第七届青年地学论坛

氧化锰矿物广泛存在于陆生和水体环境中，由于其常带负电荷和颗粒细小等特点，天然氧化锰矿物通常会以吸附和同晶替代等方式富集 Co等过渡金属元素，从而影响其在环境中的迁移转化和分布。氧化锰矿物通常表现为层状和隧道两种结构类型，且在自然环境中，层状结构氧化锰可以转化为隧道结构，由于不同构型的氧化锰矿物对异质金属元素容纳能力的差异，在这一转化过程中常常伴随着异质金属元素的迁移转化；而另一方面，异质金属元素的存在亦会对该矿相转化过程有显著影响。Co是氧化锰矿物中最常见的金属元素之一，也是重要的生命必须元素，它在环境中的迁移和归趋强烈的受到氧化锰矿物的影响，然而Co在层状氧化锰向隧道结构转化过程中的地球化学行为以及对该过程的影响并不清楚。
本研究借助XRD、FTIR、HRTEM、Mn/Co K-edge XAFS等技术手段和方法从化学组成、晶体学、微观形貌和元素局部配位环境等多个维度探究了含Co层状氧化锰矿物向不同隧道结构的转化过程。研究发现：1）Co主要（~80%）以同晶置换的方式存在于层状氧化锰晶体结构中，且向所有隧道结构氧化锰转化过程，Co均保留在固相中；2）Co的存在抑制了向钙锰矿（3×3隧道）的转化，导致了层状钴土矿的生成，且Co主要存在于钙锰矿晶体结构中只含共边配位的位点（Mn1/Mn3），难以赋存于包含共角顶配位的位点（Mn2/Mn4）；3）Co在形成的锰钡矿（2×2）中主要（~84%）占据Mn的位点；在向六方锰矿（1×1和1×2）转化过程中，~19%的Co从结构中排出，导致~41%的Co吸附在六方锰矿的表面。
本研究证实Co更容易在层状氧化锰矿物或较大的隧道结构氧化锰矿物中富集，而难以在小的隧道结构氧化锰中存在。Co在层状氧化锰矿物中的富集，抑制了其向隧道结构矿物的转化，使层状氧化锰矿物可以稳定存在于环境中。
 

XAFS,层状氧化锰,隧道结构氧化锰,Co,局部配位环境