简述磷矿石中白云石晶体化学特性

刘燕

摘 要：通过对磷矿石中白云石晶体进行化学特性分析，不仅可以帮助我们更好地认识并了解白云石晶体主要化学特点，也能够为白云石矿物应用做出重要指导。白云石在冶金行业、建筑材料、陶瓷材料、玻璃材料、农业、林业、化工业、节能环保等领域均发挥非常重要的作用，是一种多项开发与利用的非金属矿产资源。随着近些年来对白云石开发应用技术不断发展，白云石也必然成为社会经济发展的重要战略资源。本文分别对白云石晶体结构特征、表面特性等相关化学特性进行详细分析，明确白云石晶体的生成背景和机制，为进一步研究白云石胶磷矿体系相互作用提出重要参考。

关键词：磷矿石;白云石;晶体;化学特性

磷矿资源作为重要战略资源，不仅能够在农业化肥领域被广泛应用，也可以成为磷化工的重要物质基础。磷矿资源具有不可替代性和不可再生性，需要我们加大保护力度，提高磷矿资源的整体利用效率。笔者以贵州典型磷矿区选取的白云石作为主要研究对象，按照矿物晶体化的基本原理作为依据，对白云石的晶体结构和表面特性进行深度研究。结果表明：在白云石矿物解离之后，表面会产生大量的Ca2+、Mg2+，而C4+暴露非常少，在水溶液中零电点比较高，负电性比较弱，表面会有大量金属阳粒子，通过弱酸强碱性溶液时，白云石阳粒子捕获剂浮选效果最佳。

1 白云石纯矿物XRD分析

白云石多为白色、灰色、肉色、无色、绿色、棕色、黑色、暗粉红色等，透明到半透明，具有玻璃光泽。集合体通常呈粒状;晶体结构类似方解石，常呈菱面体[1]。摩氏硬度：3～4;密度2.86～3.20g/cm3，遇冷稀盐酸起泡;白云石煅烧分为两个阶段：在730～740℃钙镁碳酸盐中MgCO3开始分解，产生MgO和CO2。在本次研究中，笔者分别选取贵州典型磷矿区具有代表性的海相沉积型磷矿石，分别提取白云石纯矿物標为1#和2#，并且对MgO的含量和纯度进行了分析，结果如下：

根据研究结果表明，贵州典型磷矿区的白云石纯矿物MgO含量分别为20.12%和19.70%，纯度均超过90%。利用XRD射线衍射系统针对提取矿物样品进行分析，得出结果证明，这两种白云石纯矿物主要成分以白云石和石英为主，非晶质的含量非常低，说明此次实验所提取的样品纯度非常高，衍射峰非常尖锐，证明本次实验所选择的矿样结晶度非常高，晶粒比较大。

2 白云石晶体的主要结构特性

白云石化学式为CaMg（CO3）2，属于三方晶系，三组菱面体解理完全，性脆。摩氏硬度3.5～4，比重2.8～2.9。矿物粉末在冷稀盐酸中反应缓慢。其表面呈菱面体晶胞以及六方晶胞，而六方晶胞作为二次体心的复单位，其常数为a0=0.48079nm，c0=1.6010nm单位，晶胞化学式数目z=3[2]。

按照三次周交替排列的顺序，白云石晶体结构呈现出Ca八面体和Mg八面体相互交替排列的规律。从结构特性来看，白云石矿物中大多数的Ca2+都能够被Mg2+完全替代，并且呈现出有序化的特点，由于这两种粒子之间的大小各不相同，所以原有的氧原子会出现少许位移状况，但是因为白云石不是方解石，半数的Ca2+都会被Mg2+所代替，并且形成类质同向混晶。

在白云石中，Ca2+和Mg2+的元素具有相同的特点，在分解时的零面体晶胞中，其中两个位置全部被Ca2+所占据，而白云石菱面体晶胞也有同样的位置被Ca2+所占据，而另一个则被Mg2+所占据。在白云石的零面体晶胞中，同样有两个位置被Ca2+和Mg2+所占据，但是Ca2+与Mg2+之间的位置并不会发生调换，所以白云石晶体结构的对称性远不如方解石。

在方解石中存在二次对称轴，白云石中则没有这一特点。白云石中的CO3的C仅在三次轴上，并且通过三次轴将三个O相连接，由于Mg2+的半径小于C4+半径，所以白云石的单位晶胞常数要小于方解石。

3 白云石的主要形成背景和形成机制

白云石用途广泛，具有极高的开发利用价值。也是地球上储量丰富的钙镁资源。我国白云石分布广泛，在山西、宁夏、吉林、青海、贵州、河南等地均有分布，探明储量超40亿t以上[3]。

从目前来看，在湖泊、盐水、浅海等底部位置回流区或埋藏环境中均可发现白云石，说明白云石形成背景是大陆性水域、海水或盆地盐水因为受到高盐度盐水的混合，在盆地盐水部位出现冷却的情况。

在古代碳酸盐建造的过程中，如果没有微生物或细菌等生物调节功能，在自然地表温度下是无法沉淀白云石的。通过对微生物研究，能够明确白云石主要形成机制。根据白云石特殊结构、微形貌以及稳定同位素特点，可以为微生物白云石识别提供重要参考。有一部分人认为，白云石形成主要是受到高盐度盐水沉积而来，但是要形成大量的白云石则必须要经过地下湖、海水与地台沉积物经过长时间循环才能够形成。

白云石作为一种碳酸盐矿物，必须要确保渗透率、流动机构和Mg2+的充足供应，才能够正式形成。白云石主要的形成方式包括沉淀、成岩替换以及水热变质。

早期白云石晶体形成具有多次重复的特性，其埋藏与变质的过程中都会非常稳定，每一个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，由于不稳定因素，导致矿物转变成稳定的矿物，必须通过中间项，这一过程就是受到各个晶体表面所驱动而产生的。当一个晶体在结晶的过程中，必须牺牲比较小的晶体，才能够不断长大。

在饱和溶液中，由于微晶粒子的形成需要结晶，随着微晶粒子不断扩大，其大小会达到临界半径，而大于临界半径的粒子会继续生长并且成为白云石形成核，小于临界半径的粒子会继续回到溶液之中，随着饱和程度下降以及结晶核的数量增多，小于临界半径的溶质就会析出并且附着在粒子表面之上，经过漫长的吸附逐渐形成白云石晶体。

通过早期逐步互动的成岩作用，可以被更难融的相广泛替换，在空气流体平衡纯化学剂量，白云石矿物最终状态更无序，白云石化作用是反复溶解再沉淀的过程。只有保证白云石具有一定的渗透性，还有源源不断的Mg2+持续供给，才能够生成新的白云石。

4 结束语

总而言之，通过本次对白云石的主要化学特性进行研究，能够发现白云石作为一种赴Mg2+碳酸盐矿物，由于Mg2+和Ca2+的比值非常相似，是两者之间相互交替形成的晶体结构，所以白云石属于三方晶系碳酸盐矿物。大多数白云石会在湖泊、海水、大陆水区域、盐水回流区域形成，这一现象证明白云石的形成必须要处在高盐度的盐水之中，需要在地底经过长时间的与地台沉积物循环生成。在这一过程中，微生物代谢活动对白云石生成起到了无法替代的作用。

白云石作为亚稳定矿物，在早期形成的过程中会经过多次的埋藏与变质，将自身部分进行完全溶解，保证后期更加稳定。在白云石晶体不断生成的过程中，如果饱和溶液中的晶体粒子超过临界半径，则会作为核继续增长，如果没有达到临界半径，则会重新融入到与溶液之中，直至生成新的核表面，最终形成完整的白云石晶体。

参考文献：

[1]高星，张道锋，史云鹤等.鄂尔多斯盆地奥陶系马五5亚段白云石结构特征及成因[J].成都理工大学学报（自然科学版），2018，45（05）：575-584.

[2]万友利，王剑，付修根等.羌塘盆地南部古油藏带布曲组白云岩地球化学特征及成因机制[J].成都理工大学学报（自然科学版），2018，45（02）：129-141.

[3]冯诗海，李红，蒋佳俊等.华北秦皇岛地区柳江盆地马家沟组碳酸盐岩多期白云化作用[J].沉积学报，2017， 35（04）：664-680.