高温高压下黄铁矿热力学性质的第一性原理研究

黄铁矿是自然界中分布最为广泛的硫化物矿物,同时也是重要的造矿矿物,在金属矿床、沉积岩、变质岩、花岗岩、基性-超基性岩浆岩、以及地幔岩中都有大量出现。因此,研究黄铁矿在不同温度压力下的热力学性质可以为深入探讨与黄铁矿有关的成岩、成矿、成藏问题提供有用的矿物学依据。本文利用基于密度泛函微扰理论的第一性原理方法,采用准谐近似计算了黄铁矿在高温高压下的热力学性质。我们计算的黄铁矿的晶格常数、零压下的体积模量及其对压力的导数与前人的实验及理论计算结果吻合得很好,零压下等压热容和熵随温度的变化与实验结果有很好的一致性。尤其是,本文计算了直至2500K、100GPa的高温高压下黄铁矿的等温体积模量、热膨胀系数、热容和熵等热力学性质。这为在有硫参与的情况下,人们开展下地壳-岩石圈地幔深度的地球动力学模拟和建立地球物理模型提供了有用的信息。     

无氧条件下黄铁矿表面的羟基化与自氧化

过去20年里,无氧条件下黄铁矿–水界面产生活性氧是黄铁矿表面反应性的重要发现之一。这一反应不仅对现代环境有重要影响,而且在早期地球环境演化中也扮演着重要角色。无氧条件下黄铁矿–水界面产生的活性氧具有极强的氧化性,理论上有氧化黄铁矿自身的能力。然而,无氧条件下黄铁矿–水界面产生的活性氧对其自身是否有氧化作用(即黄铁矿自氧化)及其反应机制还不得而知。本研究采用原位漫反射红外傅里叶变换光谱(in-situDRIFTS)和准原位X射线光电子能谱(quasi-in-situXPS)结合密度泛函理论(DFT)计算,探究了无氧条件下黄铁矿–水界面的自氧化初始反应过程。结果表明:(1)无氧条件下黄铁矿–水界面会发生自氧化反应,生成高价态的硫物种和铁氧化物;(2)黄铁矿–水界面的自氧化反应伴随着羟基的生成和消耗;(3)黄铁矿–水界面的羟基源于水分子在黄铁矿表面缺陷位点的解离作用,可为活性氧的产生提供物源。这些发现不仅揭示了黄铁矿–水界面的羟基化和自氧化过程,还为深入理解黄铁矿–水界面反应在早期地球环境演化中的重要作用提供了认知基础。     

隧道围岩中黄铁矿的氧化对隧道混凝土衬砌耐久性的影响研究

当隧道工程施工遇到含黄铁矿的地层时,黄铁矿氧化形成的酸性环境以及其引发的一系列化学反应会对隧道混凝土衬砌的耐久性带来不利的影响。利用黄铁矿氧化形成酸性环境水的一系列化学反应和机理,并对隧道混凝土衬砌在酸性环境水条件下的侵蚀过程进行了实验室浸泡试验和理论分析,运用化学热力学对酸性环境下混凝土中不同硅酸盐矿物和铝酸盐矿物侵蚀反应的吉布斯自由能的变化△Gγ^φ和反应的平衡常数lgKT。计算结果表明铝酸盐抗H^ 离子侵蚀的能力比硅酸盐差;在酸性水中,高钙硅比、高碱性的是水化矿物一般比低钙硅比、低碱性的水化矿物稳定性差。研究结果结合具体的隧道工点调查,可以为穿越含黄铁矿地层的隧道混凝土病害整治和预防提出了针对性很强的工程措施。     

低温水溶液体系中黄铁矿的氧化速率述评

黄铁矿的热力学稳定性限定在一个很窄的Ｅｈ范围内，但在地表条件下几乎在任何地质环境中都产出有黄铁矿。然而，当矿山废石或黄铁矿质页岩暴露在大气和大气水中时，黄铁矿的风化速率相当快，以致于在几年内即能引起环境污染和地质技术问题。近年来对黄铁矿氧化瓜的研究重点是确定地质环境的哪种化学因素对黄铁矿的氧化速率影响最大及其影响程度。一些研究者在一系列实验条件下对地下黄铁矿样品进行了淋滤实验。他们观察到黄铁矿的氧     

从矿物粉晶表面反应性到矿物晶面反应性——以黄铁矿氧化行为的晶面差异性为例

地球系统中各种矿物相的物理化学反应大多是从矿物表面或界面开始的。要揭示矿物表面反应性的本质,就需要从控制其反应性的表面结构入手。由于实验条件的限制,绝大多数关于矿物表面物理化学性质的研究主要采用粉晶作为研究对象。尽管粉晶方法在研究诸如硅酸盐、碳酸盐溶解和沉淀结晶等过程中被普遍采用,但这种基于矿物粉晶的研究方法还是有一定的不足。因为形成粉晶的破碎研磨过程会导致晶体高能面的出现,高能面所具有的高活性可能会加速其反应过程,应用于地球化学反应的计算结果就可能高估了实际的地球化学反应速率。本研究以黄铁矿表面氧化反应的晶面差异性为例,从晶面结构制约反应性的角度出发,重新审视了黄铁矿氧化的相关问题,弥补了传统"粉晶研究"中对黄铁矿氧化速率和氧化机理认识的缺陷。黄铁矿宽范围的氧化速率实测值很可能是由不同晶面间较大的反应性差异导致;水在黄铁矿的氧化过程中同时扮演着传递电子的催化剂和反应物的角色,也是黄铁矿氧化反应速控步(rate-limiting step)的核心物质。这些认识首次明确了黄铁矿不同晶面反应性差异的重要性,并提示我们应将传统表面矿物学的研究推向更为精确的晶面矿物学水平。这一从晶面角度考察发生在矿物表面的地球化学反应的研究方法可为构建更为精确的地球化学模型提供理论基础。     

地下水中镍的活化——从黄铁矿氧化以及氧化锰解吸附过程中的释放

在上覆粘土质泥砾土的丹麦Ｂｅｄｅｒ砂质含水层中,对井域范围影响地下水中镍浓度的和种作用进行了研究,由于抽取地下水使含水层水位下降,同时随着非饱和带中黄铁矿的氧化,镍进入地下水中,浓度达４０００ｎｍｏｌ／Ｌ。经测定黄铁矿中镍的浓度（４０～１４０）×１０＾－５ｍｏｌ镍／ｍｏｌ黄铁矿,在非饱和带以及饱和带顶部的近斯二次浸水段,地下水中的镍含量特别高,二次浸水带的另一个特点是Ｍｎ＾２＋浓度上升,很明显,在     

铜精矿样品的氧化条件及其机理探讨

考察了不同贮存和制备条件对铜精矿样品铜含量的影响,得出在包装密封不良时铜含量因氧化而产生的变化结果及其趋势;根据X射线衍射所作的矿相分析结果,利用X射线荧光光谱仪观察样品中铜、铁、硫化学态的变化,探讨了铜精矿氧化反应的机理。样品变质主要是低价硫、铜、铁离子与空气中的水和氧发生氧化反应所致,酸度增高会促使氧化反应加速进行。     

黄铁矿处理含Cr(Ⅵ)废水的进一步实验研究

利用加热与超细粉碎方法对天然黄铁矿进行改性 ,探讨其去除 Cr( )的效果。将黄铁矿加热到 4 50℃时 ,试样除 Cr( )的效率大幅度增高 ,适宜的 p H范围从小于 2 .5增加到 3.0 6～1 1 .2 0 ,且加热改性的试样用量不到天然试样用量的 1 0 %。2 0 0目至 4 0 0目的天然黄铁矿去除 Cr( )的效率远较 2 0 0目以上的天然黄铁矿去除 Cr( )的效率高。试样久置不影响对 Cr( )的去除效果 ,去除率可达 99.2 %以上 ,反应后的 p H值都接近 4 .0 ,与磁黄铁矿处理 Cr( )废水过程中 p H值的变化规律一致。不同产地的黄铁矿样品除 Cr( )的效果稍有差异。     

应用灰色聚类法进行地下水水质分类的尝试

本文应用灰色系统理论中的灰色聚类法,试对渭南市白杨水源地地下水水质进行综合分类,结论表明该方法是可行的。     

汉江上游重点保护水源污染控制方案研究

汉江上游是我国“十五”水环境规划的重点区域之一, 丹江口水库是具有战略意义的重点保护水源.汉江干流和丹江库区现状水质已达Ⅱ类标准, 但因为支流污染严重而形成巨大威胁, 主要污染物COD在“十五”有超标趋势.COD来源以生活源为主, 占77.2%;工业源中制浆造纸业为主要污染行业, COD排量占38.29%.列出了以城镇污水处理厂建设为主体的含A, B, C三种工程项目类型的污染控制方案.实施A类项目需投资27 500万元, 可使汉江上游COD在2005年降至32 682.25 t, 低于基准年1998年的排放水平, 落在省下达的目标总量控制范围内, 保证干流和丹江库区保持Ⅱ类水质; 接踵实施B, C类项目, 可保证其水质稳定达标, 并使支流水质得到明显改善.      

库水位升降速率对雅安双家坪堆积体滑坡稳定性影响模拟分析

水库蓄水后库岸边坡的稳定性一直是研究的热点,库水位周期性涨落使得坡体内部渗流场发生变化进而影响其应力场,应力场作用于岩土体产生变形,其中水库水位升降速率对滑坡稳定性的影响尤为显著。本文以瀑布沟水电站库区双家坪滑坡为研究对象,在调查分析的基础上,基于非饱和土力学理论,考虑水—土特征曲线与渗透特性,对库水作用下的双家坪堆积体滑坡稳态—瞬态进行渗流场—稳定性数值计算。运用GeoStudio软件中的seep模块模拟库水作用下滑坡体地下水变化,计算出不同库水位升降速率条件下堆积体滑坡内部渗流场的变化并将结果耦合至slope模块中进行稳定性计算,研究结果表明:水位抬升阶段,滑坡的稳定性表现为先升高再降低,且水位抬升速率越大,滑坡稳定性升高后衰减的程度越大;水位下降阶段,滑坡的稳定性表现为先降低再逐渐回升的趋势,且水位下降速率越大,滑坡稳定性下降后再回升的程度越低。该研究结果对于库区地质灾害防灾减灾、监测预警以及水库合理调蓄具有重要的意义。