高温高压下钠长石熔体结构及水的溶解机理实验研究

通过对高温高压下钠长石熔体结构及水在钠长石熔体中溶解机制的Raman和FTIR光谱实验研究，可以得出以下结论：（1）随着压力升高（1bar-2.0GPa）NaAlSi_3O_8熔体玻璃Raman光谱的低频区（50-650cm~(-1)）不断变窄并向高频方向移动，同时高频区（850-1300cm~(-1)）不断变窄且向低频区方向移动，这表明随着压力升高T-O-T为（T = Si, Al）键角（0）不断减小，并且分布范围变窄，T－O－T键角这种变化从而可使T－O键的力常数减小，导致键强减弱，另外，580cm~(-1)谱峰强度随着压力升高不断减弱，并在0.8-1.0GPa时最为显著，这是由于在0.8-1.0GPa时包含（Si, Al）的平面三元环结构的“垮塌“造成的。此外，钠长石熔体结构随压力升高的这种变化特征与对其粘度的研究是相符的；（2）水在钠长石熔体中同时以OH和H_2O形式存在，这分别对应于FTIR光谱中的4500cm~(-1)及5200cm~(-1)谱峰。根据对水在钠长石熔体中溶解类型的红外光谱研究以及热力学计算都表明，在溶解初期水主要以OH存在于熔体中，此时H_2O含量相对较低；随着熔体中水含量的升高，OH所占比例越来越低，而H_2O分子则成为主要的溶解类型；（3）根据对含水钠长石玻璃的Raman和FTIR光谱研究，并结合Kohn等的MAS NMR结果，认为H_2O在NaAlSi_3O_8熔体中的溶解作用同时存在两种机制：一方面H_2O与Al-O°-Al 结构单元反应发生解聚作用而生成Q~3 Al-OH，并造成Raman光谱中900cm~(-1)谱峰的出现；另一方面水中的H~+与钠长石熔体中的Na~+发生转换作用成为电荷平衡离子。水在钠长石熔体中的溶解作用可表示为：H_2O + 3NaAlSi_3O_8 = 2NaAl(OH)Si_3O_(7.5) + HAlSi_3O_8 + NaOH 考虑到水在熔体中的溶解类型与水含量的关系以及熔体粘度的变化，在溶解初期水的溶解机制以生成Al-OH为主，随着水含量的升高，H~+与Na~+之间的置换作用变得愈加重要。