一种高温高压合成含钡缺位钡白云石Ba制造技术

本发明专利技术公开了一种高温高压合成含钡缺位钡白云石Ba1‑

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压合成含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
Mg(CO3)2‑
x
晶体的方法


[0001]本专利技术涉及地球科学矿物学研究领域，涉及一种高温高压合成含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
Mg(CO3)2‑
x
晶体的方法。

技术介绍

[0002]双碳酸盐AB(CO3)2在自然界形成的温度压力条件、有序排列的晶体结构以及其物理化学性质是近几十年来碳酸盐矿物学研究的热点。作为典型的双碳酸盐矿物，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，其对海洋碳钡耦合循环以及远洋沉积研究尤其重要。钡白云石的晶体结构具有两个不同的Ba
2+
和Mg
2+
阳离子位置与CO
32
‑
离子连接的有序层状结构，其本质源于固溶体的有限混溶性，即由Ba
2+
和Mg
2+
离子半径之间的显著差异造成的。基于此，Lippmann曾在1967年提出了BaMg(CO3)2可以作为白云石CaMg(CO3)2的晶体化学和地球化学类似物，其晶体结构和对称性被确定为三方晶系R
‑
3m。然而，近几年随着测试精度的不断提高，BaMg(CO3)2单晶X射线结果重新定义了其晶体结构，发现其倒异空间中沿c*方向具有超晶格衍射斑点，超晶格的存在导致氧有序的形成和碳酸根的旋转形成双倍c轴、空间群为R
‑
3c的新的晶体结构。事实上，由于白云石晶体结构R
‑/>3中不存在氧有序、超晶格，无法使用传统的白云石晶体结构模型来解释BaMg(CO3)2中超晶格和氧有序的形成机制。此外，天然发现的钡白云石中的往往存在放射性元素镭的富集，而钡能够被镭元素部分替代的现象却不能用简单的类质同相去解释。相比较矿物学，材料学研究的观点认为，一般具有氧有序、超晶格存在的材料，其晶格中必须存在氧缺位或者额外氧才可能形成新的调制结构。在这种情况下，将钡白云石视为氧缺位材料去定量探讨其氧有序、超晶格的存在机制以及其空间群的演化，有望对上述矿物学难题提供合理的解释，这将对传统白云石模型和层状有序双碳酸盐晶体结构进行更加精细的修正。然而，由于缺少人工合成含缺位的钡白云石的晶体样品，这导致定量的晶体结构研究和相关问题的解释无法开展。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种高温高压合成含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
Mg(CO3)2‑
x
晶体的方法，以填补目前钡白云石作为氧缺位材料研究的空白。
[0004]本专利技术的技术方案包括以下步骤：
[0005]步骤1、使用分析纯的碳酸钡BaCO3和分析纯的二水草酸镁MgC2O4·
2H2O以摩尔比(1
‑
x):1研磨混合均匀作为起始原料，其中当0<x≤0.10；
[0006]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，将圆柱形样品塞入Φ5mm、厚0.1mm的铂金管中，铂金管两端使用焊枪密封，将铂金管置于h
‑
BN管中，以h
‑
BN为传压介质；
[0007]步骤3、将步骤2中装有样品的h
‑
BN管组装在高压合成组装块中并放置在六面顶大压机进行高温高压反应；
[0008]步骤4，高温高压反应完成后，将步骤3中的样品取出，使用金刚石切刀切开铂金管，自然风干样品，即得含钡缺位钡白云石晶体。
[0009]其中，步骤2所述h
‑
BN管的制作方法具体操作为：在车床上将大小为Φ10mm的h
‑
BN棒中心钻Φ5mm的孔作成h
‑
BN管，将样品塞入管中，两端拿Φ5mm厚度为2mm的h
‑
BN片密封。
[0010]其中，步骤3所述的将h
‑
BN管组装在高压合成组装块中的方法具体操作包括：选取一块叶腊石块，在叶腊石块中心打一个Φ12mm圆形通孔；在圆形通孔内套一个外径12mm、内径Φ10mm的圆形石墨加热炉；在石墨加热炉中间放置10mm的h
‑
BN管密封的样品；将圆形石墨加热炉上下两端用叶腊石堵头密封。
[0011]其中，步骤3所述高温高压反应分为两步：第一步，将压力升至1GPa，然后升温到550℃，保压保温1h后淬火；第二步，再将压力升至3GPa，然后升温到850
‑
900℃，保压保温48h后淬火。
[0012]其中，步骤4所述得到的合成产物，当x＝0时，产物为无缺位的钡白云石BaMg(CO3)2相；当0<x≤0.10为单一相，即含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
Mg(CO3)2‑
x
晶体，其钡缺位的最大值为10％；当x≥0.15出现混合相，即含钡缺位钡白云石和菱镁矿MgCO3的混合物。
[0013]其中，步骤4所述得到的含钡缺位钡白云石为晶体，晶体尺寸为50
‑
100μm，满足单晶X射线测试的要求。
[0014]其中，步骤4所述得到的合成产物，无缺位的钡白云石BaMg(CO3)2相的晶体结构和空间群为三方结构R
‑
3m，无超晶格和氧有序，晶格参数3m，无超晶格和氧有序，晶格参数3m，无超晶格和氧有序，晶格参数含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
Mg(CO3)2‑
x
相的晶体结构和空间群为三方结构R
‑
3c，具有超晶格和氧有序，晶格参数参数
[0015]本专利技术的创新点和有益效果：
[0016]1961年，钡白云石首次在美国Green River Formation in Wyoming被发现，之后在世界各地被广泛观察到。矿物学研究表明，钡白云石晶体结构与方解石型和白云石型完全不同，由于Ba
2+
离子半径比Mg
2+
的大很多，在晶格中形成巨大的BaO
12
十二配位体，使得钡白云石的晶体结构和空间群对称性长期以来存在争议，尤其是其晶体结构观察到氧有序、超晶格的特征无法用传统白云石层状模型解释，同时天然钡白云石在钡位置富集镭的根本原因也无法从其复杂的晶体结构给出合理的解释。基于上述，自钡白云石发现近半个世纪在矿物学研究中未曾解决的难题，本专利技术创新点在于，将氧缺位材料的观点引入矿物学，通过人工合成钡缺位钡白云石晶体，对晶体结构中的缺位进行定量研究和机制解释并给出相关的边界条件，有益效果如下：
[0017]1.对钡白云石中观察到超晶格和氧有序给出合理的解释。根据缺位钡白云石晶体结构，无缺位的钡白云石BaMg(CO3)2相的晶体结构和对称性为三方R
‑
3m，无超晶格和氧有序；含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
Mg(CO3)2‑
x
相的晶体结构和对称性为三方R
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温高压合成含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
Mg(CO3)2‑
x
晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、使用分析纯的碳酸钡BaCO3和分析纯的二水草酸镁MgC2O4·
2H2O以摩尔比(1
‑
x):1研磨混合均匀作为起始原料，其中当0<x≤0.10；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，将圆柱形样品塞入Φ5mm、厚0.1mm的铂金管中，铂金管两端使用焊枪密封，将铂金管置于h
‑
BN管中，以h
‑
BN为传压介质；步骤3、将步骤2中装有样品的h
‑
BN管组装在高压合成组装块中并放置在六面顶大压机进行高温高压反应；步骤4，高温高压反应完成后，将步骤3中的样品取出，使用金刚石切刀切开铂金管，自然风干样品，即得含钡缺位钡白云石晶体。2.按照权利要求1所述的一种高温高压合成含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
Mg(CO3)2‑
x
晶体的方法，其特征在于，步骤2所述h
‑
BN管的制作方法具体操作为：在车床上将大小为Φ10mm的h
‑
BN棒中心钻Φ5mm的孔作成h
‑
BN管，将样品塞入管中，两端拿Φ5mm厚度为2mm的h
‑
BN片密封。3.按照权利要求1所述的一种高温高压合成含钡缺位钡白云石Ba1‑
x
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【专利技术属性】
技术研发人员：翟福强，梁文，李璐，陈西浩，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：