矿物表面分析技术及其应用

本文介绍Ｘ－射线光电子能谱及俄歇电子能谱在矿物表面分析技术中的应用，介绍了某些实例。     

黄铁矿表面次生色:氧化程度的标志

对具有不同表面次生色的黄铁矿氧化表面进行了XPS、AES成分分析，认为黄铁矿表面氧化作用形成了由Fe(Ⅲ）－O组分、单质硫和水绿矾等组分组成的表面氧化层。黄铁矿表面次生色的变化取决于表面氧化层的厚度及其中Fe(Ⅲ)-O组分、单质硫的相对含量。氧化程度较弱时，或者由于氧化层中单质硫含量相对较高，或者由于表面氧化层太薄，可见光能直接透过该层，黄铁矿表面以黄色调为主；而黄铁矿表面呈蓝色是由于氧化程度增强，氧化层厚度增加到适合于可见光产生干涉作用，因而是一种干涉作用所致的锖色，而不是铜蓝致色；氧化程度进一步增强时，形成了足够厚的Fe(Ⅲ)-O组分层，使黄铁矿表面呈Fe(Ⅲ)-O组分的颜色。     

两种类型天然紫色翡翠的致色机理

紫色翡翠是天然翡翠中的重要品种,具有很高的经济价值,其主要有2种类型,一种呈较纯的紫色,另一种为带有蓝色色调的紫色。为探究紫色翡翠的致色机理,除采用传统的谱学及化学成分分析外,本文重点采用电子顺磁共振(EPR)、X射线光电子能谱(XPS)等,对2种类型紫色翡翠致色机理、致色元素价态等进行深入研究。结果表明,2种类型紫色翡翠均为硬玉颗粒本身呈色。紫色样品致色与Mn有关(w(Mn O)=0.0035%～0.036%),紫外可见光吸收光谱具有由Mn导致的580 nm吸收带,电子顺磁共振分析显示其主要为Mn³⁺,而并非Mn²⁺。蓝紫色翡翠由Fe、Ti元素联合致色(w(Fe O)=0.039%～0.25%;w(Ti O₂)=0.018%～0.17%),X射线光电子能谱分析显示其主要致色离子为Fe²⁺、Fe³⁺和Ti⁴⁺,认为蓝紫色翡翠为Fe²⁺-Ti⁴⁺和Fe²⁺-Fe³⁺电荷转...     

彩色电气石致色离子的化学状态研究

为探究不同颜色电气石中致色元素的化学状态及其化学环境,利用X射线光电子能谱方法对绿色调（墨绿色、蓝绿色、淡绿色）和粉红色调电气石样品进行分析。结果表明,绿色调和粉红色调电气石样品中均含有少量的过渡金属离子,如Fe,Mn,Ti,Cr,且不含Li和Be。不同颜色的电气石晶体中过渡金属阳离子的化学状态相同,且分别为Fe3＋,Mn4＋,Ti4＋,Cr3＋,但其与阴离子配位的环境有所差别。绿色调电气石样品中虽然Fe的质量分数有较大的差别,但均有部分Fe元素与F结合,即占据晶体结构中的Y位;粉红色电气石样品中,Fe离子没有与F形成配位,仅占据结构中的Z位。相反,在粉红色电气石样品中,Mn主要与F结合配位的方式存在,占据结构中的Y位,而绿色调电气石样品中大部分的Mn与O配位成键,只有少部分的Mn与F结合配位。由于Fe3＋,Mn4＋离子对之间电荷转移的可能性不大,故电气石的颜色可能主要由于d—d电子跃迁和氧与金属离子（O2--M）间电荷转移吸收引起,尤其是由于化学环境的差异（包括配位阴离子种类、杂质缺陷、结构畸变等）所引起。     

月岩（70017—291）的X光电子能谱（XPS）初步研究

Using X-ray photoemission spectroscopy (XPS), the Preliminary results on the lunar basalt sample (70017-291)are shown in the paper. Major elements (O, Si,Al, Fe, Ca, Mg, Ti, etc.) of the lunar sample are similar to that of the Jilin meteorite and the Allende meteorite. The valence of iron in the sample has also been studied in detail. The authors suggest that Fe^ may be differentiated from Fe^ in the XPS spectra in terms of the satellite lines of Fe(2p3/2).     

安徽官山两种坡缕石粘土的成分与红外吸收谱

本文采用多种成分分析手段对官山两种不同颜色坡缕石全粘土进行了研究。全粘土湿化学分析扣除SiO2含量计算得到的坡缕石阳离子数与电子探针获得的阳离子数一致。配位八面体阳离子计算表明，粉红色坡缕石为三八面体矿物，灰白色坡缕石是介于三八面体矿物和二八面体矿物间的中间类型。X射线粉末衍射的K值法对全粘土矿物定量分析有着较高的精度，同时用电子探针波谱可准确测定坡缕石粘土的成分。官山两种不同颜色含坡缕石的全粘土红外吸收谱能反映其中坡缕石的吸收谱特征。对X射线光电子能谱研究表明两种不同颜色的坡缕石中的铁主要是Fe^3 ，这与全岩湿化学分析的结果是一致的，同时也还可以作为电子探针成分分析的补充。     

四川米易海塔地区粗粒晶质铀矿氧逸度计算及其意义北大核心CSCD

晶质铀矿是一种副矿物,在花岗岩中广泛产出。铀离子价态变化和比值对岩浆氧逸度,有一定的指示意义。本次研究以四川米易海塔地区混合岩中石英质脉体中的粗粒晶质铀矿为研究对象,借助X射线粉晶衍射和X射线光电子能谱测试两种方法,分析样品铀元素价态变化以及对氧逸度的指示意义。X射线粉晶衍射获得样品主要成分为晶质铀矿和少量石英,样品的晶胞参数分别为0.5487 nm和0.5441 nm,计算其含氧系数分别为2.00和2.23。X射线光电子能谱测试分析得到,样品中四价铀的峰值结合能介于380.15~380.46 eV,半峰宽介于1.93~1.94 eV;六价铀的峰值结合能介于381.49~381.98 eV,半峰宽介于1.51~1.92 eV,U^(6+)/U^(4+)比值介于(U^(6+)/U^(4+)=0.13~0.31)。氧逸度热力学计算得到米易海塔地区粗粒晶质铀矿形成时的氧逸度(lgfo_(2))介于-22.12~-21.36。依据近似温度和计算出的氧逸度值,做lgfo_(2)-T协变曲线图。米易海塔地区粗粒晶质铀矿形成时的氧逸度投图数据结果落入FMQ平衡线之上,较为接近MH平衡线。可以推测米易海塔地区与粗粒晶质铀矿共生的石英脉形成时为还原环境。     

金矿床石英中负价氮的发现及赋存状态探讨

利用ｘ光电子能谱测试，发现金矿床石英中有负价氮的存在。这种氮的结合能为３９８ｅＶ士，该结合能氮的化合物有多种，氦均为负价态，其中有Ｓｉ＿３Ｎ＿４Ｓｉ的ｘ光电子能谱有二个谱峰值：１０３．４ｅＶ和１０１．９ｅＶ，前者为ｓｉＯ＿２的结合能，后者为Ｓｉ＿３Ｎ＿４的结合能。Ｎ和Ｓｉ的结合能均表明石英中有Ｓｉ＿３Ｎ＿４为负三价态。石英中负价Ｎ可能为替代氧的类质同象成分。     

铀矿物和含铀矿石中铀价态比值的X射线光电子能谱分析

在应用Ｘ射线光电子能谱对铀氧化物中铀价态比值定量分析的基础上，研究了对铀矿物和含铀矿石中铀价态的测量方法。结果表明，从含铀量０．９％－７２％的样品测得的Ｕ４＋／Ｕ总的比值与化学方法的结果相符。其分析误差能满足铀矿地质研究的需要。     

一些硫化物矿物的晶体形貌学研究

论述了辰砂、雄黄、雌黄、辉锑矿、辉铋矿、毒砂、车轮矿、钽锰矿８种矿物的晶体形貌。文中所提供的全部形态测量结果是按Ｖ．Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ方法严格测量的新资料。     

浙江方家山高岭土矿床中高岭石亚族矿物的研究

珍珠陶石、地开石和高岭石是高岭石亚族矿物的三种多型。其中高岭石最常见,地开石较少见,而珍珠陶石是十分罕见的多型。本文作者应用Ｘ射线衍射、红外光谱和醋酸钾夹层化合物的方法,研究了浙江方家山高岭石矿物特征。研究表明,用醋酸钾为夹带剂形成的珍珠陶石夹层化合物具有１４．０的特征衍射峰,经水分子取代后形成８．３５特征的珍珠陶石水合化合物,而高岭石仅部分形成７．３０水合夹层化合物。从而确定了方家山高岭土矿床是以高岭石为主含珍珠陶石的矿床,其珍珠陶石主要赋存于粗粒级的高岭土中。高岭石与珍珠陶石晶畴呈消长关系可能说明珍珠陶石是后期较强应力下由高岭石转变来的。     

用硫化物矿物处理电镀厂废水技术研究

大多数环境工程材料是通过表面作用（ 吸附或共沉淀） 来清除水中的有毒有害物质的,这就要求材料本身具有高表面活性。在搞清硫化物固／ 液界面行为机理的基础上,本文采用高表面活性的硫化物作为吸附剂,以重金属污染大户———电镀厂的酸性废水作为处理对象,研制了一种低成本、高效益、以废治废、简便易行的重金属污染物处理技术———硫化物矿物→鼓气搅动→ＣａＯ 调ｐＨ 值。废水经处理后,完全可以达到国家规定的排放标准。该技术的研制,对保护和净化环境具有重要的现实意义,同时具有广阔的应用前景。     

Effect of surface oxide/hydroxide products on the collectorless flotation of copper-activated sphalerite

The change in collectorless flotation of sphalerite with pH and Cu(II) concentration was correlated with the type and proportion of species present on the sphalerite surface. The solution and surface species were determined using a combination of analytical techniques including zeta potential measurement and X-ray photoelectron spectroscopy. An optimum copper concentration for maximum sphalerite flotation was identified, beyond which flotation decreased. This decrease in flotation coincided with the precipitation of copper hydroxide in neutral to mildly alkaline pH conditions. The hydrophobic polysulfide and hydrophilic copper hydroxide species were the main surface species influencing sphalerite flotation.     

矿物热膨胀的晶体化学研究综述

热膨胀是矿物材料的重要属性之一,对它的研究在矿物学及材料科学中具有重要意义。前人关于矿物的热膨胀系数和晶体化学参数之间关系的研究表明,矿物的 结构、成分、化学键及原子价态、配位数、外层电子结构等对热膨胀系数都有不同程度的影响。晶体化学方法是研究矿物热膨胀系数的有效方法,但由 于矿物的热膨胀系数和晶体化学参数之间的定量关系尚未完全弄清,目前仅仅能对简单结构矿物的热膨胀系数进行计算,结构、成分较复杂的矿物的热膨胀系数计算尚缺乏好的晶体化学模型。为达到精确计算矿物热膨胀系数的目的,必须对矿物按照晶体化学特性进行分类。 在分类的基础上,把晶体化学方法和理论计算方法有效地结合起来。矿物的热膨胀性可按照 受热时结构有无旋转划分为键膨胀型和结构旋转型,过渡金属阳离子所形成的化合物根据d电子层电子云的分布进行分类。通过以上的分类,在计算不同类型矿物热膨胀系数时 ,可按矿物类型处理。对键膨胀型的矿物只需估计键的膨胀情况,而对于结构旋转型除考虑 键的膨胀性以外还要考虑配位多面体旋转的情况。     

Tectonic Controls on the Formation of the Liwu Cu-rich Sulfide Deposit in the Jianglang Dome, S W China

Abstract. The Liwu Cu‐rich sulfide deposit occurs within the Jianglang dome in the eastern margin of the Tibetan plateau. The dome consists of a core, a middle slab and a cover sequence. The main deposit is hosted in the core with minor ore bodies in the middle slab. The protolith of the core consists of clastic sedimentary rocks with inter‐layered volcanic rocks. All of the ore bodies are substantially controlled by an extensional detachment fault system. The ore bodies within the core are distributed along the S₂ foliation in the hinge of recumbent fold (D₂), whereas ore bodies with en echelon arrangement are controlled by the mylonitic foliation of the lower detachment fault. Ore bodies within the middle slab are oriented with their axes parallel to the mylonitic foliation. Pyrite and pyrrhotite from the ores contain Co ranging from 37 to 1985 ppm, Ni from 2.5 to 28.1 ppm, and Co/Ni ratios from 5 to 71. These sulfides have δ³⁴S values ranging from 1.5 to 7.5 % whereas quartz separates have δ¹⁸O values of 11.9 and 14.3 % and inclusion fluid in quartz has δD value of‐88.1 %. These features suggest that the deposit was of hydrothermal origin. Two ore‐forming stages are recognized in the evolution of the Jianglang dome. (1) A low‐temperature ore‐forming process, during the tectonic transport of the upper plate above the lower detachment, and the initial phase of the footwall updom‐ing at 192–177 Ma. (2) A medium‐temperature ore‐forming stage, related to the final structural development of the initial detachment at 131–81Ma. Within the core, the ore bodies of the first stage were uplifted to, or near, the brittle/ductile horizon where the ore‐forming metals were re‐concentrated and enriched. A denudation stage in which a compressional tectonic event produced eastward thrusting overprinted the previous structures, and finally denuded the deposit. The Liwu Cu‐rich sulfide deposit was formed during a regional extensional tectonic event and is defined as a tectono‐strata‐bound hydrothermal ore deposit.     

高温下合成包裹体中流体水分子氢键的拉曼光谱分析

在合成包裹体腔中，用显微激光拉曼探针原位分析了高温下纯水和含气体CO2的流体中水分子的氢键作用。研究结果表明，随着温度升高，流体中水分子的氢键作用不断减弱，但纯水在最高的测量温度400℃，含CO2的流体在520℃都还存在着比较强的氢键作用。含CO2的流体比相同温度下纯水的氢键作用弱，并且当气相与液相混溶成为纯液相后，它的氢键与温度的关系明显出现了转折，温度对氢键的影响比均一前小。     

基于离散元法的砂土破碎演化规律研究

颗粒破碎是影响砂土宏-微观力学性质的重要因素。采用改进型的可破碎颗粒生成方法,通过设置不同强度的平行黏结键模拟不同强度的可破碎颗粒,并借用基于离散元方法（DEM）的双轴压缩试验详细研究了可破碎性土在剪切过程中颗粒破碎率/平均破碎程度、微观尺度上的能量耗散分配机制、剪切破碎带形成以及断裂键各向异性的演化过程。结果表明,颗粒破碎强烈地影响砂土在宏观尺度上的力学响应、颗粒尺度上的能量分配机制以及剪切过程中的颗粒的组织结构演化。颗粒破碎主要影响小应变阶段各能量耗散元的分配机制,而在临界状态下剪切带内的颗粒摩擦以及破碎耗能是消耗外界功的主要因素。数值结果亦表明,颗粒的破碎伴随着整个剪切过程,但破碎率的增长速度却随着剪切应变的发展逐渐降低。另外,在剪切过程中,对于低破碎性土,在临界状态下剪切破碎带基本形成,带内的原有组织结构被打乱,断裂键的各向异性也随之弱化。     

阶梯-深潭系统的水力特性

阶梯-深潭系统是山区河流中常见的河床形态,具有稳定河床和消能减灾的作用,其水力特性较为复杂。在温峡水库下游温峡河修建典型的阶梯-深潭系统开展野外实验以研究阶梯-深潭系统的水力特性。利用先进的高频声学多普勒流速仪测量阶梯-深潭系统阶梯上游、阶梯上、深潭中和沿深泓线的水力特性。实验在10 L/s、50 L/s、100 L/s、150 L/s、290 L/s 和 420 L/s 6种流量工况下进行。实验结果表明:阶梯-深潭系统流场尤其是深潭流场具有很强的三维性,阶梯上与深潭中水力特性相差很大。阶梯上沿流向的时均流速远大于横向和垂向的时均流速,三向紊动强度处在一个量级且较小。深潭中的时均流速比阶梯上小,但紊动强度远大于阶梯,紊动强度随流量变大增大。实验工况下,阶梯上的相对紊动强度在0.1左右,深潭中则最大超过8.0。随着水流从阶梯上跌入深潭,机械能大量转化为紊动能消耗。实验流量范围内,雷诺应力随流量小幅增大,深潭中的雷诺应力约为阶梯上的50倍。阶梯-深潭系统消能率在实验工况下为64%~91%。     

吉林蛇纹石玉特征初步研究

对产自吉林省白山市抚松县沿江乡的蛇纹石玉样品分别从地质背景、激光诱导离解光谱、X射线粉末衍射和红外吸收光谱等方面进行了研究,并与辽宁岫玉样品进行了对比。结果表明,吉林蛇纹石玉样品的主要颜色为深浅不一的绿色,主要含Si,Al,Cr,Fe,Mn,Mg,Ca,Sr和Na等元素,其中Ca与Mg的谱线较强,Al,Mn与Sr的质量分数少;X射线粉末衍射结果显示,样品的主要矿物组成为纤蛇纹石,红外光谱结果也显示了其具有纤蛇纹石峰值的特征。