勃姆石的热相变及其降氟作用研究

笔者于1985年春,发现了我国迄今报道的品位最高的勃姆石矿。将勃姆石在650℃下焙烧0.5—1h,则可相变生成γ-Al₂O₃,其比表面积最大,利用这样的γ-Al₂O₃,可以有效地除去水中过量的氟。该工艺的水处理费用较低,有可能为高氟水地区的饮水降氟提供一条新途径。     

花岗岩—H2O—HF体系相关系及氟对花岗质熔体结构的影响

通过在0.1GPa压力下钠长花岗岩-H₂O-HF体系相关系实验获得,随体系F含量的增加,石英的温度稳定域上限升高,长石的温度稳定域上限降低;石英、碱性长石的晶-液平衡热力学计算表明,F导致花岗质熔体中组分SiO₂的活度增加,组分NaAlSi₃O₈和KAlSi₃O₈的活度减小,且NaAlSi₃O₈活度较KAlSi₃O₈活度减小幅度大。这些结果显示了F在花岗质熔体中与Si以外的阳离子Al、Na、K等产生了结合,且F与Na结合的优先性大于K,破坏了具有电荷平衡离子Na、K的AlO₂^-四面体,使熔体架状网格中Si/(Si+Al)和K/Na比值增大。通过F与H₂O对花岗岩体系相平衡的影响比较,作者认为F不与Si结合是它与OH^-在干扰熔体结构方面的最大区别。     

玄武岩的 MnO-TiO2-P2O5判别图的修改与补充

近些年来,人们广泛地利用火山岩的主元素或微量元素的特征对火山岩进行地球化学、成因岩石学和构造岩石学的研究。Mullen(1983)利用玄武岩的 MnO、TiO₂和P₂O₅建立大洋型玄武岩的 MnO×10-TiO₂-P₂O₅×10的构造背景判别图(以下简称MTP图)和圈出了大陆拉斑玄武岩在 MTP 图中的分布范围。他选择了能反映玄武岩形成过程中的重要地球化学特征和成因机制的元素组作为该图的端元组分。     

川西滇东地区前寒武系地层中白云母b0值的初步研究

在川西滇东地区的前寒武系变泥质岩地层中采了263个样品并测了其白云母b₀值,结果表明:渡口运动时发生低压高温的变质作用;川滇运动时在河口组及相应地层发育区发生中压变质作用,向两侧变质压力降低;晋宁运动挤压幕第Ⅰ期形变时发生低压变质作用,第Ⅱ期形变时发生中-高压变质作用,第Ⅲ期形变和澄江运动时发生中压变质作用。基于这一工作探讨了白云母b₀值研究在进行地层对比和构造分析中的积极作用。     

AlPO4高温高压相变研究

利用配有电阻炉外加热装置的金刚石对顶砧及紧装式六面顶高压容器,在500—1700℃和常压至17.8GPa温压范围内,对AlPO₄进行了实验研究。常压下,磷铝石(石英型AlPO₄)向鳞石英型AlPO₄转变的温度约为778℃,鳞石英型向方英石型AlPO₄转变的温度约为1100℃,块磷铝石α-β相转变的温度为586℃。在5.4 GPa和1300℃以下,块磷铝石保持稳定,在5GPa和大于1700℃时,发现AlPO₄分解为Al₂O₃,(刚玉)和P₂O₅鳞石英型AlPO₄在6GPa及500℃转变成斜方晶系新相,新相在室温常压下的晶胞参数为:a=4.930Å,b=7.200Å和c=6.165Å,鳞石英型AlPO₄及块磷铝石在11GPa以上均变为NiSO₄型结构。文中讨论了AlPO₄与SiO₂的异同,并给出了一个AlPO₄可能的相图。     

莱河矿(Fe0.52+Fe1.03+SiO4)的超结构

莱河矿于1976年在中国辽宁省的磁铁矿床中首次被发现,许多人对它进行过研究。该矿物为黑色、不透明,化学式为Fe_0.58²⁺Fe_1.0³⁺Mg_0.03Si_0.96O₄,虽然它的晶体结构近似于橄榄石,但已确定为单斜晶系,空间群为P2₁/b。本文作者利用X射线、电子探针、高分解能透过电子显微镜对该矿物进行了系统的研究,发现它具有假双晶、超结构和显微条纹结构。     

HONO在γ-Al2O3(110)表面非均相氧化SO2机理的第一性原理研究

为研究亚硝酸(HONO)在γ-Al_2O_3(110)表面非均相氧化SO_2的机理,基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理计算了SO_2和HONO在γ-Al_2O_3(110)表面的吸附机制和氧化机制。结果表明,SO_2以分子的形式吸附在完整或缺陷的γ-Al_2O_3(110)表面,而HONO仅在完整表面上以分子的形式存在。表面氧缺陷的存在不仅会增强SO_2和HONO的吸附强度,而且能诱导HONO在含氧缺陷表面的分解(HONO→NO+·OH)。通过局域态密度(partial density of states,PDOS)和Mulliken电荷布局分析表明,HONO的分解遵循Haber-Weiss机制。当SO_2和HONO共同吸附在氧缺陷表面时,HONO分解产生·OH,氧化SO_2形成HOSO_2团簇分子。该研究不仅有助于理解HONO在矿物氧化物表面氧化SO_2的作用,而且为解释大气硫酸盐气溶胶的形成提供了理论依据。     

Mg-Fe云母化学成分的解释和分类(Ⅰ)——基本置换和黑云母平面

中国东部花岗岩类141个Mg-Fe云母的化学成分将近90%的变化属于八面体层内的类质同象置换,置换矢量Mg ₁Fe⁺²和Fe_-3⁺²(R_Ⅵ⁺³)_-2□_Ⅵ组成了天然黑云母平面,大约80%的变化应当解释为基本置换8Mg ₁Fe⁺²+Fe_-3⁺²(R_Ⅵ⁺³)₂□_Ⅵ.这些是Mg-Fe云母在广泛的自然条件下表现出来的最主要的晶体化学关系。文中还提出了置换矢量的长度、分量和以及电价和三个参数,用以识别矿物化学成分变化的类质同象置换特征。     

胶东金矿床Au迁移富集的地球化学探讨

本文编制了系统 Fe²⁺—Fe³⁺—∑S—∑CO₂—[SO₁^2-]和 Fe²⁺—FeS—FeCO—Fe(OH)₂的相图,以及溶液中络合物 Au—s 和 Au—Cl 在不同温度下的 C_Au—PH 图。有证据表明,金可能是以 Au—S 络合物形式迁移的,控制金沉淀的主要因素是溶液的 Eh 和∑S 的活度。     

H2O2在α-Fe2O3表面非均相氧化SO2机理的模拟研究

通过密度泛函理论模拟了H_2O_2和SO_2气体在矿物氧化物(α-Fe_2O_3)表面上的非均相反应,研究了H_2O_2和SO_2在α-Fe_2O_3(001)表面的吸附机制和氧化机制。研究结果表明,SO_2、H_2O_2均在α-Fe_2O_3(001)表面通过Fe原子进行吸附,H_2O_2相比于SO_2优先吸附在α-Fe_2O_3(001)表面,且H_2O_2在表面的赋存形式趋向于两个·OH形式吸附。通过二者共吸附的局域态密度、差分电荷密度、Mulliken电荷布局分析结果发现,SO_2和H_2O_2的共吸附形式是通过H_2O_2产生的·OH吸附在α-Fe_2O_3(001)表面,同时SO_2被H_2O_2产生的·OH氧化[S(SO_2)-电荷布局:0. 79 e→1. 32 e; O(H_2O_2)-电荷布局:-0. 77 e→-1. 11 e]形成·OH+SO_2团簇。模拟结果表明大气微量气体H_2O_2能够在矿物氧化物表面介导SO_2吸附并促进SO_2的转化,为理解H_2O_2在大气中非均相氧化SO_2的反应过程提供了理论依据。     

锡铁山石的化学式再定义

利用电子探针能谱仪检查新矿物——锡铁山石的成分时,发现有相当含量的氯。因此,原来的化学式Fe³⁺(SO₄)(OH)·7H₂O应修改为Fe³⁺(SO₄)Cl·6H₂O。     

CO2/N2二元气体对甲烷在煤中吸附影响的分子模拟研究

二元气驱技术(CO₂/N₂-ECBM)已成为煤层气增产的重要手段,明确CO₂/N₂在煤层中的竞争吸附规律以及对煤层物性的影响具有重大意义。利用分子模拟软件Materials Studio建立延川南煤层气实际区块温度、压力条件下的煤分子模型。基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究CO₂/N₂交替驱替煤层气技术中各注入阶段对CH₄吸附的影响,明确CO₂、N₂对煤层孔渗物性的影响规律。结果表明:在CO₂注入阶段,煤层中甲烷迅速解吸;煤中气体吸附总量上升,煤基质膨胀效应增强,导致煤的孔隙体积降低。而转N₂注入后,由于N₂分压作用使得CH₄、CO₂吸附量呈现出不同程度的降低;当ω_N2/ω_CO2≤0.6时煤分子中气体总吸附量迅速降低,而当N₂饱和吸附后气体总吸附量保持稳定。煤层孔渗物性随着气体吸附总量呈现出迅速增大后趋于平缓的趋势。此外,ω_N2/ω_CO2>0.6后N₂吸附率迅速降低,这会使得产出气中CH₄纯度较低,导致后期提纯成本大大增加。因此,当ω_N2/ω_CO2=0.6左右时,CH₄解吸量为最大值,煤孔隙率较高,最有利于煤层气的开发。      

红枫湖夏季分层期间pCO2分布规律的研究

在夏季分层期间对红枫湖南、北湖湖心的水样进行分层采集,同时测定了分层水样的温度、pH、HCO₃-浓度、溶解氧(DO)、叶绿素a(Chl-a)及铵根离子(NH₄+)、硝酸根离子(NO₃-)、磷酸根离子(PO₄3-)的浓度,水体中CO₂的分压(pCO₂)由化学平衡及亨利定律求得。研究结果表明:光合作用、有机质降解及水体热分层是影响红枫湖夏季pCO₂分布的主要因素。其中,温水层CO₂欠饱和是光合作用吸收CO₂引起的,温跃层中pCO₂的急剧增加是光合产物降解产生CO₂引起的。静水层沉积物附近pCO₂最高并且还有持续增加的趋势,说明沉积物中有机质降解是静水层中CO₂增加的主要原因,夏季湖底水温较高加快了沉积物中有机质的降解。分层现象使pCO₂在水体中的分布差别明显,并且使静水层中CO₂得到积累。此外,夏季红枫湖水体中pCO₂的变化与NH₄+、PO₄3-的变化密不可分,表现为温水层中光合作用消耗NH₄+、PO₄3-,有机质降解过程伴随NH₄+、PO₄3-的释放。     

斜发沸石对模拟核素Sr2+的吸附/解吸动力学研究

以Sr（NO3）2为核素源、新疆富蕴县所产斜发沸石为吸附剂,研究斜发沸石对Sr2＋的动力吸附/解吸效果。探讨吸附时间、Sr2＋初始浓度与吸附量的关系以及吸附机理。用pH=6的水溶液对饱和吸附了Sr2＋的斜发沸石进行解吸。结果表明：斜发沸石对Sr2＋的吸附在4 h能达到最大吸附率的99%,Freundlich吸附等温式能对吸附曲线进行很好的描述,单位质量沸石对Sr2＋的最大吸附量为38.34 mg/g,以阳离子交换吸附为主。4.5 h后解吸率为1.78%,解吸速率远小于吸附速率,解吸量与解吸时间的自然对数呈现明显的线性关系,用Elovich方程对解吸曲线进行拟合,R=0.9994,拟合方程为：qt=0.03375＋0.11916lnt。理论上将5%的Sr2＋解吸出来约需5044 d。该斜发沸石固Sr2＋能力很强,对于处理含Sr2＋放射性废液具有重要的意义。     

钙钛矿型结构亚硝酸盐和氰化物的分子体积

绝大部分的亚硝酸盐和氰化物属于钙钛矿型结构,但有部分化合物为“反”钙钛矿型结构,充填空洞A位的阳离子的拓扑体积为0。阴离子团NO₂^-和CN^-的拓扑体积都近乎常数,分别为41.73ų和40.03ų,标准方差σ_n-1=1.516和σ_n-1=1.25。由此,进一步证明了原来的一套离子拓扑体积数值的普适性。“反”钙钛矿型结构中A位阳离子的平均半径r_A>1.00Å时,三价阳离子会产生扩容效应,其扩容系数大约是其本身拓扑体积的2倍;正钙钛矿型结构中,当A位是由半径较大的Cs⁺充填时,Cs⁺也会产生扩容效应,其扩容系数约为24ų。氰化物中结晶水分子的拓扑体积近乎常数,为24ų或0。     

FeS胶体对三价铁吸附态As(Ⅴ)的解吸作用

地下水中的含铁胶体颗粒会携带污染物如砷等运移,但人们对该过程中的机理缺乏认识.通过群组静态吸附解吸模拟实验, 探究FeS胶体对吸附在覆Fe₂O₃石英砂上As(Ⅴ)的解吸作用, 以及腐殖酸(HA)、H₂PO₄-和HCO₃-对解吸的影响.实验结果表明,室内合成的FeS胶体具有纳米级粒径和较大的比表面积,且能均匀稳定存在于水溶液中.低浓度的FeS胶体主要通过竞争覆Fe₂O₃石英砂表面的吸附点位将As(Ⅴ)解吸,而高浓度的FeS胶体主要通过与覆Fe₂O₃石英砂竞争对As(Ⅴ)的吸附而导致解吸.HA、H₂PO₄-和HCO₃-对As(Ⅴ)的竞争解吸作用降低了FeS胶体导致的解吸效率.      

超临界状态下煤岩吸附/解吸二氧化碳的实验

查明超临界状态下煤岩对CO₂的吸附/解吸特征,能为煤层气开采现场注CO₂的注入参数选取提供理论依据。以山西屯留矿的瘦煤和寺河矿的无烟煤为研究对象,借助ISO-300型等温吸附实验仪分别进行了不同温度(35℃、45℃、55℃)、最高压力达到CO₂临界压力以上时的吸附/解吸实验。结果表明:超临界状态下,随着压力升高,容量法测得的吸附量存在最大值,不代表煤样的绝对吸附量,而是Gibbs吸附量;根据煤岩在高压下吸附CO₂的本质,计算出超临界状态下煤岩吸附/解吸CO₂的真实量。超临界状态下煤岩吸附CO₂的真实量与压力之间符合langmuir吸附曲线,随着吸附压力的升高,Gibbs吸附量与绝对吸附量之间的差值越来越大;随着温度的升高,煤样的饱和吸附量降低;同样条件下,高变质程度的无烟煤对CO₂的饱和吸附量大于瘦煤;超临界状态下煤样对CO₂的绝对吸附等温线和绝对解吸等温线是可逆的。      

CO2强化煤层气产出与其同步封存实验研究

长期以来针对CO₂-ECBM已做了大量研究工作,然而有限的工业试验没能达到预期目的,使得这一煤层气强化技术推广应用欠缺。近些年随着各国碳中和路线的制定,CO₂封存逐渐受到重视,煤储层可否作为CO₂的封存空间、可否实现CO₂驱替CH₄和封存同步进行,又重新回归人们的视野。为此,以新疆准南区块目标煤层样为研究对象,采用不同CO₂与CH₄混合比例气体进行煤的吸附/解吸实验,探索混合气体比例对CO₂-ECBM和CO₂吸附封存潜力的影响。结果表明,随着混合气体CO₂比例减少,CH₄驱替效果降低,其中40%CH₄+60%CO₂混合气体的CO₂残余量最多,在解吸至0.7 MPa时已有83.05%的CH₄产出,而83.62%的CO₂吸附残余在煤中,表明其C...     

由BaSO4直接热分解制备用于同位素分析的SO2

硫同位素地质研究工作中,经常遇到的研究对象是硫酸盐矿物。如何把这些硫酸盐矿物转化为适于质谱测定硫同位素组成的SO₂气体,是我国硫同位素地质研究中急待建立的实验手段之一。 经典的方法中,可溶于水的硫酸盐,通常是先把它沉淀为BaSO₄,然后通过一系列的化学反应转化为SO₂。 七十年代初期,B.D.Holt等人提出直接加热分解BaSO₄制备SO₂的方法。     

黄河矿晶体结构的重新测定及空间群对称的讨论

黄河矿 BaCe(CO₃)₂F(a=0.5072(1)nm,c=3.846(1)nm;V=856.8×10^-3nm³;Z=6)晶体结构的重新测定,采用中心对称空间群 R3m-D_3d⁵,基于337个可观察的单晶 X 射线数据(I>2σ₁)和30个可变参数,R=0.031。原子坐标和均方根振幅(据各向异性位移参数计算,O.013-0.025nm)表明,没有必要降低对称性,即没有必要采用相应的非中心对称空间群或其它次群。黄河矿的结构中,原子形成似层状排列,且垂直于 c 轴;碳酸根通过 Ba 与 Ce 的联结形成三维结构。C(1)O₃,和 C(2)O₃,中的 C 原子偏离三个氧组成的平面,其偏离的距离分别为0.0066(15)nm 和 0.0029(15)nm。