鐵氧化物與粘土礦物的交互作用特點及其機理.pdf

1、鐵、鋁(氫)氧化物與高嶺石是我國南方紅壤區(qū)土壤中主要和活躍的組成成分，它們之間的交互作用對了解土壤團聚體的形成、保護土壤質(zhì)量、闡明巖土力學(xué)性質(zhì)等方面具有重要的科學(xué)意義。本文以土壤中氧化鐵存在的狀態(tài)為依據(jù)，實驗室模擬合成了系列晶質(zhì)、非晶質(zhì)氧化鐵、鐵鹽-高嶺石復(fù)合物，采用X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM/EDS)、紅外(IR)等方法分析了它們相互作用過程中的晶型、形貌、化學(xué)鍵等性質(zhì)，探討了二者膠結(jié)特點。取得的主要結(jié)果有： 1

2、、赤鐵礦、針鐵礦-高嶺石機械混合的包被反應(yīng)。(1)復(fù)合產(chǎn)物的XRD圖譜中高嶺石的特征衍射峰強度相對減弱，有些甚至消失，表明高嶺石可能被氧化鐵包被或者是覆蓋。(2)SEM下觀察表明，在高嶺石表面存在氧化鐵，EDS結(jié)果顯示復(fù)合物中任意點分析都含一定量的鐵，但含量較低，復(fù)合過程中氧化鐵對高嶺石有一定的包被，但包被效果不好。(3)復(fù)合前后IR圖譜中Fe-O鍵和高嶺石中的Si-OH均發(fā)生了變化，二者之間可能形成了氫鍵的聯(lián)結(jié)，而非簡單地覆蓋。針鐵礦

3、、赤鐵礦與高嶺石均可形成有化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)的包被，赤鐵礦包被效果較針鐵礦好，但二者與高嶺石的包被反應(yīng)都不完全。 2、非晶質(zhì)氧化鐵-高嶺石向晶質(zhì)氧化鐵-高嶺石轉(zhuǎn)化特點。(1)老化時間的影響：隨著老化時間的延長，復(fù)合物的XRD圖譜中氧化鐵衍射峰強度逐漸加強，高嶺石的衍射峰強度相對減弱、直到消失；SEM/EDS分析表明復(fù)合物中鐵含量隨著老化時間的延長而增加，上層清夜中鐵含量相應(yīng)降低，說明隨著老化時間的延長，氧化鐵由非晶型向晶型轉(zhuǎn)化越完全，對

4、高嶺石表面的包被也越完全。(2)老化溫度的影響：在實驗范圍內(nèi)的老化溫度(25℃、40℃、60℃)對氧化鐵由非晶型向晶型轉(zhuǎn)化無明顯影響。(3)IR分析結(jié)果表明：復(fù)合老化后，高嶺石中Si-OH鍵周圍的化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化，可能與水鐵礦中Fe-OH鍵形成氫鍵，二者之間形成有化學(xué)鍵連接的包被復(fù)合反應(yīng)。包被效果較機械混合好。 3、不同離子形態(tài)鐵(Fe2+、Fe3+)-高嶺石的復(fù)合轉(zhuǎn)化特點。(1)老化時間、溫度的影響。XRD、SEM/EDS分析

5、表明老化時間越長，復(fù)合物中鐵的含量越高，生成的晶質(zhì)氧化鐵越多，包被反應(yīng)越完全；在實驗范圍內(nèi)的老化溫度(25℃、40℃、60℃)對氧化鐵由非晶型向晶型轉(zhuǎn)化無明顯影響。(2)XRD、SEM/EDS、IR分析結(jié)果表明：氧化鐵是在非晶型向晶型轉(zhuǎn)化過程中與高嶺石形成包被，且氧化鐵中的Fe-OH鍵與高嶺石中Si-OH鍵形成氫鍵，使得Si-O及Fe-O的吸收峰向低波數(shù)方向移動。二者之間形成有化學(xué)鍵連接的包被反應(yīng)。Fe3+-高嶺石的復(fù)合轉(zhuǎn)化較Fe2+-

6、高嶺石充分，且Fe2+、Fe3+-高嶺石的復(fù)合包被反應(yīng)效果都較機械混合好，較水鐵礦-高嶺石弱。 4、單體、復(fù)合物的比表面、孔徑分布特征。非晶型水鐵礦比表面積(256.8m2/g)最大，其次是赤鐵礦(103.1m2/g)。而晶型赤鐵礦與高嶺石混合所得物(72.1m2/g)的比表面又大于Fe3+(38.2m2/g)、Fe2+(35.3m/g)與高嶺石復(fù)合反應(yīng)形成混合物的比表面。復(fù)合物比表面積都大于單體的高嶺石(28.6m2/g)。無