表生环境中水钠锰矿微结构特性对矿物转化的影响机制

水钠锰矿是表生环境中广泛分布的锰氧化物，土壤锰结核中常见的锂硬锰矿、钙锰矿、锰钾矿等均可由其直接或间接转变而成。锰氧化物转化结果直接决定着其吸附、氧化、催化等环境地球化学行为。水钠锰矿微结构在环境中的行为日益受到人们的关注。然而，有关其微结构特性对矿物转化影响的研究却少见报道。本项目拟以不同化学和生物形成的微结构各异的水钠锰矿为前驱物，结合典型土壤锰结核/胶膜中锰矿物类型、元素分布特点和环境条件等性质，在模拟表生环境条件下进行锂硬锰矿、钙锰矿、锰钾矿等形成转化实验，通过现代分析技术，探讨水钠锰矿微结构特性对表生环境中上述锰矿物形成的影响和机制，揭示水钠锰矿微结构特性在决定表生环境中锂硬锰矿、钙锰矿、锰钾矿等分布类型和数量差异中的作用大小，明确土壤、沉积物等表生环境中上述锰氧化物的形成过程及其影响因素。该研究对进一步揭示锰氧化物的环境地球化学行为、丰富表生矿物学理论具有重要的理论和实际意义。

采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM/ED)、高分辨透射电镜(HRTEM)、扫描电镜(SEM/EDX)、红外光谱(IR)、拉曼(Raman)、光电子能谱(XPS)、元素分析等技术，研究了常压下水钠锰矿微结构特性（氧化度、Co掺杂等）对钙锰矿、锰钾矿和锂硬锰矿形成的影响及其机制；探讨了Mn掺杂对铁氧化物晶体结构、磁性和表面化学性质的影响。1. 明确了酸碱介质条件下Co掺杂量对水钠锰矿微结构中Mn(III)含量趋势变化的影响不同。2. 阐明了水钠锰矿氧化度、Co掺杂等微结构特性变化对钙锰矿、锰钾矿和锂硬锰矿形成的影响。3. 首次报道了在常压下一步合成钙锰矿，这为探讨表生环境中钙锰矿的形成途径提供了新的借鉴。4. 剖析了Mn掺杂量对氧化铁晶体结构、磁性和表面化学性质的影响。这些结果对揭示表生环境中水钠锰矿微结构特性对矿物转化的影响与机制，以及进一步揭示锰氧化物的环境地球化学行为、丰富表生矿物学理论及锰矿物资源的合理利用具有重要的理论与实际意义。