Au-As-Sb矿化剪切带中成矿流体-岩石相互作用与物质迁移:法国中央地块矿例特征与模拟

作者对由古生代基底和一些火山沉积盆地组成的法国中央地块西北部不同的Au-As-Sb矿化剪切带进行了矿物学、地球化学、流体包裹体(微地热温标和拉曼光谱分析)以及稳定同位素研究。结果表明,从早期脆性变形阶段到温度最低的晚期水热活动阶段,在裂隙带中有多期流体循环,其中晚期以大气降水流体渗透为主。在大部分矿床中,原来主岩的矿物(石英、斜长石、正长石,黑云母土绿泥石)依次转化为下列以钾云母为主的矿物组合:(1)白云母-石英-锐钛矿;(2)石英-多硅白云母-铁白云石;(3)石英-伊利石-铁白云石。在Villeranges矿床,对新鲜岩石和蚀变岩石作了物质质量平衡计算,并进行了物质迁移的模拟。其结果表明,在成矿期,热水流体含有H_2O、CO_2、S和(Au、Sb),并在蚀变时进入岩石,岩石则释放出Na、Ba、Sr,与此同时,Si、Fe、Ca、Mg、Al、Ti和K在本来位置上重新组合形成石英、铁白云石、钾云母、铁钛矿、黄铁矿和方解石。根据fo_2—fs_2—PH—T—P资料和物质迁移计算的结果,对水热系统作了总体恢复。

石墨尾矿资源化利用现状

这是一篇矿业工程领域的论文。石墨作为一种无机非金属材料在我国应用十分广泛,而且在化工、电气等行业中也占有重要地位,同时在国防、高技术领域有着不可取代的地位。然而,由于石墨矿开采的同时会伴随遗留大量尾矿,不但占用了大量的土地,而且对生态环境造成了严重的污染。本文通过查阅大量文献资料,对目前石墨尾矿资源化利用研究现状进行归纳,对石墨尾矿大量堆积问题进行了探讨,提出了有助于其资源化利用的建议。

水工混凝土矿化微生物固载及自修复试验研究

直接内掺方式制备微生物自修复混凝土会因拌合的机械挤压摩擦、生存环境受限等因素影响矿化微生物的长期活性。本文选择巴氏芽孢杆菌为矿化微生物,以膨胀珍珠岩和陶粒为微生物载体,以水泥浆和偏高岭土浆液为载体包覆材料,通过试验优选有助于微生物释放和保护的载体及其合理粒径、包覆材料,并研究微生物固载对裂缝自修复效果的影响。结果表明:掺入定量的膨胀珍珠岩的水工混凝土试样劈裂裂缝处拉裂面积比更大,作为水工混凝土微生物固载材料时较陶粒更能有效释放矿化微生物;偏高岭土浆液较水泥浆更适合作为载体的包覆材料,其包覆的微生物14 d存活率为86.63%,有效保证了固载微生物的长期活性;对微生物进行膨胀珍珠岩固载和偏高岭土浆液包覆,修复养护90d裂缝最大修复宽度为0.616mm,高于直接内掺的0.453mm,有效改善了混凝土试件的裂缝自修复效果。

适宜水工混凝土内环境的矿化微生物梯度驯化优选

水工混凝土内部高碱性环境限制了微生物混凝土的自修复效能。利用梯度驯化方法可提高矿化微生物对高碱度的耐受性,优选出适宜混凝土孔隙内环境并具备高诱导矿化沉积能力的增强嗜碱型微生物。首先,在实验室高碱性环境下,对比巨大、科氏、枯草、巴氏等4种芽孢杆菌的活性及诱导矿化沉积量,初选耐碱性较好的微生物并对其开展耐碱性梯度驯化;随后,综合分析驯化微生物对混凝土力学性能、吸水性、渗透性和自愈能力的影响,通过扫描电子显微镜和X射线衍射对矿化产物微观形态和组成进行分析。结果表明:相较于巨大、科氏和枯草芽孢杆菌,巴氏芽孢杆菌在高碱性条件下表现出更强的活性,梯度驯化技术可进一步提高巴氏芽孢杆菌在高碱性环境中的活性,并证实通过该方法增强的耐碱性具有后代保留的特性;与掺未驯化微生物组试样相比,掺驯化微生物混凝土试样养护28 d的抗压强度提高了16.59%,吸水系数降低了37.74%,渗透系数减小了19.22%;掺驯化微生物混凝土试样的裂缝自修复试验得到裂缝最大修复宽度为0.57 mm,超过了未驯化微生物组的0.44 mm。本研究为基于微生物诱导矿化沉积技术的微生物水工混凝土研发和应用提供理论依据和技术支撑。

氧化石墨烯辅助仿生矿化原位合成羟基磷灰石

羟基磷灰石(HAp)是一种与人体骨骼成分类似的无机材料,具有良好的生物相容性。本文以氧化石墨烯(GO)为模板,通过模拟体液(SBF)仿生矿化原位合成了HAp纳米粒子。通过SEM、XRD、EDS和拉曼光谱等测试分析研究了矿化时间、SBF/GO体积比对矿化产物物相组成、形貌和结构的影响。结果表明,矿化处理后的GO表面形成了大量均匀分布的类骨HAp。随着矿化时间延长和SBF体积占比增大,矿化产物的尺寸及数量增大,GO层间距逐渐扩大。本研究验证了GO辅助合成HAp的可行性,拓展了仿生矿化法的应用领域。

硼硅酸盐生物活性玻璃的矿化及机理初探

目的探讨硼硅酸盐生物活性玻璃体外矿化成类骨层状结构的机理。方法模拟体内环境,将硅酸盐玻璃(0B)、硼硅酸盐玻璃(2B)和硼酸盐玻璃(3B)浸泡于SBF溶液和含有明胶的SBF溶液中1周;随后采用质量损失分析、SEM、EDS、XRD及FTIR等测试方法对多种生物活性玻璃的矿化产物进行系统分析与比较;采用固体核磁NMR对生物玻璃进行玻璃结构分析。结果浸泡1周后,SEM观察到硼硅酸盐玻璃(2B)和不含硅的硼酸盐玻璃(3B)表面产生层状矿化产物,而硅酸盐玻璃(0B)表面只有一层矿化产物层;XRD和FTIR结果显示3种玻璃的表面产物均为含有部分羟基磷灰石的钙磷化合物;固体核磁波谱(11B)测试结果表明硼硅酸盐玻璃(2B)和不含硅的硼酸盐玻璃(3B)都存在大量[BO_(3)]平面三角体。最后,当硼硅酸盐玻璃(2B)浸泡在含有明胶的SBF溶液后,其矿化产物仍能维持层状结构;通过EDS分析可知形成明胶有机层和含羟基磷灰石的无机层相互堆积的特殊层状结构。结论2B和3B玻璃内部存在大量[BO_(3)]平面三角体所构造的二维平面结构。矿化过程中,不溶性反应物沉积在二维平面结构上,从而使矿化产物呈现层状结构。在浸泡液中添加一定量的明胶后,其可以有效地与硼硅酸盐玻璃的层状矿化结构相互匹配结合,最终堆叠形成有机相层与无机层相互交错的特殊结构。

森林土壤不同粒径颗粒的碳矿化研究

土壤是由不同粒径颗粒组成的,各粒径颗粒的性质差异大、在土壤中的空间位置不同。为了研究它们各自碳的变化差异,评估这些颗粒在土壤有机碳稳定和周转中的作用。选择亚热带阔叶林土壤,采用物理分组的方法,获得不同粒径土壤颗粒(>2000、2000~250、250~53、<53、53~20、20~2、<2μm),与全土等质量开展矿化试验,研究碳矿化量差异、主要碳形态变化及其相互关系,反向探究不同粒径颗粒在全土壤中的作用。结果表明,不同粒径颗粒按照质量比例作为权重计算的CO_(2)累积排放量、全碳、C/N、芳香性指数、游离氧化铁含量占全土的95.0%~101.8%。<2μm和20~2μm土壤颗粒CO_(2)累积排放量显著高于其他颗粒和全土。全土及各颗粒土壤CO_(2)累积排放量与比表面积、总孔隙体积、全碳、土壤可溶性有机碳(DOC,Dissolved organic carbon)、土壤微生物生物量碳(Soil microbial biomass carbon,MBC)、易氧化有机碳、游离氧化铁呈正相关性,而与C/N呈负相关性。通过对不同粒径颗粒16个指标降维分析,综合特征指数显示<2μm和20~2μm颗粒最高,即它们的综合作用最大。因此,全土壤的碳变化可追溯到土壤不同粒径颗粒碳的不同变化及关系,且土壤小粒径的团聚或被大粒径颗粒包闭可能是降低全土碳矿化的机理之一,有利于维持全土壤碳的稳定或增加保存。

纯棉筒子纱的原位矿化染色

采用原位矿化染色技术对纯棉筒子纱进行活性染料染色。优化的染色工艺为:固色碱剂XGA 3.0%(omf),固色时间60 min,矿化pH为3.5,偶合剂XBC为1.5%(omf),氧化剂XYS为5%(omf),60℃矿化处理30 min。结果表明:采用原位矿化染色工艺对纯棉筒子纱进行染色,排放染色残液色度值比传统工艺降低98%,染品耐干摩擦色牢度比传统工艺高半级,耐湿摩擦色牢度、耐皂洗色牢度与传统工艺一致,且可获得与传统工艺基本一致的颜色效果。

微生物矿化反应原理、沉积与破坏机制及理论:研究进展与挑战

微生物矿化作为地质演变及碳氮循环不可或缺的一环,给岩土、水利及环境等领域带来了新的机遇和挑战,其衍生而来的以MICP为代表的微生物岩土技术已成为环境岩土工程最具革新性的技术领域之一。近20年来,微生物岩土技术从概念验证阶段到相关领域技术示范已取得了重要进展。为推进对该领域更加深入的基础认识与研究,本文系统回顾了MICP技术并针对以下3部分进行了重点阐述:脲酶菌成矿作用的生物化学原理、微生物加固土的沉积模式及加固体破坏机理、涉及生物-化学-水力-力学等多物理场耦合作用下的微生物矿化反应理论。此外,还总结了微生物岩土技术目前亟待解决的问题与挑战,对潜在的研究热点与应用前景进行了探讨和展望。

微生物菌剂与秸秆对凹土尾矿壤质化改良试验研究

采矿留下的矿山创面存在诸多问题,且凹土尾矿综合利用率低。壤质化改良可提高尾矿资源化利用率,实现生态修复。研究采用盆栽试验对比改良前后凹土尾矿基本理化性质与壤质土养分比率的改变,分析壤质化尾矿对黑麦草生长特性的影响,结合团聚体分析与电镜扫描探究土壤结构变化机理。研究结果显示:微生物菌剂与秸秆的复合作用能够显著降低尾矿的pH值、电导率和体积质量,增加孔隙度与保水性,并改善基质养分比率。其中,有机质、氮、磷、钾质量比分别最高可达9.7 g/kg、158.2 mg/kg、82.8 mg/kg、224.6 mg/kg;与对照组相比,黑麦草的发芽率增加10.0百分点、株高增加56.7%,根长增加55.0%。改良壤质尾矿中的大团聚体含量比对照组提高了14.3%,微观状态下观察到形成了稳定的团聚体结构与覆盖层。

病理性矿化促进颞下颌关节骨关节炎发生的研究进展

颞下颌关节骨关节炎是重症颞下颌关节病患者的主要病理表现,关节组织病理性矿化是骨关节炎患者的重要病理特征之一,但病理性矿化的产物,如磷酸钙微晶在骨关节炎发病机制和疾病进展过程中所扮演的角色仍存有争议。研究显示在大多数罹患骨关节炎关节中均发现了磷酸钙微晶的存在,这些微晶的出现要早于关节炎临床症状的发生,且其含量往往与后期关节破坏程度密切相关。本文将近年来研究病理性矿化与骨关节炎进展相关性的文章进行总结分析,以期为明确病理性矿化与骨关节炎进展相关性,实现干预病理性矿化而阻断骨关节炎进展提供参考。

工业固废CO_(2)矿化协同减污降碳关键技术进展

针对工业过程CO_(2)和固废排放的问题,减污降碳刻不容缓。CO_(2)矿化技术在封存CO_(2)的同时固废得到资源化利用,受到广泛关注。论述了不同工业固废作为CO_(2)矿化原料的利用情况,对比分析了不同矿化工艺优缺点及CO_(2)矿化机理,总结了不同CO_(2)矿化工艺研究现状和工业化应用情况。研究发现,目前针对固废CO_(2)矿化缺乏机制性解释,无法有效控制金属离子的浸取过程和矿化过程中气液固传质的效率,同时矿化形成的碳酸盐产品存在粒径大、易团聚、功能单一等问题。未来需进一步研究浸渍过程中表面溶剂扩散等控制浸取速率和程度的机制;深入研究碳酸盐成核结晶动力学机制及碳酸盐晶体形貌、粒度调控方法;构建煤基固废浸取、矿化溶质气-液-固传输模型,进行工艺参数优化和过程强化并确定放大规律;进一步加强CO_(2)矿化利用技术全生命周期和经济评价;最后,需加大CO_(2)矿化利用技术的中试、示范技术集成和成套工艺建设,为规模化减污降碳技术的工业化发展奠定技术支撑。

陕北中部黄土区不同种植年限水稻田有机碳矿化对温度的响应

为了探讨陕北中部黄土区不同种植年限水稻田有机碳矿化对温度的响应,以陕北南泥湾水稻种植基地不同种植年限(3、30、78 a)的稻田土壤为研究对象,基于室内35 d培养试验与矿化动态模型研究方法,解析温度对土壤有机碳矿化的影响。结果表明:土壤有机碳累积矿化量和矿化速率均表现为78 a水稻田>30 a水稻田>3 a水稻田>玉米田。土壤累积矿化量、矿化速率、潜在可矿化有机碳含量(C 0)和潜在可矿化有机碳占总有机碳的比值(C 0/SOC)均表现为30℃处理>20℃处理>10℃处理。水稻田矿化累积量均表现为10℃处理(2015.14 mg·kg^(-1))显著低于20℃(2799.20 mg·kg^(-1))和30℃处理(3078.47 mg·kg^(-1))(P<0.05),但20℃与30℃处理之间无显著差异。玉米田累积矿化量在不同培养温度间没有达到显著差异水平。0~20 cm土层累积矿化量是20~40 cm土层的1.18倍。供试土壤在温度从10℃升高到20℃时的温度系数(Q 10)值(1.38)均高于从20℃升高到30℃时的Q 10值(1.14),土层间的Q 10值大小关系为0~20 cm>20~40 cm。潜在可矿化有机碳含量C 0与总有机碳、易氧化有机碳及溶解性有机碳含量之间均呈正相关关系,C 0与微生物生物量碳含量间呈正相关关系但未能达到显著水平。C 0/SOC随水稻种植年限的增加而降低,说明土壤有机碳的固存能力随水稻种植年限的增加而增强。

不同种植年限水稻土有机碳矿化对周期性变温的响应

为了探讨陕北中部黄土丘陵沟壑区不同种植年限水稻土有机碳矿化对周期性温度变化的响应,以陕北南泥湾水稻种植基地不同种植年限(78 a、30 a、3 a)的稻田土壤为研究对象,基于室内35 d培养试验与矿化动态模型研究方法,解析温度变化对土壤有机碳矿化的影响。结果表明:恒温以及周期性变温处理的土壤累积矿化量在前7 d增加较快,达到整个培养期的39.2%~47.6%,7 d后至培养结束时增加缓慢。培养前7 d,土壤有机碳矿化速率快速下降,直至21 d时趋于稳定状态。78 a、30 a、3 a水稻土和玉米地的累积矿化量分别为3126.75、2737.63、2547.42和2173.88 mg/kg,水稻土累积矿化量比玉米地高28.94%。变温条件下的有机碳累积矿化量较恒温条件下增加4.95%。变温条件下,0~20 cm和20~40 cm土壤有机碳矿化量比恒温下分别高5.69%和4.20%。水稻土在周期性变温条件下14 d的微生物生物量碳(MBC)下降幅度(41.49%)高于恒温培养(32.22%),35 d的MBC下降幅度(50.20%)低于恒温培养(54.23%),溶解性有机碳(DOC)下降幅度规律与之相反。0~20 cm和20~40 cm土壤潜在矿化量占总有机碳的比例(C 0/SOC)均表现为15℃/35℃高于25℃恒温,说明表层土壤易于矿化,土壤碳固存能力随温度周期性改变而降低。变温与恒温的土壤有机碳矿化速率、累积矿化量、潜在可矿化有机碳量无明显差异,说明在本试验条件下,在积温相同的情况下,周期性变温对土壤有机碳的矿化无显著影响。

钢渣基CO_(2)矿化板材的制备与性能研究

采用铺浆注模、压制脱水成型、CO_(2)养护等工艺措施制备钢渣板材,考察了原材料掺量、脱水压力、养护方式等对钢渣板材力学性能的影响。试验结果表明:水胶比0.35抗折强度最高;随着水泥、熟石灰以及木质纤维掺量的增加,板材的抗折强度均提高;随脱水压力的增加,板材的抗折强度先提高后降低;养护时间延长,板材的抗折强度提高;耐碱玻璃纤维长度减小,板材的抗折强度提高,耐碱玻璃纤维掺量为1.5%时,板材抗折强度最高。

不同含水量及冻结温度对黑土冻融循环过程有机碳矿化的影响

[目的]冻融过程土壤呼吸在年土壤呼吸总量中占有重要比例,研究探讨土壤冻融过程中含水量、冻结温度和冻融循环次数对土壤碳矿化动态的影响。[方法]以黑龙江省嫩江县鹤山农场九三水土实验站黑土为研究对象,开展室内冻融程度模拟试验,进行7次冻融循环,设置100%田间持水量(100%WHC)、60%田间持水量(60%WHC)和30%田间持水量(30%WHC)3种土壤含水量;10℃恒温处理(对照)、-5℃冻结处理(轻度冻结)和-15℃冻结处理(重度冻结)3种环境温度。[结果]冻融循环次数、含水量和冻结温度对CO_(2)排放量有显著影响,影响度分别为-0.63,0.21,0.14。解冻过程显著增加土壤碳矿化量;轻度冻结时,前3次冻融循环60%WHC土壤碳矿化量比100%WHC和30%WHC分别提高33.0%,35.2%,后4次冻融循环差异不明显;重度冻结时,前2次冻融循环100%WHC土壤碳矿化量,比60%WHC和30%WHC土壤分别提高25.2%,68.0%,后5次冻融循环差异不明显。[结论]冻融循环次数对土壤CO_(2)排放量影响最大,含水量次之,冻结温度最小。冻融作用增加低含水量土壤的CO_(2)累积排放量;降低高含水量土壤的CO_(2)累积排放量;而对中等含水量土壤,轻度冻结增加CO_(2)累积排放量,重度冻结降低CO_(2)累积排放量。一级动力学方程对冻融土壤CO_(2)排放量的拟合效果较好(R^(2)>0.997),含水量和冻结温度对有机碳矿化潜力C0值有显著影响。

粉煤灰矿化电厂烟气CO_(2)技术及关键科学问题

燃煤发电是我国能源安全的重要保障,但烟气中会排放大量CO_(2),同时,也会产生大量粉煤灰。利用粉煤灰矿化封存电厂烟气CO_(2),并将矿化产物进行综合利用,可达到大宗固废处置与CO_(2)长效封存的双重目的。目前,粉煤灰矿化电厂烟气CO_(2)技术仍存在矿化效率低、反应时间长、CO_(2)处理量小等不足,其对应的关键科学问题和技术瓶颈亟待解决。简要介绍了粉煤灰矿化烟气CO_(2)的基本原理,分析了不同反应条件对粉煤灰碱土金属离子浸出和CO_(2)矿化反应效率的影响机制,对比了CO_(2)直接矿化反应工艺、碱土金属预浸出工艺、CO_(2)预吸收工艺等3种流程的优缺点,提出了包含粉煤灰碱土金属离子高效浸出、CO_(2)矿化反应过程强化、粉煤灰矿化CO_(2)智能装备、矿化效果综合评价等方面的粉煤灰高效矿化烟气CO_(2)技术体系,总结了粉煤灰矿化CO_(2)产物的物理化学性质,提出了粉煤灰矿化CO_(2)产物高值化综合利用的构想。最后,凝练出了粉煤灰碱土金属离子快速浸出与CO_(2)高效矿化特性、粉煤灰矿化CO_(2)大型反应器中多相混合与反应规律、粉煤灰浆液矿化CO_(2)产物性质的调控机制等3个关键科学问题,指明了基础研究-关键技术与装备研发-工程应用全链条的攻关方向,为粉煤灰高效矿化烟气CO_(2)及产物综合利用提供了参考,对于双碳目标实现和固废综合利用具有重要意义。

碳酸酐酶增强微生物矿化固土效果的试验研究

为了提升微生物固化砂土的效果,从自然界微生物主动参与碳循环、激发碳化现象中得到启发,利用碳酸酐酶(carbonic anhydrase,简称CA)能显著提高CO_(2)水合反应速率(提高108倍),促进脲酶(urease,简称UA)分解尿素生成的CO_(2)迅速水合形成大量CO_(3)^(2-)的特性,设计并进行了碳酸酐酶增强微生物矿化固化砂土试验,综合宏观物理力学试验和微细观检测,系统分析了碳酸酐酶对微生物固化砂土的增强效果及增强机制。结果表明:(1)碳酸酐酶能够显著提高砂土微生物加固过程中的胶结物产量,碳酸酐酶菌掺量在4%左右达到最佳,与常规微生物诱导碳酸盐沉淀(microbial-induced carbonate precipitation,简称MICP)相比,胶结物生成量提高了105.3%。(2)碳酸酐酶的掺入提高了固化体的抗压强度和抵抗变形能力,在0.25%~4.00%掺量范围内,固化土样的无侧限抗压强度随碳酸酐酶菌掺量的增加而增大。当掺量为4.00%时固化土样的强度达到1.915 MPa,为常规MICP固化试样强度的8.54倍。(3)碳酸酐酶没有改变MICP过程的产物,仍是方解石。但在添加了CA后,方解石的晶粒尺寸更大,六面体形状更规范,力学性能也更好。(4)在MICP过程中,脲酶和碳酸酐酶相互协同沉淀碳酸钙固化砂土。碳酸酐酶可以显著加速脲酶分解尿素生成的CO_(2)水合并形成HCO_(3-)和CO_(3)^(2-)的速率,为矿化物沉降提供更有利的条件。

基于二氧化碳矿化固定的碳利用技术研究

【目的】碳利用技术难题是氟硅新材料产业发展过程中亟待解决的难题。通过对二氧化碳矿化固定的碳利用技术进行研究,以期为开发适合高耗能行业的规模化CO_(2)利用技术提供参考。【方法】分析了CO_(2)矿化固定的原理、方法和应用,研究了CO_(2)养护反应系统和烟气CO_(2)直接矿化反应系统,用来实现建材预制构件制备和工业固废中的碱性废料处理。【结果】采用碳捕集、利用和封存(CCUS)技术进行CO_(2)矿化固定,能够实现大规模CO_(2)处理。在矿化固定技术的基础上,可建立碳利用技术开发测试平台,依托平台提供数据、方法、成套设备等方面的技术支撑。【结论】碳捕集、利用和封存(CCUS)技术在减缓气候变化和实现碳循环经济等方面具有潜力。

高温活化磷尾矿钝化矿区污染土壤中阳离子态重金属研究

矿冶场地土壤重金属污染是重要的环境问题,亟需研发低成本的高效修复技术。化学钝化是常用修复技术,但现有钝化材料仍存在效率较低、成本较高等问题。本研究采用900℃高温处理制备活化磷尾矿材料,研究不同处理下材料对土壤重金属的钝化效果。结果表明:高温处理将磷尾矿中的白云石分解为方解石、MgO和CaO,活化材料可显著提升土壤pH,降低土壤可交换态重金属含量;添加0.8%的高温活化磷尾矿钝化30天后,土壤可交换态Zn、Cd和Pb含量分别降低97%、46%和95%。重金属由可交换态向碳酸盐结合态转化,部分Cd转化为铁锰氧化物结合态。主要钝化机理为MgO与水反应生成氢氧化物提升土壤pH,促使重金属形成氧化物、氢氧化物沉淀,同时增加铁锰氧化物对Cd的吸附固定。研究结果可为矿区土壤原位钝化和磷尾矿资源化利用提供参考。