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.      

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。     

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.     

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。     

铜陵包村金(铜)矿床中胶状黄铁矿矿物学及成因解析

黄铁矿是安徽铜陵包村金(铜)矿床中主要硫化物,对热液成因的显晶质黄铁矿已有大量研究,而胶状黄铁矿研究较少且成因存在争议.本文以粉晶X射线衍射、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及拉曼光谱(RS)为主要研究方法和手段,对包村金(铜)矿床中胶状黄铁矿的矿物组成和微结构进行研究.包村胶状黄铁矿主要由黄铁矿组成,含有白铁矿、菱铁矿、石英、含铁白云石、高岭石和有机质.黄铁矿主要以纳米-亚微米粒径的自形、半自形的立方体为主,少量微米级他形颗粒,显著不同于胶体或非晶态的无定型黄铁矿.由黄铁矿、白铁矿和有机质组成的胶状结构中,白铁矿和有机质富集在暗色环带,黄铁矿相对富集在浅色环带,浅色和暗色交替变化主要由三者含量变化所致,与矿物粒径无关.结合铜陵地区胶状黄铁矿研究成果,我们认为铜陵地区乃至长江中下游成矿带内铜-金-铁多金属硫化物矿床相关研究文献中记载的胶状黄铁矿为铁硫化物、碳酸盐矿物、黏土矿物、石英和有机质组成的矿物集合体,是在陆源物质输入受限的半封闭海盆环境下经生物化学作用直接沉淀的纳米-亚微米黄铁矿为主的矿物集合体.虽然胶状黄铁矿经历沉积成岩作用和中生代岩浆热液叠加改造作用,但是沉积微结构、矿物成因信息仍然被有效保存.     

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。     

低密度沸石复合填料的制备及其性能研究

以天然沸石为主要原料,水泥为粘结剂,发泡聚苯乙烯球形颗粒为内核,经复合、成球、筛分、养护,制备出粒径4~8 mm的免烧球形低密度沸石复合填料。对制备的材料进行了空隙率、表观密度、强度等性能测试。研究结果表明,制备低密度沸石复合填料的最优工艺组合条件为质量百分比沸石∶水泥=75%∶25%,自然条件下养护7~10d,此时制备的成品填料空隙率为47.4%,表观密度为1.23 g/cm3,强度为61.5 N,堆积密度为0.647 g/cm3。扫描电镜图像表明,挂膜前填料表面粗糙,内部存在大量孔隙,挂膜后表面和内部均有大量的微生物附着,与粉煤灰制备的陶粒相比,该填料挂膜微生物量提高了一倍。本研究制备的低密度沸石复合填料,用于在环境温度低于15℃下曝气生物滤池的挂膜启动运行,对氨氮的去除率达到96%,具有较好的氨氮去除效果,表明该复合填料在废水脱氮深度处理方面具有良好的应用前景。     

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