硼在共存水蒸氣-富硼熔體之間分配的實(shí)驗(yàn)研究及其地質(zhì)意義

張 生, 陳根文, SEWARD T M, 王玉榮, 胡光黔

(1. 中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510640; 2. 惠靈頓維多利亞大學(xué), 地理、環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院, 新西蘭 惠靈頓, 郵箱 600; 3. 中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東廣州 610640)

0 引 言

硼是地殼巖石中廣泛分布的組分, 屬于親石元素, 但不相容于大多數(shù)常見的成巖礦物, 而傾向于優(yōu)先富集在后期花崗巖漿、偉晶巖漿以及出溶的富揮發(fā)分流體中[1–3]。硼在殘余熔體和溶液中的富集主要?dú)w因于它的小離子半徑和明顯的親水性。目前,硼作為重要的地球化學(xué)指示劑、示蹤劑與同位素(11B和10B), 對(duì)研究特定構(gòu)造背景下的巖石學(xué)過程(如俯沖帶作用、殼幔循環(huán))、儲(chǔ)庫源的性質(zhì)和演化、巖漿-熱液分異作用、火山噴氣作用、水文地質(zhì)等都有重要意義[4–6]。

硼的地球化學(xué)特性之一是具有高水溶性和揮發(fā)性, 易形成高揮發(fā)性的化合物或礦物, 如固體硼酸(H3BO3)、偏硼石(HBO2)、BF3、氟硼鈉石(NaBF4)、氟硼鉀石(KBF4)等[3]。B、F、P揮發(fā)分在后期偉晶巖熔體和流體(溶液和氣體)中的富集可導(dǎo)致多種含硼礦物的形成, 如電氣石、斧石、硼白云母、硼鈹石、硼鋰鈹?shù)V、硼錫錳礦等。因此, 硼對(duì)稀有元素和稀土元素型偉晶巖的形成及其礦化具有顯著作用[3,7,8]。此外, 在某些熱液-氣成型 Sn-W、Mo礦床和斑巖型Cu、Au礦床中, 也常見有電氣石化蝕變和電氣石的形成[9–12], 顯示出硼的氣相遷移與這些金屬礦化的密切關(guān)系, 硼的原生暈異常和電氣石化蝕變可以作為這些礦床的找礦標(biāo)志。

硼的揮發(fā)性決定了它在含水氣相中具有明顯的活動(dòng)性和遷移能力, 硼在氣體-溶液或氣體-熔體之間的分配對(duì)理解硼的地球化學(xué)行為以及工業(yè)技術(shù)方面的應(yīng)用是十分重要的。比如, 硼酸是核電站中普遍使用的控制核裂變的冷卻劑和中子抑制劑, 使用蒸發(fā)器從高壓輕水反應(yīng)堆的液態(tài)廢物中分離和回收硼酸就是利用硼的揮發(fā)性[13–14]。使用流動(dòng)的過熱水蒸氣(200～500 )℃也可從硼酸鹽礦石的硫酸分解物中提取硼, 產(chǎn)出率高達(dá)93%～98%[15]。在含硼流體和礦物出現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境中, 包括陸地和海底地?zé)?、洋中脊熱液噴口、偉晶巖中的袋狀晶洞、斑巖礦床的含礦角礫巖筒、火山升華殼等都顯示沸騰和含水氣相的存在, 硼在流體相分離過程中的分配行為及其氣態(tài)物種的形式可提供制約含硼礦物的形成條件、流體化學(xué)組成的變化趨勢、硼同位素分餾效應(yīng)和成礦金屬富集機(jī)制的有用信息[5,8,16–23]。

本文擬在 200～350 ℃條件下研究 B2O3-H2O體系中硼在共存水蒸氣-富硼熔體之間的分配,探討硼在氣相中的物種形式, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果有助于認(rèn)識(shí)巖漿-熱液過程中硼的氣相遷移能力以及火山、地?zé)岘h(huán)境中富硼氣體和天然硼酸的形成過程和機(jī)制。

1 實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法

實(shí)驗(yàn)方法與 Migdisov et al.[24]和 Archibald et al.[25]研究氯化銀和金在水蒸氣中的溶解度實(shí)驗(yàn)類似。實(shí)驗(yàn)使用數(shù)個(gè)內(nèi)徑為2.6 cm、深約20.3 cm的不銹鋼高壓釜, 容積為 104.386～104.905 mL。預(yù)先稱重過的石英玻璃管(內(nèi)徑 7 mm, 長 5～6 cm)內(nèi)放入0.1～0.3 g試劑級(jí)硼酸(H3BO3)晶體或氧化硼(B2O3)。用稱重過的純鈦絲將石英管支撐在高壓釜的中上部,釜底用注射器移入一定量的去離子超純水。水的總質(zhì)量(包括硼酸中的化學(xué)結(jié)合水)少于實(shí)驗(yàn)溫度下單一水蒸氣相的上限, 以保證實(shí)驗(yàn)溫度下釜底不會(huì)出現(xiàn)液態(tài)水。高壓釜的有效容積為總?cè)莘e減去石英管、鈦絲和硼酸的體積(由重量換算)。電子天平的稱重精度為0.001 g。

高壓釜放入內(nèi)部空氣循環(huán)的恒溫箱中加熱, 溫度為 200～350 ℃。反應(yīng)一段時(shí)間后, 將高壓釜置于流動(dòng)水池內(nèi)快速淬火。取出石英管, 用純水清洗外壁, 用濾紙吸干后稱重。石英管中的含硼實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物為頂部呈凹面的固態(tài)玻璃質(zhì)。然后將100 mL超純水倒入釜內(nèi)并攪拌, 以使淬火后凝結(jié)在高壓釜內(nèi)壁的硼酸全部溶解。最后將50 mL的上述洗液移入塑料瓶中, 加入 48%的 HF溶液 0.5 mL和 2 mol/L的(NH4)2SO4溶液 2 mL, 將洗液中的 H3BO3轉(zhuǎn)化為以待分析。

水溶液中硼的含量以Wood et al.[26]描述的離子選擇電極法分析, 即氟硼酸鹽電極與 Ag/AgCl雙接點(diǎn)參考電極聯(lián)用, 電動(dòng)勢(emf)與硼酸濃度關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線和水溶液的電位用瑞士Metrohm 736GP滴定儀(pH/mV計(jì))測定和記錄。標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線在H3BO3為10～3000 μg/g的區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)極佳的線性Nernstian關(guān)系, 相對(duì)于硼酸濃度的對(duì)數(shù)坐標(biāo)其斜率為56.3 mV,表明電極的靈敏度優(yōu)良。

根據(jù)洗液的硼酸含量和反應(yīng)前后石英管的重量變化, 可以確定實(shí)驗(yàn)條件下石英管中B2O3和H2O的得失量, 進(jìn)而可分別計(jì)算出石英管內(nèi)熔體和釜內(nèi)水蒸氣中的B2O3濃度。由于硼酸晶體的熔點(diǎn)為170.9 ,℃在實(shí)驗(yàn)溫度下固體硼酸熔化為液態(tài)或熔體相, 如果釜底初始的水量較高, 則少量的水氣將因平衡分配而溶解在熔體相中, 這被某些實(shí)驗(yàn)的石英管重量在反應(yīng)后不減反增所證實(shí), 盡管硼從熔體相揮發(fā)和分配至釜內(nèi)的蒸氣相中。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間、溫壓條件、初始物用量、蒸氣相和熔體相的組成、分配系數(shù)列于表 1。氣相的總壓力根據(jù)水蒸氣的壓力(p)-比容(ν)-溫度(θ)關(guān)系[27]計(jì)算得到。

由于實(shí)驗(yàn)條件下硼在共存水蒸氣和熔體(液體)之間的存在形式可能不同, 故定義硼在水蒸氣-熔體(液體)之間的表觀分配系數(shù)為:

Dv/l= Cv(B)/Cl(B) = Cv(B2O3)/Cl(B2O3)

式中: CV和Cl分別為硼(B或B2O3)在氣體(v)和液體(l)或熔體相中的濃度(如質(zhì)量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量摩爾濃度)。

為確定實(shí)驗(yàn)達(dá)到平衡狀態(tài), 進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),反應(yīng)時(shí)間為7～120 h。200 ℃和300 ℃時(shí)表觀分配系數(shù)隨時(shí)間的變化見圖1, 可見反應(yīng)48 h后分配系數(shù)趨于穩(wěn)態(tài)(圖1)。達(dá)到平衡后根據(jù)熔體的B2O3含量,200～300 ℃下熔體(液體)的組成為H3BO3(l) + H2O(l), 350 ℃下為 HBO2(l) + B2O3(l)。200～350 ℃氣相中的B2O3含量為1.06%～32.35%。200 ℃、250 ℃、300 ℃和 350 ℃時(shí)硼在氣體和熔體(液體)之間的表觀分配系數(shù)平均值分別為0.035、0.042、0.20和0.33?？梢婋S溫度升高, 硼在含水氣相中的分配和遷移能力呈增強(qiáng)趨勢。如溫度從200 ℃升至350 , ℃分配系數(shù)增大近1個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖1 200 ℃和300 ℃時(shí)硼的氣-液分配系數(shù)隨反應(yīng)時(shí)間的變化Fig.1 Boron distribution coefficient versus reaction time at 200 ℃ a nd 300 ℃

表1 B2O3-H2O體系中硼在氣體-熔體之間分配實(shí)驗(yàn)的條件和結(jié)果Table 1 Experimental conditions and results of boron distribution between vapor and melt in the B2O3-H2O system

前人對(duì)硼的氣-液分配系數(shù)曾進(jìn)行過許多研究, 包括實(shí)驗(yàn)測定和對(duì)地?zé)崴⒘黧w包裹體的實(shí)測[17–20,28–34], 但都限于硼濃度較低的水溶液體系(B2O3-H2O體系和B2O3-H2O-NaCl±CaCl2±KCl體系), 水溶液中 H3BO3的濃度最大為11.7%(即B2O3含量為6.59%)[31], 最低為0.005%[18]。與之不同的是, 本研究的熔體相(液體)中H3BO3含量高于48.1%(或B2O3含量高于27.07%),因而屬于富硼體系。不同溫壓和體系中硼在氣體-液體之間的分配系數(shù)(Dv/l)示于圖 2, 可見不同的研究者在某些溫度下獲得的分配系數(shù)值存在數(shù)倍的變化或差異。但總趨勢是, 隨溫度上升, 硼的分配系數(shù)增大, 且含水的富硼熔體與硼酸稀溶液體系的氣體-液體分配系數(shù)總體上變化不大, 這表明硼的氣-液分配能力受液體或熔體中硼含量的影響較小, 而主要與溫度有關(guān), 尤其當(dāng)溫度高于300 ℃時(shí)。此外, 影響表觀分配系數(shù)的因素還包括溶液或熔體中堿金屬的濃度和體系壓力。比如當(dāng)溶液為堿性(pH ＞ 9)或含有較高濃度的堿金屬離子時(shí), 由于硼在溶液中以揮發(fā)性較低的或硼酸鹽形式存在, 硼的表觀氣-液分配系數(shù)會(huì)明顯降低[30]。Liebscher et al.[20]在400 ℃、23.6～27.9 MPa和 450 ℃、38.6～41.8 MPa的 H2ONaCl-B2O3體系中發(fā)現(xiàn)硼的氣-液分配系數(shù)隨壓力增加而增大, 但Berndt et al.[19]的研究結(jié)果卻顯示相反的趨勢, Na-Ca-K-Cl-H2O體系中硼在蒸氣-鹽水之間的分配系數(shù)隨溫壓從425℃、34.6 MPa時(shí)的0.73下降為450 ℃、37.0 MPa時(shí)的0.59。

圖2大致顯示出450 ℃以下時(shí)硼的氣-液分配系數(shù)小于1, 溫度更高時(shí)分配系數(shù)可能會(huì)大于1, 表明此時(shí)硼相對(duì)于液相而言更傾向于在氣相中遷移。如Audétat et al.[33]使用 LA-ICP-MS 測定了巖漿-熱液型錫礦床流體包裹體的硼含量, 在528 ℃、57 MPa和595 ℃、88 MPa條件下獲得硼在氣體-鹽水之間的分配系數(shù)分別約為1.32和1.37; Schatz et al.[23]在800 ℃、100 MPa的細(xì)晶花崗巖-H2O-NaCl體系中研究了硼在熔體、鹽水、氣體之間的分配, 硼的氣體-熔體和氣體-鹽水分配系數(shù)分別為4.6和5.0, 表明在高溫高壓下硼呈氣態(tài)遷移的能力將更為強(qiáng)烈。

3 討 論

3.1 硼的氣態(tài)物種探討

硼在流體(溶液和氣體)和熔體中的存在形式和配位類型制約著硼的揮發(fā)和分配能力, 進(jìn)而影響硼的同位素分餾機(jī)制以及流體、巖石的同位素組成[16,22,35]。因此, 查明硼的物種形式是十分必要的。硼的氣態(tài)化學(xué)物種一般包括硼的(氫)氧化物(如B2O3、H3BO3、HBO2)、硼鹵化物(如 BF3、BCl3)和硼氫化合物(BH3、B2H6)及其相應(yīng)的鹽類化合物(如 NaBO2、NaBF4)[36]。Meschi et al.[37]采用質(zhì)譜技術(shù)研究787～1177 ℃下與液態(tài) B2O3(l)平衡的水蒸氣中的硼物種, 據(jù)譜峰特征確定的氣態(tài)含硼物種有 B2O3、H3BO3、HBO2和(HBO2)3, 但以HBO2為主。據(jù)Ogden et al.[38]引述前人研究結(jié)果, H3BO3-H2O體系在100～200 ℃下時(shí)氣相的紅外光譜顯示出與分子H3BO3相一致的特征。之后的紅外光譜、拉曼光譜和質(zhì)譜研究也都表明35～350 ℃下硼酸的氣態(tài)揮發(fā)物的形式主要為 H3BO3,但 200～350 ℃時(shí)還存在少量偏硼酸的三聚物分子(HBO2)3[38–39]。此外, 對(duì)天然流體包裹體的質(zhì)譜和拉曼光譜研究表明硼在氣相中主要呈 H3BO3, 而HBO2、BF3等其他含硼物種未檢測到[3,8]。

圖2 硼的氣-液分配系數(shù)隨溫度的變化Fig.2 Boron distribution coefficient between vapor and liquid versus temperature

對(duì)本實(shí)驗(yàn)條件下氣相中硼的存在形式可以利用熱力學(xué)平衡理論來探討。液態(tài)B2O3(l)與水蒸氣反應(yīng)生成單核氣態(tài)物種的反應(yīng)的為:

0.5B2O3(l) + nH2O(g) = 0.5B2O3·nH2O(g)

若 n為 3/2或 1/2, 則氣態(tài)物種分別為 H3BO3(g)或HBO2(g)。反應(yīng)的平衡常數(shù)為:

K = f(B(g)) /a0.5(B2O3)·fn(H2O)

式中: a(B2O3)為熔體相中液態(tài) B2O3(l)的活度; f(B(g))和 f(H2O)分別為氣態(tài)硼物種和氣態(tài)水的逸度。兩邊取對(duì)數(shù)得到直線方程:

lg K = lg f(B(g)) – 0.5lg a(B2O3) – nlg f(H2O)

從而有以下的微分式:

d(lg f(B(g)) – 0.5lg a(B2O3))/d(lg f(H2O)) = n

因此通過相應(yīng)的圖解法(圖3), 根據(jù)直線的斜率可以確定水的配位數(shù)n以及氣態(tài)含硼物種的形式。

由于本實(shí)驗(yàn)在 350 ℃時(shí)的水蒸氣壓力變化范圍較寬, 適合以上述方法確定配位數(shù)。富硼熔體可視為B2O3與H2O的液體混合物, 近似假定其為理想混合物, 則 B2O3(l)的活度等于其摩爾分?jǐn)?shù)x(B2O3) (純液體的活度為1)。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的高溫低壓體系, 氣態(tài)水和中性含硼物種的逸度系數(shù)可近似取為1, 即氣態(tài)物種的逸度等于其分壓力。根據(jù)表 1的熔體和氣體組成數(shù)據(jù), 分別假定氣態(tài) B物種為單一的H3BO3(n = 1.5)或HBO2(n = 0.5)時(shí),可以計(jì)算出各組分的摩爾分?jǐn)?shù)和相應(yīng)的氣體分壓力(表 2)。圖 3顯示, 獲得的直線斜率分別為 0.92和0.95, 介于0.5～1.5之間。因此可以認(rèn)為在氣相中可能同時(shí)存在H3BO3和HBO2。由于兩者之間存在以下的平衡:

H3BO3(g) = HBO2(g) + H2O (g)

當(dāng)氣態(tài)水壓力較大時(shí), 反應(yīng)向左移動(dòng), 氣態(tài)物種以 H3BO3為主, 反之則以 HBO2占優(yōu)勢。在一定的水蒸氣壓力范圍內(nèi), 兩者將以不同比例共存于氣相中。此理論分析與本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。不過, Weres[40]根據(jù) 277 ℃和 317 ℃時(shí)高濃度硼酸鈉溶液(水含量為 20%～97%)的蒸氣壓力, 擬合結(jié)果顯示硼的氣相物種為 H3BO3·H2O, 這可能是由于水蒸氣壓力比本實(shí)驗(yàn)350 ℃時(shí)(熔體的水含量為3.6%～43.5%)更高, 因此水的配位數(shù)增大。

圖 3 350 ℃時(shí) lg f(B(g)) – 0.5 lg a(B2O3)與 lg f(H2O)的關(guān)系Fig.3 The relationship between value of lg f(B(g)) – 0.5 lg a(B2O3) and lg f(H2O) at 350 ℃

表2 350 ℃時(shí)硼在平衡態(tài)氣相中以H3BO3 (g)或HBO2 (g)存在時(shí)各組分的摩爾分?jǐn)?shù)和分壓力Table 2 Mole fractions and partial pressures of components assuming boron presence as H3BO3 (g) or HBO2 (g)in the equilibrated vapor phase at 350 ℃

3.2 火山地區(qū)天然硼酸的形成和富硼酸氣體的成因

硼在巖漿和熱液過程中是一個(gè)常見的揮發(fā)性組分, 在火山地區(qū)的噴氣孔結(jié)殼(升華殼)、地?zé)崽锏墓枞A、偉晶花崗巖礦物的流體和熔體包裹中均發(fā)現(xiàn)有天然硼酸礦物或子晶的存在[6,8,16,22,41–48]。固體硼酸(H3BO3)具有每層內(nèi)以氫鍵連接的平面三角形B-(OH)3單元組成的層狀結(jié)構(gòu)[3], 硼酸在水中非?？扇? 其溶解度隨溫度升高顯著增大, 100 ℃時(shí)在水中的溶解度約為 27.55%(即飽和水溶液含 15.51%B2O3)。硼酸的熔點(diǎn)為170.9 ℃, 在169 ℃時(shí)硼酸不一致熔化, 形成偏硼酸(HBO2)和含B2O3的熔體。偏硼酸(天然礦物稱偏硼石)具有 3個(gè)多形變體, 即HBO2Ⅰ、HBO2Ⅱ和HBO2, Ⅲ其熔點(diǎn)分別為236 ℃、200.9 ℃和 176 ℃[41]。無疑地, 硼酸和偏硼酸的這些特點(diǎn)以及硼在氣液之間的溶解和分配行為制約著它們?cè)诨鹕絿姎猸h(huán)境中的形成過程和條件。

火山氣體的主要成分是 H2O[47,49], 故火山噴氣凝結(jié)水中的硼含量可近似作為硼在火山氣體中的濃度(表3), 各地火山105～886 ℃噴氣孔氣體的硼含量范圍為13～700 μg/g, 遠(yuǎn)低于硼酸在100 ℃水中的飽和溶解度?？梢娫诨鹕綒怏w的冷卻和凝結(jié)過程中,水氣和硼酸必須分離, 硼酸(本身含 B2O3為 56.3%)才能從高溫水蒸氣中凝析或沉積出來。這意味著在灼熱和干燥的火山巖石表面有利于天然硼酸的形成,因?yàn)榇朔N環(huán)境下水依然可以保持為蒸氣狀態(tài)而非液態(tài)。隨溫度不斷降低, 硼酸或偏硼酸可逐步呈液態(tài)(富硼的液滴狀熔體)和固體凝析[51], 這與火山地區(qū)自然硫從噴氣中在 200 ℃以下析出為液態(tài)以及在120 ℃以下析出呈結(jié)晶固體的過程[52]有些類似。如在日本 Satsuma Iwo-jima火山島, 噴氣孔溫度變化于90～890 , ℃硼從噴氣孔中以氣態(tài)物種排放出來,在較低溫(100～235 )℃噴氣孔周圍的巖石上形成硼酸的沉淀物[16]。Quisefit et al.[49]用熱化學(xué)模擬Momotombo火山氣體的冷卻過程, 顯示在 150～100 ℃時(shí)可從火山氣體中析出固體HBO2。

意大利 Tuscany火山氣體則富含硼酸, 從地下噴出的190 ℃、0.5 MPa的水蒸氣含H3BO3達(dá)0.5 g/L,氣孔周邊地帶沉淀大量的固體硼酸[3,41]。依據(jù)該溫壓下不飽和水蒸氣的比容(414.8 mL/g)[27], 可計(jì)算出水蒸氣中的B2O3含量約為9.67%。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果,200 ℃時(shí)與富硼液體(熔體)平衡的水蒸氣含 B2O3為1.14%～1.94% (表 1), 水蒸氣壓力為 1.2～1.4 MPa。如果該體系中的水含量或水蒸氣壓力降低, 當(dāng)硼的氣體-熔體分配系數(shù)一定或變化不大時(shí), 可以期望水蒸氣中的B2O3含量將會(huì)進(jìn)一步增大。溫度更高時(shí)則更是如此, 本實(shí)驗(yàn) 300 ℃時(shí)水蒸氣含 B2O3可達(dá)10%～11%。這似乎可以解釋 Tuscany火山富硼酸氣體的成因, 即地表下面的高溫火山巖漿或巖體中可能存在因液態(tài)不混溶作用或晚期出溶作用產(chǎn)生的殘余熔體或流體, 該熔體或流體相為含水的富硼體系,伴隨減壓過程的熔體去氣作用或流體相分離導(dǎo)致富硼的含水氣體產(chǎn)生, 并沿火山通道或周圍裂隙噴出地表, 經(jīng)冷凝和氣相沉積后在噴氣孔周圍地帶形成硼酸結(jié)殼或升華殼。另外, 噴氣中硼酸的部分原始來源也有可能是其他的氣態(tài)硼物種如 BF3等, 它在高溫下與水反應(yīng)可形成硼酸:

BF3(g) + 3H2O(g) = H3BO3(g) + 3HF(g)

4 結(jié) 論

(1) 200～350 ℃、0.19～3.43 MPa條件下 B2O3-H2O體系中硼在共存水蒸氣和富硼熔體之間發(fā)生分配,達(dá)到平衡時(shí)氣相中的 B2O3含量為 1.06%～32.35%。200 ℃、250 ℃、300 ℃和 350 ℃時(shí)硼在氣體-熔體之間的表觀分配系數(shù)分別為0.035、0.042、0.20和0.33,即隨溫度上升, 硼在氣相中的分配和遷移能力增強(qiáng)。含水的富硼熔體與硼酸稀溶液體系的氣體-液體分配系數(shù)變化不大, 表明B2O3-H2O±NaCl體系中硼的氣-液分配能力受液體或熔體中硼含量的影響較小, 而主要與溫度有關(guān), 其他影響因素還包括液體中堿金屬的濃度和體系壓力。

表3 火山地區(qū)噴氣孔氣體凝結(jié)水中的硼含量Table 3 Boron contents in water condensates of fumarolic gases in volcanic areas

(2) 350 ℃、0.19～1.74 MPa條件下水蒸氣中的氣態(tài)硼物種可能為 H3BO3和 HBO2, 可以預(yù)測隨水蒸氣壓力的升高, H2O的配位數(shù)將會(huì)增大, H3BO3或其他可能的氣態(tài)物種H3BO3·H2O會(huì)變得更為重要。

(3) 高溫火山噴氣中的硼含量通常小于700 μg/g,火山活動(dòng)區(qū)可見天然硼酸結(jié)殼(升華殼)的形成, 灼熱(100～235 )℃和干燥的火山巖石表面有利于硼酸從氣相中凝析和沉淀。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 某些富硼酸的火山噴氣的形成可能與地下高溫火山巖漿(巖體)中存在因液態(tài)不混溶作用或晚期出溶作用產(chǎn)生的含水富硼的殘余熔體或流體相有關(guān), 熔體的去氣作用或流體的減壓相分離過程導(dǎo)致含水氣相的形成,硼則隨之大量分配至含水氣體中而噴出地表。

本研究的部分工作在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院完成, 感謝 Oleg Suleimenov博士和 Jean-Fran?ois Boily博士在實(shí)驗(yàn)和分析過程中給予的支持和幫助。

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