǒng)針對提取礦物樣品進(jìn)行分析，得出結(jié)果證明，這兩種白云石純礦物主要成分以白云石和石英為主，非晶質(zhì)的含量非常低，說明此次實驗所提取的樣品純度非常高，衍射峰非常尖銳，證明本次實驗所選擇的礦樣結(jié)晶度非常高，晶粒比較大。

2 白云石晶體的主要結(jié)構(gòu)特性

白云石化學(xué)式為CaMg（CO3）2，屬于三方晶系，三組菱面體解理完全，性脆。摩氏硬度3.5～4，比重2.8～2.9。礦物粉末在冷稀鹽酸中反應(yīng)緩慢。其表面呈菱面體晶胞以及六方晶胞，而六方晶胞作為二次體心的復(fù)單位，其常數(shù)為a0=0.48079nm，c0=1.6010nm單位，晶胞化學(xué)式數(shù)目z=3[2]。

按照三次周交替排列的順序，白云石晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出Ca八面體和Mg八面體相互交替排列的規(guī)律。從結(jié)構(gòu)特性來看，白云石礦物中大多數(shù)的Ca2+都能夠被Mg2+完全替代，并且呈現(xiàn)出有序化的特點，由于這兩種粒子之間的大小各不相同，所以原有的氧原子會出現(xiàn)少許位移狀況，但是因為白云石不是方解石，半數(shù)的Ca2+都會被Mg2+所代替，并且形成類質(zhì)同向混晶。

在白云石中，Ca2+和Mg2+的元素具有相同的特點，在分解時的零面體晶胞中，其中兩個位置全部被Ca2+所占據(jù)，而白云石菱面體晶胞也有同樣的位置被Ca2+所占據(jù)，而另一個則被Mg2+所占據(jù)。在白云石的零面體晶胞中，同樣有兩個位置被Ca2+和Mg2+所占據(jù)，但是Ca2+與Mg2+之間的位置并不會發(fā)生調(diào)換，所以白云石晶體結(jié)構(gòu)的對稱性遠(yuǎn)不如方解石。

在方解石中存在二次對稱軸，白云石中則沒有這一特點。白云石中的CO3的C僅在三次軸上，并且通過三次軸將三個O相連接，由于Mg2+的半徑小于C4+半徑，所以白云石的單位晶胞常數(shù)要小于方解石。

3 白云石的主要形成背景和形成機(jī)制

白云石用途廣泛，具有極高的開發(fā)利用價值。也是地球上儲量豐富的鈣鎂資源。我國白云石分布廣泛，在山西、寧夏、吉林、青海、貴州、河南等地均有分布，探明儲量超40億t以上[3]。

從目前來看，在湖泊、鹽水、淺海等底部位置回流區(qū)或埋藏環(huán)境中均可發(fā)現(xiàn)白云石，說明白云石形成背景是大陸性水域、海水或盆地鹽水因為受到高鹽度鹽水的混合，在盆地鹽水部位出現(xiàn)冷卻的情況。

在古代碳酸鹽建造的過程中，如果沒有微生物或細(xì)菌等生物調(diào)節(jié)功能，在自然地表溫度下是無法沉淀白云石的。通過對微生物研究，能夠明確白云石主要形成機(jī)制。根據(jù)白云石特殊結(jié)構(gòu)、微形貌以及穩(wěn)定同位素特點，可以為微生物白云石識別提供重要參考。有一部分人認(rèn)為，白云石形成主要是受到高鹽度鹽水沉積而來，但是要形成大量的白云石則必須要經(jīng)過地下湖、海水與地臺沉積物經(jīng)過長時間循環(huán)才能夠形成。

白云石作為一種碳酸鹽礦物，必須要確保滲透率、流動機(jī)構(gòu)和Mg2+的充足供應(yīng)，才能夠正式形成。白云石主要的形成方式包括沉淀、成巖替換以及水熱變質(zhì)。

早期白云石晶體形成具有多次重復(fù)的特性，其埋藏與變質(zhì)的過程中都會非常穩(wěn)定，每一個新的相位都要早于白云石的部分或者完全溶解形成。

在古代地球表面，由于不穩(wěn)定因素，導(dǎo)致礦物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的礦物，必須通過中間項，這一過程就是受到各個晶體表面所驅(qū)動而產(chǎn)生的。當(dāng)一個晶體在結(jié)晶的過程中，必須犧牲比較小的晶體，才能夠不斷長大。

在飽和溶液中，由于微晶粒子的形成需要結(jié)晶，隨著微晶粒子不斷擴(kuò)大，其大小會達(dá)到臨界半徑，而大于臨界半徑的粒子會繼續(xù)生長并且成為白云石形成核，小于臨界半徑的粒子會繼續(xù)回到溶液之中，隨著飽和程度下降以及結(jié)晶核的數(shù)量增多，小于臨界半徑的溶質(zhì)就會析出并且附著在粒子表面之上，經(jīng)過漫長的吸附逐漸形成白云石晶體。

通過早期逐步互動的成巖作用，可以被更難融的相廣泛替換，在空氣流體平衡純化學(xué)劑量，白云石礦物最終狀態(tài)更無序，白云石化作用是反復(fù)溶解再沉淀的過程。只有保證白云石具有一定的滲透性，還有源源不斷的Mg2+持續(xù)供給，才能夠生成新的白云石。

4 結(jié)束語

總而言之，通過本次對白云石的主要化學(xué)特性進(jìn)行研究，能夠發(fā)現(xiàn)白云石作為一種赴Mg2+碳酸鹽礦物，由于Mg2+和Ca2+的比值非常相似，是兩者之間相互交替形成的晶體結(jié)構(gòu)，所以白云石屬于三方晶系碳酸鹽礦物。大多數(shù)白云石會在湖泊、海水、大陸水區(qū)域、鹽水回流區(qū)域形成，這一現(xiàn)象證明白云石的形成必須要處在高鹽度的鹽水之中，需要在地底經(jīng)過長時間的與地臺沉積物循環(huán)生成。在這一過程中，微生物代謝活動對白云石生成起到了無法替代的作用。

白云石作為亞穩(wěn)定礦物，在早期形成的過程中會經(jīng)過多次的埋藏與變質(zhì)，將自身部分進(jìn)行完全溶解，保證后期更加穩(wěn)定。在白云石晶體不斷生成的過程中，如果飽和溶液中的晶體粒子超過臨界半徑，則會作為核繼續(xù)增長，如果沒有達(dá)到臨界半徑，則會重新融入到與溶液之中，直至生成新的核表面，最終形成完整的白云石晶體。

參考文獻(xiàn)：

[1]高星，張道鋒，史云鶴等.鄂爾多斯盆地奧陶系馬五5亞段白云石結(jié)構(gòu)特征及成因[J].成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，45（05）：575-584.

[2]萬友利，王劍，付修根等.羌塘盆地南部古油藏帶布曲組白云巖地球化學(xué)特征及成因機(jī)制[J].成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，45（02）：129-141.

[3]馮詩海，李紅，蔣佳俊等.華北秦皇島地區(qū)柳江盆地馬家溝組碳酸鹽巖多期白云化作用[J].沉積學(xué)報，2017， 35（04）：664-680.