25℃常压下玄武岩—水相互作用时溶液酸度中性化效应及地球化学意义

有关矿物、岩石化学风化的研究,就室温、常压下的工作,反应介质主要有用缓冲溶液和具一定酸度的水溶液两类。前者的缺点是无法了解溶液酸度的变化,后者则基本上是在酸性介质中进行。虽然Holdren等(1985)曾研究过碱性长石溶解速率与介质酸度的关系,但由于实验是在动态条件下完成的,远离平衡态,介质酸度的变化很小。本文以辽宁宽甸黄椅山的碱性橄榄玄武岩和福建明溪大洋窠的橄榄玄武岩为样品,将40—60目的样品浸泡在用NaHCO_3或HCl调节过酸度的溶液中,在排除大气干扰的封闭体系条件下进行实验,结果见表1。     

陕南石煤及煤灰中钼元素在固液间迁移规律

钼是典型的环境敏感元素，同时也是潜在的稀有金属元素，为了查明钼元素在原煤和煤灰中含量特征及其在固（体）液（体）间的迁移规律，选取陕南石煤及煤灰样为研究对象，利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分析样品中钼元素含量，通过浸泡实验模拟纯水、酸性、碱性和矿井水4种溶液中石煤及煤灰中钼元素浸出率。结果显示:石煤中钼元素含量为315.4~785.4 μg/g，煤灰中钼元素含量675.5~1 005.1 μg/g，燃烧后钼元素具有向石煤灰中富集（迁移）的趋势；不同类型溶液对石煤中钼元素均呈现不同程度的浸出率，总体特征为酸性溶液中钼元素的浸出率普遍偏低，低于其他3种类型溶液；而石煤灰中钼元素在不同溶液中浸出率不同于石煤样，总体特征为酸性溶液中钼元素的浸出率较高。结合浸出量进一步分析表明，酸性条件抑制了石煤中钼元素的迁出能力，而石煤灰样在酸性溶液中的钼浸出率与浸出量普遍高于其他类型溶液。分析认为，有氧燃烧使有机质释放钼元素、含钼矿热解、对钼的吸附能力等方面发生了变化，导致石煤灰中钼元素的迁移能力有所提升。研究认识具有环境保护和钼元素提取利用双重指导意义。      

安徽庐枞盆地罗河铁矿水岩反应化学动力学实验

选择罗河铁矿含矿围岩云辉粗安岩为研究对象,使用叠层反应器,进行了在22MPa、100～400℃的条件下水岩相互作用地球化学动力学实验,系统地研究了不同温度、不同流速下元素的溶解情况并计算出其溶解速率。实验发现,元素在溶液中的浓度随着流速、温度的变化而变化。大多数元素在溶液中的浓度随着温度的升高而增加,一般在300～400℃时浓度达到最大。溶解速率随温度的不断升高而发生变化,各种元素达到最大溶解速率的温度大多在200～400℃之间。但是各个元素的最大溶解速率对应的温度并不相同。流体的流速影响着元素的溶解速率,元素的最大溶解速率并不都是在最大流速时产生的。     

东天山企鹅山群火山岩地球化学特征及其地质意义

根据主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素地球化学研究结果,觉罗塔格构造带中企鹅山群火山岩企鹅山群火山岩分为拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩,拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩均具有高铝、低钛和相对富集轻稀土元素（LREE）、大离子亲石元素的特征,与典型的岛弧玄武岩相似。钙碱性玄武岩具有显著的Eu的负异常,其不相容元素含量显著高于拉斑玄武岩,在La/Sm-La图解中,钙碱性玄武岩为结晶分异作用的产物,拉斑玄武岩则为平衡部分熔融的产物。Sr-Nd同位素特征表明企鹅山群火山岩源自亏损地幔。在玄武岩构造环境判别图中样品均落入岛弧玄武岩范围内。通过综合该区岩石组合特征、地球化学特征、地球物理特征,认为企鹅山群为康古尔洋壳向北俯冲在大南湖岛弧南侧形成的石炭纪岛弧火山岩。     

酸性含Fe3+溶液作用下铀的溶解迁移特征

采用不同Fe~(3+)浓度的酸性溶液,对取自新疆伊犁盆地的砂岩铀矿石进行了溶浸对比试验,探讨了铀在酸性含Fe~(3+)溶液作用下的溶解迁移动力学特征及其与Fe~(3+)的关系。结果表明,在Fe~(3+)的氧化作用下,铀从矿石向溶液的迁移于10小时内快速达到平衡,溶解速度衰减迅速;铀的溶解速度与Fe~(3+)向Fe~(2+)转化速度呈正相关的指数函数关系,当Fe~(3+)向Fe~(2+)转化速度趋近零时,铀的氧化溶解基本停止,溶液中的铀达到平衡浓度;Fe~(3+)向Fe~(2+)浓度达到2g/L可使铀强烈溶解迁移,而溶液酸度增高会弱化铀溶解速度与Fe~(3+)转换速度的关系,但酸度在2g/L~4g/L(对应pH值1.65~1.33)之间变化不会对铀的浸出产生显著影响;保持Fe~(3+)浓度为2g/L、酸度为2g/L(pH值1.65)的水化学条件对铀的溶浸是经济且足够有效的。     

低温条件下长石溶解模拟实验研究

为了研究有机酸和无机酸对长石的溶解能力以及不同有机酸对长石溶解能力的差异,笔者等在80℃条件下,在不同pH值（4、6和8）的分别含有盐酸、乙酸和草酸的溶液中,对碱性长石和斜长石进行了溶解模拟实验研究。实验结果表明：酸性(pH=4)和弱酸性(pH=6)条件下,乙酸对两种长石的溶解能力大于草酸,碱性条件(pH=8)下草酸的溶解能力最大,无论在酸性或碱性条件下,有机酸对长石的溶解能力均高于无机酸,酸性(pH=4)条件下,斜长石与碱性长石溶解量差别不大,在弱酸性(pH=6)和碱性(pH=8) 条件下,斜长石的溶解量高于碱性长石。     

pH值对锌离子污染高岭土压缩及离子扩散特性影响研究

为了研究不同酸碱环境下锌离子对饱和高岭土压缩特性影响,以及锌离子向其中扩散特性,利用室内人工配制的重塑土开展了一维固结试验和土柱扩散试验。试验结果表明,锌离子浓度不高于0.05 mol/L时,污染土的压缩指数变化不大,但氢氧化锌沉淀量的增加会导致高岭土的压缩性略有降低。高岭土处于碱性环境时,其上部自由溶液中锌离子浓度降低最快,中性环境次之,酸性环境时最慢。溶液电导率可间接反映出其中的溶解态锌离子浓度,高岭土处于中性和碱性环境时,土柱上部自由溶液的电导率与溶液中锌离子浓度呈正相关,而当高岭土处于酸性环境时,土柱上部自由溶液的电导率与溶液中锌离子浓度呈负相关,对于这种酸碱土体环境下的反常规律,在利用溶液电导率快速评价重金属离子浓度时需引起重视。     

乙酸溶液对碱性长石的溶蚀作用及数值模拟研究

本次以碱性长石为研究对象,在乙酸溶液条件下,将实验与数值模拟相结合进行研究,取得以下认识:(1)温度和溶液性质是碱性长石发生次生变化的主要控制因素。低温下碱性长石以溶解为主;在高温下碱性长石以溶蚀溶解为主,形成港湾状、条带状溶孔和溶蚀残余骨架;伴随温度提升,实验样品质量损失增大。(2)残留溶液中离子浓度的规律性变化是矿物的溶蚀、溶解和新生矿物的沉淀的集中体现。随实验温度升高,K~+,SiO_2和矿化度浓度升高,K~+浓度在0.21 mg/L~16.29 mg/L之间,SiO_2浓度在4.26 mg/L~108.2mg/L之间,矿化度在32mg/L~234mg/L之间。新生高岭石的长、宽分布在2.5μm~4μm之间,厚度分布在0.2μm~0.4μm之间,长/宽比值分布在1.2~1.4之间。(3)PHREEQC数值模拟验证了长石溶蚀溶解作用和新生高岭石沉淀的实验结果,数值模拟可从理论上为实验研究提供依据。     

火山作用对板块构造环境的判别方法

在系统收集相关资料的基础上,将火山作用对板块构造环境的判别方法进行综述。不同的火山岩出现于板块构造的不同单元,判别方法主要依靠岩石的常量元素、稀土元素、微量元素进行图解判别。对碱性系列、钙碱性系列的岩石,只需使用各种构造环境的判别图解。对拉斑系列的岩石,需要进一步对岛弧拉斑玄武岩(OIB)、洋中脊玄武岩(MORB)、洋岛玄武岩(IAT)、板内玄武岩(WPB)的环境判别。中酸性火山岩多见于岛弧和伸展盆地,判别图解较少。     

真菌-玄武岩相互作用过程中真菌属种差异对元素释放行为的影响

真菌在矿物、岩石风化和元素溶解过程中发挥着重要作用。土壤中分布和生长着多种真菌,这些不同真菌在矿物和岩石风化,以及元素溶解过程中发挥的作用可能存在显著差异。为限定此差异,本研究从玄武岩风化土壤中分离获取了4种真菌(Aspergillus pesudofelis、Aspergillus viridinutans、Aspergillus undagawae和Aspergillus clavatus),设计批式溶解实验,探究了实验室条件下(28℃、30天内)4种真菌对玄武岩的风化作用,主要通过分析元素(包括Mg、Al、Si、Ca、Ti、Mn、Fe、Ni和Sr)的溶解速率和机制揭示不同属种真菌造成的玄武岩风化差异,并选取其中两种典型真菌所在的体系进行分析。实验结果显示不同属种真菌对玄武岩的风化和元素溶解的作用确实存在显著差异:1)与无机对照组相比,真菌A.pseudofelis的生长使得溶液pH值发生显著变化,元素的线性释放速率(Ril)显著升高;2)不同种真菌对体系pH值和Ril的影响差别巨大,且并非所有真菌均能加快玄武岩风化,如经过30天反应,含真菌A.pseudofelis体系溶液pH值上升了2.1,元素Mg的线性释放速率是无机对照组的22.5倍;而含真菌A.viridinutans体系溶液pH值仅上升了0.1,Mg的线性释放速率与无机对照组近似相等;3)Mg、Al、Ca、Ti元素的线性释放速率Ril最大值均出现在溶液最低pH值条件下,表明这4种元素的释放行为很大程度上受控于质子交换作用,而Fe和Ni的释放则由真菌代谢的草酸主导。由此可知,不同种真菌对有机酸代谢水平的差异影响了玄武岩中元素的释放行为。这也可能表明,在岩石早期风化过程中,具有较强有机酸(如草酸)代谢能力的真菌在Fe和Mg等生命必需元素的释放过程中起着重要作用。     

A Study on the Dissolution Kinetics of Basalt—Water Interaction under Different pH Conditions I：Release of Elements and pH Neutralization Effect

Experimental research on the chemical weathering of alkaline-olivine basalt from Huangyi Mountain,Kuandain County,Liaoning.Province and olivine basalt from Dayangke,Mingxi County,Fujian Province has shown that the acidity of the solution tends to become neutral regardless of what the acidity of the starting solution would be during basalt0-water interaction.We call this phenome-non“pH neutralized Effect”.The dissolved species in the solution were determined and unreacted and reacted sample-surface chemical components involved or uninvolved in reaction were analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy(XPS).The results revealed two different mechanisms of dissolution of basalt in acidic and basic solutions.     

Amending highly weathered soils with finely ground basalt rock

Surface (0–10 cm) samples of 7 soils from tropical coastal Queensland were incubated at room temperature and at field capacity with finely ground (<150 μ) basalt rock for 3 months. The amendment was applied at 0, 1, 5, 25 and 50 t/ha to cover situations of moderate application rates to that where the amendment might be banded to produce high local concentrations. Having an abrasion pH of about 9, the amendment was able to reduce both active acidity (as estimated by an increase in soil pH) and reserve acidity (reduction in % Al saturation of the CEC). Increases in soil pH resulted in increased CEC, depending on the variable charge nature of each soil, accompanied by increases in exchangeable Ca, Mg, and K supplied by the basalt. The amounts of basic cations converted to exchangeable form constituted only a fraction of the amounts applied. Thus the cations held in reserve ensure that the effect of cation enrichment will be prolonged. In some soils phosphate sorption was significantly reduced by crushed basalt application. Furthermore, ‘available’ P as measured by extraction with 0.005 M H₂SO₄ was increased. These effects appear to be due to the release of silicate from the basalt as well as modest amounts of phosphate in the rock. Three extractants commonly used for estimating Si availability in sugarcane production indicated that all 7 soils contained sub-optimal levels of the element. Application of crushed basalt rock increased extractable Si levels above what is considered sufficient for this crop. The incubated soils were placed in columns and leached with the equivalent of 2750-mm (average wet season) rainfall. Re-analysis showed that the favourable chemical soil properties imparted by the amendment were retained. These results add further support to the contention that the effects of amelioration will continue for some time.     

川南盐源桃子乡地区玄武岩型铜矿床地质特征及找矿方向

分布于盐源桃子乡一带的峨眉山玄武岩具有厚度大、构造应力集中和深部有基性、中酸性、酸性系列岩浆侵入活动等特征,具备形成规模以上矿床的潜力。近年来,随着全国矿产资源潜力评价工作的有力推进,有关峨眉山玄武岩型铜矿床成矿理论研究已取得了一些重要成果,但勘查效果不佳。文章综合利用研究区内最新的地质勘查、地球物理勘测成果,重点讨论了区内玄武岩型铜矿床的成矿规律和找矿前景,认为矿化受层位和构造热液控制,并进一步明确了矿体与地层、岩性及构造之间的成因联系。     

Multisite surface reaction versus transport control during the hydrolysis of a complex oxide

Dissolution experiments of a tholeiite basalt glass carried out at different pH and T (up to 300°C) using a rotatingdisc apparatus show that, depending on pH and T, dissolution can be controlled by one of the following steps: (1) surface reaction; (2) transport of reactants in solution; and (3) mixed reaction. The activation energies of these different processes were found to be 60, 9 and 15–50 kJ mol⁻¹, respectively. Taking account of these results, it appears likely that surface reactions are not rate limiting for the hydrolysis of most crystalline silicate minerals in hydrothermal and metamorphic processes, and that caution should be exercised when predicting rate of reactions at high temperatures solely on the basis of activation energies measured at low temperatures.

Comparison of experimental and theoretical potentiometric titrations of the basalt glass and its constituent oxides indicates that the adsorption of H⁺ and OH⁻ ions at the basalt surface is metal cation specific and that the net adsorption can be predicted from the sole knowledge of the acidity constants of the network-forming constituent oxides. We found that in the acidic pH region dissolution is promoted by the adsorption of H⁺ on al and Fe surface sites while in the basic region, dissolution is promoted by the adsorption of OH⁻ on Si sites. The combination of the two distinct types of surface sites, Al and Fe on the one hand, and Si on the other hand, results in a dissolution rate minimum at a pH-value between the pH_zpc of the two groups of oxide components. Linear regressions with a slope n=3.8 are observed both in acid and alkaline solutions in logarithmic plots of the rate of dissolution vs. the surface charge. The value of n, which represents the number of protonation or hydroxylation steps prior to metal detachment, has been found equal to the mean valence of the network-forming metals.

Combining concepts of surface coordination chemistry with transition state theory afforded characterisation of the activated complexes involved in basalt dissolution processes. From the values obtained for the thermodynamic properties of activation for basalt dissolution it is assumed that the activated complexes formed during the H₂O-promoted dissolution of the basalt glass are more tightly bonded than those formed during H⁺- or OH⁻-promoted dissolution.     

四川省峨边县玄武岩特征及开发利用前景

四川省峨边县玄武岩矿资源丰富,但尚无开发利用纤维用玄武岩的矿山。从玄武岩的矿石组构、化学成分和玄武岩拉丝性能判别指标3个方面开展纤维用玄武岩评价工作。研究结果显示: 研究区致密块状玄武岩和杏仁状玄武岩多属拉斑系列与碱性系列的过渡型岩石,玻基玄武岩均为碱性系列; 拉斑玄武岩系列矿石的化学成分具有SiO₂含量较高、(K₂O+Na₂O)和TiO₂含量较低、FeO/MgO值较大的特征; 区内致密块状玄武岩适合连续玄武岩纤维生产,而杏仁状玄武岩的杏仁中含有石英和方解石等次矿物,玻基玄武岩具有火山玻璃成分含量高、杏仁状构造及酸度系数过高等特征,均不宜作为生产玄武岩纤维的原料。研究区玄武岩矿具备纤维用玄武岩资源储备地的潜力,建议采用综合开发的方式利用玄武岩矿资源。     

新疆东准噶尔阿尔曼太蛇绿岩中玄武岩地球化学特征及其地质意义

阿尔曼太蛇绿岩带位于新疆东准噶尔地区,蛇绿岩中变质橄榄岩、堆晶岩、基性火山岩较发育,层序组合虽受构造破坏,但从总体来看仍是一套组合比较完整的蛇绿岩,岩石变形变质强烈,普遍发生绿泥石化、绿帘石化。蛇绿岩中基性熔岩可分为3种类型,即洋岛玄武岩(OIB)、洋中脊玄武岩(MORB)和岛弧玄武岩(IAT)。其中洋岛玄武岩不属于蛇绿岩成分,是后期卷入蛇绿岩带随其他组分一同构造就位而成;基性熔岩主量和微量元素特征揭示岩浆源于亏损的地幔源区,且存在消减组分加入的交代作用,表明其成因与俯冲作用有关。结合岩石地球化学特征和构造环境判别图解,基性熔岩显示出IAT和MORB兼具并呈现过渡的特点,推断该蛇绿岩的形成与岛弧相关,其形成可能介于洋脊到海沟之间的偏海沟区域。     

高温实验研究火成岩成因的意义

通过对球粒陨石晚壳的分层及玻璃质的研究,探讨了类地行星的层圈构造划分及地球早期玄武岩与月岩形成的机理。论述了高温实验结果对火山岩、侵入岩、陨石及含水暗色矿物等有关成因研究的意义。根据酸性火山岩干熔与湿熔实验中矿物熔融顺序的不同,分析了花岗闻风而动 浆侵入酸度演经及浅色麻粒岩的 ,讨论了岩石熔点与酸度、结构的关系。根据玄武岩加花岗岩的熔融实验结果,排队了玄武岩浆同化花岗岩形成 白榴玄武岩的可能,并提出了高铝玄武岩浆与碱性苦橄岩浆分离结晶形成拉斑玄武系列岩石及出现跨越趋势的可能。通过不同酸度、不同温度熔体粘度的计算．阐述了同一温度下熔浆酸度愈大粘度增大率愈大的特点及其与火山相、喷发及火山类型的关系。通过轻度钠化、变质、风化的玄武岩熔融结晶实验与新鲜玄武岩的对比,指出具原岩显微结构的岩石．其化学成分仍可作为火山岩分类命名、系列划分的依据。通过玄武岩熔融结晶实验,研究了熔浆过冷度、成桉密度、晶体生长速度与矿物结晶程度的关系,并指出了白榴苦橄岩熔体在降温过程中,晶出矿物的共生组合、演化顺序及其意义。根据含水暗色矿物的升温研究,阐明了它们氧化、脱水与热光性的变化过程及其暗化、分解、熔融的变化阶段,阐述了它们在地质温度计、划分岩浆岩相等方面的作用,并由玄武岩的熔融结晶实验结果,研究了富钙单斜辉石在压力效应、淬火效应中Ti 与Al2含量的不同,还指出可能有“等温效应 的存在。     

La-Ce法岩石标准物质和Ce同位素标准溶液研制

报道了La-Ce法岩石标准物质的研制结果。标准物质选自峨眉山玄武岩中的新鲜微晶玄武岩（编号EQB）,具有间隐结构,矿物组成相对均一。岩石经粉碎和均一化加工,成为粉末后分装成1000小瓶。经均匀性和稳定性检验合格后,对该岩石标准物质的Ce同位素比值和La、Ce元素含量进行了测定和定值统计,其结果分别表示为：138Ce／142Ce=0．0225755±0．0000003,Ce=（117．4±1．3）μg／g,La=（55．8±0．9）μg／g。对二氧化铈化学试剂进行了溶液制备,以用于Ce同位素分析仪器标准物质。标准溶液编号为CBRICeO2,其138Ce／142Ce比值的测定统计值为0．0225748±0．0000006。为检验所制标准物质分析数据的准确度,对国际标样进行了比对测量,其中JMC304标准溶液的138Ce／142Ce比值测定结果为0．0225762±0．0000015,USGS玄武岩标样BCR-2的La和Ce元素含量测定结果分别为（25．2±0．6）μg／g（2σ）和（54．2±0．8）μg／g（2σ）,所获数值与文献报道值或证书值在误差范围内相符。     

黄原胶和玄武岩纤维改良黄土抗压强度试验研究

为改良黄土强度低、易变形破坏的工程特性,在黄土中掺加黄原胶和玄武岩纤维,通过无侧限抗压强度试验探究黄原胶含量和玄武岩纤维加筋率及养护龄期对黄土抗压强度的影响。试验结果表明:与素土相比,分别掺加黄原胶和玄武岩纤维均能提高土体抗压强度和一定程度延性;混合掺加黄原胶和玄武岩纤维时,土体的抗压强度和延性都会提高明显。根据正交试验得到,掺加1.5%黄原胶和0.6%玄武岩纤维时,改良土体的抗压强度最大。