钙锰矿是表生土壤、沉积物等环境中常见的锰氧化物,然而有关表生环境中钙锰矿形成的研究相对较少,相关的实验地球化学也鲜见报道。为此,本文采用X-射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM/ED）、高分辨透射电镜（HRTEM）、扫描电镜（SEM/EDS）、红外光谱（IR）、光电子能谱（XPS）、热重分析（TGA）、全量分析、BET分析等技术,研究了层状前驱物布塞尔矿层间金属离子种类和数量、前驱物结构中Mn（Ⅲ）的含量、前驱物的结晶度和氧化度、溶液pH值、反应温度、前驱物的离子掺杂及粘土矿物等对常压下隧道结构的钙锰矿形成的影响及其机制,探讨了前驱物结构中Mn（Ⅲ）的迁移、八面体空穴及层间离子作用方式等与钙锰矿隧道结构形成的关系。取得的主要结果有:1、钙锰矿形成的前驱物布塞尔矿层间金属阳离子类型和数量影响常压下相应布塞尔矿向钙锰矿的转化。以弱结合力与布塞尔矿锰氧八面体层作用的层间离子有利于形成钙锰矿。随着进入层间Cu²⁺和Co²⁺离子数量的增加,前驱物逐渐形成结晶度较好的钙锰矿相,但加入量超过4mmol时,不能形成钙锰矿。进入到层间的Cu²⁺、Co²⁺数量不同,使得它们的水合离子和位于MnO₆八面体空穴上方或下方两种形态的比例发生变化,当水合Cu²⁺/Co²⁺离子占较大比例时,可转化成钙锰矿,且此离子形态比例越高越有利于钙锰矿的形成;当MnO₆八面体空穴上方或下方的Cu²⁺/Co²⁺占优势时,它们与八面体层作用力加强,阻碍了隧道的形成,不能转化形成钙锰矿。2、体系pH值对钙锰矿形成有一定的影响。在pH5-9范围内均可形成钙锰矿,但在钙锰矿的形成速率和产物的结晶程度上有一定的差异,其顺序为:中性≈碱性＞酸性。通过控制Cu-布塞尔矿形成过程中的pH值,减少位于层间八面体空穴上方或下方Cu²⁺的数量和Mn²⁺向溶液中的释放,在常压回流条件下可形成Cu-钙锰矿,产物的平均化学组成为Cu_0.34MnO_2.19（H₂O）_1.11,锰氧化度为3.69。透射电镜下合成的Cu-钙锰矿主要是长条状结晶,宽度大小约为0.1-1um,热稳定性在400℃以下。BET多点吸附测得产物的比表面为62.5m²/g,Horvath-Kawazoe（HK）方法计算出隧道孔径大小约0.70nm。3、利用pH7的焦磷酸盐溶液对层状前驱物结构中Mn（Ⅲ）的络合作用揭示了Mn（Ⅲ）在层状向隧道构造转化中的重要作用。常压回流条件下前驱物向钙锰矿的转化程度随着焦磷酸盐处理浓度的增加和处理时间的延长而逐渐减小,直至不能向钙锰矿转化。钙锰矿形成的难易与前驱物结构中Mn（Ⅲ）被络合数量成反比。4、不同氧化度的前驱物向钙锰矿的转化随着氧化度的降低而增加,氧化度低的前驱物有利于向钙锰矿的转化。前驱物经焦磷酸钠溶液处理后,层间或结构中的部分Mn（Ⅲ）被络合,向钙锰矿的转化受到抑制,氧化度越高越难以向钙锰矿转化,提高焦磷酸钠溶液处理的浓度,三中不同氧化度的前驱物均不能向钙锰矿转化。当前驱物层间含有不能被Mg²⁺离子交换的K⁺离子时,不利于向钙锰矿的转化。当前驱物层间完全为K⁺离子占据时,即使在较低氧化度时也难以在常压下向钙锰矿转化。5、常压下钙锰矿可在100--40℃的范围内形成,但形成转化的速率随反应温度的降低而下降。高结晶度的前驱物向钙锰矿转化的速率明显低于弱结晶的前驱物。弱结晶的前驱物转化形成的钙锰矿随着反应温度的升高,结晶度变化不明显;而前驱物结晶较好时形成的钙锰矿随着反应温度的提高结晶度有明显的提高。6、前驱物经老化处理后,结构发生了有利于钙锰矿形成的变化,且老化时间越长越有利于常压下钙锰矿的形成。蒙脱石和针铁矿在前驱物形成前后均可降低钙锰矿的形成转化速率,且其含量越高,转化速率越慢。7、前驱物掺杂Co后,部分Co以Co（Ⅲ）的形式同晶替代前驱物结构中的Mn（Ⅲ）。掺杂后的前驱物经Mg²⁺交换后均可在常压回流条件下转化形成钙锰矿;在与Co²⁺交换后,掺杂量较低的5Co-Na-bus、10Co-Na-bus和未掺杂的Na-bus一样均不能在常压下向钙锰矿转化,而掺杂量较高的20Co-Na-bus可以在常压下转化形成钙锰矿。回流形成的Co-钙锰矿的平均化学组成为Co_0.70MnO_2.19·0.76H₂O,电镜下产物的形貌为片状和针状混合结晶,片状大小约为0.5-1um,而针状的长度小于500nm。回流产物在N₂氛围中的热稳定性可达到400℃以上。