未来的金属矿资源-洋底锰结核

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1、未来的金属矿资源——洋底锰结核2010级应用化学黄士飞主要内容一、发现二、成因三、成分四、分布五、开发六、中国的大洋锰结核勘探一、发现1873年2月18日，英国海洋调查船“挑战者”号在大西洋加那利群岛的费罗岛西南大约300千米处用拖网采集到一种奇怪的“鹅卵石”。1882年，约·雷默爵士和地质学家雷纳教授进行研究后将其定名为“锰结核”。早在中世纪的瑞典，晚到十九世纪的魁北克，人们一直在断断续续地从湖泊中开采锰结核。十九世纪九十年代德国“瓦迪维亚”号，1899-1900年、1904-1905年美国渔业委员

2、会“信天翁”号开展了采集锰结核的早期考察。二十世纪六十年代以来，随着世界金属工业迅速发展，各国对深海锰结核的调查、勘探、开采技术和工艺处理等方面的研究不断取得进展。锰结核是怎样形成的呢？科学家估计，地球已有50亿年的历史，在这过程中，它在不断地变动。通过地壳中岩浆和热液的活动，以及地壳表面剥蚀搬运和沉积作用，形成了多种矿床。雨水的冲蚀使地面上溶解一部分矿物质流入了海内。在海水中锰和铁本来是处于饱和状态的，由于这种河流夹带作用，使这两种元素含量不断增加，引起了过饱和沉淀，最初是以胶体太的含水氧化物沉淀出

3、来。在沉淀过程中，又多方吸附铜、钴等物质并欲岩石碎屑、海洋生物遗骨等形成结核体，沉到海底后又随着底流一起滚动，象滚雪球一样，越滚越大，越滚越多，形成了大小不等的锰结核。二.成因成因1、纯物理化学机理2OH-+Mn2++1/2O2=MnO2+H2O洋底沉积物：富含有机物，还原性深层大洋水：富含O2，氧化性Fe(Ⅱ)Mn(Ⅱ),易迁移Fe(Ⅲ)Mn(Ⅳ)，不易迁移2Fe2++2O2+2OH-=Fe2O3+H2O二、成因A、在研究中人们发现锰的氧化和沉淀必须要有一个反应表面。一般这个表面由结核核心的表面或

4、早于锰氧化物沉淀在核心表面的铁氧化物表面来承担；B、沉淀下来的MnO2可以吸附其它Mn2+被氧化沉淀下来；C、在结核的生长过程中，一种矿物可以外延共生在另一种矿物之上；D、铁锰氧化物胶态球粒会在早期沉淀时絮凝微粒碎屑物质，后期经重结晶和分凝形成结核的同心圈层构造。E、结核的形成、生长速度是变化的。二、成因二、成因2、微生物作用光学显微镜图像含有浮游论证了锰氧化物结节(a,b)208-1265磅-18-样品-H--CC和(C、D)样品208-1265磅-27--H--CC。值得注意的是本质柔软结节的展现

5、在D。二、成因大量生物构造的出现表明微生物对结核的生长有一定的作用，但究竟是（1）、微生物富集和分泌铁和锰作为其自身生命过程的一部分？（2）、微生物的生命过程间接地形成了有利于锰结核形成的物理化学环境？？三、成分锰矿物主要为钡镁锰矿、钠水锰矿和δMnO2(用过二硫酸铵((NH4)2S2O8)氧化Mn(Ⅱ)盐制备δ-MnO2.比较了反应过程中Mn2+与OH-的摩尔比、反应温度、(NH4)2S2O8用量等因素对MnO2晶型的影响.用X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)分析了制得的δ-MnO2的结构.测试

6、了样品的热性能和循环伏安、恒电流充放电性能.结果表明所制备的δ-MnO2具有良好的层状结构,热稳定性能较好,放电容量较高(约160mA·h/g,2.0～4.5V).，三者结晶程度依次降低，钡镁锰矿形成于Eh（氧化还原电位）高的环境中，δMnO2形成于Eh低的环境中，钠水锰矿形成于过渡环境。另外还有软锰矿、斜方锰矿、恩苏塔矿、隐钾锰矿和硬锰矿。氧化还原电位oxidation-reductionpoten-tial，redoxpotential不论反应形式如何，所谓氧化即失去电子，所谓还原即得到电子，一定

7、伴有电子的授受过程。当将白金电极插入可逆的氧化还原系统中，就会将电子给与电极，并成为与该系的还原能力大小相应电位的半电池。将它与标准氢电极组合所测得的电位即为该系的氧化还原电位。氧化还原电位值Eh是由氧化型H2还原型的自由能（或平衡常数），pH，氧化型与还原型量的比[ox]／[red]等因子所决定。氧化还原电位oxidation-reductionpoten-tial，redoxpotential不论反应形式如何，所谓氧化即失去电子，所谓还原即得到电子，一定伴有电子的授受过程。当将白金电极插入可逆的氧

8、化还原系统中，就会将电子给与电极，并成为与该系的还原能力大小相应电位的半电池。将它与标准氢电极组合所测得的电位即为该系的氧化还原电位。氧化还原电位值Eh是由氧化型H2还原型的自由能（或平衡常数），pH，氧化型与还原型量的比[ox]／[red]等因子所决定。中大多数铁矿物为非晶质的，含水氢氧铁聚合物是主要铁矿物锰结核。结核中的次要矿物和副矿物多而分散。有石英、长石、云母、橄榄石黑硬绿泥石、辉石、闪石、葡萄石、粘土矿物、沸石、磷灰石、方解石、文石、金红石、锐