水锰矿与Fe2+的相互作用与转化过程

作为表生土壤环境中易生成且分布广泛的氧化锰矿物,水锰矿(γ-MnOOH)能参与铁氧化物的生成过程,影响Fe_(2+)的迁移、转化和归趋。本文考察了pH值为3.0~7.0的模拟水溶液体系中水锰矿与Fe_(2+)的相互作用及其生成铁氧化物的过程,分析了Fe_(2+)浓度、pH值和空气(氧气)对Fe(Ⅲ)氧化物晶体结构类型、化学组成和反应速率的影响。研究结果表明,水锰矿氧化Fe_(2+)产物主要为针铁矿和纤铁矿;pH值为3.0~5.0时产物为针铁矿,而pH值为7.0时产物为针铁矿与纤铁矿的混合物,且高浓度Fe_(2+)会促使纤铁矿生成;引入空气利于针铁矿生成;反应速率随着pH值升高、氧气分压的增大而加快。本工作丰富了对铁氧化物在常见锰氧化物表面形成和转化过程的认识。     

铁氧化物光催化氧化锰的实验研究及其环境意义

天然锰氧化物广泛存在于地表多种生态环境中,了解其形成过程对于厘清地表物质演化与元素循环具有重要意义.本研究首次开展了在常见氧化铁矿物催化作用下Mn2+的直接快速光氧化途径与反应机理实验.实验结果显示,不同水溶液体系中赤铁矿、针铁矿的光催化氧化Mn2+速率可达3.5～12.3 μM/h,可形成钡硬锰矿、斜方水锰矿等不同类型的氧化产物.反应过程中铁氧化物矿物价带上的空穴直接氧化Mn2+形成Mn(Ⅲ/Ⅳ),氧气充当导带电子的唯一受体.矿物催化剂种类和溶液化学成分能显著影响光氧化速率与最终产物的晶体结构.本研究揭示的光化学过程与地表暴露环境中广泛存在的铁锰共生现象吻合,可为揭示天然锰氧化物结构的多样性提供新的解释.     

酸性矿山废水中生物成因次生高铁矿物的形成及环境工程意义

酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是一类pH低并含有大量有毒金属元素的废水。AMD及受其影响的环境中次生高铁矿物类型主要包括羟基硫酸高铁矿物(如黄铁矾和施威特曼石等)和一些含水氧化铁矿物(如针铁矿和水铁矿等),而且这些矿物在不同条件下会发生相转变,如施氏矿物向针铁矿或黄铁矾矿物相转化。基于酸性环境中生物成因次生矿物的形成会"自然钝化"或"清除"废水中铁和有毒金属这一现象所获得的启示,提出利用这些矿物作为环境吸附材料去除地下水中砷,不但吸附量大(如施氏矿物对As的吸附可高达120mg/g),而且可直接吸附As(III),还几乎不受地下水中其他元素影响。利用AMD环境中羟基硫酸高铁矿物形成的原理,可将其应用于AMD石灰中和主动处理系统中,构成"强化微生物氧化诱导成矿-石灰中和"的联合主动处理系统,以提高AMD处理效果和降低石灰用量。利用微生物强化氧化与次生矿物晶体不断生长的原理构筑生物渗透性反应墙(PRB)并和石灰石渗透沟渠耦联,形成新型的AMD联合被动处理系统,这将有助于大幅度增加处理系统的寿命和处理效率。此外,文中还探讨了上述生物成因矿物形成在AMD和地下水处理方面应用的优点以及今后需要继续研究的问题。     

氧化铁矿物对五氯苯酚表面吸附实验及其反应模式

批量法实验研究表明,五氯苯酚 (PCP)在合成的针铁矿、纤铁矿和赤铁矿表面吸附的浓度等温线为饱和型特征,可用 Langmuir公式拟合,而 pH吸附等温线为峰型曲线,峰值在 pH≈ 5. 矿物表面化合态和 PCP溶液离子化合态分析与计算表明, PCP在氧化铁矿物表面存在两种吸附反应模式,即表面静电吸附反应和表面络合吸附反应,表面静电吸附反应常数比表面络合吸附反应常数高 1～ 2个数量级.并进一步从反应机制上证明了憎水型可离解有机化合物 (HIOCs)在矿物表面吸附的模式与趋向性.     

铁(氢)氧化物矿物对有机污染物的光催化氧化作用

对水溶液中(氢)氧化铁的光催化氧化反应的发展与机理研究进行了总结,着重对近十年来应用针铁矿／过氧化氢进行光催化氧化环境中有机物的研究进展及其环境矿物学意义作了概述和探讨。采用天然生物矿化的纳米针铁矿／过氧化氢以偶氮染料甲基橙为光解模型物进行了光催化氧化的初步研究,结果表明铁细菌形成的针铁矿具有降解生物难降解的有机污染物的能力。在甲基橙溶液初始浓度为30mg／L,铁细菌矿化的针铁矿用量2．5g／L,反应体系H2O2的初始浓度97mmol／L,pH值为6．92,15W紫外灯照射2h后,甲基橙浓度可降低33％。     

广西南流江三角洲地区绿色自生矿物颗粒的透射电镜初步研究

本文应用分析透射电镜对广西南流江三角洲地区的绿色颗粒进行了研究。依据其矿物组成,它们为海绿石相蒙皂石和磁绿泥石-鲕绿泥石两种绿色颗粒。它们由很细小的自形层状晶体构成,以富铁(总氧化铁25—40％)为特征。透射电镜观察揭示,它们是细小晶体在基质孔隙中自生生长形成,并逐渐替代基质。富铁自生矿物的矿物种与基质孔隙的局部地球化学条件密切相关。海绿石相蒙皂石形成于前三角洲,磁绿泥石-鲕绿泥石形成于三角洲前缘斜坡和残留砂中,而针铁矿形成于潮间带。本区海绿石相蒙皂石和磁绿泥石-鲕绿泥石的形成水深远小于以往研究所提出的水深。     

碳酸盐岩地区红土针铁矿中铝对铁的置换作用及其环境意义

针铁矿是地表分布最广的氢氧化铁矿物，针铁矿的结构、成分和形态等特片，在一定程度上反映了某形成环境特征及其变化。根据作者提出和设计的红土中氧化铁矿物分离和分析程序，运用Ｘ射线衍射分析，红外光谱和电子探针等方法研究了贵州碳酸盐岩红土中针铁矿的铝类质同像置换作用。     

针铁矿/水界面反应性的实验研究

选择针铁矿对Pb2+、Cu2+、Cd2+等3种重金属离子的吸附实验,开展矿物/水界面反应性研究.金属离子(M2+)在矿物-水溶液间分配有多种表面反应机制,这些表面反应发生作用的条件主要取决于吸附质水化学性质和矿物表面荷电性,因此,溶液pH值是影响矿物/水界面反应性的关键因素.在不同pH值条件下, 表面羟基可通过发生质子化或去质子化反应而使得矿物表面产生荷电性并发生改变,而金属离子的水解则可显著加快金属羟基配合物的形成,从而进一步增强了矿物/水界面反应.本实验条件下针铁矿表面对重金属离子的吸着量随pH值升高而升高,在一个较窄的pH值范围内吸附率急剧升高,呈S形分布.针铁矿对3种不同的重金属离子的吸附能力的强弱顺序是Cu2+＞Pb2+＞Cd2+.无论是Langmuir方程还是Freundlich方程,都能较好拟合针铁矿对重金属离子的等温吸附过程.Freundlich方程的n值均在0.1～0.5之间,说明重金属离子在针铁矿表面的吸附并不能简单地归结为单配位或双配位模式,可能存在着多种吸附结合形态.表观吸附常数KM值的变化规律,说明重金属离子与针铁矿表面反应模式及其表面吸附形态发生了变化,具体的吸附形态还有待谱学研究进一步证实.     

浙西南元古宙硅铁矿的初步研究

浙江省西南部龙泉地区元古宙各类区域变质岩中普遍存在硅铁矿类罕见金属互化物。X射线粉晶分析和电子探针分析表明这类Si-Fe二元系矿物有二硅铁矿(FeSi_2)、硅铁矿(Fe_2Si_3)、等轴硅铁矿(FeSi)、喜峰矿(Fe_5Si_3)以及不知名的Fe_5Si_2,其中常含有Mn、Al、Ce、Eu、Ti等微量元素。如此多种类的产于前寒武系的天然硅铁矿物,在国内尚属首次发现。推测本区硅铁矿的成因来源与太古宙陨石事件有关。     

几种氧化锰矿物对As(Ⅲ)的氧化特性及针铁矿的影响

用化学分析、氧化还原平衡、X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)等方法与技术研究了水钠锰矿、钙锰矿和黑锰矿等三种不同结构类型的氧化锰矿物对As(Ⅲ)的氧化特性,及针铁矿对上述氧化的影响。结果表明:三种氧化锰矿物对As(Ⅲ)的氧化能力差异较大,氧化能力受矿物组成、结晶度和表面性质等因素影响。水钠锰矿的氧化能力最强,其次是钙锰矿。低价矿物黑锰矿的氧化能力最弱,但其氧化过程释放Mn2+的量比水钠锰和钙锰矿的均高。对As(Ⅲ)的最大氧化量大小顺序为:水钠锰矿(480.4mmol/kg)>钙锰矿(279.6mmol/kg)>黑锰矿(117.9mmol/kg)。体系中存在针铁…     

土壤游离态Fe(Ⅱ)催化氧化铁矿物晶相转变的Fe原子交换机制

<正>氧化铁作为高活性矿物的重要内因是以变价元素铁构成的氧化铁循环过程活跃。土壤铁循环是一个特殊微生物驱动的生物地球化学过程,长期以来普遍认为,以氧化铁矿物为末端电子受体、铁还原菌通过氧化电子供体藕联的氧化铁异化还原过程[1],与以游离态Fe(II)为电子受体、铁氧化菌作用产生的Fe(II)微生物氧化成矿过程[2],组成了完整的铁循环链[3](图1过程I和II)。1980年底有研究发现,厌氧条件下游离态     

矿区土壤中重金属形态分布的地球化学机制北大核心CSCD

酸性矿山废水(AMD)的持续输入除了增加土壤中重金属的含量和明显改变土壤理化性质外,还会导致土壤微生物群落的改变和新矿物相(黄钾铁矾、施氏矿物、金属硫化矿物等)的形成,这些都将引起重金属形态分布的变化。重金属在土壤中的形态分布决定其地球化学行为和生物可利用性,因此其形态分布变化的影响机制是矿区土壤重金属污染研究中一个重要的基础科学问题。本文从土壤组分的变化、重金属在各形态间迁移的路径和动力学等方面探讨AMD影响下矿区土壤中重金属形态分布变化的地球化学机制,以期为认识矿区土壤重金属的环境行为与重金属污染土壤修复提供理论基础。     

矿区土壤中重金属形态分布的地球化学机制

酸性矿山废水(AMD)的持续输入除了增加土壤中重金属的含量和明显改变土壤理化性质外,还会导致土壤微生物群落的改变和新矿物相(黄钾铁矾、施氏矿物、金属硫化矿物等)的形成,这些都将引起重金属形态分布的变化。重金属在土壤中的形态分布决定其地球化学行为和生物可利用性,因此其形态分布变化的影响机制是矿区土壤重金属污染研究中一个重要的基础科学问题。本文从土壤组分的变化、重金属在各形态间迁移的路径和动力学等方面探讨AMD影响下矿区土壤中重金属形态分布变化的地球化学机制,以期为认识矿区土壤重金属的环境行为与重金属污染土壤修复提供理论基础。     

西天山备战铁矿成岩年代厘定及矿床成因研究

运用同位素定年技术厘定西天山备战铁矿成岩年代,结合成矿地质背景研究矿床成因.通过对备战铁矿矿带南侧花岗斑岩样品中分选出的锆石单矿物颗粒进行锆石U-Pb法同位素定年,获得谐和年龄为(301.36±0.39)Ma.初步认为备战铁矿成岩时代为晚石炭世早期.结合区域构造背景认为,备战铁矿成矿环境为晚石炭世裂谷闭合环境,成矿岩浆形成于海陆交互相.矿石与围岩在成因上有联系,来自富集地幔,喷发过程中含矿岩浆与陆壳物质或花岗岩发生混染,形成铁矿床.综合分析认为,该矿床为火山沉积后期矽卡岩化改造富集型磁铁矿床.     

酸性环境下生物成因施氏矿物稳定性研究

施氏矿物是酸性矿山废水中广泛存在的次生矿物,其形成和转化受环境pH值、温度和共存离子等条件影响。文中研究了酸性环境中生物成因施氏矿物和吸附了三价砷的生物成因施氏矿物,在不同温度和钾离子浓度条件下的稳定性。结果表明,老化温度的增加促进施氏矿物相的转变:4℃条件下,在15周的老化时间里,无砷及含砷施氏矿物均未发生相转变;而在40℃条件下,经过15周的老化,则无砷和含砷施氏矿物均发生了部分相转变。此外,钾离子浓度变化可以导致施氏矿物老化产物不同:生物成因施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后的转化产物主要为针铁矿,在100mM钾离子条件下老化产物为黄钾铁矾和针铁矿。含As(Ⅲ)施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后没有发生相转变,在100mM钾离子条件下发生了部分相转变,产物为黄钾铁矾。生物成因施氏矿物中的As(Ⅲ)使得矿物在环境中更加稳定。     

中国的天然硅铁矿

硅铁矿属于罕见的Ｓｉ和Ｆｅ的互化物类矿物，目前在自然界已发现并命名的此类矿物相的矿物有：古北矿（Ｆｅ＿３Ｓｉ）、喜峰矿（Ｆｅ＿５Ｓｉ＿３）、等轴硅铁矿（ＦｅＳｉ）、二磋铁矿（ＦｅＳｉ＿２）及苏硅铁矿（ａＦｅ＿３Ｓｉ）等５种。本文着重介绍我国自１９８０年以来在藏、甘、冀、苏、皖、新、辽、浙诸省区所发现的二硅铁矿及其连生矿物自然硅。     

河北省南部邯郸-邢台地区西石门矽卡岩型铁矿床金云母40Ar-39 Ar定年及意义

西石门铁矿是河北省南部邯郸.邢台地区最大的矽卡岩型铁矿。主要矿石矿物为磁铁矿。对矿石中与磁铁矿共生的金云母的~(40)Ar-~(39)Ar同位素测年结果表明,样品的坪年龄为133.1±1.3Ma,相对应的等时线年龄为133.6±2.5Ma,表明西石门铁矿形成于早白垩世。与宁芜玢岩铁矿和山东莱芜、金岭等地矽卡岩铁矿形成时间一致或相近,其形成的构造背景为岩石圈大规模减薄。     

阿克塞红柳沟纤蛇纹石矿物学特征研究

在对阿克塞红柳沟温石棉矿床的地质特征分析的基础上,采用XRF、XRD、FT-IR、SEM、TG-DTA等分析测试方法对4个纤蛇纹石样品进行了化学成分、晶体结构、谱学特征、显微形貌与理化性质研究。结果表明:纤蛇纹石样品的主要化学组成为SiO2、MgO,其次含有Al2O3、Fe2O3及少量的NiO等类质同象组分,为典型的斜纤蛇纹石结构,内外羟基伸缩振动和Si-O伸缩振动吸收峰尖锐、分裂明显,纤维形态表现为柔韧的丝状,结构破坏温度在650~700℃,酸蚀量在43.67%~59.89%之间,碱蚀量在2.72%~7.01%之间。矿床地质特征和纤蛇纹石的矿物学特征表明该矿床形成后遭受后期的地球化学作用破坏程度低,与纤蛇纹石共生的矿物较简单,纤蛇纹石纤维表面结构较完善。     

长江口外悬浮颗粒物中自生纤铁矿和胶黄铁矿

以2010年11月“长江口及东海海洋综合考察”的基金委公共航次期间采集的长江口外不同站位的水体悬浮体颗粒为对象,使用扫描电镜和能谱仪相结合的方法对其进行了系统观察和研究,发现了铁氧化物和铁硫化物两种自生矿物集合体.铁氧化物集合体由纤铁矿微晶构成,形态不规则;铁硫化物集合体由大小均一的胶黄铁矿微晶构成,呈莓球状.纤铁矿的形成与周围水体的物理化学条件相关,而胶黄铁矿的形成则与有机质包裹的局部微环境有关.水体中所形成的两类自生铁矿物沉降到海底后,会受到底质物理化学条件的制约.本研究表明陆架泥质沉积体中的一部分莓球状铁硫化物属于水体沉积成因,当利用沉积物中黄铁矿莓球体进行环境分析时,需要充分考虑该部分自生铁硫化物的影响.      

中国南方典型宁乡式铁矿沉积特征与成矿机制分析

宁乡式铁矿是我国南方最具代表性的沉积型铁矿,为了探讨其沉积特征与成矿机制,本文借助偏光显微镜、扫描电子显微镜和TESCAN综合矿物分析仪,选取采自桂东北、鄂西成矿区的若干矿石样品进行岩石学和沉积学研究,深入剖析铁质鲕粒的显微组构和地球化学特征。结果显示宁乡式铁矿为混积岩,具有典型的鲕状结构,可划分为砂岩型、灰岩型和混合型等三种类型,赋存于中泥盆统信都组、上泥盆统黄家磴组和写经寺组地层中,含矿岩系总体为一套砂岩、泥页岩和泥灰岩组合,形成于区域海侵背景下的滨海、滨–浅海转换带;矿石中铁质鲕粒形态多样,粒径多集中于0.2～0.5 mm,少数铁质鲕粒的矿物相和主量元素呈圈层状分布,核心可为石英或生物碎屑充填,外部为赤铁矿、鲕绿泥石及胶磷矿环带互层。研究表明矿石的形成可划分为成矿物质准备期、铁质鲕粒形成期和铁矿沉积期三个阶段,强烈的古陆风化作用提供了成矿物质来源,成矿物质在机械沉积作用、胶体化学沉积作用和生物沉积作用下富集并沉淀,期间经历了复杂的氧化还原过程,最终压实固结为宁乡式铁矿。