自动化热重仪及其在矿物学中的应用

前言文中介绍一台中国科学院地质研究所自制的热重分析仪,及其操作方法。这台仪器能够完全自动的记录而划出热重曲线。热重分析在矿物和化学制品的鉴定上有广泛的用途,凡是含水和含挥发性成分的物质,受热分解脱离物质而失重,由于它们化学成分的不同及其结晶构造上的差异,失重会在不同温度的阶段上出现,在连续自动记录的曲线上。     

海底天然气水合物分解与甲烷归宿研究进展

综述了近年来天然气水合物分解与甲烷归宿等方面的研究成果。天然气水合物的汇聚与地质构造或地层圈闭有关,其溶解受物质转换控制,分解则受热转换控制。水合物释放甲烷的运移方式包括分散式、中心式和大规模排放式。缺氧氧化和耗氧氧化是甲烷在海洋环境中的2种主要转化方式。天然气水合物释放甲烷的最终归宿主要为：①重新形成天然气水合物;②形成化能自养生物群落和沉淀出碳酸盐沉积;③与氧发生氧化后转变为CO2;④直接排放进入到大气中。沉积物中的微构造、化能自养生物群落、自生碳酸盐矿物及其碳氧同位素组成是水合物释放事件的指纹记录。     

大洋锰结核氨浸渣热处理对脱硫的影响

大洋锰结核氨浸渣是锰结核提取有色金属后的残留物,主要矿物成分为菱锰矿,少量的针铁矿、粘土矿物、石英和非晶二氧化硅.锰结核氨浸渣煅烧处理是锰结核氨浸渣制备脱琉吸附剂的关键步骤.本文用XRD、TGA-DTA、SEM、BET-SSA等表征方法研究了大洋锰结核氨浸渣热处理结构演化.结果表明,锰结核氨浸渣主要是菱面体形状的菱锰矿,煅烧产物仍然保持菱面体假象,但是由于菱锰矿分解氧化,在其表面形成大量的网状孔,导致比表面积增大;在30～1000℃的升温过程中,失重主要发生在450～560℃之间;450～500℃空气气氛煅烧后菱锰矿分解并氧化为MnO2;当煅烧温度继续升高时MnO2转化为Mn2O3和Mn3O4;脱H2S实验表明,锰结核氨浸渣480℃煅烧产物脱硫效率最高,1 g煅烧产物可去除的310mg S2-.     

几个铀矿床碱交代作用中重砂矿物变化的研究

本文通过对碱交代作用前后岩石中重砂矿物──晶质铀矿、锆石、榍石和含铁氧化物等的研究,得出如下结论：在碱交代作用中,含铀副矿物由于在碱性热液中不稳定而大量减少,残留副矿物的铀含量也比交代前减少,其释放出的铀遂成为热液中的铀源之一;碱交代热液呈氧化性质,致使碱交代岩由于高价铁氧化物含量增高而普遍发生“红化”;一些硅酸盐矿物,如石榴石、角闪石、黑云母、榍石等也由于在碱性热液中不稳定而分解。     

桂西南喀斯特季节性雨林凋落叶分解速率和养分含量特征分析

森林凋落物是森林生态系统极其重要的组成部分, 了解凋落物分解过程有助于理解森林生态系统的物质循环和养分平衡的机理。本研究以桂西南喀斯特季节性雨林凋落叶为研究对象, 将2018年全年收集的凋落叶混合均匀后采用分解袋法进行原位分解实验, 探讨桂西南喀斯特季节性雨林凋落物的分解特征。结果发现: 凋落叶在分解过程中整体失重模式呈现先快后慢的变化趋势, 且不同生境类型下凋落叶失重率为: 洼地＞坡地＞峰顶; 分解过程中C含量呈波动状态, 但总体表现为下降趋势, 而N含量呈无规则波动; 失重率与海拔呈显著负相关, 并在分解初期和中后期与坡度呈显著负相关, C含量变化同海拔呈显著正相关, 而与其他环境因子的相关性则随分解时间的变化而变化。桂西南喀斯特季节性雨林凋落叶分解速率低于亚热带常绿落叶阔叶混交林, 但与同类型的喀斯特森林退化区相当; 喀斯特季节性雨林不同生境类型代表的微环境因子对凋落叶的分解具有重要影响, 其中海拔引起的温度和湿度的差异是影响喀斯特季节性雨林凋落叶分解速率和C、N含量变化的主要因素。     

论金矿成矿与CO2相关性的实质

根据CO2的形成条件及其与Au的配合能力，金成矿系统矿物流体包裹体的气相成分，有代表性的金矿物的化学成分，具成因意义的共、伴生矿物，认为金成矿与CO2相关性的实质是CO与成矿物质形成羰基配合物、羰基氢配合物迁移至地壳浅部，由于温度、压力骤降，fo2剧增，上述配合物分解(CO、H2逃逸，氧化)形成金矿物沉淀富集成金矿床。     

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。     

磷氢化物是磷的主要迁移形式

磷氢化物形成于还原性的富氢环境。通过陨石及月岩矿物成分、内生矿床磷矿物成分、磷的共伴生矿物特征的研究以及地球是氢的储库等相关问题的探讨 ,认识到磷及其合金氢化物 ,随岩浆、热液、热气迁移至地表浅部 ,由于减压、降温 ,氧逸度增加 ,Eh值增大 ,H2 逃逸、氧化 ,氢化物氧化分解 ,形成磷矿物并在长期地质事件中叠加 ,富集成磷矿床     

Acidithiobacillus ferrooxidans氧化分解毒砂的次生产物研究

毒砂是常见的含砷硫化物矿物。在金属硫化物矿山环境中,含毒砂矿石和尾矿的风化会导致严重的重金属污染,在其风化过程中,微生物能够显著促进毒砂的氧化分解。本文实验研究了Acidithiobacillus ferrooxidans氧化分解毒砂矿物的现象,利用X射线衍射和扫描电子显微镜,分析了毒砂微生物氧化作用形成的次生矿物类型,发现毒砂表面存在As含量明显不同的2类次生产物,观察到黄钾铁矾、臭葱石、自然硫和施威特曼石等矿物;借助光电子能谱仪重点分析了微生物作用前后毒砂晶面的表面化学组成,基本查明了Fe、As和S三种元素的价态变化,初步探讨了毒砂表面次生矿物成因和As的化学态转化。     

高岭石-多水高岭石演化系列的热谱特征

高岭石-多水高岭石演化系列共包括四种矿物:结晶良好的高岭石、结晶差的或b轴无序的高岭石、7Å多水高岭石和10Å多水高岭石。我们将结晶良好的高岭石和10Å多水高岭石分别视为这一演化系列的两个端元矿物,其余两种矿物则是演化系列的中间矿物。该系列中的矿物同属于1:1型含水的层状铝硅酸盐矿物,因而它们的化学成分基本相同,主要差别是在晶体结构上由于单位结构层沿c轴彼此堆叠的方式而引起从有序向无序变化,同时层间键力的减弱引起水分子进入,促使层间水的含量逐渐增大。基于以上特征,这一系列中的四种类型矿物受热以后的热效应很灵敏,详细研究它们在加热脱水过程中的变化规律,可以加深对矿物特性的认识和鉴别。     

含水矿物在真空下的释Ar机制:Ar-Ar热年代学面临的新问题

地质体的实际情况、激光显微探针束研究、XRD和SEM观测以及真空加热下Ar的释放特征都表明体积扩散不是含水矿物在真空加热中释放Ar的唯一机制。在低温下 ,Ar的释放主要受由缺陷引起的短程扩散和体积扩散共同作用的多途径扩散机制制约 ;而在高温下 ,由于含水矿物在真空中不够稳定 ,Ar的释放受到脱羟基、脱氢、氧化反应、分层作用等造成的晶体结构改变的强烈影响。含水矿物在高温下的氧化分解会导致矿物中原始Ar浓度梯度的均一化 ,因而无法得到真实的Ar分布剖面 ,也无法据此计算矿物的封闭温度 ,并进而可能影响到ArAr年龄坪的地质意义。     

含硫化物方解石脉地表风化产物

<正>金属硫化物矿山环境中大量暴露于地表的金属硫化物(如黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿)会发生氧化而生成酸性矿山排水(AMD)。尾矿和废石中的碳酸盐矿物往往与AMD反应而溶解,同时使AMD的酸度下降,并形成多种具有固定重金属元素能力的次生矿物,因此,碳酸盐矿物常常被作为治理AMD污染的重要矿物材料。由于方解石和黄铁矿广泛存在于多种岩石类型中,岩石露头的地表风化作用常常存在硫化物氧化分解、酸性岩石排水(ARD)形成、碳酸盐矿物分解、次生矿物形成的连续过程,这一过程     

黏土矿物对软土结合水特征及力学性质影响的定量分析

黏土矿物对软土结合水特征及力学性质的影响尤为重要,但国内研究多侧重于宏观物理力学性质层面。在微观层面探讨黏土矿物对软土工程性质的影响为此研究重点,利用X射线衍射仪(XRD)测得各地软土的矿物成分,并用同步热分析仪对各地软土进行热重分析(TG)和微商热重法分析(DTG)。试验结果显示,软土的黏土矿物含量与其吸附水含量正相关,其中蒙脱石含量对软土吸水性影响巨大;软土的TG与DTG曲线与其所含黏土矿物类型、含量有关,失重曲线在一定程度上可以体现软土中黏土矿物类型,DTG曲线中的失重谷对软土中的矿物类型起到一定的指示作用。     

锰的迁移形式成矿机理新探

通过对锰氢化物、锰羰基化合物、锰羰基氢化物的形成条件和理化性质,现代火山气体化学成分,现代海底喷口热液流体成分,有关矿床矿物流体包裹体气相成分,有代表性锰矿物化学成分及铁锰结核的物质组构,菱锰矿的碳同位素组成、锰矿物的共生、伴生矿物组合的探究,认为锰氢化物、锰羰基化合物、锰羰基氢化物是原生锰矿的主要迁移形式.它们从地球深部强还原富H2、富CO高压环境通过断裂、裂隙随岩浆、热液迁移至地壳浅部,由于压力、温度骤降,氧逸度大增,H2和CO逃逸、氧化,锰氢化物、锰羰基化合物、锰羰基氢化物分解、氧化、硫化成原生锰矿,经氧化淋(浸)滤,形成锰的高价氧化矿物.     

我国产出的铀酰砷酸盐矿物及其环境矿物学意义

对我国产出的铀酰砷酸盐矿物的矿物学特征、形成环境和环境矿物学意义进行了较系统的综合论述。铀酰砷酸盐矿物是主要产出于铀矿床氧化带中比较特征的黄绿色表生矿物，是寻找原生铀矿床(体)的重要矿物学标志，化学组成主要是[AsO4]^3-和[UO2]^2 ，其中As和U均是对环境造成极大危害的有毒或放射性有害元素。As、U的地球化学性质十分活跃，在不同的酸、碱和氧化还原介质环境中的分解、迁移能力均很强，在矿床氧化带中的分解、迁移扩散会对矿区周围及其下游地区造成较大范围的严重环境污染。而在弱酸性至中性介质条件下，[AsO4]^3-和[UO2]^2 结合并与各种金属阳离子化合可形成相对稳定的铀酰砷酸盐矿物，由此可在一定程度上减少U、AS的迁移扩散及其对环境的危害。     

葡聚糖对酸性矿山废水中次生铁矿物形成的影响

采用H2O2氧化Fe2＋并供应4种不同浓度葡聚糖的方法,探讨在H2O2氧化体系中葡聚糖对次生铁矿物形成的影响。结果表明：葡聚糖对次生矿物的形成具有明显的抑制作用;随着葡聚糖浓度的提高,次生矿物内的Fe含量降低,而S含量没有显著变化,且所有处理的K含量均较低;没有葡聚糖处理的次生矿物XRD特征峰与黄钾铁矾吻合,而添加葡聚糖后形成的次生矿物的特征峰与施氏矿物吻合,但是所有处理的次生矿物的结晶度都不高;随着葡聚糖浓度的提高,次生矿物的颗粒尺寸降低,比表面积增加。因此,葡聚糖能够抑制次生矿物的合成,并且阻止次生矿物由施氏矿物向黄钾铁矾的转变。     

长江口潮滩植物对沉积物铁的地球化学循环及磁性特征的影响

通过长江河口高潮滩芦苇带沉积物柱状样CYLWA 1活性铁、有机质、粒度分析及磁性测量,探讨潮滩植物对沉积物铁的地球化学循环及磁性特征变化的影响。结果显示,沉积物柱状样总体上以Fe2 + 占优势,且含量随深度逐渐增加。但在亚表层 (10～ 2 0cm),由于根系的释氧作用,存在着以Fe3 + 占优势的氧化层。在 10～ 2 0cm这一氧化层,指示细颗粒磁性矿物的参数 (χ_fd、χ_ARM)明显减小,而反映磁性矿物类型的参数 (B_CR、SIRM/ χ)显著增大,指示了亚铁磁性矿物颗粒变粗,不完整反铁磁性矿物明显富集,这一现象反映了氧化层不完整反铁磁性矿物的相对富集     

施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验研究

在金属硫化物的表生氧化过程中,施氏矿物是最常见的一种次生矿物.施氏矿物具有粒度小、比表面积大、表面吸附能高的特点,能够吸附环境流体中的重金属离子和微生物细胞,从而影响重金属元素及微生物的表生地球化学行为.利用化学合成的施氏矿物,开展了施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验.结果显示:施氏矿物对金属Cu2+及氧化亚铁硫杆菌均有较强的吸附性;施氏矿物对Cu2+的吸附基本符合Langmuir吸附模型,而对氧化亚铁硫的吸附行为不符合Langmuir模型,可用Freundlich模型描述;施氏矿物的存在对流体中微生物的活动性及其地球化学行为有重要影响,可能会降低氧化菌分解金属硫化物的效率.     

矿石中硫的测定—EDTA分离容量法

矿石中硫的测定以重量法较为准确,燃烧法较为快速,但均需较特殊设备。在例行容量测定中,由于干扰元素较多,难于得到满意的结果。为了适应地质野外化验工作的需要,我们采用逆王水(或碱熔)分解样品,把矿石中的硫氧化成SO_4~(2-),在2％的硝酸介质中,用EDTA络合Pb~(2+)、Sr~(2+)、Ca~(2+)等干扰元素,然后加入Ba~(2+),使生成BaSO_4沉淀,经过滤分离大多数干扰元素后,用EDTA法测定Ba~(2+),换算出硫的含量。此法适于测定2％以上的硫。我们曾对十个矿种的样品进行过测定,得到了满意的结果。     

不同有机酸对矿物溶解的动力学实验研究

用石英、微斜长石和方解石混合颗粒模拟碎屑组分分别与不同有机酸水溶液进行溶蚀实验,以比较储集层内不同矿物在含低分子量有机酸地层水中溶解的速率,并试图探讨矿物溶蚀的微观机理。结果表明：①所有矿物颗粒都发生了不同程度的溶解,表现为颗粒失重,溶液中SiO2和金属阳离子含量增加,pH值上升。②优先溶解的是方解石,其次是硅酸盐矿物。③温度增加,硅酸盐矿物在水中的溶解度明显增加,而方解石的溶解度基本不变。④由于不同有机酸与二氧化硅和金属阳离子生成的络合物稳定性不同,因此,在不同有机酸水溶液中,矿物的溶蚀速率有较大差别。多官能团有机酸的水溶液中,不同矿物有更大的溶解;但在含有丰富Ca2＋的草酸水溶液中,由于矿物颗粒表面难溶草酸钙的沉淀,方解石的溶解变得更加困难。⑤多官能团有机酸与SiO2形成的多环螯合物由于完全取代了硅氧四面体的氧原子,在水中具有高度稳定性,可能有助于(铝)硅酸盐的溶蚀和硅元素的迁移