TEM案例分享-溶型铝土矿的纳米颗粒研究

铝作为一种常见的金属材料，对国民经济建设和发展起重要作用，其需求量很大。铝是从铝土矿中提炼而来的，而岩溶型铝土矿床作为铝土矿床的必备类型，通常拥有中等品位的大型-超大型储量。

桂西铝土矿成矿带分布在平果、那豆、太平、教美、德保、靖西、龙合、田阳等铝土矿集中区，如下图（图中黄色圆点代表了铝土矿集中区，红线代表地质断层）。靖西铝土矿是成矿带最大的铝土矿资源，净储量约5600万吨。该矿床成矿特征突出，是广西西部典型的岩溶型铝土矿床。

研究表明，岩溶型铝土矿床存在复杂的矿化过程，Si、Al和Ti在该过程中的迁移比较复杂，目前关于铝土矿矿床中纳米水平元素迁移的研究还比较少。目前关于铝土矿的研究通常是通过地质学、岩石学、矿物学、地球化学性质和其他宏观方法来进行的，而近年来，随着TEM在地球科学中的应用，研究者们在各种类型的矿床中发现了大量的纳米矿物颗粒，这些矿物颗粒与成矿物质的赋存状态和元素的迁移机制密切相关。因此，对矿物进行纳米尺度上的研究，将有助于加深对铝土矿的认知理解，促进勘探工作的开展。

该研究的样品采集于广西靖西铝土矿床近地表，是类似土壤的块状矿石。利用扫描电镜和透射电镜对样品进行了形貌观察和成分分析。扫描电镜测试样品的表面进行了喷碳处理。

本论文采用了SEM和TEM来对合金微观结构进行表征，用EDS作成分分析。

铝土矿样品在SEM下的形貌如下图，可以许多不同大小的纳米颗粒，尺寸分布呈双峰型，多数在30-50nm之间，大的超过500nm，大多团聚在一起。

对纳米颗粒进行进一步观察，发现它们由不同形状的纳米颗粒聚集而成，如下图。图a可以看出一个数百纳米的颗粒内部包含着若干更小的，形状各异的颗粒。

利用EDS面扫描可以得到元素的分布情况，如下图。可以看到，Al和Si基本均匀分布，而Fe和Ti则只分布在某些颗粒上。

现在我们先进一步放大观察上面图中的某些小颗粒，如下图。利用TEM的高分辨图像，我们可以直观地看到小颗粒的晶格结构。图b是图像经过FFT变换处理后的斑点图，反映了颗粒的晶体结构。为了直观起见，我们只需要看图d，从图中可以简单地看到颗粒晶面间距大小为0.27nm，与硬水铝石的（110）晶面间距相吻合。

在尺寸较大的颗粒中还发现了石墨颗粒，如下图。下图展示了一个尺寸超过500nm的颗粒形貌，图a区域放大展示为图c，可以直观地看见层状结构。EDS分析表明主要为碳元素，为了进一步确认其结构，可以继续放大，如图d，这样就能直观看出来每层之间的间距，约为0.35nm，与石墨片层间距符合。

本研究还检测了更多的纳米颗粒，并且根据检测结果，推测其矿物来源及成矿过程，此处不再详述。

经过一系列表征与分析，论文得出结论如下：

●靖西铝土矿样品的纳米颗粒的大小从30 – 50纳米到500纳米以上不等，形状各异，大多数形成聚集体，只有少数以单体形式存在。

●成分检测检出了Al、Ti、Fe、Si、C、O和其他元素。通过形态和化学测试，这些纳米颗粒随后被鉴定为硬水铝石、金红石、石墨和针铁矿矿物。研究表明，靖西铝土矿床由多种不同矿物的纳米矿物组成。矿物中铝元素的存在表明铝土矿成矿物质起源于陆地。

● 粘土岩和金红石纳米颗粒的存在提供了火山岩是铝土矿成矿物质来源之一的证据。此外，对纳米矿物颗粒的研究证实了靖西铝土矿床的成矿环境为碱性还原环境。识别这些纳米颗粒可以为研究铝土矿的成因、成矿环境、形成过程和元素迁移提供参考。