Co-Al同晶替代針鐵礦、赤鐵礦特性的研究.pdf

1、針鐵礦和赤鐵礦是我國南方土壤中最常見和最穩(wěn)定的氧化鐵礦物，它們都具有粒徑小、比表面積大、活性基團(tuán)多等特性，能夠吸附許多無機(jī)有機(jī)污染物，其吸附行為已有很多文獻(xiàn)報(bào)道。但許多金屬元素如Al3+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+、Mn3+、Co3+等，由于半徑與Fe3+接近，性質(zhì)相似，使得它們能進(jìn)入針鐵礦和赤鐵礦的品格中占據(jù)Fe3+的位置，發(fā)生同晶替代作用。這種同晶替代現(xiàn)象雖然在土壤中存在，但關(guān)注不夠。當(dāng)土壤中的氧化還

2、原條件發(fā)生變化（如干濕交替，農(nóng)藝栽培和施肥）時(shí)，氧化鐵中的金屬元素可能會(huì)被釋放出來。氧化還原活潑的金屬離子更易受氧化還原環(huán)境的影響。
　　土壤中的針鐵礦和赤鐵礦往往都有鋁的同晶替代現(xiàn)象。鈷（氧化還原活潑的金屬離子）鋁的共替代情況下，它們進(jìn)入針鐵礦和赤鐵礦中的行為如何，之間存在怎樣的相互作用尚未見有報(bào)道。為此，本文分別合成了針鐵礦、赤鐵礦、鈷鋁單替代和共替代針鐵礦、鈷鋁單替代和共替代赤鐵礦。利用XRD、TEM、SEM、XPS、XAS

3、譜(EXAFS和XANES)這些表征方法，分析了針鐵礦和赤鐵礦中鈷鋁之間的相互作用、對(duì)針鐵礦和赤鐵礦的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響以及鈷價(jià)態(tài)的變化，主要結(jié)論如下:
　　1.在針鐵礦中，鈷的替代可使鋁的替代量明顯增加，而鋁的替代對(duì)鈷的替代幾乎無影響。在赤鐵礦中，鈷鋁的替代相互之間沒有明顯的影響。鈷鋁的總替代量很高時(shí)，在針鐵礦（GCo5Al20）中，鈷的替代占優(yōu)先地位(Co6.07mol％,Al6.10mol％)。而在赤鐵礦(HCo10Al10)

4、中，鈷鋁的實(shí)際替代量占比大于初始加入量占比(Co11.68mo％,Al14.10mol％)。
　　2.針鐵礦中鈷的替代量約為1mol％時(shí)主要以二價(jià)形式存在，隨著替代量的增加，轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀齼r(jià)態(tài)為主;赤鐵礦中鈷的替代量約為9mol％之前主要為二價(jià)態(tài)，隨替代量的增加，轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀齼r(jià)態(tài)為主。在針鐵礦和赤鐵礦中，隨著鈷的替代量增加，晶胞參數(shù)a、b、c均是先升高后降低，這可能是鈷的價(jià)態(tài)變化所致。
　　3.在針鐵礦中，鈷鋁的共替代使針鐵礦的長

5、寬比減小，顆粒變得更短更粗，鋁對(duì)形貌的影響起主要作用。在赤鐵礦中，鈷鋁的共替代使赤鐵礦整體呈小圓片狀。
　　4.在針鐵礦中，鈷鋁的單替代或共替代均使共邊Fe-MeE1鍵長(Me=Fe，Co，Al)、共邊Fe-MeE2鍵長、共角頂Fe-MeC鍵長減小，F(xiàn)e-MeE2/Fe-MeC鍵長比值也減小。鈷鋁共替代的總替代量較高(GCo5Al20)時(shí)，F(xiàn)e k空間發(fā)生突變，共邊Fe-MeE1鍵長、共邊Fe-MeE2鍵長、共角頂Fe-MeC鍵長

6、，F(xiàn)e-MeE2/Fe-MeC鍵長比值減小程度更大;在赤鐵礦中，鋁單替代或鈷鋁共替代時(shí)，隨著鋁的替代量增加，共面的Fe-MeF鍵長(Me=Fe，Co，Al)、共面Fe-MeF與共邊Fe-MeE鍵長的比值均增大。鈷單替代時(shí)，共面的Fe-MeF鍵長(Me=Fe，Co，Al)、共面Fe-MeF與共邊Fe-MeE鍵長的比值均減小。鈷鋁共替代時(shí)，隨著鈷的替代量增加，共面的Fe-MeF鍵長、共面Fe-MeF與共邊Fe-MeE的鍵長比值先增大（0.9