晋南地区煤系黏土岩中锂的赋存状态及其沉积环境

关键金属锂等战略资源及其引发的国家安全问题,在当今国际政治、经济、军事舞台中愈显突出和重要。华北克拉通是我国沉积型锂矿床主要分布区域之一,富锂黏土岩资源丰富,成为重要的沉积型锂资源勘探区域。本文以华北克拉通晋南地区的煤系黏土岩为研究对象,利用X射线粉末衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和魔角旋转固体核磁共振谱(MAS NMR)等表征技术,结合化学物相分析及黏土矿物分离提取实验对研究区本溪组黏土岩中锂的赋存状态及其沉积环境进行研究。发现黏土矿物是锂的主要载体矿物,其主要包括锂绿泥石、伊利石和高岭石;锂含量与锂绿泥石含量呈显著正相关关系,与伊利石和高岭石的含量呈微弱的正相关关系;样品中的锂主要赋存于锂绿泥石的氢氧化物八面体晶格中,部分赋存于伊利石和高岭石中。古盐度指标m值(100×(MgO/Al_(2)O_(3)))和1000×Rb/K_(2)O值显示研究区富锂黏土岩主要形成于淡水—半咸水环境;古氧化还原指标V/(V+Ni)和Th/U值显示研究区富锂黏土岩主要形成于缺氧和贫氧环境;古气候指标Sr/Cu、C值((V+Cr+Mn+Fe+Co+Ni)/(Na+Mg+K+Ca+Sr+Ba))和CIA值显示研究区富锂黏土岩主要形成于炎热潮湿的古沉积环境中。该研究有助于完善沉积型锂矿的成矿理论,也有利于攻克该类型锂资源高效分离与提取的技术瓶颈。

沉积型锂矿的成矿特征及锂赋存状态研究进展

随着新能源汽车和锂电池的快速发展,锂资源已成为许多国家的重要战略资源。然而,全球锂资源分布不均,中国当前锂资源的对外依存度高达75%,但待开发的沉积型锂矿较丰富,其锂的成矿特征和赋存状态制约着其分离提取和高效开发利用。通过梳理现阶段沉积型锂矿的研究成果,介绍了全球锂资源的主要类型及其特点,分析了沉积型锂矿的形成地质背景和时空分布特征,认为沉积型锂矿已成为全球新型锂资源的重要类型,具有储量大、分布广、开采成本低等优势而表现出巨大的开发价值和广阔的利用前景。总结出3大特征:①沉积型锂矿通常分为火山岩黏土型、碳酸盐黏土型/伴生型和贾达尔型,其主要分布在北美洲、南美洲、欧洲和亚洲等地区,成矿时代多为新生代,部分与铝土矿和煤系伴生的沉积型锂矿形成于古生代或中生代。②火山岩黏土型锂矿多形成于封闭的湖相沉积盆地,成矿物质主要来源于火山岩浆活动;贾达尔型锂矿中锂的主要来源为不同时期的河流沉积物和火山喷发物质;碳酸盐黏土型/伴生型锂矿中锂主要来源于沉积环境,其富集过程通常与风化沉积作用有关。③火山岩黏土型锂矿中锂主要赋存在锂皂石、伊利石和锂蒙脱石中。碳酸盐黏土型/伴生型锂资源中矿物组成不同,锂的赋存状态主要有3种:①赋存在锂绿泥石的层间氢氧化物层中;②赋存在伊利石结构八面体或假六方环中;③赋存在高岭石结构八面体中。贾达尔型锂矿中锂主要存在于矿物贾达尔石的晶体结构中。最后,展望了中国沉积型锂资源的研究方向和开发利用前景,以期为中国锂资源的地质勘察高效开发提供支撑。

铵伊利石的矿物学特征及热稳定性

伊利石是地壳中常见的层状硅酸盐矿物。当NH_(4)^(+)赋存在伊利石层间时,可形成铵伊利石。探明铵伊利石的矿物学特征和层间NH_(4)^(+)的热稳定性可为理解氮(N)的地球化学循环提供重要依据。通过多种谱学、电子显微学和热分析手段,并以伊利石(层间阳离子为K^(+))为参照,对山西省阳泉市新景矿煤层夹矸中铵伊利石的矿物学特征和热稳定性进行研究。结果表明:铵伊利石中NH_(4)^(+)占层间阳离子总数的比例约为0.86,铵伊利石的基面间距(10.344)明显大于伊利石(9.973);同时,铵伊利石的(002)∶(003)衍射峰强度比值约为1∶1,而伊利石的相应衍射峰强度比值约为1∶3;铵伊利石四面体中广泛存在Al^(3+)对Si^(4+)的类质同象置换(Al^(3+)→Si^(4+)),其层电荷密度约为0.85;层间NH_(4)^(+)的存在未对伊利石的层状硅酸盐结构骨架造成明显影响,但可引起结构羟基蓝移;铵伊利石层间的NH_(4)^(+)表现出良好的热稳定性;在400℃~700℃温度范围内,NH+4随结构羟基的脱失而逐渐分解,这暗示在受热过程中层间NH_(4)^(+)与结构羟基发生反应,产物为NH_(3)和H_(2)O。

锂云母中锂浸出的影响因素与浸出机理研究

为有效回收隐爆角砾岩筒型锂云母矿中的锂,采用焙烧—浸出工艺提取锂,并与花岗岩型锂云母中的锂提取进行对比研究。通过L_9(3~3)正交试验得到最优锂浸出条件,并探讨了锂的浸出率影响因素和锂浸出机理。研究结果表明,在硫酸质量分数15%、液固比4 mL/g、焙烧时间4 h的条件下,角砾岩筒型锂云母中锂浸出最优条件为焙烧温度450℃、反应时间4h、浸出温度200℃,而花岗岩型锂云母中锂浸出最优条件为焙烧温度900℃、反应时间4h、浸出温度200℃。最优条件下锂浸出率分别为99.65%和94.11%。不同因素对于锂浸出率的影响程度大小依次为浸出温度、焙烧温度、反应时间。进一步研究发现,焙烧—浸出过程中,锂云母结构被破坏,锂转化为可溶性硫酸盐扩散到溶液中。同时,高温焙烧后硫酸中氢离子更易置换锂云母结构中锂离子和其他金属离子,使锂的浸出率升高。角砾岩筒型锂云母中因含有萤石和托帕石等含氟矿物,其在适当温度(450℃)焙烧后再浸出时,氟与H~+即可发生反应破坏其结构,有利于锂的溶出。花岗岩型锂云母需高温(900℃)焙烧脱羟基后,才能使其结构中锂易于与H~+置换,从而获得较高的锂浸出率。焙烧—浸出工艺使用硫酸浓度较低,对设备腐蚀性较小,且工艺简单高效,具有工艺优越性。

煤层夹矸型黏土矿物对甲烷的吸附研究

黏土矿物是煤层中最重要的矿物质,煤层中有机质与黏土矿物复合能改善黏土矿物对甲烷的吸附能力,因而煤储层中黏土矿物对甲烷的吸附不容忽视。分别选取黏土矿物含量较高的煤层夹矸和纯黏土样品,采用X-射线衍射、红外光谱及扫描电镜表征,并进一步分析了样品中总有机碳(TOC)含量、有机质的类型和成熟度,结合孔径、孔隙体积和比表面积测定结果,探讨造成夹矸型和非煤黏土矿物甲烷吸附能力差异的主要原因,研究影响夹矸型黏土矿物吸附能力的控制因素。结果表明:夹矸型黏土矿物对甲烷的吸附能力依次为铵伊利石>高岭石>伊利石>金云母;单纯的外表面积大小并不能完全反应出黏土矿物的甲烷吸附特性,需结合不同黏土矿物层间域等多方面因素综合考虑;有机质含量较高的夹矸型黏土矿物样品比纯黏土样品具有更多的微小孔隙,尤其是孔径小于6 nm的孔隙,对样品比表面积的增加起到了关键作用,进而也增强了其甲烷吸附能力。通过分析黏土矿物的甲烷吸附贡献率发现,黏土矿物及其有机复合体具有较强的甲烷吸附能力,在煤层夹矸中对甲烷的吸附贡献较大。

插层法制备g-C_3N_4/高岭石复合材料及其对罗丹明B的光催化机理研究

伴随着印染行业的快速发展,部分含有罗丹明B(RhB)的染料废水未经处理便被排出。因RhB较难自然降解,对环境造成了恶劣的影响。本文通过置换插层-煅烧法制备出g-C_3N_4/高岭石复合材料,在恒温模拟太阳光催化系统下,研究了复合材料对RhB的光催化性能,并探讨其催化机理。结果表明,随g-C_3N_4含量递增的复合光催化材料1g-C_3N_4/K、2g-C_3N_4/K、3g-C_3N_4/K、4g-C_3N_4/K和5g-C_3N_4/K的催化性能呈先升后降的趋势,4g-C_3N_4/K催化效果最好,光照6 h对RhB的降解率可达73%。进一步研究提出g-C_3N_4/高岭石复合光催化材料的催化机理为光照激发复合光催化剂,产生具有较强氧化还原能力光生载流子空穴对,其可与RhB发生反应,使之氧化成小分子碳氢化合物或被矿化成二氧化碳和水。所制备的高岭石负载石墨相氮化碳光催化材料具有较好的亲水性,使得复合材料在染料溶液中有较好的分散性,有利于光催化过程的进行,有效实现了对RhB的光催化降解。

羟基磷灰石的合成及应用研究进展

羟基磷灰石不仅具有较好的稳定性、生物活性和生物相容性,还具有良好的骨传导作用、生物可分解及诱导骨形成的能力,是人体骨损伤时性能优良且近于理想的骨修复及替代材料。但由于其强度低、韧性差、不易成型等自身力学性能的制约,目前尚未得到广泛应用。制备综合性能优越的羟基磷灰石及其更加理想的复合材料已成为近年来研究的重心和热点。笔者根据羟基磷灰石的研究现状,综述了羟基磷灰石的起源与发展、制备方法、应用及发展前景。重点剖析了由水热法到仿生法发展过程中多种制备方法的优缺点,并进一步探讨了由致密到多孔、由单一到复合、甚至多相复合的应用发展历程和精确控制其复合材料的微观结构与骨材料结构的相似度,研究合成新型仿生骨来达到临床使用要求的发展前景。

插层法制备g-C_3N_4/高岭石复合材料及其光学性能

高岭石表面与层间具有较高的活性和良好的规范性,因而适合对其进行化学修饰,在催化剂负载方面值得深入研究。本文以甲氧基嫁接的高岭石为前躯体,采用置换插层法制备出高岭石/三聚氰胺插层复合物,进一步在550℃煅烧获得g-C_3N_4/高岭石复合光催化剂。利用X射线衍射、傅里叶红外和热重-差热分析等手段对复合光催化材料进行表征,并对其光催化性能进行研究。结果表明,当高岭石与光催化剂前驱体三聚氰胺质量比为1∶1和1∶2时,较难缩聚得到g-C_3N_4;然而,当高岭石与三聚氰胺质量比为1∶3、1∶4、1∶5时,可获得不同g-C_3N_4占比的复合材料,其整体分散状况因高岭石的加入而有效改善,这表明高岭石的加入能有效避免g-C_3N_4的团聚。所制备的高岭石负载石墨相氮化碳光催化材料具有较好的光学性能,在探索经济、高效、绿色矿物基复合光催化剂方面研究具有重要意义。

我国高岭土的研究进展

高岭土是一种重要的工业原料,现在已被广泛的应用于造纸、涂料、橡胶和聚合物等很多行业,由于它的特性的不同应用的行业也有区别。在高岭土的矿物学、物理和化学的主要性质及其结构特点的基础上,结合高岭土表面改性、无机包覆的研究进展,以及高岭土在制备分子筛、陶瓷材料、混凝土、催化剂载体、填料和其他矿物材料中的最新研究,向人们展示了其诱人的开发前景。

机械—化学法制备超微细煤系高岭土研究

采用插层与机械磨剥相结合的方法成功制备出粒度近于1μm的煤系高岭土片层材料。通过粒度测试和扫描电镜对插层—磨剥引起粒度变化的影响因素进行了分析。结果表明:插层—磨剥后煤系高岭土的粒度与磨剥前插层的醋酸钾溶液浓度、磨剥浆料固液比、磨剥浆料质量密切相关;应该选择较为合适的磨剥时间(2h),并非时间越长效果越好;介质球直径以(0.8～1.2mm):(1.5～2.0mm):(2.0～2.5mm)=3∶2∶1的比例混合时磨剥效果最佳。扫描电镜照片显示,插层-磨剥对煤系高岭土中高岭石晶形破坏较小。

插层剥片对高岭土/橡胶纳米复合材料阻隔性能影响研究

将经插层后进行剥片的高岭土作为填料制备出高岭土/橡胶纳米复合材料,研究插层剥片对高岭土/橡胶复合材料阻隔性能的影响。研究表明,经过醋酸钾插层后再进行剥片的高岭土颗粒具有粒径小、比表面积大、径厚比高等特点,其作为填料加入橡胶复合材料后,可大幅改善高岭土/橡胶纳米复合材料的气体阻隔性能。发现插层过程中插层剂质量分数、插层磨剥过程等因素均对橡胶复合材料气体阻隔性能产生影响。以质量分数为15%的醋酸钾对高岭土插层后再进行剥片所制备的高岭土/橡胶复合材料的气体阻隔性能最好,并阐明了插层磨剥高岭土对橡胶复合材料的阻隔性能贡献机理。

用淮北煤系高岭土合成NaY分子筛

为寻找优质、价廉、适合合成FCC催化剂用的后备高岭土资源,以淮北煤系高岭土为原料,采用原位晶化法进行了合成NaY分子筛试验。结果表明,提纯后的淮北煤系高岭土在导向剂添加量为9%、晶化时间为24 h、晶化温度为95℃、合成体系的给料硅铝比为9.72、合成体系的碱度为2时,合成的NaY分子筛结晶度为32.9%,硅铝比为2.15,具有完好的晶型和较高的热稳定性,且孔隙发育,达到了制备炼油催化剂的要求。试验结果为以淮北煤系高岭土为原料合成FCC催化剂提供了技术依据。

高岭石/甲醇复合物结构及其脱嵌动力学研究

目前对高岭石/二甲基亚砜(Kaol-DMSO)和高岭石/甲醇(Kaol-Me)复合物的研究大多局限于对其表面特征分析,鲜有对其脱嵌动力学特征研究的报道。本文在综合分析Kaol-DMSO和Kaol-Me复合物结构的基础上,重点针对其脱嵌动力学特征进行分析。结果表明:与二甲基亚砜(DMSO)分子依靠氢键结合在高岭石晶层间不同,甲醇(Me)分子是取代高岭石晶层八面体结构中Al-OH的-H形成甲氧基嫁接在晶层中。由于DMSO和Me在高岭石层间有着两种不同的存在状态,所以Kaol-Me复合物的活化能大于Kaol-DMSO插层复合物的活化能。活化能的大小反映了其结构的稳定性,据其活化能值推断Kaol-Me复合物的稳定性大于Kaol-DMSO插层复合物。

吸附势理论在煤层夹矸型黏土矿物吸附甲烷中的应用

通过两种不同方法对实验条件下夹矸型及非煤型黏土矿物甲烷吸附的相关数据进行了推导,通过拟合计算分别推得各样品对应的不同温度下吸附量与压力关系式。结果表明,在吸附量相同时,吸附势大小顺序为:NH4-I>Kao-I>Ill>Phl;表明运用吸附势理论推导出的各样品甲烷吸附能力大小顺序和实测的结果一致,该方法存在一定的可行性,为预测不同埋深温压下的甲烷吸附状态提供了一种方法手段,为探索深部煤储层气体吸附提供了依据。

《矿物岩石学》教学现状与改革

针对《矿物岩石学》教学现状,本文阐述了针对提高教学质量而建议采取的四点措施。首先是增加实验课比重,推行实验室教学;其次是从课堂教学出发,增强学生参与感,提高学生积极性;第三点是增设野外实习基地,建立"课堂—实验室—野外"三位一体教学体系;最后是改革考试方式,将原来的由考试成绩和平时成绩组成最后总成绩改成由理论考试、手标本鉴定及相关问题、野外实习构成总成绩,这样就可以增加对实践能力的考核。通过对《矿物岩石学》教学方法的改进,不仅可以提高教学质量,更能够为地质行业提供集理论与技能于一身的优秀人才。

煤系高岭石插层合成X型沸石分子筛及其结构中钾的占位

归属于八面沸石结构(FAU)的X型沸石分子筛是一种重要的催化剂,在石油化工及吸附剂领域具有广泛应用前景,目前利用传统工艺生产的沸石分子筛价格昂贵。我国煤系高岭石资源丰富、品质优良,经过醋酸钾插层处理后,是合成X型分子筛的理想原料。本文应用X射线衍射、红外光谱、热重等多种表征技术,对高温焙烧后的高岭石/醋酸钾插层复合物进行了表征。结果表明,焙烧高岭石/醋酸钾插层复合物合成X型沸石的最佳温度为800℃,最佳浓度为30%。并进一步探讨了高岭石/醋酸钾插层复合物合成X型沸石分子筛的机理、结构以及钾离子在沸石分子筛骨架外的分布位置。

不同煤化程度煤热解过程中汞释放规律

采用热重与测汞仪联用技术,对5种不同煤化程度的煤进行氧化热解实验,研究不同煤化程度煤的热解过程及煤中汞的释放规律。结果表明:X射线衍射(XRD)曲线中衍射峰的特征可反应煤化程度,衍射峰的高度越高,宽度越窄,煤化程度就越高。不同煤化程度的煤在氧气中热解,质量损失随煤化程度的加深而增大,且随着煤化程度的加深,氧化热解的起始温度、最大热分解温度、终止温度也逐渐升高。随着煤化程度的升高,煤中汞释放所需的时间逐渐增加,且汞释放最大值所对应的热重(TG)曲线热解率最大的温度随煤化程度的加深而升高。

煤系高岭石/醋酸钾插层复合物热相变研究

高岭石插层复合物作为新型矿物材料现已被广泛应用。然而,插层复合物热稳定性较难控制使其在聚合物中的应用一直受到限制。本文应用热分析、X射线衍射、质谱及发射红外光谱等表征技术对煤系高岭石/醋酸钾插层复合物受热分解产物及微结构变化进行了研究。结果表明,煤系高岭石/醋酸钾插层复合物热相变主要经历以下几个阶段：插层水脱嵌（约350℃）,插层剂醋酸钾脱嵌（约400℃）,脱羟基（约450℃）,偏高岭石形成（450-550℃）,KHCO3出现（约600℃）,KHCO3热分解形成K2CO3和KAl Si O4出现（约700℃）,热解产品K2Al2Si O4出现（约800℃）,K4Al2Si2O3出现（900-1000℃）,大量K3Al O3形成阶段（1100℃及以上）。此外,还发现通过控制插层率和加热温度,可实现高岭石插层复合物的可控分解、新物相合成与转变,从而有利于新材料的合成。

插层剥片改性高岭土填充丁苯橡胶复合材料的力学性能

本文将插层剥片的高岭土填充丁苯橡胶复合材料,研究插层剥片工艺对复合材料力学性能的影响,并借助扫描电镜分析了增强机理。试验表明,对高岭石的醋酸钾插层、剥片、改性处理,有助于提高高岭土在橡胶基体中的分散性,增强无机—有机界面结合力,进而提高复合材料的力学性能。当醋酸钾溶液的质量百分比浓度为15%,并使用硅烷改性时,复合材料的拉伸强度和撕裂强度均达到最大值11.1MPa、32k N/m。

不同结晶度高岭石的带电性研究

本文采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热分析(TG-DSC)等三种表征手段,对四个不同地区高岭石样品的结构特征进行了研究。结果表明,高岭石结晶度高低顺序为:淮北>大同>龙岩>清远,Hinckley结晶度指数与脱羟基温度具有较好的相关性。利用电泳仪测定了高岭石颗粒在不同pH条件下的表面电位,并且通过线性拟合pH值-电位图得到了不同结晶度高岭石的零电荷点(PZC)。进一步研究得出4种高岭石具有相近的PZC,其范围为3.2~4.3。在pH=7条件下,高岭石的表面电位与Hinckley结晶度指数呈现正相关,而PZC受结晶度指数的影响不强烈。