Khoáng vật oxit mangan: Cấu trúc tinh thể và tầm quan trọng kinh tế và môi trường

Jeffrey E. Post1
1Department of Mineral Sciences, Smithsonian Institution, Washington, DC 20560-0119, USA.

Tóm tắt

Các khoáng vật oxit mangan đã được sử dụng trong hàng nghìn năm—bởi người xưa để chế tạo thuốc nhuộm và làm trong suốt kính, và ngày nay là quặng mangan, xúc tác, và vật liệu cho pin. Hơn 30 khoáng vật oxit mangan xuất hiện trong nhiều bối cảnh địa chất khác nhau. Chúng là thành phần chính của các hạt mangan trải rộng trên diện tích lớn của đáy đại dương và đáy nhiều hồ nước ngọt. Các khoáng vật oxit mangan có mặt khắp nơi trong đất và trầm tích và tham gia vào nhiều phản ứng hóa học ảnh hưởng đến nước ngầm và thành phần đất. Sự xuất hiện điển hình của chúng dưới dạng hỗn hợp hạt mịn khiến việc nghiên cứu cấu trúc nguyên tử và hóa học tinh thể của chúng trở nên khó khăn. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nghiên cứu sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua và các phương pháp nhiễu xạ tia X bột và neutron đã cung cấp những hiểu biết mới quan trọng về cấu trúc và tính chất của những vật liệu này. Cấu trúc tinh thể của todorokite và birnessite, hai trong số các khoáng vật oxit mangan phổ biến hơn trong các mỏ trên đất liền và hạt đại dương, đã được xác định bằng dữ liệu nhiễu xạ tia X bột và phương pháp tinh chỉnh Rietveld. Do các đường hầm lớn trong todorokite và các cấu trúc liên quan, có nhiều sự quan tâm trong việc sử dụng những vật liệu này và các đồng thúc đẩy tổng hợp như là xúc tác và tác nhân trao đổi cation. Các khoáng vật thuộc nhóm birnessite có cấu trúc lớp và dễ dàng trải qua các phản ứng oxy hóa khử và phản ứng trao đổi cation, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát hóa học nước ngầm.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

K K Turekian, K L Wedepohl Geol Soc Am Bull 72, 175–192 (1961).

D A Crerar, R K Cormick, H L Barnes Geology and Geochemistry of Manganese, eds I M Varentsov, Gy Grasselly (E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart) 1, 293–334 (1980).

10.1007/978-94-017-2174-5

S Roy Manganese Mineralization: Geochemistry and Mineralogy of Terrestrial and Marine Deposits, eds K Nicholson, J R Hein, B Bühn, S Dasgupta (Geological Society, London, , Spec. Pub. 119, pp. 5–27. (1997).

, eds W T Lankford, N L Samways, R F Craven, H E McGannon (Assoc. of Iron and Steel Engineers, Pittsburgh, PA The Making, Shaping, and Treating of Steel, 1984).

Mineral Industry Surveys: Manganese (U.S. Geological Survey, Reston, VA, 1998).

D A Crerar, H L Barnes Geochim Cosmochim Acta 38, 279–300 (1974).

J Murray, A F Renard Report on the Scientific Results of the Exploration Voyage of H.M.S. Challenger (Neill and Co., Longon, 1891).

H W Menard, C J Shipek Nature (London) 182, 1156–1158 (1958).

J P Riley, P Sinhaseni J Mar Res 17, 466–482 (1958).

J L Mero Marine Manganese Nodules, ed G P Glasby (Elsevier, Amsterdam), pp. 327–355 (1977).

D R Horn, B M Horn, M N Delach Ferromanganese Deposits on the Ocean Floor, ed D R Horn (Lamont-Doherty Observatory, Columbia Univ., New York), pp. 9–17 (1972).

D S Cronan, J S Tooms Deep-Sea Res 14, 117–119 (1967).

T L Ku, G P Glasby Geochim Cosmochim Acta 36, 699–703 (1972).

E A Crecelius, R Carpenter, R T Merrill Earth Planet Sci Lett 17, 391–396 (1973).

P A Rona, R N Harrison, B G Bassinger, R B Scott, A J Nalwalk Geol Soc Am Bull 87, 661–674 (1976).

J R Hein, A Koschinsky, P Halbach, F T Manheim, M Bau, J Kang, N Lubick Manganese Mineralization: Geochemistry and Mineralogy of Terrestrial and Marine Deposits, eds K Nicholson, J R Hein, B Bühn, S Dasgupta (Geological Society, London, , Spec. Pub. 119, pp. 123–138. (1997).

R G Burns, V M Burns Marine Manganese Nodules, ed G P Glasby (Elsevier, Amsterdam), pp. 185–248 (1977).

S S Barnes Science 157, 63–65 (1967).

G P Glasby Mar Geol 13, 57–72 (1972).

P B Weisz J Catal 10, 407–408 (1968).

S Wu, C Chu Atmos Environ 6, 309–317 (1972).

H L Ehrlich Ferromanganese Deposits on the Ocean Floor, ed D R Horn (Lamont-Doherty Observatory, Columbia Univ., New York), pp. 63–70 (1972).

B M Tebo, W C Ghiorse, L G van Waasbergen, P L Siering, R Caspi Geomicrobiology: Interactions Between Microbes and Minerals, eds J F Banfield, K H Nealson (Mineral. Soc. Am., Washington, DC, , Rev. Min. 35, pp. 225–266. (1997).

T T Chao, P K Theobald Econ Geol 71, 1560–1569 (1976).

K Nicholson, M Eley Manganese Mineralization: Geochemistry and Mineralogy of Terrestrial and Marine Deposits, eds K Nicholson, J R Hein, B Bühn, S Dasgupta (Geological Society, London, , Spec. Pub. 119, pp. 309–326. (1997).

J W Murray Geochim Cosmochim Acta 39, 505–519 (1975).

E A Jenne Trace Inorganics in Water (Am. Chem. Soc., Washington, DC, , ACS Advances in Chemistry Series, Vol. 73, pp. 337–387. (1968).

L B Young, H Harvey Geochim Cosmochim Acta 56, 1175–1186 (1992).

W Yao, F J Millero Environ Sci Technol 30, 536–541 (1996).

R H Carpenter, G D Robinson, W B Hayes J Geochem Explor 10, 75–89 (1978).

P R Whitney J Geochem Explor 4, 251–263 (1975).

V S Prasad, M Chaudhuri Aqua 44, 80–82 (1995).

C J Lind, J H Hem Appl Geochem 8, 67–80 (1993).

B G Prusty, K C Sahu, G Godgul Chem Geol 112, 275–291 (1994).

P H Towler, J D Smith, D R Dixon Anal Chim Acta 328, 53–59 (1996).

J F Todd, R J Elsinger, W S Moore Mar Chem 23, 393–415 (1988).

C L Wei, J W Murray Deep-Sea Res 38, 855–873 (1991).

R M Taylor, R M McKenzie, K Norrish Austr J Soil Res 2, 235–248 (1964).

D C Golden, J B Dixon, Y Kanehiro Austr J Soil Res 31, 51–66 (1993).

M J Scott, J J Morgan Environ Sci Technol 18, 807–815 (1996).

A Manceau, L Charlet J Colloid Interface Sci 148, 425–442 (1992).

P M Huang Rates of Soil Chemistry Processes, eds D L Sparks, D L Suarez (Soil Sci. Soc. Am., Madison, WI), pp. 191–230 (1991).

W Driehaus, R Seith, M Jekel Water Res 29, 297–305 (1995).

D C Golden, C C Chen, J B Dixon Science 231, 717–719 (1986).

J J Morgan, W Stumm Adv Water Pollut Res 1, 103–118 (1965).

J E Post, D L Bish Modern Powder Diffraction, eds D L Bish, J E Post (Mineral. Soc. of Am., Washington, DC, , Rev. in Mineralogy 20, pp. 277–308. (1989).

J E Post, D L Bish Am Mineral 73, 861–869 (1988).

J E Post, D R Veblen Am Mineral 75, 477–489 (1990).

10.1073/pnas.94.23.12263

J E Post, R B Von Dreele, P R Buseck Acta Crystallogr B 38, 1056–1065 (1982).

S Turner, J E Post Am Mineral 73, 1155–1161 (1988).

E A Yanchuk Lithol Miner Res 12, 733–737 (1977).

D G Schulze, S R Sutton, S Bajt Soil Sci Soc Am J 59, 1540–1548 (1995).

J E Post Biomineralization, Processes of Iron and Manganese, eds H C W Skinner, R W Fitzpatrick (Catena Verlag, Cremlingen-Destedt, Germany), pp. 51–73 (1992).

W H Baur Acta Crystallogr B 32, 2200–2204 (1976).

A M Byström Acta Chem Scand 3, 163–173 (1949).

W K Zwicker, W O J G Meijer, H W Jaffe Am Mineral 47, 246–266 (1962).

M Nambu, K Tanida J Jpn Assoc Mineral Petrol Econ Geol 58, 39–54 (1967).

J E Post, D L Bish Am Mineral 74, 913–917 (1989).

J E Post, D E Appleman Am Mineral 79, 370–374 (1994).

J E Post, D E Appleman Am Mineral 73, 1401–1404 (1988).

F V Chukhrov, A I Gorshkov, E J Rudnitskaya, V V Berezovskaya, A V Sivtsov Izv Akad Nauk SSSR, Ser Khim 6, 5–19 (1978).

H Dachs Zeit Kristall 118, 303–326 (1963).

L S D Glasser, L Ingram Acta Crystallogr B 24, 1233–1236 (1968).

O Bricker Am Mineral 50, 1296–1354 (1965).

K Satomi J Phys Soc Jpn 16, 258–265 (1961).

S Geller Acta Crystallogr B 27, 821–828 (1971).

S Sasaki, K Fujino, Y Takeuchi, R Sadanaga Acta Crystallogr A 36, 904–915 (1980).

R M Potter, G R Rossman Am Mineral 64, 1219–1226 (1979).

S Turner Ph.D thesis (Arizona State Univ., Tempe, 1982).

F T Manheim Symposia on Marine Chemistry, eds D R Schink, J T Corless (Occasional Publications, Univ. of Rhode Island, Kingston) 3, 217–276 (1965).

H U Beyeler Phys Rev Lett 37, 1557–1560 (1976).

A E Ringwood, S E Kesson, N G Ware, W Hibberson, A Major Nature (London) 278, 219–223 (1979).

A E Ringwood, A F Reid Acta Crystallogr 23, 1093–1099 (1967).

S Turner, P R Buseck Science 203, 456–458 (1979).

M Fleischer, W E Richmond Econ Geol 38, 269–286 (1943).

S Turner, P R Buseck Science 212, 1024–1027 (1981).

F V Chukhrov, A I Gorshkov, A V Sivtsov, V V Beresovskaya Izv Akad Nauk SSSR, Ser Khim 12, 86–95 (1978).

J Ostwald Mineral Mag 50, 336–340 (1986).

V M Burns, R G Burns Earth Planet Sci Lett 39, 341–348 (1978).

Y F Shen, R P Zerger, R N Deguzman, S L Suib, L McCurdy, D I Potter, C L O’Young Science 260, 511–515 (1993).

K W Mandernack, J E Post, B M Tebo Geochim Cosmochim Acta 59, 4393–4408 (1995).

D R Dasgupta Mineral Mag 35, 131–139 (1965).

W Feitknecht, W Marti Helv Chim Acta 28, 129–148 (1945).

C Frondel Am Mineral 38, 761–769 (1953).

W Feitknecht, P Brunner, H R Oswald Z Anorg Allg Chem 316, 154–160 (1962).

10.2113/gsecongeo.78.6.1108

J Ostwald Mineral Mag 48, 383–388 (1984).

J Ostwald Ore Geol Rev 4, 3–45 (1984).

A Manceau, S Llorca, G Calas Geochim Cosmochim Acta 51, 105–113 (1987).

F V Chukhrov, A I Gorshkov, V I Vitovskaya, V A Drits, A V Sivtsov, Y S Rudnitskaya Int Geol Rev 24, 598–604 (1982).

G Yan, S Zhang, M Zhao, J Ding, D Li Acta Mineral Sinica 121, 69–77 (1992).

J D Grice, B Gartrell, R A Gault, J Van Velthuizen Can Mineral 32, 333–337 (1994).

L J P Jones, A A Milne Mineral Mag 31, 283–288 (1956).

R Giovanoli, W Feitknecht, F Fischer Helv Chim Acta 54, 1112–1124 (1971).

R G Burns, V M Burns, H W Stockman Am Mineral 68, 972–980 (1983).

R Giovanoli Am Mineral 70, 202–204 (1985).

G O Arrhenius, A G Tsai Scripps Inst Oceanogr 81–28, 1–19 (1981).

J Ostwald, J V Dubrawski Neues Jahr Mineral Monatsh 157, 19–34 (1987).

R Giovanoli, P Bürki Chimia 29, 114–117 (1975).

E Paterson, D R Clark, J D Russell, R Swaffield Clay Minerals 21, 957–964 (1986).

R Giovanoli, G Arrhenius The Manganese Nodule Belt of the Pacific Ocean, eds P Halbach, G Friedrich, U von Stackelberg (Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart), pp. 20–37 (1988).

R Giovanoli Miner Deposita 15, 251–253 (1980).

B Mason Am Mineral 29, 66–69 (1944).