阴离子捕收剂浮选分离一水硬铝石与高岭石的表面晶体化学

铝土矿正浮选实践中,常采用脂肪酸阴离子捕收剂(如油酸)选择性分离一水硬铝石和高岭石等铝硅酸盐矿物。矿物表面晶体化学特性是产生选择性浮选分离的决定性因素。笔者研究了油酸钠(Na OL)浮选体系中一水硬铝石和高岭石的可浮性,发现一水硬铝石可浮性明显好于高岭石。红外光谱分析表明,矿物表面Al质点与油酸的羧酸基团发生化学吸附作用。借助Materials Studio软件分别计算了2种矿物常见晶面的单位面积断裂键数,并计算了矿物晶面/捕收剂的作用能。计算分析发现,矿物晶面单位面积断裂键数以及与油酸根离子相互作用能大小存在差异,具体为:一水硬铝石(100)(001)(010),而高岭石(010)(110)(001),而且油酸与一水硬铝石3个晶面的的作用皆强于高岭石。矿物晶体晶面的Al-O断裂键数不同导致油酸作用下高岭石和一水硬铝石的可浮性差异。     

锡石的晶体结构和形态的关系

本文对不同成因类型的锡石晶体形态进行了研究,并从PBC(周期性键链)理论出发,讨论了锡石晶体形态与晶体结构的关系。笔者认为,锡石晶体具有三种F面,即s{111}、e{101}、m{110},与Hartman对同样结构类型的金红石晶面性质划分有所差异。据锡石晶面结构性质所推导的理想晶体形态图,与晶体测量所得到的天然晶体形态图总体上相吻合。     

南海北部甲烷渗漏的沉积地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)识别

自生碳酸盐矿物是揭示甲烷渗漏过程及其周期性变化的重要指标。为了方便、快速地识别出自生碳酸盐矿物,在探讨了前人建立的端元组分模型(文石、高镁方解石、生物成因方解石和碎屑)在我国南海北部适用性的基础上,利用沉积物全样中Sr/Ca和Mg/Ca值计算了南海北部神狐海域两支沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的质量分数,计算结果表明,在不同沉积深度均有含量不等的自生碳酸盐矿物。这一结果被X射线衍射结果和沉积物中存在晶形完好的自生高镁方解石和文石矿物所验证,表明利用前人建立的端元组分模型计算的结果具有可靠性。自生碳酸盐矿物的出现显示该海域深受甲烷渗漏作用影响。利用地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)获得的自生碳酸盐矿物含量垂向变化显示该区域甲烷渗漏具有强弱交替的周期变化。运用端元组分模型来获取沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的高分辨率剖面,从而识别甲烷渗漏信息非常方便,在大范围寻找甲烷渗漏和天然气水合物方面具有较大潜力。     

结构光性矿物学研究——论无水碳酸盐的折射度

研究矿物的晶体结构与其光学性质之间的关系,这是结构光性矿物学重要的研究内容。如何把矿物晶体结构中原子的性质及相互之间的关系应用到晶体光学中,有效地定量地解释矿物的光学参数,从而又推动晶体光学进一步发展,这是矿物学家所共同关心的问题。早在1924年布拉格就注意到方解石与文石光性的差异,并用晶体内部电场的理论进行解释。帕伯斯特(A.Pabst,1973,1974)在研究两个碳酸盐矿物的折射率时,根据布拉格的方法,计算了它们的折射度,得到了满意的结果。叶大年(1974)在论述具有氖型结构离子的化合物的折射率时,指出矿物的折射率取决于电子层结构和核电荷,而不是取决于原子量。     

磷灰石和方解石微生物风化作用的锶同位素示踪

为研究微生物对磷灰石和方解石的差异风化作用,将一株黑曲霉(Aspergillus niger)和一株青霉(Penicillium sp.)分别培养在含有方解石和磷灰石混合物的培养基中,按不同时间取培养基上清液样品,测定其Ca2+、Sr2+含量及Sr同位素比值.测试结果显示培养基上清液的Sr同位素比值介于端元组分方解石与磷灰石的Sr同位素比值(0.70721-0.70861)之间.基于锶同位素组成的端元模式计算结果表明:在真菌培养前期,黑曲霉优先选择方解石进行风化,而青霉则优先风化磷灰石;随着培养时间的延长,青霉对方解石风化能力逐渐增强.应用Sr同位素方法可示踪识别微生物对不同矿物风化作用的差异性.     

白云鄂博的碳锶铈矿

在对白云鄂博碳酸岩中稀土矿物的研究中,发现了锶-稀土含水复碳酸盐矿物。根据电子探针分析结果,其化学成分相当于碳锶铈矿(Ancylite-Ce)、钙碳锶铈矿(Calcioancylite),前者Sr>Ca,后者Ca>Sr。计算得到的化学式分别为:(Sr0.62,Ca0.18)0.8(Ce0.5,Nd0.36,La0.17,Pr0.02,Sm0.02)1.2(CO3)2(OH1.04,F0.14)1.2H2O、(Ca0.73,Sr0.28,Ba0.17)1.2(Ce0.46,Nd0.15,La0.15,Pr0.04,Sm0.01)0.8(CO3)2(OH0.75,F0.06)0.8H2O,简化为:(Sr,Ca)2-xCex(CO3)2.(OH,F)2-x.H2O,接近理论化学式(Sr,Ca)Ce(CO3)2(OH)H2O,但附加阴离子除OH—外,还含有少量F-。两者均为几微米至十几微米的微小晶体,呈浸染状产出,且仅见于晚期方解石或方解石—白云石交生体中。     

四川雪宝顶W-Sn-Be矿床矿物学特征和形成机制

四川雪宝顶W-Sn-Be矿床位于龙门山西北缘,主要赋存在盘口和浦口岭花岗岩之间的大理岩张性裂隙中。雪宝顶矿床中出现的矿物晶体颗粒巨大,且矿脉中矿物分带明显。矿脉在花岗岩中主要由绿柱石、锡石、白云母和钾长石(fd1、fd2和fd3)组成,在大理岩围岩中则由绿柱石、白钨矿、锡石、萤石、方解石、石英、钠长石晶体(Ab4和Ab5)以及针状电气石和细粒磷灰石组成。3种不同形态的钾长石和2种不同形态的钠长石贯穿了整个矿脉的演化。随着围岩从花岗岩到大理岩的转换,晶体颗粒从小于1 cm的绿柱石、锡石演化至可达20 cm的绿柱石、锡石、萤石和白钨矿。采用EPMA、XRF、ICP-MS对单矿物颗粒进行全岩测试分析,结果显示:雪宝顶板状绿柱石介于Na-Li绿柱石和Li-Cs绿柱石之间,白钨矿中富集∑REE+Y(350×10~(-6)),白云母属于含Li白云母,磷灰石属于氟磷灰石,钾长石和钠长石比较纯净[fd1(Or 95.34~93.96)、fd2(Or 96.28~97.88)、fd3(Or 95.74~98.39)、Ab4(Ab 99.19~100)、Ab5(Ab 99.58~100)]。结合前人研究资料推测矿床形成机制为:在花岗岩演化的晚期,富F流体的脱熔作用大量富集了Li、Rb、Cs、W、Sn、Be、P等元素。这些来自于熔体的元素以不同的化合物形式(如SnF)在分离结晶过程中富集,通过成矿流体运移然后在花岗岩裂隙中小规模沉淀。花岗岩体的冷却引发的体积缩小导致了大理岩围岩中出现了放射状的张性裂隙。张性裂隙是控制成矿流体输运的主要通道,并引发了流体不混溶(相分离)。这个过程还伴随着包裹体均一温度不断下降和含矿络合物与围岩之间不断发生反应导致络合物不断分解。此时,成矿围岩从花岗岩变成大理岩,含F络合物大量被破坏造成成矿物质W-Sn-Be等元素大量沉淀,形成颗粒巨大的矿物晶体。选取与大颗粒绿柱石晶体共生的云母样品进行Ar-Ar定年并获得反等时线年龄195.7±2.5 Ma,代表了雪宝顶矿床形成的主成矿期年龄。     

土样矿物成分对固化土抗压强度增长的影响

通过人工制备物理力学性质相同而矿物成分不同的土样,考察相同水泥掺量的固化土抗压强度随土样矿物成分的变化,测定相应固化土孔隙液中主要离子浓度,并进行热力学计算,结果表明土样矿物成分,特别是蒙脱石,影响固化土孔隙液中Ca(OH)2的浓度,进而影响固化土抗压强度。在相同的水泥掺量作用下,含蒙脱石的固化土孔隙液中Ca(OH)2不饱和,随着土样中蒙脱石含量的减少,固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度增加,水泥水化生成的胶凝性水化物的量也相应地增多,固化土抗压强度增量也随之提高;当固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度达到饱和,土样矿物成分基本不影响固化土抗压强度。并在此基础上使用碱性外掺剂调整固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度,试验结果表明：使用碱性外掺剂可以改变固化土孔隙液中Ca(OH)2浓度,减小甚至消除土样矿物成分对固化土孔隙液Ca(OH)2浓度的影响,提高固化土抗压强度。     

应用水化学动力学法计算磐石地下水系统渗透系数

应用水化学动力学法求水文地质参数是将化学热力学、化学动力学与地下水动力学理论相结合,计算水中矿物的离子活度αi和饱和指数βj,建立渗透系数(K)与αi、βj之间的数学关系式,并结合水文地质条件,求渗透系数(K)。磐石市地下水中Ca2+、Mg2+、SO24-和Cl-活度及其相应矿物方解石、白云石、石膏和石盐的饱和指数的变化趋势与渗流场特征一致。将计算区划分成6个区,计算出αi、βj及化学反应速率常数kj,求得各分区的K值。计算区K值变化在10.78~26.91m/d之间,与抽水试验法求得的渗透系数值吻合良好。利用水化学动力学法计算水文地质参数不但可以弥补局部地区由于缺乏抽水试验资料而难以确定水文地质参数的困难,同时可减少抽水试验工作,获得可观的经济效益。     

红河石Ca18(□,Ca)2Fe2+Al4(Fe3+,Mg,Al)8(□,B)4BSi18O69(O,OH)9——符山石族新矿物

作为符山石族矿物的新成员,红河石(Hongheite,IMA 2017-027新矿物),Ca18(,Ca)2Fe2+Al4(Fe3+,Mg,Al)8(,B)4BSi18O69(O,OH)9发现于个旧世界级Sn-多金属矿田东北缘、与马拉格Sn矿床毗邻的北沙冲花岗岩(77.43Ma)内矽卡岩中。红河石常呈横径达4~25mm的放射状针-柱状集合体产出。当位于晶洞中时,红河石则呈发育良好的自形柱状晶体(0.5~4.0mm长,0.3~1.0mm宽)产出。与红河石共生的矿物见有赛黄晶、萤石、斧石-(Fe)、硅硼钙石、枪晶石、硼锡钙石、石英和羟鱼眼石-(K)等。红河石为墨绿色,条痕浅灰绿色,玻璃光泽,性脆,断口不规则。主要的晶面是:{100}、{110}、{101}和{001}。红河石的显微硬度:988.3N/mm2,相当于摩氏硬度6~7。其实测密度与计算密度分别是3.446g/cm3和3.423g/cm3。红河石一轴正晶,No=1.720(2),Ne=1.725(2);多色性弱。红河石的化学成分:SiO235.85%;TiO20.01%;Al2O311.00%;Fe2O37.92%;FeO2.14%;CaO 33.57%;MnO 0.42%;MgO 3.48%;B2O32.82%;Cr2O30.01%;Na2O 0.01%;F 0.40%(F≡O-0.17);Cl 0.14%(Cl≡O-0.03);H2O 0.75%,总量98.32%。依据晶体结构精测和Si在单位分子式中的原子数(即Si=18 apfu),计算和书写的红河石简化晶体化学式:Ca18(,Ca)2Fe2+Al4(Fe3+,Mg,Al)8(,B)4BSi18O69(O,OH)9。其三条最强粉晶线[d(?)(I/I0)(hkl)]为:2.9289(47)(004),2.7661(100)(342)和2.6079(68)(243)。红河石属四方晶系,空间群为P4/nnc,晶胞参数:a=15.667(3)?,c=11.725(1)?,V=2878(1)?3,Z=2。红河石晶体结构精测的R因子为0.063。红河石殊异于为已知的符山石族矿物种,在于其X(4)位以空位()为主、Y(3)位以Fe3+居优和T(2)位被B所占。顺便对符山石族矿物晶体-化学式的计算与书写予以讨论并提出建议。     

矿物表面基团与表面作用

矿物的表面或界面过程存在于一切地质过程中,并在材料和环境科学领域得到广泛应用。矿物的表面结构、表面基团与表面作用之间存在着一定的内在联系,矿物结构的多样性决定了表面基团类型的多种性和表面作用的多样性。本文较系统地介绍了矿物表面功能基、表面配位反应、表面配合反应、表面氧化还原反应、表面异位催化反应和表面离子交换反应的类型及作用机制。     

城市不透水面与地表温度定量关系的遥感分析

作为城市下垫面的最主要组成部分,城市不透水面是引发城市热岛效应的主要因素,但目前不透水面与地表温度之间的定量关系仍不明确,不同研究的结论也不尽相同。选取了上海、广州、北京、长沙、兰州、福州等6个代表我国不同区域的城市作为研究区来进一步研究城市不透水面与城市热环境的定量关系。采用Landsat ETM+影像和线性光谱混合分析法提取出各个研究区的不透水面,利用热红外波段反演出各研究区的地表温度,采用多种回归模型和大样本量对二者之间的相关关系进行定量分析;在此基础上讨论了不透水面对城市热环境的影响机制。结果表明：不透水面与地表温度呈明显的正相关关系,并且以指数函数为最佳拟合模型,回归方程的相关系数均为0.750以上,最高可达0.954 1;高不透水面盖度地区的升温幅度更大,比低不透水面盖度地区高出0.600~1.700 ℃,其原因主要是高不透水面盖度地区的植被覆盖率低,蒸腾蒸发作用小。     

Simulation Experiments of Land Surface Physical Processes and Ecological Effect over Different Underlying Surface

Based on the existing Land Surface Physical Process Models(Deardorff, Dickinson, LIU, Noilhan, Seller, ZHAO), a Comprehensive Land Surface Physical Process Model (CLSPPM) is developed by considering the different physical processes of the earth‘s surface-vegetation-atmosphere system more completely. Compared with SiB and BATS, which are famous for their detailed parameterizations of physical variables, this simplified model is more convenient and saves much more computation time. Though simple, the feas...     

地球深部与表层的相互作用

板块理论和全球变化是20世纪地球科学中的2大突破性进展.进入21世纪,地球系统科学进入将这两方面结合起来,探索地球深部和表层系统的相互作用,即"固体地球动力学与行星循环(planetary cycle)"的新阶段.根据最近国际综合大洋钻探计划关于2013年后学术新方向的讨论,从俯冲带加工厂、大洋中脊与巨型火成岩省3个方面进行介绍,提出我国打破传统的学科界限、迎接新方向的建议.     

表面接触角的测量及表面张力在宝玉石鉴定中的应用

表面张力是固体表面重要的物理化学参数之一,其大小与温度和界面两相物质的性质有关。基于Young方程的推导,使用接触角测量法计算固体表面张力已被广泛应用于表面科学和工程领域。宝玉石材料大多具有光洁的表面,在接触角测量的准确性方面较其他表面不均一的固体材料具有明显的技术优势。本文运用现代仪器(FTA200动态接触角测量仪)测量了15个天然和合成宝玉石品种(钻石、合成碳硅石、合成立方氧化锆、碧玺、托帕石、翡翠、琥珀等),以及经覆膜和充填2种处理方法的宝玉石样品(镀膜钻石、覆膜托帕石、覆膜翡翠、覆膜琥珀、充填碧玺)的表面接触角,并运用公式计算其表面张力。测试数据表明,不同品种宝玉石的接触角数值存在差异,如钻石的接触角值为56.68°,其仿制品立方氧化锆的接触角值为37.79°;覆膜处理与未经覆膜处理的天然宝玉石的接触角数值差异明显,如琥珀的接触角值为92.49°,覆膜琥珀的接触角值为66.49°;充填处理宝玉石接触角的测试由于控制液滴的大小受条件限制操作难度较大,测试结果不能准确表达为裂隙中充填物的接触角数值,故充填处理的宝石不宜采用此方法进行区分。研究表明,对于部分宝玉石品种和覆膜处理宝玉石,其表面接触角及表面张力数值差异显著,可以作为宝玉石品种的辅助鉴定依据;尤其是运用接触角的差异对于宝玉石鉴定具有较好的判别性,能够对不同品种的天然宝玉石与表面覆膜的宝玉石样品进行有效区分。与常规宝石检测方法(如红外光谱、折射率测量方法)对比,接触角测量方法具有测量准确、操作简便,不破坏样品的特点,符合宝玉石无损鉴定的基本原则,且能够安全快速地测量高折射率宝石,可以解决宝玉石表面覆膜等与表面物性相关的检测疑难问题。     

四方山矿采区地表变形及对地面建筑的影响

偏远山区矿山开采多以小窑掘进为主，其对地表变形的影响已引起人们的重视。根据四方山煤矿所处的地质环境及开采的实际特征，通过对其采深采厚比和顶板岩层质量的分析，采矿厚度、采空段宽度的计算，得出该区小窑开采对地表变形无影响的结论。     

瞬态和稳态瑞利波探查方法应用比较

本文在简要叙述了瑞利波探测的应用发展历史和它的原理后,通过在日本福井县清水町一工地的瞬态瑞利波探查和稳态瑞利波探查方法试验对比。力求从实用角度出发对这两方法的有效性和经济性作一讨论和比较。     

光面爆破试验与应用

对光面爆破参数的设计，从理论和实践上，作了较全面的分析。并提出：在实际施工中采用近似理论计算与工程类比相结合的方法，可取得更高的技术经济效益。     

Surface chemistry and reactivity of biogenic silica

The surface chemistry of cultured diatoms was compared to that of biosiliceous material in Southern Ocean sediments, using potentiometric titrations and aluminum adsorption experiments. Aerosil 200, a well-studied synthetic amorphous silica, served as reference solid. Surface charge development and aluminum adsorption on cultured diatom shells were comparable to Aerosil. The surface chemical properties of biosiliceous material buried to depths of 15-25 cm in Southern Ocean sediments, however, deviated markedly from those of the cultured diatoms. In pH range 4-8.5, the surface charge density was systematically lower for biogenic silica from the sediments. In addition, the aluminum adsorption edge on the biosiliceous sediments was shifted to higher pHs by about 0.4 units. The results indicate that ionizable surface silanol groups on diagenetically altered diatom shells are less abundant and, possibly, less acidic than on freshly cultured diatoms. The observed differences in surface chemical structure are consistent with the progressive loss of reactivity, or aging, of biogenic silica which promotes its preservation in sediments.