Characterization,dissolution and solubility of the hydroxypyromorphite–hydroxyapatite solid solution [(Pb<Subscript>x</Subscript>Ca<Subscript>1−x</Subscript>)<Subscript>5</Subscript>(PO<Subscript>4</Subscript>)<Subscript>3</Subscript>OH] at 25 °C and pH 2–9

Background

The interaction between Ca-HAP and Pb²⁺ solution can result in the formation of a hydroxyapatite–hydroxypyromorphite solid solution [(Pb_xCa_1?x)₅(PO₄)₃(OH)], which can greatly affect the transport and distribution of toxic Pb in water, rock and soil. Therefore, it’s necessary to know the physicochemical properties of (Pb_xCa_1?x)₅(PO₄)₃(OH), predominantly its thermodynamic solubility and stability in aqueous solution. Nevertheless, no experiment on the dissolution and related thermodynamic data has been reported.

Results

Dissolution of the hydroxypyromorphite–hydroxyapatite solid solution [(Pb_xCa_1?x)₅(PO₄)₃(OH)] in aqueous solution at 25 °C was experimentally studied. The aqueous concentrations were greatly affected by the Pb/(Pb + Ca) molar ratios (X_Pb) of the solids. For the solids with high X_Pb [(Pb_0.89Ca_0.11)₅(PO₄)₃OH], the aqueous Pb²⁺ concentrations increased rapidly with time and reached a peak value after 240–720 h dissolution, and then decreased gradually and reached a stable state after 5040 h dissolution. For the solids with low X_Pb (0.00–0.80), the aqueous Pb²⁺ concentrations increased quickly with time and reached a peak value after 1–12 h dissolution, and then decreased gradually and attained a stable state after 720–2160 h dissolution.

Conclusions

The dissolution process of the solids with high X_Pb (0.89–1.00) was different from that of the solids with low X_Pb (0.00–0.80). The average K _sp values were estimated to be 10^?80.77±0.20 (10^?80.57–10^?80.96) for hydroxypyromorphite [Pb₅(PO₄)₃OH] and 10^?58.38±0.07 (10^?58.31–10^?58.46) for calcium hydroxyapatite [Ca₅(PO₄)₃OH]. The Gibbs free energies of formation (ΔG _f ^o ) were determined to be ?3796.71 and ?6314.63 kJ/mol, respectively. The solubility decreased with the increasing Pb/(Pb + Ca) molar ratios (X_Pb) of (Pb_xCa_1?x)₅(PO₄)₃(OH). For the dissolution at 25 °C with an initial pH of 2.00, the experimental data plotted on the Lippmann diagram showed that the solid solution (Pb_xCa_1?x)₅(PO₄)₃(OH) dissolved stoichiometrically at the early stage of dissolution and moved gradually up to the Lippmann solutus curve and the saturation curve for Pb₅(PO₄)₃OH, and then the data points moved along the Lippmann solutus curve from right to left. The Pb-rich (Pb_xCa_1?x)₅(PO₄)₃(OH) was in equilibrium with the Ca-rich aqueous solution.

Open image in new window

Graphical abstractLippmann diagrams for dissolution of the hydroxypyromorphite–hydroxyapatite solid solution [(Pb_xCa_1?x)₅(PO₄)₃OH] at 25??C and an initial pH of 2.00.

     

塔里木盆地周缘新元古代冰期事件与古老烃源岩发育

正四川盆地震旦系含油气系统已被证实为我国新元古界第一个具有商业价值的原生型气藏,而与扬子板块在同时期具有亲缘性的塔里木盆地新元古界油气资源一直未取得突破。塔里木盆地新元古界埋藏较深,钻遇南华系-震旦系的井位非常少,盆地深部层系的成像品质较差,同时新元古界本身缺乏可进行有效对比的古生物化石。诸多因素造成塔里木盆地新元古界划分与对比关系不清,地层格架模糊,直接导致后续深入研究无法进行。然而,     

海底地形数据处理与DEM生成

分析了海底DEM生成经常会遇见的问题,介绍了坐标变换、接边处理、插值加密等数据预处理方法,最终生成海底规则格网DEM。     

基于AI的胸部CT平扫对冠脉钙化积分的准确性评价

目的:探讨基于人工智能(AI)的非门控胸部低剂量CT(LDCT)平扫与心电门控CT血管造影(ECG gated-CTA)对冠状动脉钙化积分(CACS)危险度分层的一致性.方法:回顾性分析行冠状动脉CTA扫描的100例患者,所有患者均行冠脉ECG gated-CTA扫描和常规非门控胸部LDCT平扫.在Siemens后处理...     

东营市矿产资源开发利用现状与保护措施

以东营市矿产资源总体规划为指导,进行矿产资源开发利用与保护措施研究,在开发利用现状的基础上分析当前存在的矿产资源后备基地紧缺、综合利用水平不高以及过度开采等问题,进而提出促进矿产资源开发利用与保护的措施,以便更好地为东营市经济建设和社会发展服务。     

近场动力学理论在区域地面沉降建模中的应用研究

地面沉降是由自然和人类活动共同作用导致的缓变性地质灾害,是区域可持续发展的重要影响因素。以往地面沉降在建模时需要地裂缝等不连续结构的位置、走向、深度等信息,在构建微分方程模拟时需假设模型连续,这对开展地面沉降-地裂缝-地面塌陷一体化模拟带来一定的局限性。于2000年出现的近场动力学理论提出以积分形式描述材料受力过程,方法具有无需先验知识与连续性假设的优点,在材料的疲劳、损伤、断裂等模拟研究中展现出良好的应用前景。本文综述了其在岩石水力压裂、滑坡、饱水岩土材料等领域的研究进展;提出了应用近场动力学进行区域地面沉降建模求解的一般方法;结合InSAR技术获取的沉降信息、三维地震频谱谐振勘探技术获取的地下结构与密度信息等,提出了模型的反演调参与优化方法。以北京东部梨园-台湖镇-张家湾镇区域为实验区,建立了其4 km×6 km范围、0.2 km深度的近场动力学地面沉降模型,以实验区地下水位月均下降速率为边界条件,对2007—2010年地面沉降过程进行模拟。模拟结果与实测值的平均绝对误差为18 mm,表明近场动力学在地面沉降建模中有较好的适用性。     

基于格网的洪水灾害危险性评价分析——以巴基斯坦为例

洪水灾害已成为给当今人类带来严重损失的自然灾害之一,因此,灾害风险评价是区域经济持续发展的前提与条件。本文从致灾因子和孕灾环境两方面进行分析,综合考虑降水(累计降雨量和最大降雨量)、河流(河网密度)、地形(高程值和坡度值)、土地利用和植被(NDVI)共5种相关因子,以1km格网数据为基础,运用AHP(层次分析法)对巴基斯坦洪水灾害进行了危险性评价。结果表明:巴基斯坦洪水灾害危险性受降雨和地形的影响较大,其危险程度东南部大于西北部,并由东南部向西北部逐渐递减。     

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组四段构造- 岩相古地理新认识及勘探意义

米探1井取得天然气勘探突破表明鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组四段具有巨大勘探潜力,然而,对盆地奥陶纪马四期古构造格局和岩相古地理研究还存在争议,制约了下步天然气勘探进程。为此,基于地震、野外露头、钻井、岩芯、微观薄片和测井等基础资料,对马家沟组四段构造- 岩相古地理开展了系统研究,确定了盆地奥陶纪马四期古构造格局,并恢复出马家沟组四段岩相古地理,预测了有利勘探区。研究结果表明：① 鄂尔多斯盆地奥陶纪马四期发育“两陆三隆四坳”的古构造格局,其中两陆为伊盟古陆和阿拉善古陆,三隆分别为中央古隆起、中条古隆起和神木- 志丹低隆起,四坳为西南边缘坳陷、桃利庙坳陷、府谷坳陷和柳林坳陷;② 马四期为碳酸盐岩内缓坡和中缓坡沉积,其中内缓坡又发育白云岩坪、含云膏坪、微生物丘、灰泥丘、砂屑滩、丘滩间海和灰质潟湖等7类微相;③ 古构造格局控制马家沟组四段沉积分异,微生物丘、灰泥丘和砂屑滩等3类有利储集相主要沿中央古隆起和神木- 志丹低隆起等古地貌高部位分布。因此认为,神木—靖边地区是有利储层发育区,且处于岩性相变带,生储盖配置关系好,具有良好的成藏条件,是天然气勘探的有利靶向区。     

塔里木盆地石炭系烃源岩成熟演化研究

尽管塔里木盆地石炭系富含有机质且已发现其生成的原油,但关于石炭系烃源岩热演化研究却很薄弱。根据基础地质资料、古地温梯度和实测镜质体反射率数据,本文定量模拟了塔里木盆地6口典型井的石炭系烃源岩热演化史和这套烃源岩底界、顶界在二叠纪末期、三叠纪末期、白垩纪末期及现今成熟度的平面分布规律。塔北隆起南部、塔西南坳陷和阿瓦提凹陷在石炭-二叠纪作为沉降中心接受了巨厚的沉积物,造成这些地区石炭系烃源岩底界成熟度在二叠纪末期达到0.9%～1.3%（中-高成熟）,顶界为0.5%～0.9%（低-中成熟）,成为有利生油区。中生代时期,塔里木盆地中、东部长期处于沉降状态,石炭系烃源岩处于成熟演化阶段。白垩纪末期,塔中低凸起和满加尔凹陷的石炭系底界成熟度为0.7%～0.9%（中成熟）,顶界为0.5%～0.7%（低成熟）,而塘古孜巴斯坳陷底界成熟度为0.9%～1.1%（中-高成熟）,顶界为0.7%～0.9%（中成熟）。受羌塘地体、拉萨地体、印度板块分别与欧亚板块南缘碰撞远程效应的影响,塔西南坳陷和巴楚隆起在中生代一直处于隆升剥蚀状态,烃源岩热演化进入停滞状态。新生代以来,塔西南坳陷和阿瓦提凹陷演化为前陆盆地,再次接受了巨厚沉积物,致使石炭系烃源岩快速成熟演化,底-顶界成熟度现今已超过2.0%,进入干气阶段。满加尔凹陷石炭系烃源岩自石炭纪至今一直处于成熟演化阶段,现今达到最大,为0.8%～1.0%。另外,热史研究表明塔西南坳陷和阿瓦提凹陷石炭系烃源岩具有二次生烃潜力。本研究不仅丰富了塔里木盆地石炭系烃源岩热史研究成果,而且对油气勘探与开发具有重要的指导意义。     

塔里木盆地西南缘叶城地区新元古代冰期事件

新元古代冰期事件记录了“雪球地球”事件重要的地质信息。塔里木盆地周缘新元古代冰碛岩地层露头发育,是研究新元古代冰期事件的理想基地。由于发育多套新元古代火山岩,盆地东北缘库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩地层时代已获得较多年代学数据约束;但盆地周缘其他地区新元古代冰碛岩地层公开报道年代学数据较少,不能准确限定其沉积时代,导致冰期事件对比存在争论。为此,本文选择塔里木盆地研究程度较低的西南缘叶城地区新元古代冰碛岩地层,开展岩石学、同位素年代学、岩石地球化学等研究,明确其冰期沉积特征,约束其沉积时代,开展冰期事件对比,讨论古气候风化条件等。南华系波龙组和雨塘组冰碛岩地层具有较低的化学蚀变指数(CIA),分别代表新元古代2次寒冷的冰川气候记录。冰川沉积及其相邻层位的碎屑锆石U-Pb年代学数据显示,波龙冰期的起始年龄晚于(710±13) Ma,与全球Sturtian冰期对应;雨塘冰期的起始年龄不会早于(656±18) Ma,其结束年龄可被南华系顶界年龄635 Ma或上覆震旦系库尔卡克组碎屑锆石年龄(634±9) Ma限定,与全球Marinoan冰期对应。