花岗岩风化壳中稀土纳米微粒的提取、表征及赋存状态研究

研究风化壳中纳米微粒的稀土元素特征,对于从微观层面揭示我国华南风化壳型稀土矿床成因具有重要意义。以广西平南富稀土花岗岩风化壳剖面(ΣREE_max含量1 201 ×10^-6)为典型案例,采用物理方法(超纯水,MQW)和化学方法(Na₄P₂O₇, TSPP)两种技术手段,提取了花岗岩风化产物中的纳米微粒(1~100 nm)。进而采用中空纤维流场流分离-电感耦合等离子质谱仪联用技术(HF5-ICP-MS),对纳米微粒进行了连续分离和表征,同步获得了不同粒径纳米微粒中REE的含量特征。结果指示,化学提取剂TSPP能有效打破花岗岩风化产物中的大颗粒团聚体,它对纳米微粒的提取效率比物理提取方法高10²~10³倍。在TSPP提取的纳米微粒悬浮液中,REE含量(ΣREE_TSPP含量)最高可占到风化产物全岩REE总量(ΣREE含量)的80.5 %。纳米微粒主要分布于2~5 nm和10~30 nm两个粒径区间,另有少量粒径为30~80 nm的纳米微粒出现。其中,在2~5 nm微粒中,REE峰位与有机质大分子峰位对应,指示二者在离子键合作用下形成了聚合体。而在10~30 nm微粒中,REE峰位与Al元素峰位相对应,指示REE被黏土矿物纳米微粒吸附或离子交换。此外,本研究还发现轻稀土(LREE)与重稀土(HREE)在纳米微粒中的分布并不一致。其中以La、Ce、Pr和Nd为代表的LREE元素集中出现在2~5 nm和10~30 nm的纳米微粒中,而以Tb和Lu为代表的HREE元素除了在上述两个粒径的纳米微粒中有含量显示外,还分布于30~80 nm的纳米微粒中,指示了花岗岩风化产物中可能存在着相对独立的、与有机质和黏土矿物无直接关联的重稀土纳米微粒矿物。上述发现为进一步认识风化壳型稀土矿床中稀土元素的赋存状态和富集分异过程提供了新的启示。     

岩石-锚固剂结构水化失稳微观力学特性

为研究岩石-锚固剂结构水化失稳微观机制,基于泥岩锚固试样SEM试验与纳米压痕试验,分析了不同含水率下岩石-锚固剂结构微观力学性质演化规律。结果表明：干燥条件下岩石-锚固剂结构完整性好,界面呈一定宽度的黏结区域。随含水率增大,结构内出现溶蚀孔洞与裂隙,黏结区域范围缩小,饱和含水率下岩石-锚固剂结构脱黏失效。低含水率下,受各组分间力学性质差异影响,压痕数据离散性较大。高含水率下,各组分间胶结能力劣化,结构整体力学性能降低,数据离散性变小。水化损伤加剧使泥岩胶结结构失效并导致宏观破坏,而锚固剂会填充水化作用下界面产生的微孔隙,使其力学性能相对岩石部分有一定提升,故界面微观参数衰减幅度小于泥岩部分。     

黔西北麻乍地区沉积型稀土矿稀土元素赋存状态研究

黔西北地区宣威组底部普遍发育沉积型稀土矿,其品位高,厚度大,呈层状分布,发育稳定,且伴生铌、钪、钛等金属矿产,具有巨大的找矿潜力。针对该沉积型稀土的研究,多针对其成矿规律和成矿机制,极少涉及稀土元素的赋存状态。本文以黔西北威宁县麻乍地区沉积型稀土矿为研究对象,采用XRF分析、ICP-MS分析、X射线衍射分析,扫描电镜和能谱分析、电子探针分析、物相分析等手段,研究了元素组成、矿物组成及稀土元素的赋存状态。研究表明,稀土矿石主要由Al、Si、Fe、K、Ti组成,其稀土总量(REO)为1064×10^-6～14106×10^-6,呈轻稀土富集、重稀土亏损的特征;矿石中矿物可分为硅酸盐矿物(主要为高岭石、伊利石)、金属氧化矿物(主要为褐铁矿、锐钛矿、金红石等)、碳酸盐矿物以及稀土矿物。稀土元素以纳米级独立矿物形态存在,根据其成分推测为磷铝铈矿、方铈矿,同时稀土元素也可能以类质同象赋存于黏土矿物中,离子吸附态很少。     

基于纳米划痕试验的砂岩结构面宏-微观摩擦系数关系研究

基本摩擦系数是影响岩体结构面抗剪强度的重要参数。常规室内试验方法所确定的基本摩擦系数往往受矿物成分、温度等因素影响,为系统揭示结构面的基本摩擦性质,分别研究了砂岩宏观摩擦系数与微观摩擦系数,并建立了两者的关系。首先,通过X射线衍射、纳米压痕试验确定砂岩矿物组分与力学参数。其次,采用倾斜试验、直剪试验开展摩擦系数的宏观尺度研究,对规格为10 cm×10 cm×5 cm的平直结构面试样开展直剪试验,分别施加1、2、3、8、12 MPa的恒定法向应力,研究表明,摩擦系数随法向应力增加呈对数降低趋势,随剪切速率增加呈对数增长趋势。再次,采用纳米划痕试验开展摩擦系数的微观尺度研究,研究表明,低荷载条件下,长石矿物摩擦系数随荷载增加表现出先降低后保持不变的趋势,石英矿物摩擦系数随荷载增加表现出先降低后增加的趋势;此外,随着剪切速率的增加,两种矿物的摩擦系数在低荷载条件下呈增长的趋势,在高荷载条件下基本保持稳定。最后,基于摩擦系数的宏-微观摩擦系数试验结果,采用速度-状态摩擦（RSF）定律建立红砂岩基本摩擦系数与矿物摩擦系数的线性回归方程,并通过直剪试验验证了该经验关系的可靠性,其误差范围为0.17...     

月壤中纳米金属铁的太空风化成因及模拟方法分析

月壤中普遍存在着大量由太空风化作用产生的纳米金属铁,这些纳米金属铁在一定程度上改变了月球表面的物理、化学和光学特征.纳米金属铁在月壤中主要赋存于胶结质玻璃相中和月壤颗粒的表面,胶结质玻璃相的纳米金属铁起源于微陨石轰击富含太阳风氢粒子的月壤产生的高温熔融还原作用,颗粒表面的纳米金属铁来自微陨石轰击引起的蒸发沉积作用和太阳...     

封面故事

金属纳米微粒及有序晶体结构。在透射电子显微镜下观测到300～1000m深度隐伏铜镍矿上方的气体和固体土壤介质中存在铜等金属的纳米微粒,其有序晶体结构,表明来自于内生矿体。     

关于纳米地球科学的一些思考

纳米科技是认识和利用纳米物质(至少一个维度具有"纳米尺寸",通常1～100纳米)的学科范畴。在学术界、政府和工业界的多重推动下,纳米科技的重要性已经凸显。2003年美国NSF/DOC提出21世纪四大科技(即纳米科技、     

掺铁二氧化钛薄膜的自组装制备、表征与光催化性能研究

采用自组装方法于低温液相反应体系中成功制备出大尺寸二维纳米二氧化钛薄膜和掺铁二氧化钛薄膜。样品通过荧光发射光谱、拉曼光谱、高分辨透射电镜等方法进行表征,并研究了紫外光和可见光下Fe3+/TiO2纳米薄膜对甲基橙溶液(MO)的光催化降解过程,探讨了Fe3+对TiO2的光催化活性的影响。结果表明,此方法不需要高温煅烧即可得到高催化活性的金红石和锐钛矿混合型二氧化钛薄膜,以金红石为主。Fe3+掺杂明显提高了TiO2对甲基橙溶液的光催化降解效率:掺杂Fe3+浓度为0.5 mmol/L时光催化效果最优,且更利于较低浓度甲基橙溶液的降解,在紫外光和可见光下对初始浓度5 mg/L甲基橙溶液的降解率分别达到98.62%和89.24%。     

聚合物/蒙脱石纳米复合材料制备机理及研究进展

聚合物／蒙脱石纳米复合材料是当前材料科学的研究热点之一。本文在简述了蒙脱石的结构特征和表面有机修饰的基础上，讨论了聚合物／蒙脱石纳米复合材料的形成机理，即改性后蒙脱石内表面性由亲水性转变为亲油性，其片层被聚合物单体插层或撑开，并均匀分散在聚合物基体中，使复合材料的界面结合增强。该复合材料的结构通常采用XRD，TEM结合DSC，TGA，FT-IR，NMR及STM，AFM等方法来表征。最后重点介绍了该类材料的研究现状及技术发展趋势。     

用扫描隧道显微镜研究铁陨石和铁质宇宙尘球粒的亚微米和纳米结构

运用扫描隧道显微镜观测了一颗深海铁质宇宙尘球粒的亚微米和纳米结构，并与一块宁波铁陨石的线切割碎片的表面结构进行了对比。通过会形几何学的定量研究，发现在亚微米尺度铁陨石碎片和铁质宇宙尘的表面结构存在自相似性，但铁质宇宙尘与铁陨石线切割碎片的表面分数维持征却明显不同，前者分数维Ｄ值为２．３，后者Ｄ值为２．６－２．７ａ。这与它们的热动力学过程的差异有关。