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铁锰结壳是一种生长在大洋洋底地势较高处(主要是海山)硬质基岩(或沉积物)上的富含铁、锰、钴、铂、稀土等金属元素的“壳状”沉积矿产,在陆地矿产资源日趋耗竭的形势下,勘探海洋资源、开发利用海洋资源已成为新世纪的热点,铁锰结壳由于其巨大的潜在经济价值及广阔的综合利用前景而受到人们的重视。磷酸盐化是铁锰结壳形成后,由于环境的水化学条件的变化,引起的铁锰结壳化学成分和矿物成分发生变化的一种改造作用,造成主要成矿元素钴、镍等的流失,因此进行磷酸盐化作用的研究对寻找开发高品位铁锰结壳有着重要意义。
磷和钇含量的突变通常作为判视老结壳层磷酸盐化的常用的指标。但结壳中钇有时却呈负异常,磷标准也没有形成统一的质量分数值,所以采用个别元素判别结壳是否发生磷酸盐化具有较大的局限性,需要建立多种磷酸盐化指标,才能更充分、完整的进行大洋磷酸盐化作用的研究工作。结壳发生磷酸盐化的标志是碳氟磷灰石(CFA)矿物的出现,氟是铁锰结壳自生碳氟磷灰石的主要伴生元素,利用氟研究铁锰结壳的磷酸盐化具有潜在可行性,目前,尚未见国内外相关报道。
本研究采用X射线衍射、红外光谱、离子选择电极、等离子体光谱化学分析法等多种研究方法,对铁锰结壳进行地球化学研究,测定铁锰结壳中的氟,研究氟的地球化学特征,探讨氟对铁锰结壳磷酸盐化事件的指示作用,研究这些问题不仅对寻找优质铁锰结壳,正确评价铁锰结壳矿床至关重要,而且对利用铁锰结壳进行古海洋学和全球变化的研究工作,都具有重要的理论和现实意义。
研究结果表明,铁锰结壳样品中的氟主要赋存于铁氢氧化物相相,其次以锰氧化物结合态形式存在,极少量氟赋存于离子交换态、碳酸盐态。结壳中的氟主要来源于海洋有机质的分解,并富集于受到磷酸盐化作用的结壳层段中,氟对铁锰结壳的磷酸盐化作用有较为灵敏的指示作用。因此,我们认为铁锰结壳中氟的分布特征能够反映结壳受到磷酸盐化作用的影响,是指示大洋磷酸盐化事件的一个甚具潜力的指标。