几种氧化锰矿物的合成及其对重金属的吸附和氧化特性

以改进或优化的方法合成土壤中常见的几种氧化锰矿物,对其形貌、结构、组成和表面性质进行表征,研究其对几种重金属的吸附和对Cr(Ⅲ)的氧化特性及与其结构和表面性质的关系。结果表明,合成的水钠锰矿、钙锰矿、锰钾矿和黑锰矿均为单相矿物,具有典型的形貌特征。水钠锰矿、钙锰矿和锰钾矿的PZC较低,分别为1.75、3.50和2.10,其表面可变负电荷量的大小顺序为水钠锰矿≥锰钾矿>钙锰矿;黑锰矿的PZC较高,表面可变负电荷量远低于其他3种矿物。供试矿物中,水钠锰矿对Pb2 、Cu2 、Co2 、Cd2 和Zn2 等重金属的吸附能力最强,黑锰矿的吸附能力最弱,除黑锰矿吸附更多的Cu2 外,供试氧化锰矿物对Pb2 的吸附量最大。氧化锰矿物对重金属的吸附受重金属的水解常数和矿物的表面负电荷的影响较大,它们均影响氧化锰矿物表面诱导水解作用及吸附离子形态。供试氧化锰矿物对Cr(Ⅲ)氧化能力和氧化过程中Mn2 释放量不同,受矿物结构、氧化度、表面性质以及结晶度等因素影响,氧化能力顺序为水钠锰矿>锰钾矿>钙锰矿>黑锰矿,最大氧化量分别为1330.0、422.6、59.7和36.6mmol/kg。     

滇东南木利锑矿床M-HREE富集型方解石显微分析与成因初探

西南大面积低温成矿域是我国重要的卡林型金矿及锑矿聚集区,方解石作为各类热液矿床中最常见的脉石矿物,在不同矿床中往往具有不同的稀土元素特征,特别是在金锑矿床中具有特殊的中、重稀土元素(M-HREE)富集特征,这一特殊现象对成矿流体演化和矿物学找矿有重要的研究意义,而关于其形成机理仍旧是一个悬而未决的科学问题。本研究利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对木利锑矿床不同时期方解石进行了Fe、Mn元素含量测试,同时利用高分辨场发射扫描电镜(FE-SEM)、电子探针(EPMA)、透射电子显微镜(TEM)、聚焦离子束(FIB)等一系列微区分析手段对方解石内部结构进行研究。结果显示,成矿期方解石相对于非成矿期方解石具有较高的Fe、Mn元素含量,成矿期方解石LREE/HREE值与Fe、Mn含量呈近水平的拟合曲线关系,在方解石内部存在含Fe、Mn的白云石,白云石和方解石交界处存在粒间孔,能谱显示有Fe、Mn信号,暗示孔内也存在Fe、Mn物质。因而推断在复杂的氧化还原条件下,含Fe、Mn的白云石和孔内的铁锰物质吸附大量的M-HREE可能是导致方解石富集M-HREE的原因。     

基于背景匀质性双边滤波的SAR图像斑点噪声抑制算法

针对双边滤波在抑制SAR图像相干斑噪声的不足,本文提出了一种基于背景匀质性的改进双边滤波算法BH-IBF (Improved Bilateral Filtering algorithm based on Background Homogeneity),并将其应用于SAR图像斑点噪声抑制。BH-IBF以传统双边滤波作为基本框架,并利用了双边滤波器中的双边核函数描述像素灰度值之间的相似性以及相邻像素间的几何空间信息。然而,传统双边滤波存在不能有效地滤除强斑点噪声的缺点,并且SAR图像又因成像原理的缺陷导致强斑点噪声普遍存在。针对这些问题,BH-IBF设计了一种根据背景窗口的匀质性进行自适应样本截断的方法,并根据描述背景匀质性的指标自动获取样本截断的截断深度。此外,本文将自适应滤波窗口尺寸以及权重核修改的方案应用到BH-IBF中,以增强匀质区域的斑点噪声平滑强度以及异质区域的边缘信息效果。最后,使用自适应截断后的样本作为已调整权重核的双边滤波器的输入。实验数据显示,BH-IBF能够在有效保留SAR图像纹理信息的同时,获取较好的斑点噪声平滑性能。     

一种基于拟动力法和剩余推力法的地震边坡稳定性分析新方法

由于常用的拟静力法存在诸多局限性,将更合理的拟动力法与边坡极限平衡分析法相结合对地震边坡稳定性分析具有重要的理论和实际意义。基于拟动力法与边坡极限平衡分析中的剩余推力法,推导了考虑振动放大效应的边坡地震力求解公式及地震边坡剩余推力计算公式。在此基础上,借助MATLAB软件编写了计算地震边坡剩余推力和安全系数的程序,得到了一种拟动力地震边坡稳定性分析新方法。应用已开发的程序,通过算例分析,讨论了地震动特性、坡体材料特性、坡体几何形状、地形放大效应对地震边坡稳定性的影响。研究表明：地震边坡安全系数随输入地震动的初始相位呈周期性波动变化,且土体放大系数不会改变其波动周期;地震边坡安全系数随地震系数、土体放大系数、地震动波长与坡高比值的增大而减小;当不考虑振动放大效应时,λ/H等于2是拟动力安全系数由急剧减小到趋于稳定的转折点,λ/H值越小,拟动力安全系数与静力安全系数越接近,λ/H值越大,拟动力安全系数与拟静力安全系数越接近;当考虑振动放大效应时,拟动力安全系数可能小于拟静力安全系数,因此,无论从安全还是经济的角度出发,拟动力法都比现行的拟静力法更合理,应该是地震边坡稳定性分析的首选方法。     

氧化还原条件对土壤砷(Ⅴ)稳定化作用的影响

探讨了不同氧化还原条件下土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化作用。研究结果表明不同氧化还原条件下外源水溶性砷(Ⅴ)进入土壤体系后,各种形态砷随培养时间增加的变化规律总体上表现较为一致。培养180天之后,水溶态和交换态砷在微孔扩散等作用下随培养时间分别下降至2.4%~4.7%和2.8%~3.2%。碳酸盐态砷主要受控于p H以及相应的表面沉淀作用。有机态砷存在再分配现象,最高值达48.8%~50.1%,有机态砷下降的同时,伴随氧化物态和残渣态砷的上升。越趋向氧化环境会使得土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化程度越高,反之,越趋向还原环境土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化程度越低。各种氧化还原条件下,土壤外源砷(Ⅴ)的稳定化过程均具有明显的阶段性特征,缺氧和过渡条件下表现为3阶段特征,而好氧条件下表现为4阶段特征。     

常压下pH对Cu-布塞尔矿向钙锰矿转化的影响

钙锰矿是表生环境中常见的隧道构造氧化锰矿物,常由层状构造的Na-布塞尔矿或水钠锰矿(Na-布塞尔矿脱水产物)经不同离子交换后在热液条件下转化而成.Na-布塞尔矿与离子交换过程中溶液pH对Me-布塞尔矿亚结构及常压下向钙锰矿的转化有重要影响.本文以Na-布塞尔矿为前驱物,探讨了pH对Cu-布塞尔矿形成及其在常压回流条件下向隧道构造钙锰矿转化的影响.结果表明,不控制pH值时,随着溶液中交换性Cu2+数量的增加,前驱物Na-布塞尔矿层间Na+离子的数量逐渐减少,直至被Cu2+离子完全交换.层间的Mn2+只有在加入的Cu2+达到一定量时才能被置换出来,体系pH值随着CuCl2加入量的增加而降低.随着进入Na-布塞尔矿层间Cu2+离子数量的增加,经回流转化后逐渐生成结晶度较好的钙锰矿相,但加入量超过一定量时,不能转化形成钙锰矿.在控制pH为4.5的体系中进行离子交换时,钙锰矿的形成随着Cu2+离子的增加而增加,并在高加入量时也可完全转化形成钙锰矿.上述两种转化的差异与pH变化所引起的Na-布塞尔矿亚结构变化及交换性Cu2+离子在其层间分布的形态密切相关.     

淋溶条件下石英砂柱中铁锰氧化物的形成特点

用不同浓度铁锰离子混合溶液对石英砂柱进行40次淋溶实验,研究砂柱中铁锰氧化物的形成状况.结果表明,淋出液中铁锰离子浓度与其pH值随着淋溶次数的增加呈现先降低后升高的趋势;各处理所形成的铁锰氧化物含量之间存在极显著差异,淋溶液中铁锰离子浓度越大,形成的铁锰氧化物含量越高,当淋溶液中铁锰摩尔浓度比即c(Fe2+)/c(Mn2+)为2∶1时最有利于铁锰氧化物的形成;随着淋溶次数的增加,铁锰氧化物含量的增长逐渐减慢;不同层次铁锰氧化物含量差异显著,下层(20～30 cm)含量明显高于其它层次;各阶段(每淋溶10次为一阶段)不同形态(非晶形态、晶形态)铁锰氧化物含量间的相关性存在差异,铁锰氧化物尤其是非晶形态的相对比例(Fe/Mn)随着淋溶次数的增加逐渐增大.     

二价锰盐还原KMnO4合成锰矿物及其影响因素研究

以二价锰盐还原KMnO4的方法合成锰矿物,运用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段对矿物的结构进行表征,探讨合成体系中锰摩尔比R(Mn2+:Mn7+)(分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4)、合成温度(分别为30℃、50℃、70℃、90℃、110℃)以及阴离子类型(分别为Cl-、SO42-、NO3-)等条件对锰矿物形成的影响.研究表明:随着R从1∶1到1∶4逐渐减小,形成的锰矿物由锰钾矿向水钠锰矿转变,锰氧化度也相应的增加;阴离子类型的不同会影响反应所得矿物的种类和结晶度;随着合成温度的升高,锰矿物的结晶度增大,锰氧化度略有升高.     

回流条件下钙锰矿的合成及其初步表征

采用改进方法制备的水钠锰矿为前驱物, 在加热回流的条件下一次合成了大量结晶良好的单相钙锰矿, 回流8和24 h合成的钙锰矿的平均化学组成分别为Mg_0.19MnO_2.11(H₂O)_1.15和Mg_0.17MnO_2.10(H₂O)_0.88, 随着回流时间的延长, 钙锰矿结晶度进一步提高, 且无其他矿相生成. 回流条件合成的钙锰矿与天然钙锰矿及热液条件合成的钙锰矿具有相同的形貌特征和相似的结构特点. 除锰氧化度较高外, 其化学组成与热液条件合成的钙锰矿相近.     

大别山南、北坡花岗岩风化作用的差异及其构造、气候环境意义

对大别山南、北坡燕山期花岗岩风化壳研究表明: 南坡司空山黑云母二长花岗岩风化壳为剥蚀型风化壳, 在水解作用以及酸性介质条件下脱碱、钙、硅和富铝, 主要矿物学演化是长石、黑云母风化蚀变为伊利石→(蛭石→1.4 nm过渡矿物)→高岭石→多水高岭石. 北坡河棚黑云母正长花岗岩风化壳为稳定型风化壳, 在氧化作用以及弱酸偏中性介质条件下无硅的淋失、富铁和非晶化作用显著, 主要矿物学演化是长石、黑云母转变为蒙脱石、多水高岭石→非晶质. 这些结果显示, 大别山南、北坡风化作用的差异可能与气候条件和构造运动的差异有关, 即, 南坡高温多雨, 淋溶强烈, 土壤处于酸性环境, 经历过构造抬升; 北坡高温少雨, 淋溶较弱, 土壤处于弱酸偏中性环境.