工艺矿物学近十年的主要进展

我国的工艺矿物学在过去十年中的重大进展主要表现在以下几方面:(1)矿物加工和冶金工艺矿物学的发展与应用;初步建立了矿物-生物浸矿机制和各类微生物冶金的制约因素,为生物选矿和冶金过程中工艺矿物学奠定了新的理论基础.(2)新的分析技术的发展及其应用使工艺矿物学开始从定性走向定量;探测和揭示了微生物在分子水平上与矿物表面相互作用和能量转换.这些研究将有助子了解微生物矿产开采和微生物选矿和冶金的控制因素的机制,为建立一个新的选冶工艺矿物学打下了深厚基础.(3)将矿物的晶体化学,矿物物理学,量子矿物学与工艺矿物学紧密结合,使这门应用学科不仅在选、冶、加工工艺等提取其中的某种有用元素,而且也促进了新兴的矿物材料和技术的发展.总之,在未来新的分析技术发展中,将被更广泛地用于研究矿物质,矿物-水界面和矿物-微生物界面,这不仅在新型的工艺矿物学发展中取得了好的成果,而且在环境矿物学,也有广泛的应用前景.     

矿物材料刍议

矿物材料研究具有重要意义，本文探讨了矿物材料的涵义、分类、研究内容、与矿物学的关系等问题，并思考了新世纪矿物材料的研究和开发。广义地说，矿物材料是指可供直接或间接使用的固体矿物物质。狭义的矿物材料是指由自然地质作用形成的、有物理、化学性质可供直接使用、由矿物质组成的固体物质。矿物材料可从晶体结构、岩石成因、化学组成、用途、形状和尺寸、生产和制备过程等角度进行分类。矿物材料学是一门研究矿物材料的组成与结构、形成与加工、性能和使用效能四者之间关系与规律的一门科学。它与矿物学等学科有着天然的联系。在新世纪，必须加强矿物材料的应用研究；加强矿物材料学几个研究领域的紧密结合；必须搞好矿物原料和辅助的研究；必须注重环境问题和可持续发展战略。     

成因矿物学在中国的传播与发展

成因矿物学是现代矿物学的重要组成部分。它研究矿物与矿物组合的时空分布、矿物各内外属性间的关联、矿物形成与变化的条件和过程、矿物与其介质间的相互作用及相应的宏微观标志、和矿物成因分类及矿物成因信息的应用等方面的内容。矿物发生史、矿物标型学、矿物温压计、矿物共生分析和矿物成因分类共同构成本学科的理论体系。其中,矿物标型学是该体系的核心。以陈光远先生为代表的中国矿物学家,在20世纪下半叶,创新性地开展了成因矿物族的研究,建立了完善的成因矿物学理论体系,提出矿物标型六性和矿物学填图的四化法则,提出变质岩、花岗岩、铅锌铁金辰砂萤石等矿床的矿物成因标型和找矿标志,有力地指导了中国的地质研究和找矿实践。进入21世纪以来,矿物学填图参数和方法被进一步发掘和完善,矿物磁学和近红外谱学等便捷填图手段得到广泛应用;大纵深蚀变矿化和矿物标型分带规律得以揭示;矿物标型的地球动力学、构造动力学和矿物系统的演化意义得到深度阐释;成因矿物学作为环境与生命过程研究的指导思想,逐步形成了环境与生命矿物学新分支,将矿物个体发生及矿物标型的思想用于对鱼耳石和有孔虫等生物矿物环境响应的研究,将矿物生物交互作用思想用于土壤能量系统修复研究,将矿物环境耦合思想用于生物有机质对矿物自组装结构和过程的调控研究以及海洋矿物对海洋及大气环境的指示研究等,极大地丰富了矿物发生学和矿物标型学的理论。今后应注意有关成果的系统整合,加强矿物个体发生史的实验研究,保障原创性成果的产出;要注重国际交流,使我国成因矿物学的成果真正成为人类的共同精神财富。     

矿物学岩石学地球化学研究进展综述

近年来，矿物学除矿物标型特征、成因矿物学、找矿矿物学、矿物物理学等基础研究外，矿物材料及应用研究是其一大特色；岩石研究则更多地与构造演化、地幔作用相联系；研究领域的不断扩大、不同学科相互渗透交叉、新生长点的涌现是当前地球一个发展趋势。     

环境矿物学：矿物学在环境科学研究中的应用

矿物学在环境科学中的应用将是21世纪矿物学研究的一个主要方面。 作者所在实验室曾做过的一些环境矿物学研究的实例有：核废料的处置,矿物表面性质的研究,对有毒金属的还原和固定作用的微生物效应,大气烟尘微粒的研究,矿物表面阳离子的本征吸附常数之理论计算,等等。矿物-水-微生物体系在分子级别上之相互作用的定量研究,对于理解低温地球化学和生物地球化学过程将是重要的。     

二十一世纪的矿物学

根据20世纪矿物学已取得的主要成果和已经意识到尚未解决的问题，预测21世纪矿物学基础理论研究将在分子轨道理论和分子模拟、三维矿物物质、矿物表面和界面等方面取得突破性进展。这些研究将借助更为快速、准确、精细的测试手段和仪器。应用于地球科学领域，21世纪矿物学将对诸如造山带（高压变质、蛇绿岩等）；深部地质（组成、物理性质）；古生物和现代生物，特别是微生物在地质过程中的作用；全球变化（风化、沉积、纪年）等方面的研究作出特殊贡献。同时21世纪矿物学在矿物材料研究方面将为人类的生活带来广泛、深刻的变化。     

全球第四次工业革命前景下的应用矿物学进展(2011-2020)

本文从冶金-工艺矿物学和矿物原料加工、新型工业矿物和岩石(宝石)、特种功能矿物材料、仿生矿物材料、生物矿物学、文化遗产和文物保护、矿物基固废处理与资源化利用、矿山及周边土壤污染修复8个领域综述了近十年应用矿物学研究进展,总结归纳了这些领域的相关重大进展,并提出了应用矿物学在第四次工业革命浪潮下的7个重要发展方向.     

土壤矿物学研究综述

土壤矿物是土壤物质组成的主体 ,是土壤微量元素的主要来源。土壤矿物的研究是土壤学研究的前沿基础领域。通过对土壤矿物尤其是粘土矿物的研究 ,可以揭示土壤的发生学特性、母质特征、成土过程及环境 ,揭示土壤的发育程度和肥力水平 ,为环境保护、优质生产和土壤改良提供基础依据。本文指出了土壤矿物学的研究意义 ,综述了土壤矿物学的研究进展 ,总结了不同类型土壤矿物的组成特征及其与成土作用、风化程度和生物气候条件间的变化规律     

系统矿物学与矿物种

系统矿物学是矿物学领域中的一个分支学科。它是对已发现的全部矿物种的特征及其分类体系进行全面的综合系统研究。它具有完全性、系统性、连续性和阶段性的学科特点。文内分析了1979年底以前的矿物种、1980～1989年新矿物和我国发现的新矿物在系统矿物学晶体化学分类体系中大类和类中的分配,探讨了控制矿物种数的人为因素和自然因素,并提出了系统矿物学当前的迫切任务。     

药材矿物学的探讨

本文提出的药材矿物学是矿物学研究领域中正在形成的分支。其研究对象包括由矿物组成的和或多或少含有矿物成分的中药材。其主要研究内容是以矿物学理论和方法对作为药材的矿物的成分和特性进行研究,并向中药学和中医学渗透,从而探索和讨论矿物药材与其药理疗效之间的关系。     

结构光性矿物学的进展

二十年代初期,著名的结晶学家尼格里(Niggli)就指出:“不久将来,人们可以从晶体结构及化学结构计算出晶体的光性常数来,于是就能发现一些规律,这些规律对于矿物学家和结晶学家来说是有着基础意义的”。半个世纪过去了,由于有了大量的晶体结构资料和对化学键不断深入的认识,使得人们有可能来逐步地实现尼格里的这个科学预见。不少物理学家、化学家、结晶学家和矿物学家进行了这方面的研究,已建立起矿物学的一个新分枝--结构光性矿物学。     

纳米科技与粘土矿物学研究的思考

纳米科技已在地学领域取得了重要研究成果。粘土矿物学在材料科学中占有重要的地位,有必要建立“纳米粘土矿物学”这一学科,其研究手段与纳米科技一致,研究内容主要包括：纳米粘土矿物微粒矿物学、纳米粘土矿物体系物理学、纳米粘土矿物化学、纳米粘土矿物材料学和纳米粘土矿物加工学。本文进一步对纳米粘土矿物的检测方法和检测标准、聚合物／纳米粘土矿物复合材料的产业化提出了思考。     

藏南过铝花岗岩中电气石的矿物化学特征及成因意义

讨论了藏南过铝花岗岩中电气石的地质产状、矿物学和矿物化学特征。结果表明:(1)在以氧原子数为24.5计算的化学式中,电气石的(Fe+Mg)/Mg比值在2.32~5.37之间,指示花岗岩和伟晶岩中的电气石均为黑电气石系列,而且属镁电气石—铁电气石系列中的较富铁电气石的成员;(2)电气石的FeO/(FeO+MgO)值高达0.70~0.89,与贫Li花岗岩接近,Al-Al50Fe50-Al50Mg50图解和Fe-Mg-Ca图解投点均位于贫Li花岗岩区,属于贫Li花岗岩有关的电气石;(3)TiO2-MnO/CaO-MgO/FeO三元图解可判定属于第Ⅰ类,即MgO和FeO含量同步消长,且较贫Mg富Fe,而MnO和TiO2含量为异步消长,这与电气石的FeO/(FeO+MgO)值所反映的性质相同;(4)地质产状、矿物学及矿物化学揭示的成因信息表明藏南过铝花岗岩中的电气石为酸性侵入体岩浆期后热液成因。     

Mineralogy of soils from two continental-scale transects across the United States and Canada and its relation to soil geochemistry and climate

Quantitative mineralogy correlates with major-, minor- and trace-element chemistry for 387 samples of A-horizon and deeper soils collected from east–west and north–south transects across the USA and Canada, where the deeper soils were collected beneath the A-horizon samples. Concentrations of the major elements correlate with specific mineral phases. Minor- and trace-element concentrations correlate with the same phases as the major elements with which they share similar geochemical behavior. Concentrations of quartz and feldspar correlate with precipitation trends east of the Rocky Mountains, and are independent of the underlying rock type and age, indicating that the weathering of soils in this region may have reached a steady-state mineralogy. Other trends in mineralogy relate to physiographic province. The combination of quantitative mineralogy and chemical analysis yields a much richer portrait of soils than can be gained from chemistry alone, because the origins of chemical trends and the chemical availability of specific elements are related to mineralogy.     

秦岭八卦庙金矿金的矿化与铂族金属的富集

文章报道了八卦庙特大型金矿床中伴生的铂族金属矿化的地质特征，岩石矿物学特征和新发现矿物－－自然（钨）钌矿的基本矿物学特征，铂族金属矿化与金矿化围岩蚀变的关系研究表明，八卦庙金矿中伴生的铂族金属富集于后期岩浆热液改造期，成矿物质主要来源于后期改造的热液，铂族金属的富集与金的富集呈明显的正消长关系，成矿的温度为140－500度，矿化深度＞3．7km，成矿流体是以中酸性岩浆热液为主的多成因热国水，矿物组成以复杂的高温硫化物，合金类为主要特征；化学成分也比较复杂，以Au,Cu,As,Ag,Ni,Co,Sb,S和铂族金属Ru,Ir,Os异常等为特点，这类伴生铂族金属的金矿床将为秦岭成矿带寻找铂族金属提供了典型实例。     

矿物科学的概念

本文阐述了矿物科学的概念,包括矿物科学的产生背景、基本涵义与特点、主要研究内容及其与其它学科之间的关系等,并对中国的矿物科学做了简要介绍。矿物科学是研究矿物及其性质的一门交叉学科。它的研究对象是天然矿物和人工晶体材料。它不仅是为地球科学服务的学科,而且是为材料科学、环境科学以及工程科学与技术等学科服务的学科。矿物科学的主要研究内容包括矿物及其性质两大方面。矿物研究既是传统矿物学的研究领域,也是矿物科学基础的重要组成部分。矿物性质及其变换过程研究则是当前矿物科学中最为活跃的研究领域之一。矿物科学是以矿物学等分支学科为基础并具有众多交叉分支学科的学科体系,具有比传统矿物学更加广阔的科学范畴,具有一级学科的概念。矿物学既是地质科学的一门分科,同时也是矿物科学的一门分科。中国已在矿物科学的许多学科领域取得了丰硕的研究成果,已形成较为完整的理论与学科体系。     

Clay‐coat diversity in marginal marine sediments

The specific mineralogy of clay grain coats controls the ability of the coat to inhibit quartz cementation in sandstones during prolonged burial and heating. How and why clay‐coat mineralogy varies across marginal marine systems is poorly understood, even though these eogenetic phenomena strongly influence subsequent mesodiagenesis and reservoir quality. The novel development of the ability to predict the distribution of clay‐coat mineralogy would represent an important development for sandstone reservoir quality prediction. In marginal marine sediments, clay minerals occur as grain‐coats, floccules, mud intraclasts, clay‐rich rock fragments or as dispersed material. However, the relationships between clay mineralogy, the amount of clay, and its distribution is poorly understood. This study focused on the Ravenglass Estuary, UK. The key aim was to develop and apply a novel methodology utilising scanning electron microscope – energy dispersive spectrometry, for the first time, on grain coats in modern sediments, to differentiate the clay‐coat mineral signature from that of the bulk sediment, and reveal the distribution of clay minerals across marginal marine sediments. The study showed that marginal marine sediments principally have their clay mineral assemblage present as clay‐coats on sand grains. These clay‐coats have a mixed clay mineralogy and are spatially heterogeneous across the range of marginal‐marine depositional environments. The study further showed that clay‐coat mineralogy is governed initially by the hydrologically‐controlled segregation of the clay minerals within inner estuarine depositional environments, and subsequently by the selective abrasive removal of specific clay mineral types during reworking and transport into the outer estuary and the marine environment. The highest relative abundance of grain‐coating chlorite was in sand‐flat and tidal‐bar depositional environments. The availability of an analogue data set, and an understanding of the controlling processes of clay‐coat mineralogy, offer crucial steps in building a predictive capability for clay‐coat derived elevated reservoir quality in deeply buried sandstones.     

Mineral matter in coals and their reactions during coking

Degradation of coke in the blast furnace is influenced by its inherent mineral matter, the formation of which is itself dependent upon the nature of the coal mineral matter. To date few studies have been made of coke mineralogy and its relationship to the mineralogy of the parent coal. In this study the effect of carbonisation on coal mineral matter has been investigated by a detailed quantitative mineralogical examination of nine cokes and their parent coals. The quantitative analysis was performed on X-ray diffraction patterns of the mineral matter of cokes and coals, using SIROQUANT^™. Coke mineralogy and its composition varied strongly between cokes, more strongly than variations in elemental composition of the ash. The mineral matter in the studied cokes consisted of crystalline mineral phases and also significant levels of amorphous phase (ranging between 44 and 75%). Decomposition of clays such as kaolinite, montmorillonite, illite and chamosite produced the amorphous phase and some of the crystalline mineral phases such as mullite, γ-alumina, spinel, cristobalite and leucite. The type of association of mineral matter in coals had an important role in how the clays decomposed. For example, association of kaolinite with silica-bearing minerals in intimate intermixture favoured formation of mullite over γ-alumina. Akermanite and diopside result from reaction of kaolinite with associated calcium bearing minerals (calcite, dolomite or ankerite). Quartz, fluorapatite and the three polymorphs of TiO₂ (anatase, brookite and rutile) were the coal minerals that were least affected during carbonisation, as they were also found in the cokes, yet even they were affected in some cases.     

Validated surface mineralogy from high-spectral resolution remote sensing: a review and a novel approach applied to gold exploration using AVIRIS data

Remote sensing's main limitation to date was that geological surface information lacked detail due to the broad bandwidth of the operational scanners. Imaging spectrometers now allow acquisition of image data in many contiguous spectral bands, with the aim of producing laboratory-like reflectance spectra for each pixel in the scene which can be directly compared with spectra of known materials measured in the field or laboratory to allow mineral identification on the Earth surface. The advent of satellite-based imaging spectrometer systems justifies the surge for techniques that allow the automatic preparation of validated surface mineralogy maps. We show an extension of a procedure known as cross-correlogram spectral matching to retrieve accuracy assessed surface mineralogy from Airborne Visible/InfraRed Imaging Spectrometer data (AVIRIS). The procedure is based on the spectral cross-correlation of known mineral spectra with unknown pixel spectra from AVIRIS. The validation is performed through a root-mean square calculation of expected correlograms and pixel correlograms. Results obtained in the study outlined allow an accurate delineation of zones of hydrothermal alteration in an area of active gold exploration.