打造我国主体能源(煤炭)升级版面临的主要问题与对策探讨

矿井水铁超标将腐蚀配水管道、工业设备,损害人体肝脏,威胁人类健康。煤系铁的含量、赋存形态及其在水–煤/岩作用过程中的溶解释放决定了矿井水中铁的富集或贫化。通过采集东部草原某矿区煤及岩石样品18组,利用等离子电感耦合质谱仪、X射线衍射、带能谱的扫描电镜、逐级化学提取,分析煤系铁的含量、赋存形态、赋存载体,开展室内水−煤/岩模拟试验,研究煤/岩中铁的释放机制。结果表明：煤与顶板砂岩中的铁含量均较高,18组煤/岩样中铁的富集因子均大于1;煤与砂岩中铁的赋存形态主要以残渣态为主,有机结合态次之,碳酸盐结合态与可交换态最少。煤中残渣态、碳酸盐结合态、可交换态铁的赋存载体分别为高岭石、菱铁矿、伊利石;砂岩中残渣态、碳酸盐结合态、可交换态铁的赋存载体分别为绿泥石、菱铁矿、伊利石。水–煤/岩相互作用过程中,煤与砂岩中铁的最大释放量分别为1.26、2.75 mg/L,显然砂岩中铁的释放量大于煤中。对比水−煤/岩作用前后煤/岩中铁的赋存形态变化可知,残渣态、有机结合态及铁锰氧化物结合态的铁含量基本不变,可交换态及碳酸盐结合态的铁含量均减小,这2种形态的铁稳定性差,迁移性强,易于释放进入水中,是导致矿井水中铁富集的主要原因,将为高铁矿井水的处理与利用提供基础。

     

新疆备战火山岩型铁矿床大哈拉军山组碳酸盐岩中铁矿体的发现及成因意义

新疆西天山备战铁矿床出露下石炭统大哈拉军山组海相火山喷发-沉积碎屑岩夹碳酸盐岩建造, 前人认为矿区铁矿体赋存在中-基性火山岩中, 主要为岩浆-热液成因。本文作者对矿区进行了剖面测量和钻孔岩芯编录, 发现在碳酸盐岩地层中也发育有铁矿体, 该矿体由纹层状、浸染状、条带状和块状矿石组成, 前三种矿石组成贫矿体, 呈层状分布于碳酸盐岩中; 块状矿石组成富矿体, 呈脉状产出于不同围岩界面及裂隙中。对矿区的碳酸盐岩进行了岩相学、地球化学和同位素分析, 认为区内碳酸盐岩包括灰岩、硅质灰岩、白云岩、钙质白云岩和大理岩等, 含矿岩石主要是白云岩。碳酸盐岩的碳同位素δ¹³C_V-PDB值(3.0‰~5.2‰)变化小, 而氧同位素δ¹⁸O_V-PDB值(-21.7‰~-12.3‰)变化大, 与成岩作用及热液活动有关; 灰岩和硅质灰岩的U/Th(< 0.5)、Ni/Co(2.99~7.59)和V/Cr(1.37~2.32)比值相对较低, δCe(0.85~1.02)异常不明显, 硅质灰岩中含有较高的SiO₂(>15%)和Al₂O₃(>3%), 其中还有硅质岩夹层, 指示其沉积环境为受陆源碎屑混染作用影响的酸性、氧化环境。白云岩的U/Th(>0.5)、Ni/Co(6.01~-18.36)、V/Cr(2.06~5.38)比值适中, δCe(0.83~0.98)具有负异常, 岩石含有硫化物和有机质, 很少有陆源碎屑混染, 指示白云岩沉积环境为碱性、还原环境, 利于Fe²⁺的溶解及铁胶体沉淀成矿。矿相学和矿物化学研究表明, 碳酸盐岩中的纹层状和浸染状矿石的磁铁矿分别是铁胶体后期转化和黄铁矿被交代的产物, 磁铁矿具有富镁低硅的特点, 为沉积成因; 而条带状和块状矿石中的磁铁矿是重结晶作用和热液交代及充填作用所致, 磁铁矿具有富钙和铝的特点, 为热液成因。因此, 备战铁矿床的碳酸盐岩中发育的铁矿体为沉积成因, 有后期热液成矿作用的叠加, 可归为沉积-热液叠加成因。

     

生物土壤结皮铁代谢微生物组成及其功能基因对演替的响应

采用微生物宏基因组学微阵列GeoChip 5.0技术,选择腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同年代人工固沙植被区的生物土壤结皮（BSC）为对象,分析BSC演替过程中参与铁代谢的功能微生物组成及其功能基因变化特征,研究微生物铁代谢对BSC演替的响应及调控。结果表明：真菌参与铁吸收和转运过程,古菌参与铁转运和贮存过程,细菌则在铁代谢吸收、转运和贮存过程中均起主要调控作用。门水平上,BSC铁代谢功能微生物组成变化对演替的响应不敏感,BSC铁代谢微生物主要为变形菌门（Proteobacteria）。BSC铁代谢功能基因多样性的显著提高和三类铁代谢过程基因信号强度达到最高水平需要经过61 a的演替。调控BSC铁吸收过程的主要功能基因为亚铁氧化酶编码基因iro;调控原核生物铁转运过程的主要功能基因,为羟基苯甲酰丝氨酸铁外膜转运体编码基因cirA和Fe（Ⅱ）转运蛋白编码基因feoB,真菌铁转运过程主要依靠含铁细胞转运体和铁氧化酶高亲和力的作用;调控铁贮存过程的主要功能基因为固定相类核蛋白编码基因dps。在BSC演替阶段末期,上述铁代谢功能基因强度的显著增加促进了微生物的铁代谢潜能。干旱、半干旱荒漠生态系统植被恢复过程中微生物铁代谢潜能的恢复需要较长时间。     

新生代气候变冷机制研究进展

深海氧同位素记录揭示新生代以来全球气候呈整体变冷趋势,南北两极先后发育冰盖,地球由温室气候变为冰室气候,但是其变冷机制仍不明确。大气CO2浓度降低和大洋环流模式改变均被认为与新生代气候变冷密切相关,但目前对两者的作用还未达成统一的认识,由此存在各种假说,如BLAG假说、高原隆升-风化假说、构造隆升-碳埋藏假说、火山铁肥效应和岛弧隆升-风化假说及海道开合假说等,用以解释新生代全球变冷。围绕新生代气候变冷机制方面的争论,评述了过去近几十年来相关研究的进展和存在的问题,讨论了不同机制对新生代气候变化的影响,并提出未来需要加强的研究重点：建立准确的新生代大气CO2浓度演变序列、建立更加准确的地球内部排气和青藏高原隆升及海道开合时刻表、建立完善的风化指标体系、加强火山作用及其大洋生物地球化学效应的研究。     

Properties of iron at the Earth's core conditions

Summary. The phase diagram of iron up to 330 GPa is solved using the experimental data of static high pressure (up to 11 GPa) and the experimental data of shock wave data (up to 250 GPa). A solution for the highest triple point is found ( P = 280 GPa and T = 5760 K) by imposing the thermodynamic constraints of triple points. This pressure of the triple point is less than the pressure of the inner core–outer core boundary of the Earth. These results indicate that the density of iron at the inner core–outer core boundary pressure is close to 13 g cm⁻³, which lies close to the seismic solutions of the Earth at that pressure. It is thus concluded that the Earth's inner core is very likely to be virtually pure iron in its hexagonal close packed (hcp) phase.
It is shown that four properties of the Earth's inner core determined from seismology are close in value to the corresponding properties of hcp iron at inner core conditions: density, bulk modulus, longitudinal velocity, and Poisson's ratio. The density–pressure profile of hcp iron at inner core conditions matches the density–pressure profile of the inner core as determined by seismic methods, within the spread of values given by recent seismic models.
This indicates that the Earth is slowly cooling, the Earth's inner core is growing by crystallization, and the impurities of the core are concentrated in the outer core. The calculated temperature at the Earth's centre is 6450 K.     

基于WorldView-II与Aster数据的Fe信息提取——以南极拉斯曼丘陵为例

利用World View-Ⅱ遥感影像高空间分辨率和高波谱分辨率的数据优点,结合Aster数据波段互补的优势,进行南极大陆边缘拉斯曼丘陵Fe信息提取研究。研究结果表明,使用World View-Ⅱ与Aster数据对比分析的主成分法,提取Fe3+信息,采用World View-Ⅱ与Aster协同数据下的波段运算法,提取Fe2+信息,可以达到优势互补的目的。Fe信息提取结果显示,含铁矿物信息分布区主要集中在混合片麻岩与副片麻岩区域,分别占Fe信息总面积的80.39%和15.73%,与野外调查结果基本一致。     

不同种类纳米零价铁的毒性比较研究

纳米零价铁是一种高效的环境修复材料,可以处理多种污染物;然而,纳米粒子的尺寸效应可能导致其在自然界中存在潜在毒性风险。选择几种常用包覆型、负载型和裸露的纳米铁,通过大肠杆菌的耐受性实验,比较3种纳米铁的毒性。研究表明,负载型纳米铁的分散性最好,而裸露纳米铁最差。3种纳米铁虽然对大肠杆菌都表现出毒性,但是负载型纳米铁的毒性最小。通过毒性减缓的机理分析,说明纳米铁改性后阻止了纳米颗粒与细菌的直接接触,这是空间位阻效应的作用。研究结果进一步证实了在使用纳米材料前应充分评估潜在毒性和环境效应的重要性。     

青海南部熔积岩的发现:对寻找VMS型矿床的重要启示

熔积岩指的是侵入、混合到未固结或弱固结的湿沉积物中的熔浆分解、原位形成的一类特殊岩石。正确地认识该类岩石,有利于增进人们对岩浆-水(沉积物)相互作用过程的理解,恢复古环境。在青海南部沱沱河地区发现了一套角砾为撕片状、锯齿状及浑圆状的安山岩,胶结物为铁硅质组合的特殊熔积岩。研究表明,该熔积岩的角砾为岩浆遇水后快速淬火、裂解的产物,铁硅质组合为海底喷气沉积形成的含铁建造;且安山岩与含铁建造发生混合时,含铁建造尚未固结。该套熔积岩的发现,改变了长期以来对开心岭铁矿为火山热液交代安山岩而形成的认识,对于在矿区寻找VMS型矿床、区域内寻找海底热水喷流沉积型矿床具有重要的启示意义。     

底泥就地稳定化中零价铁(Fe0)对有机污染物的作用及其对上覆水体水质的影响

在实验室模拟静态湖泊体系条件下,通过向实际底泥中投加零价铁(Fe~0),考察反应前后底泥中有机物数量、种类、总有机质含量以及上覆水体溶解氧(DO)浓度、氧化还原电位(Eh)、pH和化学需氧量(CODCr)浓度等指标的变化,探讨Fe~0对底泥有机物的降解效果以及对上覆水体水质的影响.结果表明,投加Fe~0处理80 d后,(1)经GC-MS检测出底泥中易被降解的小分子有机物(分子量小于200)数量明显增多,底泥总有机去除率为44%.(2)上覆水体的DO浓度、Eh和pH都有不同程度的变化.DO浓度从6.6 mg/L迅速下降至0.2 mg/L,Eh从150 mV左右下降至74 mV,pH升高至8.4,此体系易形成厌氧环境;且上覆水体中CODCr低于纯底泥-水体系,上覆水中DO浓度、Eh及pH与CODCr浓度具有一定相关性.综上,底泥中投加Fe~0可有效降解有机物,且不会对上覆水体产生持久、较大的影响.     

开心岭二叠纪地层中铁矿化沉积凝灰岩的发现及找矿意义

开心岭地区位于青藏高原腹地北羌塘构造区,在该地区二叠纪地层中新发现含砾晶屑岩屑铁矿化沉积凝灰岩,对该地层完整采样,并对采集的样品进行专门的实验测试分析。样品显微镜薄片鉴定,具玄武质岩屑,凝灰质岩屑,晶屑主要为石英和长石;化学分析结果TFe为13.80%;X射线衍射分析结果,赤铁矿6%,针铁矿17%,石英16%,斜长石47%,伊利石3%,方解石6%,闪石2%,绿泥石2%。光谱半定量检测分析结果,Ti为0.7%;电子探针检测分析结果,赤铁矿:形态为完整或不完整的几何体和沿其它矿物边部成封闭与局部的丝带,钛铁矿为相对规则的棒状,磷灰石为规则的六边形和已经磨圆的半圆形。激光拉曼光谱分析结果,针铁矿,含磁铁矿。对上述分析结果研究认为,二叠纪开心岭地区可能存在重要的岩浆喷发作用,原始岩浆含铁较高,这可能是该地区金属矿床的物质来源,下一步宜加强该地区的找矿工作。