含钙聚硅氯化铁铝的表征与絮凝研究

用X粉晶衍射、红外光谱对以Ca（OH）2为碱化剂合成的含硅聚合氯化铝铁（PAFSCCa）、比较样聚合氯化铝铁（PAFCCa）、及其合成前体聚合氯化铝（PACCa）、聚合氯化铁（PFCCa）的低温干燥样进行了表征。XRD衍射结果显示．PAFSCCa中有Ca-Si-O-Al化合物存在,加热可促进Ca-Si-O-Al化合物的结晶和生长。Si/Al摩尔比在1：1时有利于Ca（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）、Al（Ⅲ）与OH^-之间的共聚,无论是在加热、常温合成条件下,PAFSCCa中均有短程有序而长程无序的Ca（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）、Al（Ⅲ）羟合物大量存在。Ca-Si-O-Al化合物的存在会抑制Ca-O-Fe之间的键合,破坏Fe（Ⅲ）羟合物的结晶,但促进低聚合度Fe（Ⅲ）羟合物的生成。红外光谱证实,PAFSCCa中硅铝之间通过Si-O-Al氧桥的键合程度随Si/Al摩尔比的增加而上升。在Si/Al摩尔比1：1及加热合成条件下,硅铝之间通过Si-O-Al氧桥的键合程度最高。絮凝实验证实PAFSCCa水解形成絮体时,含硅高的样品其絮体更大,絮凝效果好,硅铝共聚物对抑制微絮体再稳定的贡献大。     

含钙铝铁水解聚合产物的矿物学研究Ⅲ:陈化对形态的影响

用透射电镜、扫描电镜、热分析及矿物谱学等手段对含钙铝铁水解聚合产物(含微量硅)合成初期样品及其陈化9年后样品组成物相的形态演化进行了观察对比研究。结果表明,含钙铝铁溶液合成初期迅速形成类钙矾石双羟合结构体,其结构中部分Al3+被Fe3+取代、SO42-阴离子被Cl-离子替代,无定形的铝铁共聚物、铝硅共聚物和多种铝、铁、钙氢氧化物(氧化物)微晶竞争存在。缺氧条件下铝铁水解产物的演化由于氯、钙离子的存在而与文献的报道有所不同。陈化改变了含钙聚合铝(铁)溶液中的长程有序结构。其中的类钙矾石双羟合结构体在高Cl-、低pH环境下长期陈化过程经历了溶解-再结晶作用。大量的铁微晶相溶解形成富铝水羟合铁(ferrihydrite)胶体结构,Cl-与Ca2+以键合或共沉淀方式进入富铝水羟合铁(ferrihydrite)相。富铝水羟合铁(ferrihydrite)胶体最终的结晶相还是β-FeOOH。     

Fe3+纳米胶体颗粒的光吸收边蓝移与溶液中Al/Fe比的关系

合成了n（Al）／n（Fe）和碱化度不同的45个聚合氯化铝铁（PAFC）样品,进行了光谱分析,结果显示光吸收边蓝移或红移以及Fe（Ⅲ）羟基氧化物和Al-Fe共聚体纳米胶体颗粒大小分布与溶液的Al／Fe比和碱化度（B=[OH]／[Al＋Fe]）密切相关。电镜观察和电子衍射分析表明：Al（Ⅲ）的加入使Fe（Ⅲ）羟基氧化物和Al-Fe共聚体纳米胶体颗粒变小、有序度降低是造成PAFE光吸收边蓝移和保持胶体颗粒在亚稳定状态下存在的重要原因。当n（Al）／n（Fe）〉8：2后,PAFC溶液中Fe（Ⅲ）羟基氧化物和Al-Fe共聚体胶体主要以〈10m的纳米颗粒形态存在,对应的光谱能级提高到26000cm^-1以上,且各种曰值下Fe^3＋的光谱能级趋于一致。这表明,在大量Al（Ⅲ）存在条件下,PAFE中Fe3^＋的所处的化学环境相似。点能谱分析显示,n（Al）／n（Fe）=4：6的样品中颗粒物的化学计量比最接近AlOOH,FeOOH,溶液的稳定性最差。     

Fe(Ⅲ)水解过程中的Fe同位素分馏研究

三价铁水解是铁地球化学循环中的一个重要过程,在一定程度上控制了铁在水体中的运移和再分配。实验研究了Fe(Ⅲ)在20℃和46℃水解生成沉淀过程中,上清液的存在形态以及该过程导致的Fe同位素分馏。20℃水解实验有两个时间长度,分别是95天和130天,水解实验结束时上清液中的Fe(Ⅲ)主要以胶体形式存在。不同的水解时间导致的Fe同位素分馏在误差范围内是一致的。20℃水解实验结束时上清液和沉淀之间56Fe/54Fe的同位素组成之间的差异Δ56FeFe(Ⅲ)sup-Fe(Ⅲ)pre为1.15‰;46℃水解实验的时间长度为95天,结束时上清液中的Fe(Ⅲ)主要以离子形式存在,46℃水解实验结束时Δ56FeFe(Ⅲ)sup-Fe(Ⅲ)pre为1.37‰。通过瑞利分馏的公式计算出20℃和46℃时Fe(Ⅲ)水解过程中沉淀和上清液间的瞬时平衡分馏系数分别为0.999 121和0.999 260。     

含钙铝铁水解聚合产物的矿物学研究Ⅰ:形态和物相

用X射线粉晶衍射分析技术结合热重分析、红外光谱及电镜观察对合成的含钙聚合氯化铝铁(PAFCCa)及其合成前体含钙聚合氯化铝(PACCa)、含钙聚合氯化铁(PFCCa)的低温干燥样进行了表征.XRD衍射结果表明,Ca(Ⅱ) 分别与Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)都能形成结晶化合物,在PACCa中结晶化合物主要是Ca3Al2(OH)12,在PFCCa中结晶化合物主要是Ca4Fe14O25,在PAFCCa中形成Al-Ca-Fe三相结晶化合物铁取代的氯钙矾石结构体,其组成是(Ca6(Al,Fe)2[(OH)4Cl2]3·20H2O).热重分析、红外光谱与电镜观察都支持了XRD的衍射结果.     

腐殖酸对微生物还原绿脱石结构Fe(Ⅲ)的促进作用

微生物介导的铁循环是调控地表有害物质迁移转化等地球化学反应的关键因子之一。为了探明腐殖酸对微生物还原含铁黏土矿物的影响,选取了富铁黏土矿物绿脱石和不同土壤中提取到的腐殖酸为研究对象进行了实验,在有、无腐殖酸2种条件下对比了典型异化铁还原菌Shewanella putrefaciens CN32对绿脱石结构Fe(Ⅲ)的还原效率,同时分析了微生物作用后绿脱石的晶体结构差异。实验采用化学方法检测Fe(Ⅲ)的还原程度,利用X射线粉晶衍射(XRD)及傅里叶转换红外光谱(FT-IR)对微生物作用前后的绿脱石进行了矿物学表征,利用扫描电镜(SEM)研究了反应前后绿脱石的形貌差异。实验结果表明不同来源的腐殖酸均具有促进微生物还原绿脱石结构Fe(Ⅲ)的能力,但其促进效率存在差异。绿脱石中的结构Fe(Ⅲ)经微生物还原后,其矿物结构被破坏,结晶程度逐渐降低,矿物形貌由不规则片状变为松散疏松的网絮状。本研究对深入理解自然环境中铁的生物地球化学循环及其环境效应具有启示意义。     

A.ferrooxidans培养过程中Al/Fe(摩尔比)对铁矿物形成产物的影响

主要研究了磷酸铝(Al PO4)的加入量对氧化亚铁硫杆菌HX3培养液中铁矿物形成的影响,并对相应沉淀产物进行了结构表征分析。结果表明,Al PO4的加入对细菌培养过程中Fe2+的氧化无明显影响,但可促进Fe3+的水解和初始铁矿物相的形成,也可加速黄钾铁矾的转化形成。Al/Fe(摩尔比)为0. 04～1的培养液中主要形成产物为施威特曼石和黄钾铁矾; Al/Fe为0. 4和1时另有磷酸铁矿形成。较高的Al/Fe比值和磷酸根含量有利于磷酸铁矿的形成。     

铝离子对黑云母溶解/转化的制约及机制研究

采用X 射线衍射、傅里叶红外光谱、热重分析、透射电子显微镜和穆斯堡尔谱等手段,研究了 Al3+对黑云母溶解/转化过程的影响,重点分析了不同Al3+浓度作用下黑云母转化产物的矿物学特征及黑云母转化机制.结果显示,Al3+通过水解作用产生质子,加速黑云母片层的溶解及转化.当Al3+浓度较低时(0.01～0.10mol/L),Al3+水解产生的较少量质子对黑云母片层结构溶解有一定促进作用,转化产物以蛭石、水黑云母和绿泥石为主,优先溶出的Fe 聚集成核,同时吸附溶出的Si,形成具有核壳结构的球形纳米颗粒和结晶良好的赤铁矿.当Al3+浓度较高时(0.30～0.60mol/L),Al3+水解产生大量质子,显著加速黑云母结构溶解,黑云母转化产物主要为高岭石和弱结晶的铁氧化物.Al3+能明显改变黑云母的溶解速率及转化产物,从而影响黑云母的风化过程.     

黄土去除水中Cr(Ⅲ)过程中表面矿物特征变化

以山西太原市郊的黄土为研究对象,综合运用环境扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)等技术,系统地研究了黄土在与水中Cr(Ⅲ)相互作用前后的表面矿物特征变化。研究认为:黄土对水中Cr(Ⅲ)有着很强的去除能力,黄土表面特征对水中Cr(Ⅲ)具有控制作用,突出表现为能谱图中的Ca峰的消失以及能谱图Fe峰与Cr锋的正相关变化。     

机械研磨高岭石的固体~(29)Si、~(27)Al核磁共振光谱研究

综合多种测试方法,考察了研磨对茂名高岭石粒径、形貌与微结构等理化性质的影响。重点采用~(29)Si、~(27)Al MAS NMR光谱考察了研磨过程中结构脱羟、Si、Al配位环境变化、新活性位点形成等微结构演变等。结果表明:研磨初期,高岭石六方片层遭到破碎,颗粒粒径逐渐减小,比表面积在研磨1 h达到最大(43.8 m~2/g);此后,颗粒发生团聚,比表面积减小,样品脱羟量和表面吸附水含量均逐渐增加。核磁Si谱和Al谱分别在化学位移-100.5和14.8处出现新的信号,归属于四面体Si与八面体Al相连顶氧质子化作用而产生的Q~3 Si-OH~+-Al结构。研磨导致高岭石脱羟,Al配位状态从AlⅥ经由AlⅤ逐渐向AlⅣ转变。     

陕西省商南县穆家河钒矿床地质特征及钒的赋存状态研究

穆家河钒矿床产于南秦岭下寒武统水沟口组第一岩性段,含矿岩石主要为硅质岩夹( 炭质) 泥岩。钒矿体严格受层位控制,呈层状、似层状产出,沿走向、倾向上延伸均较稳定。通过物相分析、X - 射线衍射测试及电子探针分析,穆家河钒矿床中钒主要有三种赋存状态: 存在于钒云母中、以胶体状态存在的 V - Fe 氧化物、以氧化物集合体形式存在的 V - Ti,其中以钒云母为主。①钒云母的标型为2M1 型,化学式为 K( Al,V)2( Si,Al)4O10( OH)2或( K,Ba,Na)0. 75( Al,Mg,Cr,V)2( Si,Al,V)4O10( OH,O)2,呈片状、条带状产出,其 V2O5含量最高可达到 22. 68%,钒以类质同相形式替代云母中的铝; ②胶体状态存在的 V - Fe 氧化物,呈草莓状、圆球状、星点状、环状产出,颗粒直径小于 10μm,化学组成主要为 V、Fe、O,其中含钒最高可达到10. 09%,不含水,为胶体老化后形成的非晶质体; ③ V - Ti 氧化物集合体呈浸染状、星散状分布于岩石基质中,它最初是以胶体形式沉积,在后期成岩及地质演化过程中,其中钛的氧化物结晶形成锐钛矿、板钛矿等。     

一株兼性厌氧硝酸盐/Fe(Ⅲ)还原菌的分离及鉴定

表生环境中广泛存在以硝酸盐或Fe(Ⅲ)为电子受体、有机物或还原性无机盐为电子供体进行生长的微生物。硝酸盐还原菌具有降低水体硝态氮浓度的功能(Gesche等,2010),而铁还原菌具有固碳、磷(代谢产物Fe(Ⅱ)与CO32-、PO43-等反     

meso-四(对-三甲铵基苯基)卟啉与铋显色反应的研究

研究了在催化剂苯羟乙酸的存在下,me so-四(对-三甲铵基苯基)卟啉与Bi(Ⅲ)的显色反应。在pH 5.7的HAc-NaAc介质中,于沸水浴中反应5min完成,配合物的最大吸收波长为464mn,表现摩尔吸光系数为3.15×10~5L·mol~(-1)·cm~(-1),Bi(Ⅲ)含量在0～0.48μg/ml范围内呈线性关系,配合物的组成为Bi(Ⅲ):T(4-TAP)P=2:3。方法可用于矿样中痕量Bi的测定。     

Fe(Ⅲ)供应速率对无定型施氏矿物形成的影响

施氏矿物(schwertmannite)已被证实是一种具特异性能的重(类)金属吸附新材料。但在直接由Fe3+或用强氧化剂氧化Fe2+合成该矿物时,常因夹有黄铁矾类物质而降低产品纯度。通过模拟FeSO4-K2SO4-H2O临界成矾体系,发现在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)作用下存在无定型施氏矿物和晶型黄钾铁矾的合成反应竞争,其中Fe3+供应速率是一个影响铁矿物形成的重要因素,较低的Fe3+供应可以抑制K+的利用,这种变化趋势对无定型施氏矿物合成是有利的。当存在少量K+等成矾导向离子时,可通过合理调低Fe3+供应速率,有利于溶液中Fe3+平缓释放,改善施氏矿物纯度,这为A.ferroxidans菌生物法中直接使用无机盐培养基合成施氏矿物提供了可能。     

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。     

能谱仪(EDS)测试结果中元素含量异常的研究

在EDS定量分析中,有时会见到某些元素(Si、Fe、Al、Cr等)含量的异常现象。能谱仪的测试研究表明,引起异常的主要因素有:标样选用不当,磨料污染,试样中的包体,矿物天然表面吸着的Si、Fe胶态薄膜,被测矿物周围邻接物质成分的影响,被测物质厚度过小或样品表面的复盖物等;对不同因素的影响效果可采取相应的对策给予减小或消除。     

C-800氨基羧酸树脂对铬(Ⅲ)的吸附性能研究

研究了C-800树脂对Cr(Ⅲ)离子的吸附性能。结果表明,在pH=4.0时树脂对Cr(Ⅲ)的吸附效果最佳,等温吸附服从Freundlich经验式,静态饱和吸附容量为212.4 mg/g,吸附反应的表观活化能Ea=27.1 kJ/mol,热力学函数ΔH=7.39 kJ/mol,ΔG298=-2.65 kJ/mol。用2 mol/L盐酸溶液能定量洗脱。树脂功能基上的N与Cr(Ⅲ)发生配位键合,配位摩尔比为2:3。     

不同氧化度碱性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ) 的动力学特性

用批量法研究了Mn平均氧化度分别为4.02、3.85和3.70的碱性水钠锰矿对As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)氧化的动力学特性。结果表明,碱性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)先经历准一级动力学反应阶段,随后表观速率常数(k_obs)逐渐减小至趋近零,达到反应平衡,k_obs逐渐减小除了逆反应影响外,还与产物在矿物表面不断积累,钝化反应位点有关。初始反应阶段k_obs随氧化度增加而增大,氧化As(Ⅲ)的k_obs分别为: 0.095 1、0.039 6和0.007 1 min^-1;氧化Cr(Ⅲ)的k_obs分别为0.034 2、0.017 8和0.014 8 min^-1。氧化As(Ⅲ)的初始反应阶段生成的Mn(Ⅱ)基本保留在矿物表面,对反应位点钝化大,使k_obs减小速度快。而Cr(Ⅲ) 氧化初始阶段,Mn(Ⅱ)释放明显滞后于Cr(Ⅵ)释放,但随反应进行逐渐增加,与Cr(Ⅵ)释放量比值接近于反应计量比。故Cr(Ⅲ) 氧化生成Mn(Ⅱ)对位点的钝化远小于As(Ⅲ)氧化,其初始反应阶段后k_obs减小速度较慢,且氧化度越高,保持一级动力学的初始反应阶段越长,k_obs减小越慢。因此,水钠锰矿的Mn氧化度越高,氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)的反应速率越快,As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)在碱性水钠锰矿表面氧化产物的释放行为是影响其反应动力学特性的重要因素。     

《矿物岩石》2002年(第22卷)总目次

●　矿物岩石内蒙古额仁陶勒盖银矿床锰矿物的矿物学初步研究吕志成　张培萍　段国正等 (1)　 1火山岩风化过程中难熔元素的活动性研究以广西凭祥英安岩风化剖面为例顾尚义　万国江　毛健全等 (1)　 6广西南源洞硅灰石中石墨的赋存特征及其对硅灰石粉白度的影响蒋述兴 (1)　 10斜方顽火辉石 -正铁辉石固溶体中 Fe2 + ,Mg2 + 有序 -无序扩散机制的研究潘群雄　潘晖华 (2 )　 1铅在高岭石表面的解吸动力学魏俊峰　吴大清　彭金莲等 (2 )　 5新疆伊犁京希 -伊尔曼德金矿区角砾岩特征及成因肖　龙　王方正 (2 )　 9天山海西期不同类型花岗岩类…     

纳米铁去除饮用水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)

在好氧水体中,As(Ⅲ)比As(Ⅴ)更易迁移,而且在水处理过程中去除效率更低。在实验室合成制得BET比表面积为49.16 m2/g,直径范围为20~40 nm的纳米铁。通过批试验考察纳米铁对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)去除能力及其反应动力学情况。结果表明,在pH为7,温度20℃时纳米铁能够快速地去除As(Ⅲ)和As(Ⅴ),在60 m in内,0.25 g纳米铁对起始浓度为968.6μg/L As(Ⅲ)和828.9μg/L As(Ⅴ)的去除率大于99.5%。反应遵循准一级反应动力学方程,标准化后的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)比表面积速率常数kSA分别为1.30 mL/(m2.m in)和1.64 mL/(m2.m in)。由实验结果可知,具有高反应活性的纳米铁是用于含砷饮用水处理非常有效的吸附材料。