纳米矿物与纳米矿物资源

为促进对纳米矿物及纳米矿物资源的认识、深入研究及开发应用,阐述了矿物纳米颗粒、纳米矿物狭义和广义概念、纳米矿物形貌分类和主要类型,并从晶体结构和晶体化学理论讨论纳米矿物形成和稳定的本质,即纳米矿物和矿物纳米颗粒形成分别受内因和外因控制.阐明了纳米矿物学研究内容及其在关键带研究的重要性,提出了纳米矿物资源的概念、属性及其开发利用的方向.      

针铁矿和菱苦土强化养殖粪污厌氧发酵液中氮、磷固定的研究

对比研究了养殖粪污厌氧发酵体系中添加针铁矿和/或菱苦土对N、P固定的作用。实验过程中对溶液pH进行监控,厌氧发酵44 d后,对发酵液中氨氮和磷浓度进行了分析,对固体产物进行了XRD和SEM分析。结果表明：单独或同时添加针铁矿、菱苦土的厌氧发酵罐中,发酵液中N、P浓度均降低,其中N浓度降幅小于P,添加菱苦土厌氧发酵罐中P浓度降幅较大,达90%以上。单独添加针铁矿的厌氧发酵罐中,针铁矿发生还原分解,转化为铁白云石;添加菱苦土的厌氧发酵罐中,形成了大量鸟粪石。研究认为在养殖粪污厌氧发酵体系中,由于碱金属离子的影响,针铁矿和菱苦土对N的固定作用不明显;针铁矿对P的固定效果一般,菱苦土对P固定效果显著,固P产物鸟粪石可作为优质缓释肥使用。     

基于硫酸盐还原菌作用的油菜秆固定床处理模拟含Cr（Ⅵ）废水

探讨了固定床除Cr工艺以油菜秆为微生物生长的缓释碳源,含SRB的混合微生物和油菜秆对Cr（Ⅵ）的还原和固定的共同作用。动态实验分2阶段开展：初始2周的驯化阶段和梯度增加Cr（Ⅵ）浓度的除Cr实验阶段。除Cr实验中,间歇对固定床出水pH、氧化还原电位、SO42-及硫化物浓度、DOC、Cr（Ⅵ）浓度进行测试,实验结束后对固定床中固体产物进行SEM、EDS和XPS等分析。结果表明,油菜秆固定床处理模拟含Cr（Ⅵ）废水效果明显。当进水Cr（Ⅵ）浓度ρ[Cr（Ⅵ）]〈19.52 mg/L时,出水Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）浓度均低于排放标准（0.05 mg/L）;Cr（Ⅵ）被还原为Cr（Ⅲ）,Cr（Ⅲ）以氢氧化物的形式沉淀附着于油菜秆和其它固体物质之上。分析认为,油菜秆在固定床处理模拟含Cr（Ⅵ）废水中所起的作用主要包括3方面（作为微生物生长的缓释碳源;吸附Cr（Ⅵ）,降低其对微生物的毒性;作为Cr（Ⅲ）矿化产物的沉淀附着界面）;Cr（Ⅵ）主要通过SRB的直接作用及H2S的作用被还原为Cr（Ⅲ）;以油菜秆为碳源的固定床处理Cr（Ⅵ）的浓度上限介于15.05～19.52mg/L之间。     

自然燃烧对增强土壤磁赤铁矿含量的影响实验

根据前人关于自然燃烧作用生成磁赤铁矿的两阶段模式,模拟自然燃烧作用形成磁赤铁矿的过程和条件。实验分2阶段进行,第一阶段氢气氛围300℃煅烧针铁矿2 h,煅烧产物为纳米磁铁矿;第二阶段70℃空气条件下氧化煅烧成因的纳米磁铁矿70 d。对实验两阶段样品的矿物学和磁学特性进行系统测定,结果表明,本研究的煅烧条件可获得接近理想成分的多孔纳米磁铁矿,晶粒及聚集体的粒径分别在30 nm和57 nm左右;在70℃空气氛围下磁铁矿快速向磁赤铁矿转化,70 d的实验时间里2价铁/全铁比值(Fe2+/TFe)由初始31.4%降至5.4%;纳米磁铁矿向磁赤铁矿转化伴随着矿物结晶颗粒的减少和样品总体积的增大,磁铁矿结晶学粒径缩小约17%~19%;磁化率和频率磁化率随氧化时间逐渐降低,前者主要受制于矿物物相变化,而后者与矿物粒径变化相关。模拟结果表明,第一阶段的关键是具有生成晶粒尺寸为亚微米-纳米量级的磁铁矿煅烧条件,第二阶段的关键为具备一个合适的温度条件,以能够快速、高效氧化磁铁矿为磁赤铁矿。     

微生物作用下玄武岩的溶解: 粘附作用和温度的影响

使用透析的方法,设计实验探讨了多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)的粘附对玄武岩中矿物溶解的影响,同时通过改变实验温度,探讨了岩石的微生物溶解与温度的关系.10 d的实验结果表明,在30 ℃条件下,细菌P. polymyxa及其代谢产物对玄武岩的溶解有显著促进作用,加速了橄榄石中Mg、Fe、Mn的溶出及辉石和长石中Ca、Al的溶出,而在5℃条件下,这种促进作用不明显.细菌及其代谢物的粘附能加速Mg、Fe、Mn的溶出,抑制Ca的溶出,这种不同的影响与两组元素的溶出机制不同,且粘附对各溶出机制的影响也不同有关,Al的溶出受粘附作用的影响较小.低温条件下,粘附作用对玄武岩中各元素的溶出基本无影响.     

微生物-矿物接触模式影响矿物溶解机制的实验研究——以多粘芽孢杆菌参与下的微纹长石溶解为例

微生物可通过直接和间接作用方式影响硅酸盐矿物的溶解。在细菌生长的不同阶段,这两种方式的贡献有所差异。利用微孔滤膜进行了一系列实验,研究了多粘芽孢杆菌对微纹长石溶解的影响。结果表明,在细菌生长的0~96h内,细菌及代谢产物能通过直接和间接作用共同促进微纹长石的溶解,但微纹长石中各元素的溶出在方式上有一定的差别,K和Si的溶出主要受间接作用的影响,而Al的溶出主要受直接作用的影响。在稳定期和衰亡期,细菌及代谢物均对K,Al,Si三种元素的溶出起较强的促进作用。在长石溶解的过程中,细菌的生长消耗、细菌表面络合作用、代谢物络合作用等均是影响离子浓度变化的重要因素,三种作用的协同效应,使得实验溶液中离子浓度随细菌生长表现出不规则变化的特点。     

安徽铜陵矿集区铜官山矿田胶状黄铁矿矿物学特征及其对成矿作用的制约

铜官山矿田是铜陵矿集区内五大矿田之一,矿田内顺层产出的层状硫化物矿体是铜金矿床的主矿体,矿体内含有较多的胶状黄铁矿,其成因的争议制约了对铜金矿床成矿作用的解析。本文主要利用场发射扫描电镜(FE-SEM)等纳米矿物学手段,并结合光学显微镜、粉晶X射线衍射(XRD)、微区激光拉曼光谱分析等方法,对矿田内铜官山矿床及天马山矿床内层状硫化物矿体中胶状黄铁矿矿石的矿物组成、微形貌、微结构等特征进行系统研究,结果表明胶状黄铁矿矿石多呈胶状、鲕状结构,具有同心环状构造,同心环被赤铁矿、菱铁矿与黄铜矿脉穿切。同心环主要由白铁矿+有机质与胶状黄铁矿交替组成。胶状黄铁矿的黄铁矿颗粒粒径从纳米至亚微米均有分布,以自形-半自形立方体为主,少数呈他形,脉体边部胶状黄铁矿颗粒较大,自形程度较高,重结晶显著。矿石中含有少量白云石、伊利石微晶体,与胶状黄铁矿紧密共存,显示典型沉积特征。共存石英磨圆度较高,存在次生加大现象,表面存在胶状黄铁矿印模,显示为碎屑成因。这些综合信息表明胶状黄铁矿非岩浆热液成因,而是与石炭系地层同沉积成岩成因,并可能有微生物作用参与。高孔隙率、高化学活性及较高有机质含量的胶状黄铁矿可能为燕山期岩浆热液演化的含铜成矿流体提供了沉淀剂,对矿田内铜金硫化物矿体的层控性发挥了重要的控制作用。     

滇池内源磷释放潜力的区域差异:来自沉积物磷形态的证据

采集了7组滇池近代沉积物柱芯,测定了其中总P(TP)、Fe、Al、Ca的含量,并首次获得了埋深大于25 cm的沉积物的不同形态磷的数据,分析了TP与不同形态磷的时空分布特征及TP与总Fe、Al、Ca含量的关系,探讨了滇池内源磷释放潜力的区域差异和制约因素。结果表明,自北向南,TP含量出现随深度先升高后降低的变化特征,各形态P之间的关系为:碎屑磷(DP)>有机磷(OP)≈铁结合态磷(Fe-P)>闭蓄态磷(Oc P)>钙结合态磷(Ca-P)>铝结合态磷(Al-P)>可交换态磷(SRP)。纵向上Fe-P随深度逐渐升高,Oc P逐渐降低,其它形态P的变化规律不明显;区域上TP、DP、OP、Fe-P、Ca-P和Al-P南部高于北部。在滇池南部DP通量较高的区域,TP与Fe、Al呈正相关关系,与Ca呈负相关关系,其它区域无相关性。分析表明,滇池南部内源磷的释放潜力大于中部和北部,而南部内源磷受DP输入的影响,风浪扰动对北部内源磷的释放有更强的抑制作用。     

酸性矿山废水沉积物中砷形态研究:连续提取法及其条件优化

矿山开采过程中常会将还原条件下稳定的硫化物揭露于地表,在氧气、水和微生物的共同作用下,硫化物发生快速氧化分解,形成酸性矿山排水(AMD),严重污染其流经的水体和土壤。近年的研究发现,当环境条件发生改变时,AMD中会形成多次生矿物如黄钾铁矾、施氏矿、水铁     

多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)吸附Cu2+的实验研究

细菌表面往往存在多种化学基团,能够通过吸附作用影响环境流体中金属元素的活动性,从而与表生条件下的元素富集、矿物成核结晶等地球化学过程密不可分。为了深入认识细菌吸附作用的地球化学意义和环境效应,揭示细菌吸附金属离子的热力学行为,选择了多粘芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)为研究细菌,系统开展了滴定实验和Cu2 吸附实验。通过连续酸滴定方法分析了细菌表面的化学特征,发现多粘芽孢杆菌在pH值为7.54~6.50范围内,表面带负电荷,表现出质子吸附行为;设计开展了Cu2 吸附实验,发现溶液的pH值对Cu2 吸附有一定影响,可能存在Cu2 与细菌表面质子的交换作用;根据Cu2 吸附等温线拟合计算,发现吸附等温线符合Langmuir和Freundlich吸附模型,根据Langmuir模型计算得到每个细胞的Cu2 饱和吸附量高达1.69×10-7mg。