声学探测技术在富钴结壳勘探中的应用及展望

富钴结壳是深海固体矿产之一,其资源潜力巨大,已成为世界各国竞相调查的重要对象。声学探测技术作为一种海洋地球物理探测技术,因其在大面积调查和局部连续精细勘探方面的独特优势,在富钴结壳资源调查中得到了广泛应用。在搜集整理国内外相关文献的基础上,概述了富钴结壳的分布特征,分析传统勘探方法的不足,系统介绍多波束、侧扫声呐、浅地层剖面、原位高频测厚等声学探测技术在富钴结壳勘探中的应用现状。通过比较分析国内外声学探测技术发展现状以及未来富钴结壳勘探需求,提出3点未来发展趋势:开发一体化声学探测技术以实现海底特性的综合性测量;综合利用深海潜水器以实现近底高精度探测;深度融合大数据和人工智能技术以实现海量声学数据的智能化处理。

西太平洋维嘉海山埋藏型富钴结壳生长速率初步研究

富钴结壳是一种水成成因,生长在海底岩石或岩屑表面的皮壳状铁锰氧化物和氢氧化物,主要分布于CCD以上、最低含氧层(OMZ)中或以下800~2500 m水深之间的类叠层石结构,具典型的层状结构,奇特的韵律性生长剖面蕴含着其生长过程中所保留下来的比较完整的古海洋演化和古环境信息(任江波等,2013;王彦美等,2017)。

大理岩石刻文物黑色结壳清洗研究

大理岩是古代石刻和建筑的主要石材之一。随着近现代工业发展,很多大理岩石刻文物表面出现了大量黑色结壳——不仅严重影响了文物外观审美,而且会不断吸附各种污染物,吸收更多的辐射热量,造成文物的进一步劣化,因此亟需清洗。在前期对北京地区石刻文物本体及黑色结壳科技分析的基础上,选用碳酸铵法、乙二胺四乙酸法、物理法进行清洗试验用于对比,并于北京不同区域的6处典型石刻上进行现场试验,根据实际情况做出优化改良。采用便携式X射线荧光光谱仪、分光测色仪、显微镜和离子色谱仪对清洗前后状态及可溶盐含量进行评估,结果表明碳酸铵法对大理岩石刻文物表面黑色结壳具有较好的清洗效果,清洗方案比较高效合理,有助于相关石质文物病害的清洗和保护。

留置输尿管支架结壳的研究进展

留置输尿管支架是泌尿外科解除输尿管梗阻的常用手段。输尿管支架留置期间常伴随支架的表面结壳,易引起支架失效和尿路感染等问题,严重的支架结壳致使支架难以取出,需要复杂的手术干预。阐述了留置时间、支架性质和患者尿液差异等风险因素对支架结壳的影响机制。从支架的本体材料、表面涂层改性和结构设计3方面综述了抗结壳支架的开发策略,指出抗结壳支架材料未来的发展方向将是赋予可降解材料以抗结壳特性,而支架表面涂层功能化的关键则是动态尿流条件下支架留置期间的稳定性。最后,简要介绍了临床上结壳支架的分级标准及处理方式。

超低碳钢连铸过程中间包覆盖剂结壳机理研究

通过工业试验和热力学计算研究了超低碳钢连铸过程中间包覆盖剂成分变化、物相组成以及发生结壳机理。结果表明,RH精炼出站时,钢包顶渣氧化性较高且渣中w(CaO)/w(Al_(2)O_(3))偏低,顶渣成分需要进行改质处理;浇铸过程中由于大包下渣、引流砂的混入以及覆盖剂间相互混合,使得连铸过程中覆盖剂成分发生明显变化;高温下液相中镁铝尖晶石优先生成,促进了钙铝黄长石相和CaO・TiO_(2)相的形核和长大,进而引起中间包覆盖剂发生结壳。为此,需要严格控制浇铸末期大包下渣,将原始覆盖剂中SiO_(2)、MgO质量分数分别调整为(10±2.5)%、5.0%〜7.5%,以抑制钙铝黄长石和镁铝尖晶石相的析出。

大洋富钴结壳研究进展及展望

富钴结壳是一种重要的海底矿产资源,具有独特的经济价值和科学意义,其不仅富含Mn、Co、Ni、Cu、PGE和REY等金属,而且在反演新生代以来古海洋环境记录等方面扮演着独特的角色。锰氧化物(MnO_(2)·xH_(2)O)和铁羟基氧化物(FeOOH)是构成富钴结壳的主要矿物,矿物颗粒十分微小(纳米级)。水羟锰矿和水钠锰矿具有层状结构且层电荷为负,通过吸附阳离子来补偿。前人通过连续浸出实验、元素相关性统计分析、吸附实验和拓展X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱广泛研究了微量元素在矿物中的赋存状态,确定了微量元素在锰氧化物矿物中主要存在三种类型络合物:共六边(edge-sharing)、共双角(double-corner sharing)和共三角(triple-corner sharing)。综合研究表明,在最低含氧带之下铁锰氧化物(氢氧化物)从海水沉淀到周围海山坚硬基岩上形成富钴结壳的机制主要是无机胶体化学反应和矿物表面反应。最后针对已有的相关研究现状以及富钴结壳研究面临的挑战,富钴结壳的成矿物质来源及演化、微量元素富集机制、蕴含的古海洋信息等问题仍需要进一步深入探讨。

中太平洋海山区富钴结壳地质特征

应用 X射线衍射分析、穆斯堡尔谱分析、X荧光光谱分析以及超微生物化石定年等方法对 1 998年和 1 999年“大洋一号”调查船 DY95 - 8和 DY95 - 1 0航次采集的富钴结壳样品进行了地质特征综合研究与分析 ,结果表明 :( 1 )该区富钴结壳可划分为板状结壳、砾状结壳和钴结核三类 ,均具有微晶质结构。 ( 2 )该区富钴结壳宏观构造主要呈板层状和圈层状构造 ;显微构造在形态上可大体分为柱状构造、平行纹理状构造和致密块状构造三种基本类型。 ( 3)该区富钴结壳主要由三类矿物组成 :锰矿物、铁矿物和杂质矿物。其中锰矿物为水羟锰矿和少量的钡镁锰矿 ,铁矿物主要为 β-羟铁矿 ,偶见赤铁矿和磁铁矿等 ,杂质矿物有石英、斜长石等。( 4 )该区富钴结壳主要成矿元素含量 :Fe为 1 6.86% ,Mn为 2 1 .2 6% ,Cu为 1 1 0 2 .0 9× 1 0 - 6 ,Co为 62 5 2 .72× 1 0 - 6 ,Ni为 40 64.62× 1 0 - 6 。 ( 5 )该区东部海山 ( N1～ N4海山 )比西部海山( N5、 N6海山 ) Fe元素含量高 ,Mn、 Cu、 Co、 Ni元素含量则低 ,这一差异源于海水中 Fe、 Mn等成矿元素的分离作用 ,其分离程度与海底火山作用时代以及相应的玄武岩海解风化时间长短有密切关系。 ( 6)结壳形成于第三纪古新世至第四纪更新世 :第一阶段从第三纪古新世到中新世 ,?

双芯片功率器件TO-3封装结壳热阻的优化

为改善功率器件封装散热性能,基于ANSYS Icepak热仿真软件,以结壳热阻为双芯片功率器件TO-3封装的优化指标,针对器件封装中芯片衬底厚度、芯片间距、焊料层厚度、焊料层面积、焊料层材料、散热基片厚度与散热基片材料7种影响封装热阻的因素,利用正交实验与影响因素规律分析了各因素对结壳热阻的显著性影响。结果显示使用BeO基片与Au80Sn20焊料结壳热阻最小,且BeO基片越厚,结壳热阻越小,而焊料对结壳热阻影响较小。其次芯片间距越大对热阻的降低越显著,衬底厚度对热阻影响也呈现显著性。最后利用响应面分析法得到结壳热阻最小的最优设计组合,最优组合下的热阻为1.012℃/W,相比于优化前热阻(1.53℃/W)降低了33.9%,较大程度上提高了器件的散热效率。

胶结壳有孔虫对长石的选择性利用

文章采用扫描电镜、红外光谱、拉曼光谱、粒度分析等方法对浙江台州大港湾滨海沉积物中的胶结壳有孔虫亚洲波斯基砂虫(Polskiammina asiatica)和抱球砂抱球虫(Ammoglobigerina globigeriniformis)的壳壁进行了分析。结果表明,两种有孔虫壳壁具有相似的物质组成,主要包括矿物颗粒、有机外膜、有机内壁衬层、覆盖矿物的有机膜和连接矿物的丝状有机质。构筑壳壁的矿物主要有石英、长石和高岭石,有机物主要为酸性糖蛋白和脂肪。两种有孔虫倾向于选取沉积物中粒径较小的矿物,矿物粒径分布范围较小。壳壁中长石集中分布于有孔虫中心和外壁,很少出现于房室之间的隔板中。分析认为,壳壁曲率和矿物成分制约了长石的特异性分布,而长石的特异性分布有利于提高壳壁稳定性和有孔虫对能量及营养元素的获取。

九州-帕劳海脊南段铁锰结壳物质组成特征及成因机制

铁锰结壳(又称富钴结壳、多金属结壳)富含Co、Cu、Mn、Ni、Ti、V、REE、Y和Zn等人类日常生活和高新技术产业亟需的关键金属,是一种重要的战略性矿产资源。本文对九州-帕劳海脊南段水深1 900~2 600 m处获得的9个站位铁锰结壳样品进行了矿物学和地球化学研究,分析了铁锰结壳的矿物组成、主微量元素和稀土元素含量,并进一步探讨了铁锰结壳的成因类型。结果表明,研究区铁锰结壳的矿物组成以水羟锰矿为主,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物;Mn、Fe、Co、Ni、Cu平均含量分别为16.15%、15.38%、0.32%、0.33%、0.10%;CaO/P_(2)O_(5)均值为5.93,表明九州-帕劳海脊南段铁锰结壳样品均未发生磷酸盐化作用;铁锰结壳明显富集稀土元素(含Y,REYs),平均含量为1 194μg/g,轻稀土显著富集,稀土元素经后太古代澳大利亚页岩(PAAS)标准化后配分模式整体相对平坦,呈现Ce正异常而Eu无异常,与海水呈现镜像关系,说明铁锰结壳稀土元素主要来源于海水。铁锰结壳的矿物组成和元素判别图均表明九州-帕劳海脊南段铁锰结壳属于水成型,未受明显的成岩作用影响。

九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳生长过程中Si、Al、Ca的含量变化及对碎屑物质供给的指示

作为深海铁锰结壳的重要组成部分,碎屑物质类型多样,不仅影响关键金属富集成矿,而且还可以指示结壳形成过程中的古海洋环境和重大地质历史事件。本文对九州-帕劳海脊13°20′N海山铁锰结壳样品进行了扫描电镜和激光剥蚀微区分析,并结合前期研究工作,发现大颗粒的碎屑物质主要由亚洲大陆风尘来源的石英、长石或两者的聚集体,以及主要分布在结壳外层的有孔虫壳体所组成,而细颗粒的碎屑物质包括陆源风尘沉降和周边岛弧物质风化搬运共同带入的黏土矿物,以及各种形态的生物体及其残片。结壳形成的早期其碎屑物质的供给量处于高峰阶段,晚期则降低到谷底,该趋势与Si、Al在结壳各层位中的含量分布特征一致,且可能有相当数量的细颗粒生物硅进入了铁锰氧化物纹层。结壳内早期被动增生的钙质生物体在中后期会遭受破碎和溶解,但其中的Ca并没有完全从结壳内迁移出去,而是大量被铁锰氧化物所吸附。结壳中的Ca主要赋存在细颗粒碎屑物质中,使得Ca在各层位全样样品和铁锰氧化物微区纹层中的含量极为相近,这与Si、Al的特征完全不同。研究区结壳样品属于典型开阔大洋海山型结壳,但因为受亚洲大陆风尘物质和硅藻供给的影响,其内部关键金属的富集在一定程度上受到了制约。

麦哲伦海山群富钴结壳元素地球化学特征及赋存状态

为探究大洋富钴结壳的元素地球化学特征和赋存状态,以西太平洋麦哲伦海山群5个富钴结壳样品为研究对象,通过X射线衍射法、等离子体发射光谱法、等离子体质谱法及相态分析手段,分析了富钴结壳的矿物组成、主量元素和稀土元素含量。结果表明,富钴结壳样品主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物包括石英、斜长石和钾长石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳样品中Mn和Fe含量最高,Mn为16.87%~26.55%,Fe为14.34%~18.08%。富钴结壳明显富集稀土元素,其稀土总量为1287~2000μg/g,Ce含量为632~946μg/g,约占稀土总量的50%;轻稀土含量为1037~1604μg/g,重稀土含量为249~395μg/g,轻稀土元素明显高于重稀土元素。稀土元素配分模式呈现Ce正异常而Eu无异常,具有Ce富集特征。麦哲伦海山群富钴结壳是水成沉积成因,基本没有受到海底热液活动和成岩作用的影响。元素赋存状态与其矿物相密切相关,Na、K、Ca、Mg和Sr主要赋存于碳酸盐相,Mn、Ba、Co和Ni主要赋存于锰氧化物相,Fe、Al、P、Ti、Cu、Pb、V、Zn、Zr和REE主要赋存于铁氧化物相,部分Al和K赋存于残渣态。该研究对于西太平洋麦哲伦海山群富钴结壳的成矿理论研究提供了科学依据。

西北太平洋采薇海山富钴结壳矿物学和地球化学特征

富钴结壳是一种富含Mn、Co、Ni和稀土元素(镧系元素加钇,简称REY)等元素的海底矿产资源。本文研究的富钴结壳样品是“科学”号在2018年HOBAB5航次于西北太平洋采薇海山的山顶边缘上通过电视抓斗获得的。利用扫描电镜、X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析了富钴结壳的显微构造、矿物学特征和地球化学特征,并探讨了其成因类型和形成机制。富钴结壳的结构从内到外可分为土黄色的疏松层(C8-5)、黑色铁锰致密层(C8-2、C8-3和C8-4)和发育葡萄状球体的粗糙表面(C8-1)。土黄色疏松层孔隙度较高,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石、钠长石、钙十字沸石和钡镁锰矿,Mn的含量较低,Al的含量较高。黑色的铁锰致密层孔隙度较低,呈柱状构造,主要组成矿物为水羟锰矿、石英、钙长石和钠长石,Al含量有所下降,Mn含量升高,说明陆源物质的供应逐渐变少。在富钴结壳的生长后期,其主要显微构造由柱状构造向斑杂构造转变,二者的过渡区域为铁锰氧化物与富Si碎屑物质组成的层状构造。富钴结壳各层位的Mn/Fe比值为1.16~1.85,且各层位Ce呈正异常,Y呈负异常,以上特征表明富钴结壳为水成成因型,其金属元素来源于氧化性海水,未受到热液活动的影响。依据富钴结壳的年代学数据,可知从渐新世末期到上新世中期,富钴结壳的生长过程一直受控于太平洋深层水。Co/(Fe+Mn)和Co/(Ni+Cu)的不断升高表明富钴结壳一直在氧化性较高的海水环境中生长。相较于其他大洋和海区,采薇海山富钴结壳具有高含量的Co、Ni和REY,具有极高的经济价值和开采价值。

海洋铁锰结壳中碲的富集过程研究进展

碲(Te)元素在工业生产中被广泛应用,但在地壳中含量极低,在海洋铁锰结壳中高度富集。评述了海洋铁锰结壳中Te富集过程的相关研究,结果表明:Te在全球海洋中的分布存在空间差异,其中印度洋东经90°海岭铁锰结壳中的Te含量表现出由南向北逐渐升高的特征;铁锰结壳中更古老壳层的Te含量更高,结壳中Te的物质通量会随壳层生长速率的变化而改变;Te以多种形式赋存在铁锰结壳中,且来源具有多源性,主要通过物理过程和化学过程进入结壳。研究有助于促进分散元素海底成矿理论的发展。

燃烧结壳性护套料及绕包结构对B_(1)电缆燃烧性能的影响

研究了燃烧结壳性护套料及绕包结构对B_(1)级电缆燃烧性能的影响,提供B 1级电缆护套料选型及绕包结构设计思路,供广大电缆企业在B_(1)级电缆的开发与制造过程中借鉴参考。

中、西太平洋海山富钴结壳碲元素地球化学特征及其资源潜力

根据太平洋海山群(中太平洋海山群、莱恩海山链)和西太平洋海山群(麦哲伦海山群、马尔库斯维克海山群、马绍尔海山群)5个海山群14座海山的185个富钴结壳样品的碲元素分析测试,研究了其组成特征、空间分布规律、赋存相态及资源潜力。结果表明,研究区富钴结壳中碲元素质量分数的变化范围为17.8~145.2μg/g,平均值为47.4μg/g;各海山群碲元素的含量范围及区域富集程度存在较大差异,富集程度由高到低依次为麦哲伦海山群、马绍尔海山群、马尔库斯维克海山群、中太平洋海山群和莱恩海山链,区域上呈现自西向东逐渐降低的趋势。碲元素含量与水深呈径向相同、纬向相反的趋势,说明碲元素的富集不仅与结壳在海水中的产出深度有关,还与经纬度、海山地形及区域成矿环境有关。淋滤结果显示碲元素主要富集在铁氧化物及残渣态中,富氧环境和生物作用磷酸盐化对碲的富集成矿起决定性作用。参照陆地伴生有用元素最低工业品位要求,中、西太平洋研究区域海山样品富钴结壳碲元素含量均达到了工业品位要求,具有潜在的开发价值。由富钴结壳储量估算,中、西太平洋富钴结壳中碲储量大于7.63万t,是海底碲资源的重要储备基地。

西太平洋采薇海山群富钴结壳铂族元素地球化学特征与来源

为探讨富钴结壳铂族元素的来源,以西太平洋采薇海山群富钴结壳样品为研究对象,利用X射线衍射法、等离子体发射光谱法和质谱法,对富钴结壳样品进行了矿物组成、主量元素和铂族元素含量分析。研究表明,富钴结壳的主要结晶矿物为水羟锰矿,次要矿物有石英、斜长石、钾长石和碳氟磷灰石,同时含有大量非晶态铁氧/氢氧化物。富钴结壳中Mn和Fe含量最高,且明显富集铂族元素,铂族总量为142~1352ng/g,其中Pt为114~1268ng/g,占铂族总量的80%以上。老壳层的铂族元素含量高于新壳层,老壳层发生了磷酸盐化作用。富钴结壳的铂族元素之间发生了分异作用,Pd组(PPGE)含量高于Ir组(IPGE)。铂族元素配分模式显示Pt正异常和Pd负异常,具有Pt富集而Pd亏损特征,推测富钴结壳的铂族元素来源于洋壳蚀变过程中海山玄武岩和海水之间的水−岩反应。富钴结壳的铂族元素与CaO、P_(2)O_(5)、Ba和Cu正相关,推测铂族元素赋存于磷酸盐矿物相中。富钴结壳生长剖面从上到下,由新到老,铂族元素含量呈逐渐增加趋势,海水氧化性环境和高海洋生产力可增进磷酸盐化作用,从而进一步促进了铂族元素的富集。该研究对于揭示富钴结壳铂族元素的来源具有一定的参考价值。

中太平洋海山多金属结壳的成矿特征

根据我国大洋多金属结壳的调查资料并结合其他相关的研究结果 ,对中太平洋海山区多金属结壳的类型、产状、成分、结构、分布等成矿特征进行了初步的研究 .结果表明 ,中太平洋海山区富钴结壳广泛发育 ,但成矿特征较大地受地形、水深、基岩类型等成矿环境因素的影响与制约 .

海山富钴结壳的圈矿方法

对海山富钴结壳的圈矿方法进行了分析和探讨,指出海山富钴结壳圈矿的主要方法和步骤为:(1)挑选富钴结壳发育良好的海山。除大片连续厚层板状分布的结壳发育良好的大型平顶海山是重点调查的目标海山外,规模较小的尖顶海山是近年来新的圈矿目标海山。(2)确定矿块的边界位置。对选定的海山进行深海摄像、电视抓斗、拖网和浅钻等多种手段的调查,通过所取得的综合结果对矿块边界进行判断,确定准确的矿块边界。(3)计算结壳的覆盖率。利用调查所获得的矿块相关的数据和信息对矿块内结壳厚度和结壳覆盖率以及矿区资源量进行评估。

浅地层剖面在富钴结壳调查研究中的应用

文中以Topas PS018系统为例简要介绍浅地层剖面仪的工作原理和系统组成,重点介绍浅地层剖面在大洋富钴结壳资源调查研究中的应用情况。浅地层剖面资料与联合作业的海底视像、岩芯取样等资料进行对比和分析,发现浅地层剖面能够有效识别基岩、板状结壳、砾状结壳、砂、沉积物等不同底质类型,对浅地层剖面资料进行深入挖掘能够提取出富钴结壳矿区界线信息。