砷矿物演化与矿物生态初探

矿物是行星演化重要的记录者。地球演化过程中一系列重大的地质事件都是通过研究矿物所记载的相关信息得到证实的。砷(As)是对生命最危险的有毒元素之一,也是指示地球化学环境演变过程的灵敏元素,目前发现的砷矿物超过760种。本文基于“矿物演化”和“矿物生态学”的概念,研究砷矿物多样性,分析其深时演化过程。结果发现,随着地质历史的演进,砷矿物多样性呈现幕式增长特点,其增长期与超大陆碰撞期以及大氧化期相对应。这主要和超大陆碰撞期热液和风化活动增强促进As的迁移转化,以及大氧化期As从还原态向成矿及迁移能力更强的氧化态转变有关。另外,根据现有砷矿物产地-砷矿物种类数据,基于泊松-对数正态分布LNRE(大量罕见事件)模型,预测地壳中至少存在1958种砷矿物,其中263种出现的概率超过95%,其形成主要受“决定性因素”控制;而大部分砷矿物出现概率较小,其中184种出现的概率甚至低于0.1%,形成主要受“偶然性因素”控制。

喜马拉雅东部库曲锂铍花岗质伟晶岩的稀有金属矿物学研究

在喜马拉雅造山带已发现普士拉、热曲、吉隆、洛扎等多个岩体中花岗岩-伟晶岩与锂铍等稀有金属成矿作用相关,并有大规模的锂辉石伟晶岩(含细晶岩)产出。喜马拉雅东部的库曲岩体也发现了锂辉石伟晶岩出露,主要侵入到主体白云母花岗岩中。本次研究对库曲岩体中不同类型的花岗质伟晶岩进行了详细的岩相学、矿物学和年代学的研究。根据不同矿物组合和产出位置,将库曲伟晶岩分为四类:广泛分布的伟晶岩I,主要包含长石-石英-白云母;岩体西部桑玉村出露伟晶岩II(包含钠长石-石英-白云母带和细粒钠长石带)和伟晶岩III(锂辉石-钠长石-石英带);岩体东部出露细晶岩脉。库曲伟晶岩都含不同体积百分比的石榴石和电气石,以及典型的稀有金属矿物如绿柱石、铌铁矿族矿物和少量锡石。独居石和铌铁矿族矿物的U(-Th)-Pb同位素年代学结果显示库曲伟晶岩主要形成于~25Ma,还存在稍晚一期的岩浆活动,细晶岩形成于~14Ma。同时代的伟晶岩I、II和III全岩成分呈现出明显的变化趋势,K_(2)O/Na_(2)O、Zr/Hf和Nb/Ta比值、REE总量和Eu/Eu^(*)呈降低趋势,而稀有金属(Li、Be、Nb、Ta、Rb和Cs)含量逐渐增加。矿物的成分变化趋势更明显,从伟晶岩I到III中白云母的K/Rb比值和MgO含量明显降低,电气石向更富集Li、石榴子石和铌铁矿族矿物向更富集Mn(在伟晶岩III中分别接近锰铝榴石和铌/钽锰矿端元组分)、绿柱石向更富集Li-Cs的方向变化。伟晶岩III中锡石含量相对增加,常与锂辉石共生。细晶岩脉的矿物学特征介于伟晶岩I和II之间。综合上述研究显示库曲伟晶岩是花岗质岩浆分异演化的最终产物,矿物是伟晶岩形成过程和分异程度的有效指示剂,库曲的稀有金属成矿作用显示出Be、Be-Nb-Ta(-Sn)、Li-Be-Nb-Ta-Sn(岩体最边缘)矿化的变化趋势。锂辉石是库曲伟晶岩中主要的原生锂矿物,次生的锂辉石和石英后成合晶可能是在富锂流体中形成的,而不是透锂长石降温过程中形成的,这与库曲伟晶岩侵入到白云母花岗岩的产状相符。

工艺矿物学参数自动分析系统在铜矿浮选尾矿银赋存特征研究中的应用

元素赋存状态及工艺矿物学特征是决定其选矿工艺及回收指标的关键因素,对指导矿产资源高效综合回收利用有重要意义。由于银矿物种类繁多且含量低、粒度细小不易识别,传统人为鉴别目标矿物并统计工艺矿物学参数的方法在银的赋存特征研究方面存在局限性,制约了资源高效综合利用。本文利用基于扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)的工艺矿物学参数自动分析系统(BPMA)对某铜矿浮选尾矿样品(Ag 41.96μg/g,Cu 0.44%)进行矿物学分析,展示其在尾矿样品中铜和银的赋存状态及工艺矿物学特征研究中的具体应用。结果表明:样品中铜矿物主要为辉铜矿和斑铜矿;铜硫化物及其集合体的嵌布粒度细微且解离程度低,是影响铜回收的主要矿物学因素。样品中银主要以独立矿物的形式存在,(含)银矿物有自然银、辉银矿/螺状硫银矿、硒银矿、硒铜银矿、硫铜银矿和含银辉铜矿,银在各(含)银矿物中的分布率分别为95.62%、2.07%、1.33%、0.15%、0.80%和0.03%;银矿物嵌布粒度不均匀,粗粒(>74μm)、中粒(74~37μm)、细粒(37~10μm)、微粒(<10μm)银矿物的占有率分别为32.25%、30.35%、21.44%和15.95%;银矿物的解离程度较高,单体含量高达88.28%,可采用浮选法与铜硫化物一起回收。该研究为提高资源的选矿回收率提供了矿物学依据,同时采用的BPMA&SEM-EDS分析方法为矿物种类复杂、含量低、粒度细小的稀贵金属元素赋存状态及工艺矿物学研究提供了一种技术借鉴。

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法微区原位定量分析锂铍矿物化学成分

锂、铍是当前全球战略性关键金属,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)建立分析方法可以实现微区原位定量分析天然矿物样品中的锂、铍元素含量,为锂铍资源高效利用以及赋存状态的研究提供分析技术支撑。锂辉石和绿柱石等矿物是提取锂、铍元素的主要原料,微区分析常用的电子探针方法对于能量较低的轻元素难以准确定量,而LA-ICP-MS方法亟待改进降低非基体匹配校准带来的基体效应提高分析的准确度和精密度。本文探讨了仪器工作条件(同位素选择及计数模式、载气He气流速、样品气Ar气流速、束斑直径、能量密度大小)和数据处理方法(外部标准物质、内标元素)对定量结果精密度和准确度的影响。实验结果表明:He和Ar气体流速不仅会影响锂、铍信号强度,而且适当降低载气He流速(0.6L/min)可以减小相对误差。增加束斑直径虽可以将数据精密度提高10%以上,但是对于准确度影响不大;对于绿柱石这类硬度高的透明矿物应提高能量密度(相对强度>75%,通量>2.7J/cm^(2))以保证产生稳定剥蚀信号。测定7Li时选择现有标准物质中含量较高的GSE-1G校准、9Be选择NIST610校准,以Al作为内标补偿元素,计算结果相对误差较小。LA-ICP-MS方法通过调整仪器工作条件和数据处理方法,可以降低基体差异,提高数据准确度,解决微区原位准确定量分析锂、铍轻元素的难题,为锂、铍资源的勘探开发和高效利用提供有力的技术支撑。但是也亟待开发高锂、铍含量的微区标准物质,解决因现有标准物质与样品中含量差异造成的基体效应来进一步提高数据质量。

不同环境下湖泊矿物和湖水性质对碳埋藏的制约——以西藏郭扎错为例

湖泊沉积物不仅记录了湖泊演化的过程,还蕴含了丰富的碳储量。本文以青藏高原西部郭扎错407 cm长的湖芯为例,探讨了8.7 ka BP以来该湖由淡水湖演变到咸水湖的过程中,有机碳和无机碳沉积通量与储量的变化及影响因素。郭扎错无机碳沉积通量范围为4.6~35.1 g·m^(-2)·a^(-1),平均值为17 g·m^(-2)·a^(-1),无机碳储量范围为2.5×10^(6)~19.1×10^(6) t/a,平均值为9.2×10^(6) t/a,无机碳总储量约为18.5×10^(9) t。有机碳沉积通量范围为1.6~7.3 g·m^(-2)·a^(-1),平均值为4.0 g·m^(-2)·a^(-1),有机碳储量范围为1.5×10^(6)~3.3×10^(6) t/a,平均值为2.2×10^(6) t/a,有机碳总储量约为1.63×10^(9) t。8.7 ka BP以来,三个不同环境演化阶段(8.7~4.0 ka BP,4.0~1.5 ka BP,以及1.5 ka BP至今)中,4.0~1.5 ka BP气候寒冷干旱,湖泊为淡水湖,但无机碳和有机碳的沉积通量和储量都表现为低值。根据碳沉积通量和储量的变化特征发现,无机碳的沉积与碳酸盐矿物成因有关,而有机碳沉积则与黏土矿物的成因有关,二者都与环境、湖水性质变化有关,其中温度对无机碳沉积通量和储量的影响大于盐度的影响,而温度对有机碳沉积通量和储量的影响小于盐度的影响。

光电催化矿物材料的制备及应用研究进展

光电催化技术是解决环境污染和能源短缺问题最具应用前景的方法之一。基于半导体矿物的光电化学性质或非半导体矿物的天然物理特性,将矿物与光电催化功能体复合构建的光电催化矿物材料具有成本低、环境相容性好、性能优异等特点,其在矿物利用的新兴领域受到了广泛关注。本文在限定了光电催化矿物材料研究是否属于矿物应用范畴的基础上,介绍了光电催化矿物材料包含的矿物组分及特征,提出了光电催化矿物材料的分类,并对光电催化矿物材料的制备方法及矿物增强光电催化活性的机制进行了讨论。最后,概述了光电催化矿物材料用于水中污染物治理、光电催化水分解产氢、CO_(2)能源化等领域的研究现状;指出应重点关注矿物本征光电属性、有效建立材料复合结构与效能的联系、明确材料矿物学属性影响光电催化的机制等问题,拓展光电催化矿物材料在新能源、化学品合成和矿物/微生物作用等领域的应用研究。

纳米矿物在地球科学的研究进展

纳米矿物广泛存在于岩石圈、大气圈、水圈和生物圈内,是地球系统的重要组成部分。纳米矿物的微小尺寸使其具有不同于宏观矿物的特殊结构、物理化学性质和地质行为,研究固体地球系统中各类纳米矿物的形成机制、分布特征和转变规律进而从微观角度深入理解地质过程已成为国际地学的研究热点。本文总结了地学常用的纳米矿物研究方法,介绍了纳米矿物参与下的“非传统”矿物生长、微量元素吸附和矿物相变等过程。同时本文结合实例梳理了地球系统不同地质过程中非生物相关纳米矿物的成因机制及其对地质过程的指示意义,包括发生在岩浆、热液或胶体体系中从无到有的结晶过程,先存矿物的溶解-再沉淀过程(水岩反应作用),以及先存岩石或矿物的应变破碎过程(陨石冲击、构造活动、火山活动)等,讨论了纳米矿物与成矿的关系,并对纳米地球科学未来的研究方向提出了展望。

云南大关天星石英矿工艺矿物学研究

采用矿物解离度分析仪(MLA)分析、扫描电镜分析、光薄片鉴定等方法对云南大关地区天星石英砂岩型矿石进行了详细的矿物学研究。分析结果显示该矿SiO2含量98.95%,石英含量98.47%,主要杂质矿物为黏土矿物、黑云母和金红石等。矿石中石英原生粒度主要为100~210μm,黏土矿物粒度主要分布在10μm以下和75~150μm,金红石和锆石等主要分布在38~75μm。石英多以碎屑物的形式赋存,大部分杂质矿物分布在石英颗粒之间,其中黏土矿物多以胶结物形式赋存,金红石等多以碎屑物形式赋存,少量金红石被石英包裹。对矿体不同层位样品的分析显示,在磨矿细度基本不变的情况下,薄层状矿石中被包裹的金红石等有害矿物含量明显高于厚层状矿石。建议按矿石性质对云南大关天星石英砂岩矿分级利用,其中厚层状矿石适合加工超白石英砂等高端用途,薄层状矿石可以考虑生产中低端石英砂原料。同时建议选矿过程中适当降低磨矿细度,以提高石英单体解离度。

若干黏土矿物的基础和应用研究

黏土矿物储量丰富且具有独特的微观结构和物理化学性质,其资源开发和高值化利用具有重要意义。然而,黏土矿物基础理论,特别是成分、结构及性能之间关系缺乏深入探究,在新型功能材料方面的应用受到一定的限制。本文将作者团队近几年来针对若干黏土矿物基础和应用两方面的研究成果进行了归纳总结。基础研究方面主要介绍了高岭石层堆垛有序-无序与结晶度、蒙脱石层间阳离子的能量及占位、坡缕石原矿的物相定量分析以及坡缕石八面体阳离子占位等。基于上述理论研究,进一步探讨了黏土矿物在固态电解质、发光材料、相变储能材料、膜材料以及环境材料的制备和应用,提出了现行研究存在的问题并展望了未来发展方向,以期对黏土矿物及矿物材料的研究提供一定的参考。

若羌塔什达坂锂矿床矿物分带特征及找矿意义

塔什达坂锂矿床位于阿尔金稀有金属成矿带的东段,锂矿体赋存于花岗质伟晶岩中,已圈定23条含锂花岗伟晶岩脉,含锂矿物主要为锂辉石、锂云母和锂电气石,伟晶岩脉主要为含锂电气石伟晶岩、锂辉石伟晶岩、锂云母伟晶岩及不含矿黑色电气石伟晶岩,矿物分带明显,其中ρ52号脉特征矿物变化最典型。塔什达坂锂矿床一区南部ρ52~ρ59、ρ58~ρ70之间的区域存在隐伏矿体,通过矿床地质特征及矿物分带研究,为区域锂矿的勘查评价提供找矿方向。

河南某金银铅锌多金属矿石工艺矿物学研究

对河南某金银铅锌多金属矿石进行详细的工艺矿物学研究,查清该矿石工艺类型、主要回收目的矿物种类、粒度特征及嵌布特征等,为其制定合理的选别流程及技术条件提供了数据支撑。根据矿石及目的矿物工艺特征,确定了原矿重选—重尾浮选金银铅—金银铅尾浮选锌的选别流程,金、银、铅及锌都得到有效回收。

南芬选矿厂综合尾矿工艺矿物学研究

南芬选矿厂为实现综合尾矿的回收利用及为合理选择选矿工艺及参数提供参考,以综合尾矿为研究对象,采用MLA矿物自动分析系统进行了尾矿矿物学特性研究。研究结果表明:综合尾矿全铁品位为9.64%,铁主要以赤、褐铁矿的形式存在,分布率为63.49%;其次以磁铁矿的形式存在,分布率为12.20%;主要脉石矿物为石英、镁铁闪石、绿泥石和透闪石,其他矿物含量少。磁、赤铁矿的嵌布粒度-75μm含量占85.71%,单体解离度为63.88%;其中,单体的磁、赤铁矿包裹少量石英,被包裹的磁、赤铁矿则主要被石英等矿物包裹,富连生体中含有较多的石英和少量的菱铁矿。

2011年全球发现的新矿物种

在系统梳理2011年度全球发现并经国际矿物学协会(IMA)新矿物与矿物分类命名专业委员会(CNMNC)批准的122个新矿物种资料的基础上,从矿物名称、晶体化学式、晶系和空间群、晶胞参数、主要粉晶数据、物理性质、光学性质、产地与产状、与其他矿物种的关系、矿物名称来源、化学反应和光谱学特征等方面归纳总结了这些新矿物的重要矿物学特征。并按照中国新矿物及矿物命名专业委员会颁布的《矿物种汉名审订条例》,对122个新矿物种的中文名称进行了审订。通过适时公布国际新矿物工作的新进展和新成果,并逐步完善和规范矿物种中文译名体系,为我国新矿物的发现和研究提供有科学价值的参考和借鉴,不断推动矿物种中文译名规范化与标准化的进程。

辽宁翁泉沟硼铁矿的选矿工艺矿物学研究

采用X射线衍射、镜下鉴定、扫描电镜、矿物参数自动分析系统、化学成分分析等研究了辽宁翁泉沟硼铁矿的化学成分、矿物组成及含量、主要矿物产出形式等,查明了各目的矿物之间的嵌布关系等特性,以及影响选矿效果的主要矿物学因素,并提出了相应的选矿方法。

矿物浮选交互影响研究进展

复杂矿石中矿物间产生交互影响的原因主要是有用矿物嵌布粒度太细以及共伴生矿物种类多,从而必须对矿石进行细磨以实现矿物间的单体解离,导致在磨矿产品中产生粒度和组成各异的颗粒,在浮选矿浆体系中会由于物理化学因素发生交互影响作用而影响矿物间的浮选分离。基于此,本文提出了矿物浮选交互影响的定义,即矿石浮选体系中两种及以上矿物间相互吸附、活化、抑制、表面转化等对浮选分离产生的影响,在此基础上介绍了矿物交互影响的形式,即直接交互影响和间接交互影响,详细综述了粗粒与细粒矿物之间交互对浮选的影响、细粒矿物之间交互对浮选的影响、以及间接交互对矿物浮选的影响以及发生交互影响的作用机理研究现状,目的是为找到利用或消除矿物间交互影响的调控方法奠定基础。

我国科研人员发现2种新矿物——“氟碳钙钕矿”“菊兴铜矿”

8月16日,记者从中国地质调查局获悉,由我国科研人员发现、命名并申报的新矿物“氟碳钙钕矿”和“菊兴铜矿”分别获得国际矿物学协会—新矿物命名及分类委员会批准通过。氟碳钙钕矿发现于内蒙古白云鄂博矿。内蒙古白云鄂博矿是世界最大的稀土矿床,也是我国矿物资源的宝库,迄今已发现210余种矿物,在我国新矿物发现地中占据首要位置。此次发现的氟碳钙钕矿是在该矿床发现的第21种新矿物。

西藏琼嘉岗伟晶岩型锂矿矿物包裹体形成过程及其对熔-流体特征的指示

西藏琼嘉岗伟晶岩型锂矿是喜马拉雅地区发现的首例具有工业价值的伟晶岩型锂矿床,该矿床的发现证实了喜马拉雅地区具有成为我国稀有金属战略基地的潜力,也为喜马拉雅地区寻找伟晶岩型锂矿床提供了指示意义。本研究主要针对琼嘉岗锂矿花岗岩和伟晶岩中三种主要副矿物独居石、磷灰石和锆石中的矿物包裹体进行扫描电镜分析,确定矿物包裹体种类、频率以及产状(与裂隙关系),结合磷灰石中长石包裹体电子探针分析,综合指示琼嘉岗锂矿熔-流体性质及演化过程。研究表明:(1)琼嘉岗锂矿独居石、磷灰石和锆石中主要发育硅酸盐、氧化物、磷酸盐以及少量硫化物包裹体,其中填充裂隙和穿切裂隙的富稀土矿物独居石和磷灰石包裹体均由热液蚀变形成,而锆石放射性损伤强烈的区域中发育的远离裂隙的晶质铀矿和方钍石包裹体的形成也和流体作用相关;(2)电气石白云母花岗岩的磷灰石中发育钶钽铁矿以及烧绿石包裹体表明早期花岗岩岩浆富集铌和钽,稀有金属包裹体的数量以及类型也对高演化的花岗岩和伟晶岩是否具有稀有金属成矿潜力以及矿化类型具有一定指示意义;(3)锂辉石伟晶岩磷灰石中发育异常高且变化大的An值的斜长石包裹体,它们分别记录了磷灰石在结晶时对早期富钙熔体的捕获以及熔体的分异过程。本文的研究结果还表明副矿物中矿物包裹体的种类以及元素组成可以为高演化花岗岩-伟晶岩体系的熔-流体特征及演化提供指示意义。

调控熟料矿物组成优化强度的研究应用

对A公司熟料矿物组成跟踪研究,分析矿物组成情况与熟料强度的相关性,得出有效调控熟料矿物组成优化熟料强度的方案。结果表明:通过调整KH由0.920±0.01至0.895±0.01、保持窑皮长度在24 m以下、二次风温控制在1150℃左右,熟料强度由59.5 MPa提升至65.3 MPa,水泥中熟料掺比平均降低3.48%,吨水泥材料成本下降约7.31元,能够有效降低生产成本。

胶东大尹格庄金矿碳酸盐矿物的特征、物源及其在金成矿过程中的作用

胶东金矿的成因研究一直是矿床学研究的热点,其中金的物质来源与活化、沉淀机制是最受关注的问题之一。大尹格庄金矿位于胶西北地区的招平断裂带中段,是区内典型的超大型破碎蚀变岩型金矿,以存在大量碳酸盐脉而有别于区内其他金矿床,这些热液成因的碳酸盐脉对该矿区Au成矿具有重要作用,因而是破解胶东巨量Au物质来源和成矿机制的良好对象。本研究通过细致的岩相学观察,发现大尹格庄金矿中的碳酸盐矿物主要包括菱铁矿和方解石,以脉状、浸染状存在于黄铁绢英岩型矿石中,其中部分菱铁矿与黄铁矿等金属硫化物共生,其他菱铁矿则与石英共生,方解石则呈浸染状和脉状两种形式产出,菱铁矿和方解石均为热液型碳酸盐矿物。扫描电子显微镜研究表明,在菱铁矿和方解石中均发现有金矿物的存在。Au含量分析结果表明,菱铁矿和方解石是大尹格庄金矿的重要载金矿物,形成于成矿作用的主要阶段。碳酸盐矿物原位微区稀土元素数据也显示出热液型碳酸盐矿物的特征;同位素地球化学数据显示大尹格庄金矿中碳酸盐矿物与胶东地区前寒武纪变质基底中的大理岩明显不同。C-O同位素分析显示,大尹格庄金矿中菱铁矿的δ^(13)CPDB为-5.12‰~-4.82‰,δ^(18)OSMOW为12.13‰~12.80‰,具有明显的幔源特征;而方解石δ^(13)CPDB为-0.64‰,δ^(18)OSMOW为6.21‰,显示出幔源流体在上升过程中受到了一定程度的围岩的影响。金矿中菱铁矿显示轻稀土相对亏损,重稀土相对富集,有轻微的负Eu异常,(87Sr/86Sr)i为0.709842~0.710087,εNd(t)为-18.5~-17.1;方解石的(87Sr/86Sr)i为0.710861,εNd(t)为-12.7,指示形成碳酸盐矿物的CO_(2)流体可能来自于幔源的基性岩浆。结合胶东以及整个华北克拉通中生代地质演化,本文认为胶东巨量金可能来自于富集的岩石圈地幔,成矿物质随这些幔源基性岩浆的活动沿断层等壳内软弱面向上运移,而CO_(2)流体在这个过程中起到了促进作用,并随含金流体最终运移至地壳浅部发生金成矿作用。

煤中矿物质的地球化学特征研究进展

针对我国煤炭资源清洁高效分质利用的现实问题,研究煤中矿物质的地球化学特征和转化行为可在煤炭清洁高效利用中提高矿物质的脱除率及煤基质的有效转化率。从地球化学角度阐述煤中矿物质的定义、成因、组合分布、赋存特征、含量丰度及矿物质间的关系,总结目前探究煤中矿物质理、化性质所需的技术手段,从显微镜成像对其空间结构的表征到质谱、光谱、能谱结合进行定性和定量表征,并归纳具体检测手段的优缺点。针对煤中矿物质的热演化研究,从地质角度讨论煤中矿物质赋存富集的控制因素,概括陆源碎屑物质、沉积环境、成煤植物、岩浆热液活动、地下水活动、风化作用对煤中矿物质聚集的影响。不同成因的矿物质在煤炭不同的利用热演化过程中迁移转化也不尽相同,重点归纳煤炭燃烧、气化、液化、焦化过程中矿物质的热迁变特征,并从地球化学角度解读煤中矿物质的地球化学特征对其热演化过程中的演变规律。从地球化学角度出发,提出针对煤中矿物质的嵌布特征、解离特性的地质控制研究和矿物质脱除效果与成煤环境因素的关系尚有具体和细化的空间。通过煤剖面的地球化学信息划分地质影响作用,结合煤炭利用过程中矿物质的嵌布类型与解离特性的研究揭示控制矿物质脱除效果的地质因素具有探索性。随着煤中矿物质潜在资源特性的日益突出,煤中纳米矿物表现出的特殊性质,可将其作为研究煤地质学和煤地球化学的良好载体。