熱液實驗的氧逸度原位控制與拉曼光譜分析 (<300℃): 以Sn-Cl為例
近日，深海極端環境模擬研究實驗室周義明研究員、博士研究生王若衡與已畢業的博士研究生方京在《Geochemical Perspectives Letters 》上發表了題為“In situ redox control and Raman spectroscopic characterisation of solutions below 300 ℃”的文章。
錫（Sn）是清潔能源、信息產業、航空航天及國防工業等諸多高新技術領域不可或缺的關鍵金屬，因此有關錫成礦作用是近幾年來地質研究中熱點問題。錫作為變價元素之一，氧逸度對成礦流體中錫的運移和存在形式都有著十分重要的影響。但是有關在熱液鹵水中錫與鹵族元素配合形式的研究目前還存在較多爭議。特別是由于原位氧逸度控制和測量技術的缺失，在不同氧逸度條件受控情況下的錫氯絡合物的組成及形態缺乏詳細、準確的研究。本研究設計并使用可原位控制氧逸度的熔融毛細硅管反應腔(FSCC)對SnCl4 + HCl混合溶液進行了可控的還原實驗，并使用激光拉曼光譜儀原位監測整個反應過程。通過在一定溫度、壓力及氧逸度條件下對FSCC內的樣品進行原位拉曼光譜分析，避免了快速淬火過程對實驗結果產生的影響。實驗結果顯示: (1) H2在反應腔中實現滲透平衡的速率遠大于SnII與SnIV之間達到化學平衡的時間，實驗進行過程中氫分壓穩定，樣品受到有效的氧逸度控制; (2) 125至300 oC、無外加氫氣的條件下，0.5 m SnCl4 + 0.5 m HCl混合溶液處于過飽和狀態，錫石析出并穩定存在; (3) 300 oC、0.2 bar H2條件下SnIV-Cl還原速率較慢, 286 h仍未達到平衡，氫氣分壓提高到1.3 bar后還原速率明顯增加,在48 h后幾乎達到平衡； （4） 300 oC、0.2 bar H2條件下，參與還原反應的SnIV-Cl絡合物主要是SnIVCl5(H2O)-。上述發現對建立健全的錫礦化機制至關重要。
圖. 300℃，錫在氧逸度受控條件下的存在形式
論文信息：
Chou, I.M., Wang, R.H., and Fang, J., 2021, In situ redox control and Raman spectroscopic characterisation of solutions below 300 ℃. Geochemical Perspectives Letters, v. 20, 1-5. DOI: 10.7185/geochemlet.2135.
