矿物表面活性与反应性

矿物表面活性是矿物表界面反应中一个重要的指标性参数。如矿物溶解和晶体生长、矿物表面吸附和表面络合反应、矿物表面氧化还原和催化反应,都与矿物表面活性相关。甚至生物矿物界面作用过程中,常用到矿物表面反应性氧基(ROS),其释放能力也与矿物表面活性密切相     

工艺矿物学的发展与研究中的问题

1矿物物理与矿物材料新工艺1995年中国矿物岩石地球化学学会成立工艺矿物学专业委员会,与此同时出版了我国第一部《矿物物理与矿物材料新工艺》专辑,极大地推动了我国工艺矿物学的新生长点——矿物材料的发展。矿物材料具有资源丰富,与过去大多数矿     

我国矿物晶体结构与晶体化学研究进展及新成果(2000—2019)

矿物的晶体结构与晶体化学是矿物学的重要基础研究领域之一,21世纪以来,随着国家对地勘行业的重视,以及平面探测技术单晶衍射仪、微区、微量衍射等实验技术的应用与计算机软硬件能力的提高,我国矿物晶体结构与晶体化学研究得到飞速发展。矿物晶体结构测定与研究是伴随着新矿物的发现而发展的,新矿物的发现是矿物晶体结构研究的基石,又为新矿物提供数据支撑。目前我国发现的各类新矿物的晶体结构大多数已被测定,精修了近30个新矿物的晶体结构,并发现了多种此前从未发现过的矿物新结构,对若干新矿物的晶体化学新现象有了新的认识,这些成果为新矿物的发现和申报提供了基础性数据,同时也为阐明矿物的成分结构、物理特性、成因及演化,进而为各种地质现象的解释提供科学依据。展望未来,矿物晶体结构与晶体化学研究领域机遇与挑战并存。     

矿物材料的概念与本质

回顾20余年来我国矿物材料概念的研究与发展历程,矿物材料的概念与本质一直是矿物材料学的基本问题和研究热点之一。通过对国内有代表性观点的讨论与分析,并结合多年的教学科研实践经验,提出“矿物材料是以矿物为主要或重要组分的材料”的定义。在矿物材料中,矿物是集材料的组成与结构于一体的基元组分,不仅主要或重要组分是矿物,而且主要或重要物理、化学性能及使用效能也源于矿物。因此,矿物材料是以矿物为本质特征的材料。从矿物材料与其他材料关系看,尽管与无机非金属材料存在一定的交叉领域,但它并不简单等同于无机非金属材料,而是与无机非金属材料、金属材料和高分子材料等既有密切联系又有明显区别,具有自己特色和相对独立的一大类材料。     

矿物材料学的内涵与特征

经过20余年的研究与发展,矿物材料学已经成为材料科学与工程中一个相对独立和完善的组成部分,由于其定义、内涵与特征等基本问题与材料科学的从属性和独特性,多年的研究认为:矿物材料学是研究矿物材料的组成与结构、制备与合成、性能和使用效能以及矿物原料性质与特点等五要素及其相互关系和规律的一门学科.这五要素是具有内部互相联系和作用的有机整体,研究这五要素并了解它们之间的相互关系和规律构成了矿物材料学的内涵.矿物原料性质与特点是其他四要素的基本前提或重要基础,矿物原料及其与其他四要素的关系以及矿物在其他四要素中的关键性都体现了矿物材料学的矿物科学属性,正是因为兼具材料科学属性和矿物科学属性的矿物材料学这一重要特征使其有别于其他学科,而具有了理论及实用价值.     

矿物白度的影响因素与增白机理研究

白度是矿物的重要光学性质之一。为了深化矿物的光学性质及白色矿物功能材料的研究与应用,根据测试分析结果和叶大年的结构光性矿物学理论,系统研究了影响矿物白度的主要因素,以及矿物增白效果的差异性及其产生机理。研究结果表明:(1)晶体化学是决定不同种类透明矿物白度的最主要因素,但对于某种透明矿物来说,影响其白度的主要因素是矿物中的碳质有机质、含铁钛矿物杂质、杂质元素的价态与晶体化学环境、介质环境、矿物中的水和粒度大小等。(2)证明了透明矿物白度大小与折射率呈正相关。白度相同的不同矿物的增白效果存在很大差异性,其根本原因是由矿物折射率所决定的反射率存在很大差别。(3)提出了真白度和假白度的概念,即主要由自色产生的白度称为真白度,主要由假色产生的白度称为假白度;真白度高的矿物具有增白作用,而真白度低的矿物,即使粉末白度高,也没有增白作用。(4)在影响矿物白度的主要因素中,矿物中的碳质有机质、含铁钛矿物杂质、杂质元素的价态等杂质成分对矿物白度和增白效果起负面作用。(5)矿物中与晶体结构相关的水所产生的颜色属于自色,脱去结晶水、层间水和结构水都有利于提高矿物的真白度或增白效果,但脱去沸石水的效果正好相反;由矿物粒度大小变化产生的颜色属于假色;通过降低粉体粒度大小所提高的白度属于假白度,由此增加的白度没有增白作用。另外,矿物粉体与使用介质之间的折射率大小差别越大,增白效果越明显。     

2017年全球发现的新矿物种

在系统梳理和归纳2017年度全球发现并经国际矿物学协会(IMA)新矿物与矿物分类命名专业委员会(CNMNC)批准成立的108个新矿物种资料的基础上,根据这些新矿物的重要矿物学特征(矿物名称、晶体化学式、晶系和空间群、晶胞参数、主要粉晶数据、物理性质、光学性质、产地与产状及与其他矿物种的关系等),按照中国新矿物及矿物命名专业委员会颁布的《矿物种汉名审订条例》,对108个新矿物种的中文名称进行了审订。通过报道全球逐年发现的新矿物资料,全面介绍世界新矿物研究的新进展,为我国新矿物的发现和研究提供借鉴,并推动矿物种中文译名规范化与标准化的进程。     

铂族元素矿物共生组合(英文)

由于铂族元素能有效地降低汽车尾气的污染 ,其需求量日益增加 ,对铂族元素矿床的寻找已是当务之急。着重从矿物矿床学角度对铂族元素的矿物共生特点进行了探讨。铂族元素可呈独立矿床产出 ,主要产于基性超基性层状侵入体、蛇绿岩套及阿拉斯加式侵入体中。铂族元素也伴生于铜镍矿床中 ,该类铜镍矿床主要与苏长岩侵入体、溢流玄武岩及科马提岩有关。产于基性超基性层状侵入体中的铂族矿物有铂钯硫化物、铂铁合金、钌硫化物、铑硫化物、铂钯碲化物、钯砷化物及钯的合金。这些铂族矿物可与硫化物矿物共生 ,也可与硅酸盐矿物共生 ,还可与铬铁矿及其他氧化物矿物共生。产于蛇绿岩套中的铂族矿物主要是钌铱锇的矿物 ,而铂钯铑的矿物则较少出现 ,这些铂族矿物可呈合金、硫化物、硫砷化物以及砷化物 4种形式出现。产于阿拉斯加式侵入体中的铂族矿物主要有铂铁合金、锑铂矿、硫铂矿、砷铂矿、硫锇矿及马兰矿等少数几种 ,其中铂铁合金与铬铁矿及与其同时结晶的高温硅酸盐矿物共生 ,而其他的铂族矿物则与后来的变质作用及蛇纹岩化作用中形成的多金属硫化物及砷化物共生。产于铜镍矿床中的铂族矿物主要是铂和钯的矿物。产于基性超基性层状侵入体、蛇绿岩套及阿拉斯加式侵入体中的铂族矿物的共同特点是它们均与铬铁矿?     

2010年全国矿物科学与工程学术研讨会纪要

"2010年全国矿物科学与工程学术研讨会"于2010年10月23~25日在福州大学隆重召开。会议由中国矿物岩石地球化学学会工艺矿物学专业委员会发起,与矿物岩石材料专业委员会、环境矿物学专业委员会、矿物物理矿物结构专业委员、新矿物及矿物命名专业委员会、中国硅酸盐学会工艺岩石学分会及西南科     

经国际矿物协会(IMA)新矿物与矿物命名委员会批准1982年发表的新矿物(续)

~~经国际矿物协会(IMA)新矿物与矿物命名委员会批准1982年发表的新矿物(续)@郭宗山$新矿物与矿物命名委员会     

西藏罗布莎豆荚状铬铁矿中发现超高压矿物柯石英

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带东段的罗布莎豆荚状铬铁矿床中发现典型的超高压矿物柯石英和蓝晶石, 二者呈针柱状交生, 产在一个以TiFe合金成分为主的颗粒(0.7mm× 0.5mm大小) 的最外部.该颗粒从内到外由4层矿物组成, 分别为TiFe合金主体、2 0~ 70 μm宽的自然钛、约10 μm宽的TiSi合金及30~ 5 0 μm宽的柯石英和蓝晶石为主的硅酸岩和氧化物层.主体矿物为高Ti低Fe的TiFe合金, 内部出现由细粒状低Ti高Fe的TiFe合金和自然钛组成的蠕英结构.最外层由柯石英和蓝晶石组成的格架中分布细粒的Si金红石和Ti-Mg -K -Na -Ca氧化物.初步认为TiFe合金从深部高温高压环境往浅部上升过程中, 内部发生局部熔融, 分解出自然Ti, 并在其边部与其他硅酸岩矿物或熔体发生反应, 形成柯石英和蓝晶石.这一过程可能发生在洋脊拉张环境, 由于地幔柱的上涌, 将深部的豆荚状铬铁矿带到浅部, 使得其中包裹的一些高温高压环境下稳定的矿物变得不稳定, 发生熔融和交代反应, 形成新的不平衡的矿物组合.罗布莎柯石英的这种不寻常产出特征说明是在减压过程中形成, 不同于造山带中常见的由板块俯冲增压过程中形成的柯石英      

铬的迁移形式、成矿机理新探

通过对地球深部富氢流体、若干金属氢化物及合金氢化物的形成条件与性质、铬矿物的化学成分及其共生伴生矿物的研讨,结合铬铁矿成矿的地质背景,认为铬氢化物、铬合金氢化物是铬成矿的主要迁移形式。它们从地球深部富氢强还原环境随岩浆迁移至地壳浅部,由于H2,CO,CH4等逃逸、氧化,氧逸度大增,温度、压力下降,铬氢化物和铬合金氢化物分解、氧化、固化富集成铬矿床。     

A new finding of Cu-Au alloy in association with rodingite minerals in the Kaa-Khem ophiolitic belt,Tuva

A new Cu-Au alloy occurrence is located at the southeastern flank of the Malye Kopty massif of ultramafic rocks in the Vendian-Early Cambrian Kaa-Khem ophiolitic belt. Lithic clasts with Cu-Au alloy segregations (up to 15 mm in size) intergrown with other minerals were found in alluvium of the Kara-Oss Creek valley, which extends along the fault zone crosscutting ultramafic rocks. Cu-Au alloy occupies the main volume of clasts and fills the network of veinlets in grained aggregates consisting of andradite (2–18% grossular component) and diopside (X _Fe = 0.01–0.05). Cu-Au alloy contains small ingrowths of andradite (up to 43% grossular component), diopside (X _Fe = 0.14–0.19), chlorite (penninite), chalcocite that contains up to 1.5 wt % Au, Cu-bearing greenockite (6.07–13.67 wt % Cu, 0.48–1.56 wt % Zn, and 0.76–1.06 wt % Au), and magnetite. The chemical composition of Cu-Au alloy is nonuniform. The central parts of large Cu-Au alloy segregations consist of Ag-bearing tetraauricupride (AuCu) blocks (3.2–6.4 wt % Ag). They contain veinlet-shaped AuCu zones with 13.3–14.5 wt % Ag. The AuCu blocks are cemented by late Cu-Au alloy, whose composition is close to auricupride (AuCu₃). Taking into account the limits of component miscibility in the Au-Ag-Cu system, the temperature of the Cu-Au alloy formation was estimated at 350–600°C. This temperature corresponds to the formation conditions of garnet-pyroxene rodingite mineral assemblage (Plyusnina et al., 1993). The studied Cu-Au alloy samples from the Malye Kopty massif are very similar to Cu-Au alloy minerals hosted in the Alpine-type ultramafic rocks of the Karabash massif in the southern Urals. This similarity is confirmed by identical chemical compositions of pyroxene, garnet, and chlorite, and similar PT conditions of their formation. The data show that primary ore mineralization of gold-rodingite type occurs in the Kaa-Khem ophiolitic belt.     

Physicochemical parameters of the material of mantle plumes: Evidence from the thermodynamic analysis of mineral inclusions in sublithospheric diamond

Thermodynamic analysis of equilibria involving minerals of the lower mantle of pyrolite composition and crystalline carbon-bearing compounds indicates that the range of oxygen fugacity values at which diamond can be formed is separated from the region in which Fe-rich metallic alloy is generated by a field in which Fe carbides are stable. This implies that diamond can be formed in the lower mantle under more oxidizing conditions than those thought to be dominant in this geosphere. The absence of a metallic phase from the lower-mantle diamond-bearing mineral assemblage is consistent with the high (approximately 1%) Ni concentration in the ferropericlase found as inclusions in diamonds (Fe-rich metallic alloy is able to intensely extract Ni). An elevated redox potential also follows from the occurrence of carbonate phases found among mineral inclusions in lower-mantle diamonds. The main reason for a local increase in oxygen fugacity in the lower mantle may be shifts of redox equilibria toward a decrease in the amount, and then the disappearance of the Fe-Ni alloy with increasing temperature. An important role in the formation of diamond may be played by the generation of carbonate-phosphate and silicate melts in high-temperature zones and the migration of these melts and their interaction with wall rocks.     

稀土元素的迁移形式富集机理初探

通过对稀土矿物与碳酸盐相关性,矿物包裹体主要成分,代表性稀土矿物的化学成分,稀土矿物的主要共生、伴生矿物组合,稀土氢化物、稀土合金氢化物的形成条件及理化性质的研究。认为稀土矿床的成矿物质主要是呈稀土合金氢化物与CO、CH4等共同迁移,然后被氧化富集成矿。     

Penetration of molten iron alloy into the lower mantle phase

The core–mantle boundary is the only interface where the metallic core and the silicate mantle interact physically and chemically. Many geophysical anomalies such as low shear velocity and high electrical conductivity have been observed at the bottom of the mantle. Perturbations in the Earth's rotation rate at decadal time periods require the existence of a thin conductive layer with a conductance of 10⁸ S. Substantial additions of molten iron from the outer core into the mantle may produce these geophysical anomalies. Although iron enrichment by penetration has only been observed in (Mg,Fe)O, the second dominant mineral in the lower mantle, the penetration process leading to iron enrichment in the silicate mantle has not been experimentally confirmed. In this study, high-pressure and high-temperature experiments were conducted to investigate the penetration of molten iron alloy into lower mantle phases; postspinel, polycrystalline bridgmanite and polycrystalline (Mg,Fe)O. At the interface between (Mg,Fe)O aggregate and molten iron alloy, liquid metal penetrated the (Mg,Fe)O aggregate along grain boundaries and formed a thin layer containing metal-rich blobs. In contrast, no penetration of molten iron alloy was observed at the interface between molten iron alloy and silicate phases. Penetration of liquid iron alloy into the (Mg,Fe)O aggregate is caused by the capillarity phenomenon or Mullins–Sekerka instability. Neither mechanism occurs at the boundary of pure polycrystalline MgO, indicating that the FeO in (Mg,Fe)O plays an essential role in this phenomenon. Infiltration of molten iron alloy along grain boundaries (capillarity phenomenon) is the dominant process and precedes penetration due to the Mullins–Sekerka instability. The capillarity phenomenon is governed by the balance of forces between surface tension and gravity. In the case where the ultralow velocity zone (ULVZ) with a low shear velocity is composed of Fe-rich (Mg,Fe)O, the maximum penetration distance of molten iron alloy by capillary rise is limited to 20 m. The addition of iron-rich melt to the base of the mantle is therefore unlikely to be the main cause of the high conductance of the CMB region predicted from decadal variation of the length of day. Furthermore, the absence of molten iron alloy penetration into silicate phases does not allow an extensive modification of the chemical composition of the mantle by core–mantle interaction.     

钨的迁移形式成矿机理新探

通过对钨羰基络合物及钨合金氢化物的物理化学性质、钨矿床矿物流体包裹体的化学组成、钨矿物的化学成分、主要共生伴生矿物组合的研讨,结合钨成矿的地质背景和环境,认为钨羰基络合物及钨合金氢化物是钨的主要迁移形式。它们形成于地球深部高压、富氢、富CO的强还原环境,随着岩浆、热液、热气迁移至地壳浅部,由于压力、温度下降,氧逸度大增,H2、CO逃逸、氧化,钨羰基络合物、钨合金氢化物分解,氧化形成钨矿物,沉淀富集形成钨矿床。     

陶瓷材料在热机钻头上的应用研究

通过选用几种陶瓷材料的试验，证明了陶瓷材料在热机钻头上的应用是可行的，同时利用热压工艺将陶瓷固定在钻头体上是可靠的。陶瓷摩擦材料耐磨性是硬质合金的2．8倍，而其成本仅是硬质合金的1／10。     

深海底质土-金属界面间黏附特性试验研究

基于取样于太平洋C-C矿区(Clarion-Clipperton Zone)的深海底质土,采用美国INSTRON公司生产的5943型万能材料试验机,选用4种常用的海洋金属,自制金属模具,开展黏附特性试验,研究孔隙比、法向压力和加载速度等因素对深海底质土与金属界面间黏附特性的影响规律。并基于平行圆盘分离力的计算公式,建立了深海底质土-金属界面表层土黏附指数的计算公式。研究结果表明：随着土样孔隙比的增加,黏附力呈增加的趋势,增速先快后慢,最终趋于平缓。随着法向压力的增加,深海底质土与金属界面间的表层土黏附指数呈指数函数增加趋势。随着加载速度的增加,深海底质土与金属界面间的表层土黏附指数反而呈逐渐减小的趋势。4种金属中,铝合金5052和钛合金STi80对深海底质土表层土的黏附能力较弱。该研究结果为我国深海采矿系统的安全运行提供一定的理论依据。     

通过第一性原理预测内地核的成分与结构

内地核成分与结构的确定一直是地球深部研究的重要课题。目前地核的公认成分是铁和少量的镍。但由于地核密度低于纯粹的铁镍合金(固态内核2%～3%,液态外核6%～7%),其中必定掺杂有一定量的轻元素,其种类与浓度有待确定。除成分外,地核条件下铁的晶体结构也存在争议。根据地震学观测,声波沿地轴方向的传播速度比赤道平面方向快大约3%～4%。这意味着内地核是各向异性的;但在极端高压下,晶体结构中的原子应该按致密的密排六方结构(h.c.p)排列,而h.c.p结构对声波传输是高度各向同性的,这就需要确定地核条件下铁的晶体结构。根据第一性原理计算得到的高压下体系能量以及爱因斯坦谐振子模型,本项研究估算了给定结构的自由能以及掺杂轻元素后的影响。根据计算结果可以定性的分析得出,在高压OK下致密的h.c.p结构显然比疏松的体心立方(b.c.c)更稳定;而随着温度的升高,原子核的振动造成b.c.c结构的自由能比h.c.p结构下降得更快,因此在高温下b.c.c结构更稳定;掺杂轻元素后,这种优势变得更加明显,而3.6at.%的Si则恰好同时解释了2%～3%的密度缺失和b.c.c结构在内地核条件下的稳定性。因此我们建议内地核的基本结构与成分应为以体心立方结构存在的铁,掺杂约3.6at.%的硅元素,内地核温度至少在5500K以上。这一结论与其它更复杂的方法得到的结果一致。