胶质芽孢杆菌3027对钙基蒙脱石的矿物结构影响

粘土矿物在地球表层分布广泛,与微生物的交互作用十分常见。微生物能否通过除还原Fe(Ⅲ)之外的其他途径影响贫铁蒙脱石的结构与物相,成为粘土矿物与微生物交互作用的新问题。本研究选取胶质芽孢杆菌Bacillus mucilaginosus 3027与钙基蒙脱石在35℃、常压条件下进行交互作用实验,考察胶质芽孢杆菌生命活动对蒙脱石晶体结构的影响。实验定期取样进行pH值与体系总蛋白含量测试,并利用显微傅里叶变换红外光谱(micro-FTIR)、同步辐射X射线近边吸收结构(XANES)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对最终产物进行矿物学表征。实验结果显示,胶质芽孢杆菌在蒙脱石矿物悬浊液中生长,代谢分泌大量有机酸导致体系pH值降低,使蒙脱石中Si元素溶出,并造成蒙脱石晶体结构中硅氧四面体对称性、O—H振动等发生变化,Fe配位八面体对称性下降,矿物表面出现边缘卷曲现象。在微生物作用后的矿物样品中,探测到新形成的α-石英物相,可能与微生物的活动密切相关。     

胶质芽孢杆菌－蒙脱石相互作用实验研究

利用硅酸盐细菌研究了微生物对硅酸盐矿物的分解作用。选取层状硅酸盐矿物蒙脱石在30℃与一株编号为3025的硅酸盐细菌B.mucilaginosus进行交互作用,并利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)分析溶液中Si、Al、Mg离子的出溶量,利用X射线衍射(XRD)和显微红外光谱(Micro-FTIR)分析微生物作用后矿物物相和微结构变化。发现经硅酸盐细菌作用后,蒙脱石化学成分及晶体结构发生了细微变化,为微生物活动促进粘土矿物分解作用研究提供了实验和理论依据。     

高庙子膨润土中蒙脱石碱性溶蚀的矿物学证据

高放废物地下处置库运营过程中,衬砌混凝土在地下水作用下产生的强碱性溶液,会扩散进入膨润土缓冲屏障,长期将使屏障性能发生退化。采用不同 pH 值的 KOH 溶液模拟衬砌混凝土溶出的碱性溶液,在室内进行为期一年的常温接触扩散试验,开展X射线荧光光谱（X-ray fluorescence spectroscopy,简称XRF）、X射线衍射（X-ray diffraction,简称 XRD）、扫描电镜（scanning electron microscope,简称 SEM）和能谱（energy dispersive spectrometry,简称 EDS）试验,研究强碱性溶液缓慢扩散对高庙子膨润土矿物的影响。XRF试验结果表明,当 KOH 溶液的 pH>12.6时,膨润土中 Si 元素的含量开始减少,即含Si 矿物蒙脱石、石英、方石英等发生了溶解;同时,K元素含量增多,表明膨润土与碱溶液发生离子交换反应,溶液中大量的K⁺进入蒙脱石层间。XRD 试验结果表明,在 pH=12.6时,蒙脱石矿物的 001峰开始右移、变宽,峰值强度大大减弱;在pH>13时,衍射角θ整体向右偏,晶面间距由原始膨润土样的1.385 3 nm（13.853 Å）减小为1.221 0 nm（12.210 Å）,表明蒙脱石矿物晶层被压缩。随着 KOH 溶液 pH 值增大,膨润土中蒙脱石、石英等矿物的含量明显减少,长石类矿物的含量逐渐增加,伊利石和斜发沸石的含量也呈现略微增多的趋势。SEM 试验结果表明,随着溶液 pH 的增大,蒙脱石部分晶层会发生重叠,进而产生部分裂隙和孔洞,加速蒙脱石的溶蚀进程。在为期一年的接触扩散试验中,pH=13.8的 KOH 溶液扩散深度超过7.5 mm,并且在碱溶液与膨润土接触面上观察到新生成的伊利石微晶,证实强碱性溶液会导致蒙脱石溶解及伊利石化。     

比表面积氮气吸附法在蒙脱石碱性溶蚀表征中的应用

蒙脱石矿物颗粒粒径小、比表面积大、水敏性强,易堵塞储层孔隙和喉道,是影响油田储层质量的主要黏土矿物,碱性条件下蒙脱石的溶蚀特征是油田开发中普遍关注的问题。对于蒙脱石溶蚀特征的表征,前人常用的方法有反应前后质量对比法、X射线衍射法、溶液离子浓度分析法及pH值分析法,质量对比法操作复杂,X射线衍射图谱计算人为误差大,溶液离子浓度法对难熔元素的检测误差大,pH值法受温度变化的影响。本文应用比表面积氮气吸附法测量蒙脱石在不同氢氧化钠浓度条件下的比表面积、孔容、孔径变化及吸附脱附曲线来表征其碱性溶蚀特征,优选出适合油田开发的氢氧化钠溶液浓度及充注时间(反应时间)等实验条件,确定了最佳溶蚀浓度为0.05 mol/L氢氧化钠溶液,最佳反应时间为3 h。实验表明,比表面积氮气吸附法测得的比表面积、孔容、孔径及吸附脱附曲线表征的蒙脱石溶蚀特征,与反应后溶液pH值及离子(如Si4+)浓度变化所得的结论相同,验证了该方法的正确性,且具有直观、准确、可靠的特点,可应用于比表面积较大的多孔矿物溶蚀研究。     

碳酸盐岩红土风化剖面的淋滤试验研究—— 以贵州遵义和平坝剖面为例

采用人工配制的饱和碳酸水溶液对贵州省安顺、遵义两个典型红土风化剖面的样品柱,在常温、常压下进行长约100小时的淋滤试验。对溶液中10种元素进行检测表明:石灰岩及其溶滤层比白云岩及其溶滤层Ca、Mg的溶出量大2～5倍;成土物质Al、Si、Fe、Mn等元素有微量的溶出,且红土化程度较低的石灰岩风化剖面较红土化程度较高的白云岩剖面的溶出量大几倍,遵义剖面在碳酸水的淋滤下发生较明显的脱Si作用。试验前后淋滤液的酸度值发生显著变化,pH值由4.12～4.17变为6.86～8.09。      

碱金属离子及碱溶液对膨润土性能影响的研究进展

基于前人有关膨润土在碱性环境下的室内试验和数值模拟的研究结果 ,重点阐述了碱金属离子及碱溶液对膨润土矿物成分、微观结构、膨胀性和渗透性等方面的影响,讨论了温度、pH值与溶液浓度等对上述过程的影响。碱金属离子及碱性溶液不仅可交换膨润土中蒙脱石层间阳离子,而且可溶解膨润土中的蒙脱石,生成非膨胀性矿物,并随着温度和pH值升高,蒙脱石被溶解程度增加,从而导致了膨润土膨胀力减小,且随着温度、溶液浓度及pH值的增加,膨胀力削弱程度加强;同时,膨润土与碱金属离子及碱溶液接触时孔隙增多,进而渗透性增强,随着温度和溶液浓度增加,渗透性也明显增强。数值模拟可实现膨润土与碱性溶液长期接触时发生的矿物成分及渗透性变化的预测。高温、不同pH值的低碱性溶液及其耦合作用对膨润土的矿物化学成分、微观结构、膨胀力和渗透性的影响及机理研究应该是今后研究的重点。     

模拟不同气候条件下碳酸盐岩风化作用的淋溶实验研究

通过模拟干热、湿热与干冷3种气候条件,以饱和CO2水作为淋溶液,对黔中岩溶区3条碳酸盐岩风化壳岩-土界面的岩粉层试样进行了淋溶实验(其中干热、湿热条件下淋溶到残余酸不溶物阶段),对淋出液的pH值以及主要造岩元素的浓度进行了动态分析。结果表明,碳酸盐岩风化壳岩-土界面由岩到土的转变过程中,伴随碳酸盐的溶蚀,酸不溶物已表现出明显的风化倾向。碳酸盐的溶蚀强度表现为干冷>干热>湿热的变化趋势。温度低,碳酸盐的溶解速率大;排水条件好,碳酸盐溶解释放的Ca、Mg易随风化流体排出体系。对于酸不溶物组分,淋溶实验中有:(1)K、Na、Mg、Si、P的载体矿物风化强度在干热条件下最大(至于Ca,由于方解石与白云石均是其主要的载体矿物,酸不溶物相中的Ca难以在淋出液中有效识别)。在干冷与湿热之间,K、Na、Mg等盐基离子的溶出能力大多表现为湿热>干冷,指示了温度对盐基离子释放强度的重要制约作用;而Si和P未表现出一致的变化趋势,可能源于淋溶体系微环境的差异。(2)Fe与Mn表现出弱迁移性。其中,Fe在干冷环境下淋出强度最弱,说明温度是制约含Fe矿物分解速率的重要因素。而Fe在干热与湿热之间,以及Mn在3种淋溶条件下,未呈现出一致的变化趋势。(3)Al和Ti在碳酸盐岩风化过程中表现出强烈的惰性。      

西宁降尘的柠檬酸酸溶特性研究

以西宁降尘为研究对象,探讨柠檬酸溶解2 d过程中体系的pH及电导率变化,借助XRD、FTIR、SEM和ICP等表征手段,对降尘经酸处理后的残余固体及上清液进行分析。降尘加入柠檬酸的前4 h,反应溶液pH迅速上升;电导率从初始的4.31 ms/cm迅速升高到5.61 ms/cm,然后缓慢下降;8 h后,pH和电导率基本达到稳定。根据XRD分析,白云石特征峰(d=0.2886 nm、0.2190 nm等)和方解石特征峰(d=0.3031nm、0.2282 nm等)完全消失;根据红外分析,代表碳酸盐矿物的特征峰(1430 cm-1和877 cm-1)也消失,结合XRD结果可以得出方解石和白云石在柠檬酸作用2 d后完全溶解。柠檬酸溶出了降尘中大量的Ca2+,K+,Mg2+,Fe3+,Al3+,Si等元素,其中Ca2+的溶出量达到711.63 mg/L。柠檬酸对不同元素溶出的促进作用由强到弱依次为:FeAlSiCaMgK。在柠檬酸的作用下,降尘中的矿物被全部或部分溶解,其中碳酸盐矿物几乎完全溶解。     

真菌-玄武岩相互作用过程中真菌属种差异对元素释放行为的影响

真菌在矿物、岩石风化和元素溶解过程中发挥着重要作用。土壤中分布和生长着多种真菌,这些不同真菌在矿物和岩石风化,以及元素溶解过程中发挥的作用可能存在显著差异。为限定此差异,本研究从玄武岩风化土壤中分离获取了4种真菌(Aspergillus pesudofelis、Aspergillus viridinutans、Aspergillus undagawae和Aspergillus clavatus),设计批式溶解实验,探究了实验室条件下(28℃、30天内)4种真菌对玄武岩的风化作用,主要通过分析元素(包括Mg、Al、Si、Ca、Ti、Mn、Fe、Ni和Sr)的溶解速率和机制揭示不同属种真菌造成的玄武岩风化差异,并选取其中两种典型真菌所在的体系进行分析。实验结果显示不同属种真菌对玄武岩的风化和元素溶解的作用确实存在显著差异:1)与无机对照组相比,真菌A.pseudofelis的生长使得溶液pH值发生显著变化,元素的线性释放速率(Ril)显著升高;2)不同种真菌对体系pH值和Ril的影响差别巨大,且并非所有真菌均能加快玄武岩风化,如经过30天反应,含真菌A.pseudofelis体系溶液pH值上升了2.1,元素Mg的线性释放速率是无机对照组的22.5倍;而含真菌A.viridinutans体系溶液pH值仅上升了0.1,Mg的线性释放速率与无机对照组近似相等;3)Mg、Al、Ca、Ti元素的线性释放速率Ril最大值均出现在溶液最低pH值条件下,表明这4种元素的释放行为很大程度上受控于质子交换作用,而Fe和Ni的释放则由真菌代谢的草酸主导。由此可知,不同种真菌对有机酸代谢水平的差异影响了玄武岩中元素的释放行为。这也可能表明,在岩石早期风化过程中,具有较强有机酸(如草酸)代谢能力的真菌在Fe和Mg等生命必需元素的释放过程中起着重要作用。     

阪崎克洛诺菌还原蒙脱石中Fe~(3+)实验研究

为研究阪崎克洛诺菌(Cronobacter Sakazakii)还原普通钙基蒙脱石中Fe3+的过程与机理,测定了体系中总蛋白与Fe2+含量变化,应用同步辐射XRD(SRXRD)与X射线吸收近边结构(XANES)研究反应产物。总蛋白与Fe2+数据表明在厌氧条件下Cronobacter sakazakii以乙酸作为电子供体,利用钙基蒙脱石中Fe3+作为电子受体进行生长代谢,还原蒙脱石中Fe3+形成Fe2+。反应中蒙脱石晶体结构部分破坏,原始的d001峰消失,出现一系列与新生矿物有关的衍射峰。XANES结果显示蒙脱石中Fe主吸收峰向低能量方向移动0.5 e V,边前峰峰位中心向低能量方向移动且峰面积减小,Fe氧化态降低,蒙脱石晶体结构发生变化。研究探讨了自然界中广泛分布的钙基蒙脱石可能受到的微生物还原作用。     

蒙脱石晶体结构和水结构的矿物物理特征

本文利用矿物物理研究方法对我国内蒙、浙江、甘肃等地的钙基、钠基、镁基蒙脱石的物质成分、晶体结构和层间OH,H_2O的排布结构进行了研究,并获得下列结论: 1.由X衍射和拉曼分子光谱分析深入研究了蒙脱石阳离子配位体结构特征,提出其空间群为C_(2/m) 型。 2.建立了蒙脱石水结构模式,有3种主要类型:①层间大阳离子附近的束缚态水分子;②层间无大阳离子位置上的非束缚态水分子;③颗粒表面依靠氢键相连的水分子集合体。 3.利用群理沦,提出了蒙脱石OH～-的振动模式,由振动分析指出蒙脱石中OH～-具有12个振动模式。     

蒙脱石热处理产物的微结构变化研究

本文对广东和平蒙脱石及其热处理产物进行了化学分析、差热和热重分析、X射线粉末衍射分析、红外吸收光谱分析、扫描电镜、原子力显微镜及魔角旋转核磁共振等研究。结果表明,蒙脱石在热处理温度为126℃-148℃时,主要脱出吸附水和层间水,这一脱水过程是可逆的。当热处理温度达到659℃时,蒙脱石八面体片中的羟基开始脱失,但层状结构仍然保持,这种羟基的脱失过程对应着八面体片中Al^Ⅵ向Al^Ⅳ的转变。当温度达到900℃时,蒙脱石的层状结构完全被破坏,并有新的矿物相μ-堇青石产生。当温度为1200℃时,则出现方英石及莫来石相。当热处理温度达到1350℃时,方英石及莫来石的含量略有减少,并出现较多的含铁堇青石相。     

Native and artificial radiation-induced defects in montmorillonite. An EPR study

A natural montmorillonite containing radiation-induced defects was studied with Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy (X- and Q-band). A first dominant native defect, namely native defect 1, is identified. It gives rise to an orthorhombic spectrum with g_x= 2.004 ± 0.005 g_y= 2.010 ± 0.003, g_z= 2.065 ± 0.002. Simulation of the EPR spectrum at X- and Q-band reveals a second native defect with isotropic spectrum at g= 2.019 ± 0.005. Both are electron holes trapped on oxygen atoms of the structure. The native defect 1 is located on an oxygen-silicon bond or a non-bonding orbital parallel to the c* axis. These defects are annealed at 500°C and the half-life determined for native defect 1 is circa 3,000 years. Irradiations with beta rays produced two additional hole centers of lower stability and distinct EPR parameters. Artificial irradiations show that montmorillonite can be used as a dosimeter in a large dose range.     

膨润土受热作用后的水-力性能研究

受核废料衰变热影响,处置库内缓冲层的膨润土会长期处于高温状态。经历持续高温作用后,膨润土的膨胀自愈能力能否得以保持,还没有明确的结论。利用马弗炉维持105 ℃恒温环境,对粉状膨润土持续加热到预定周期;然后,获得不同加热周期试样的水-力性能。结果表明,随着加热时间增长,膨润土水-力性能出现大幅衰减。借助X射线衍射仪测试发现持续加热90 d其晶面间距缩合,出现了硅质氧化物胶结,导致颗（团）粒集聚。其红外光谱和热重特征表明,持续加热作用脱去了蒙脱石层间离子水合水,引起部分Na、Mg离子随水分蒸发而逃逸,两者共同作用导致蒙脱石颗（团）粒发生缩合作用。通过观察其扫描电镜图片也能发现,经过90 d持续加热后,蒙脱石颗（团）粒表面不再层次分明,而是紧密地相互搭接,发生了显著的缩合行为。粒度分布特征进一步证实,膨润土经历90 d加热后,即使浸泡28 d,其颗（团）粒依然未被分散,可初步推断上述缩合行为不可逆。     

蒙脱石层电荷与有机改性蒙脱石凝胶性能关系研究

利用自然沉降法提取了山东两不同产地膨润土中的钙基蒙脱石矿物M1和M2,利用结构式推算法计算了两提纯蒙脱石的层电荷:M1单位半晶胞的层电荷为0.38,M2单位半晶胞的层电荷为0.59;利用十八烷基三甲基氯化铵对蒙脱石进行有机改性,并对有机蒙脱石凝胶性能和层电荷的相关关系进行研究。研究发现:蒙脱石单位半晶胞的层电荷越低,在水中的分散性越好,越有利于十八烷基三甲基铵阳离子的插层,相应有机改性蒙脱石在二甲苯和乙醇体系中的凝胶性能越好(如M1);蒙脱石单位半晶胞的层电荷越高,在水中的分散性越差,越不利于十八烷基三甲基铵阳离子的插层,相应有机改性蒙脱石产品的凝胶性能较差(如M2)。     

Preparation and Characterization of Hydroxyiron-Montmorillonite Complexes

Iron elementin soil exists mainly in form s of Fe(OH) 2 ,Fe(OH ) 2 and Fe2 (OH ) 2 2 in tropical and subtropical areaswhere p H values are less than7.These hydroxy- Fe ions reactslowly with montmorillonite by intercalation into their inter-layer space and adsorption on their surfaces,and in this wayvarious hydroxyiron- montmorillonite complexes are formed(Cool and Vansant,1998;Wu et al.,1997;Molinared andClearfield,1994) . Hydroxyiron- montm orillonite complexesare assum ed to have…     

计算机差谱技术在矿物红外光谱研究中的应用

在矿物红外光谱研究中运用差谱技术可消除其它矿物相谱带的覆盖,鉴定混合相中微量矿物成分,并得到单矿物谱图。 本文通过两个实例,介绍计算机差谱技术的特点、操作要点。云南腾冲热泉地区的粘土样品,用Perkin-Elmer983型红外分光光度计和3600数据站配合,应用视屏差减程序(Screen Diffe-rence)剥离掉主要组成矿物玉髓的红外光谱后,清晰显示出微量矿物明矾石的单矿物谱。西藏羊应乡热泉地区的岩心经处理后得到的粘粒,用计算机差谱技术进行多次剥离,得到一系列差减光谱,经确定,其矿物相为高岭石、蒙脱石、伊利石、石英、钠长石和微斜长石。     

高光谱蚀变矿物提取在地质找矿中的应用——以吉林某斑岩型钼矿为例

国内外已广泛使用高光谱方法提取和识别岩石和矿物的技术。本文利用这个技术,在地面光谱测试、数据处理和光谱特征分析的基础上,提取和识别出斑岩钼矿区的蚀变矿物,通过分析与钼矿化蚀变的相关性,从12种主要蚀变矿物中优选出5种在矿区具有代表性的蚀变矿物:绢云母、蒙脱石、伊利石化绢云母、高岭石(结晶差)和铁镁绿泥石。结合其空间分布和分带特征,分析了与钼矿化的关系,进而划分出内、中和外三个蚀变带,预测了矿区的找矿方向,并提供了一种新的找矿思路。     

矿物对原油裂解影响的实验研究

在限定体系下（密封金管）,对原油、原油＋蒙脱石和原油＋方解石进行了裂解产气模拟实验。结果表明,原油＋蒙脱石裂解的甲烷和总气态烃（C1-C5）产率在大多数实验温度点与纯原油裂解基本相同,只有在高温度点才相对偏高,反映了蒙脱石对原油裂解的催化效应。原油＋方解石裂解的甲烷和总气态烃的产率则在大多数实验温度点比纯原油裂解相对偏低,并且在高温度点明显偏低,表明方解石对原油裂解具有抑制作用。纯原油和原油＋方解石裂解气态烃产物中异构烷烃和烯烃的相对含量基本相同,而原油＋蒙脱石裂解气态烃产物中异构烷烃和烯烃的含量则明显偏高。依据2℃／h和20℃／h两个升温速率甲烷和总气态烃产率,应用美国Lawrence Liverinore国家实验室开发的Kinetics软件模拟了纯原油、原油＋蒙脱石和原油＋方解石裂解生成甲烷和总气态烃的动力学参数,推算了在地质条件下原油裂解主要阶段的温度范围。     

粘土矿物碱耗协同效应研究

选择蒙脱石,高岭石,伊利石等三种在储层中最党风的储层粘土矿物,两两分别按２Ｌ：０,１：１,０：２质量配比组成复配物系列;在３０℃、５０℃温度下按１：５,１：８,１：１０（ｇ／ｍｌ）固／液比分别与１．６％的Ｎａ２ＣＯ３深液反应８ｈ,３６０ｈ;监测反应前后碱液浓度的变化;计算了各条件下各自的绝对碱耗量。结果表明三种粘土矿物中蒙脱石耗碱最大,高蛉石的耗碱量与伊利石的接近;随着固／液比减小和温度升高,矿物