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高压条件下蒙脱石层间域对氮的保护效应

地球化学 2024年第1期53卷 132-141页

作者：曾庆进陶奇吉世超谭伟何宏平中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640 中国科学院大学北京100049

含铵(NH_(4)^(+))蒙脱石不仅存在于陆地土壤中,还广泛存在于蚀变洋壳、远洋和陆源沉积物中,是N的主要载体矿物,对地表N向地球深部的传输路径和效率具有重要影响。本文利用微区和粉晶X射线衍射(XRD)、漫反射傅里叶红外光谱(DRIFT)和元素... 详细信息

含铵(NH_(4)^(+))蒙脱石不仅存在于陆地土壤中,还广泛存在于蚀变洋壳、远洋和陆源沉积物中,是N的主要载体矿物,对地表N向地球深部的传输路径和效率具有重要影响。本文利用微区和粉晶X射线衍射(XRD)、漫反射傅里叶红外光谱(DRIFT)和元素分析等表征技术,研究了不同温度(25~700℃)和压力(常压和2.5 GPa)条件下含铵蒙脱石的物相及结构演化,以及N的赋存状态和N含量的变化特征。结果表明,在常压条件下,温度上升会导致蒙脱石层间距从1.20 nm(25℃)逐渐减小至0.96 nm(700℃)。同时,蒙脱石Al_(2)–OH(914 cm^(−1))和AlMg–OH(844 cm^(−1))振动峰强度在升温过程中逐渐减弱,表明蒙脱石结构羟基逐渐脱失;在500℃时,蒙脱石结构羟基完全脱失,并导致层间完全坍塌。在高压(2.5 GPa)条件下,温度上升会造成蒙脱石层间距从1.20 nm(25℃)逐渐减小至1.02 nm(700℃),但蒙脱石结构羟基在700℃时依然存在。在此过程中,蒙脱石膨胀性逐渐降低,表明蒙脱石逐渐向伊利石转变。在常压加热条件下,随着温度升高,含铵蒙脱石N含量从初始的1.52%减少到0.10%;而在高压条件下,温度升高对含铵蒙脱石的N含量影响极小,保持在约1.26%。这两者的差异可能与产物层间域结构的变化有关,即常压下温度升高会导致蒙脱石层间域逐渐坍塌,NH_(4)^(+)失去赋存空间,分解逃逸;而高压下温度升高并不破坏蒙脱石层间域,而是逐渐转变为伊利石,从而为NH_(4)^(+)提供储存空间。因此,高压条件下蒙脱石的层间域对NH_(4)^(+)具有高温保护效应,表明黏土矿物可将N元素向地球更深部输送。该发现为揭示地表N向地球深部运移机制提供了新思路。

关键词：含铵蒙脱石伊利石层间域 N循环

钠交代作用对碱性花岗岩体系中稀土富集成矿的贡献

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岩石学报 2024年第3期40卷 864-872页

作者：张东杨武斌牛贺才中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广州510640 中国科学院大学北京100049

碱性岩是全球稀土资源的主要来源之一,特别是中-重稀土资源。针对碱性花岗岩体系中稀土(REE)和部分高场强元素(HFSE)超常富集机制及其控制因素等关键科学问题,目前尚缺乏深入系统的研究工作。本文重点关注碱性花岗岩成矿体系中的钠交代... 详细信息

碱性岩是全球稀土资源的主要来源之一,特别是中-重稀土资源。针对碱性花岗岩体系中稀土(REE)和部分高场强元素(HFSE)超常富集机制及其控制因素等关键科学问题,目前尚缺乏深入系统的研究工作。本文重点关注碱性花岗岩成矿体系中的钠交代作用,对常见的钠长石化、钠铁闪石化和钠辉石化等热液交代过程中的矿物交代反应过程及其稀有稀土元素再活化-迁移过程开展分析和讨论。在碱性岩中,碱性角闪石和辉石被认为是REE和HFSE的重要载体,同时也是岩浆分异演化的有效示踪剂。以中国黑龙江碾子山碱性花岗岩为例,岩浆晚期的热液交代会导致碱性角闪石和辉石从富钙的矿物相向富钠的矿物相转变,在这个相转变过程中会导致REE和HFSE的活化和迁移。特别是岩浆晚期热液富钠霓辉石的形成过程中REE和HFSE会大规模释放到交代流体中,可能是导致这些关键金属元素在岩浆晚期超常富集和成矿的关键控制因素。因此,碱性角闪石和辉石的钠指数[Na^(#)=Na/(Na+Ca)摩尔比]可能是一个潜在的矿物地球化学指标,或将为碱性岩型稀土资源勘查提供新的方法。

关键词：碱性花岗岩碱性角闪石钠交代作用稀土钠指数(Na^(#))

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铁负载酸活化蒙脱石制备硅/硅化铁纳米复合材料及其储锂性能

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硅酸盐学报 2024年第10期 3252-3262页

作者：杜静李向军谢捷洋韦寿淑熊涛何诗雅陈情泽朱润良中国科学院广州地球化学研究所中国科学院矿物学与成矿学重点实验室/广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室中国科学院深地科学卓越创新中心中国科学院大学惠州市鼎元新能源科技有限公司

纳米硅的储锂容量高，被认为是最有应用前景的新一代锂电负极材料。然而纳米硅的体积膨胀效应和低电导性不利于其实际应用。将天然蒙脱石酸活化和铁负载改性，再经过镁热还原反应，得到了原位复合的硅/硅化铁纳米复合材料。硅化铁具有... 详细信息

纳米硅的储锂容量高，被认为是最有应用前景的新一代锂电负极材料。然而纳米硅的体积膨胀效应和低电导性不利于其实际应用。将天然蒙脱石酸活化和铁负载改性，再经过镁热还原反应，得到了原位复合的硅/硅化铁纳米复合材料。硅化铁具有良好的导电性和机械稳定性，可显著提升硅负极的循环稳定性和倍率性能。在1 A/g的电流密度下循环500圈后，硅/硅化铁纳米复合材料的比容量高达781 mA·h/g，容量保持率为77%。该方法为制备高性能硅基负极材料提供了新思路。

关键词：蒙脱石镁热还原硅化铁硅纳米材料锂离子电池负极

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海南岛雷鸣盆地鹿母湾组碎屑岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成:对物源及构造环境的启示

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大地构造与成矿学 2024年第05期48卷 1109-1141页

作者：赵朝霞许德如官军单强陈根文陈晓清黄沁怡王智琳中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室中国科学院深地科学卓越创新中心中国科学院大学东华理工大学核资源与环境国家重点实验室海南省地质调查院海南省海洋地质资源与环境重点实验室中南大学地球科学与信息物理学院有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室

海南岛雷鸣盆地鹿母湾组的确切沉积时限和沉积物来源是研究的空白区域。本文选取雷鸣盆地鹿母湾组作为研究对象,通过全岩地球化学、碎屑锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素分析,旨在限定其沉积时限及物质来源,并探讨其沉积构造环境。鹿母湾组... 详细信息

海南岛雷鸣盆地鹿母湾组的确切沉积时限和沉积物来源是研究的空白区域。本文选取雷鸣盆地鹿母湾组作为研究对象,通过全岩地球化学、碎屑锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素分析,旨在限定其沉积时限及物质来源,并探讨其沉积构造环境。鹿母湾组碎屑沉积岩的最年轻碎屑锆石年龄峰(113.3 Ma)与侵入其中的花岗闪长岩岩体年龄(～107 Ma)限定鹿母湾组沉积时限为109.9～113.3 Ma。全岩地球化学研究表明鹿母湾组碎屑沉积岩的分异指数(ICV)介于0.78～1.52(平均值0.96)、化学风化指数(CIA)介于51.11～73.45(平均值65.27),反映其源区岩具有中等成熟度并经历了弱的化学风化作用。结合微量元素、稀土元素含量及相关比值(如La、Th、Sc、Zr、Hf、∑REE及δEu)、源区判别图和构造环境判别图解,本文认为鹿母湾组碎屑沉积岩可能沉积于活动大陆边缘相关的盆地,主要来源于同时代的长英质火山岩或火山物质,少量碎屑来自华南内陆和海南岛早古生代岩浆岩。

关键词：雷鸣盆地鹿母湾组地球化学碎屑锆石U-Pb Hf同位素沉积时限物源构造环境

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黔西北毕节地区富锂铝质岩的矿物学特征和锂的赋存状态研究

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岩石学报 2024年第8期40卷 2321-2333页

作者：张朝群谭伟苏菲唐座代启勇何宏平贺怀宇朱日祥中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室北京100029 中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学院重点实验室广州510640 贵州省地矿局区域地质调查研究院贵阳550005

随着新能源产业的迅速发展,锂矿已成为科技创新、经济发展的重要战略资源。我国的黏土型锂矿分布广、储量巨大,有望成为锂资源开发的重要方向。深入研究黏土型锂矿中锂的赋存状态,可为后续的提锂工艺提供理论基础。近期,黔西北毕节地区... 详细信息

随着新能源产业的迅速发展,锂矿已成为科技创新、经济发展的重要战略资源。我国的黏土型锂矿分布广、储量巨大,有望成为锂资源开发的重要方向。深入研究黏土型锂矿中锂的赋存状态,可为后续的提锂工艺提供理论基础。近期,黔西北毕节地区二叠系梁山组的铝质岩中发现了超常的锂富集,但锂的赋存状态尚不清楚,这限制了对该地区锂资源的综合开发利用。本研究利用矿物学和化学分析手段对该地区的富锂铝质岩进行了矿物学特征和锂赋存状态分析,结果表明:所选梁山组富锂铝质岩的Li_(2)O含量为0.62%;主要矿物成分为伊利石、锂绿泥石和一水硬铝石;锂赋存在伊利石和锂绿泥石等黏土矿物的结构中,吸附态锂的含量非常低。基于这些发现,本研究进一步采用分级沉淀法富集含锂的黏土矿物,富集后的样品黏土矿物含量得到了提升。以上研究结果为黏土型锂资源的高效提取提供了科学依据,对促进我国新能源产业的可持续发展具有重要意义。

关键词：锂黏土矿物赋存状态锂绿泥石黔西北

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Au-As-S多元流体交代菱铁矿形成载金黄铁矿的矿物学证据

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矿物学报 2024年

作者：唐红梅鲜海洋何宏平李珊何昭露朱建喜李琴邓腾江西省科学院能源研究所中国科学院广州地球化学研究所中国科学院矿物学与成矿学重点实验室广东省矿物物理与材料开发研究重点实验室中国科学院大学东华理工大学地球科学学院

成矿流体与含铁围岩反应可生成大量黄铁矿并伴随金的高效沉淀，然而含Au-As-S的多元流体交代含铁碳酸盐围岩形成载金黄铁矿的矿物学过程还有待揭示。本文运用水热实验模拟了Au-As-S多元流体交代菱铁矿的成矿过程，采用X射线衍射（XRD）... 详细信息

成矿流体与含铁围岩反应可生成大量黄铁矿并伴随金的高效沉淀，然而含Au-As-S的多元流体交代含铁碳酸盐围岩形成载金黄铁矿的矿物学过程还有待揭示。本文运用水热实验模拟了Au-As-S多元流体交代菱铁矿的成矿过程，采用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）和电子探针显微分析（EPMA）等方法表征了菱铁矿蚀变前后的矿物学特征。结果表明，含Au-As-S的多元热液流体交代菱铁矿可生成载金黄铁矿，且黄铁矿的平均颗粒尺寸受控于初始溶液的As浓度；当初始溶液As浓度从0升至100×10–6，黄铁矿的平均颗粒尺寸减小约56%；初始溶液As浓度越高，进入黄铁矿结构中的As则越多，也更有利于流体中的Au以不可见金的形式进入黄铁矿；所形成的载金黄铁矿的Au与As含量呈现显著的正相关性，即存在As-Au耦合关系，与已报道的载金黄铁矿中的现象一致。该研究不仅深入剖析了菱铁矿在含Au-As-S的多元流体蚀变前后的矿物学演化特征，还有助于对载金黄铁矿中Au-As耦合关系成因的认识。

关键词：菱铁矿交代反应黄铁矿砷金

高铁型煤系高岭土矿物学属性及其煅烧相变与活化效能

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硅酸盐学报 2024年第10期 3142-3149页

作者：杨红梅吴逍杨宜坪苏小丽王辅亚朱建喜何宏平中国科学院矿物学与成矿学重点实验室广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室中国科学院广州地球化学研究所中国科学院深地科学卓越创新中心中国科学院大学景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院

煤矸石含有丰富的高岭土矿物资源，对其进行资源化利用是处置这类大宗固体废弃物的重要途径，但其加工方式常受到矿物学属性的制约。以产自四川宜宾的高铁型煤系高岭土为例，采用X射线荧光光谱法、X射线粉晶衍射、扫描电子显微镜和热重... 详细信息

煤矸石含有丰富的高岭土矿物资源，对其进行资源化利用是处置这类大宗固体废弃物的重要途径，但其加工方式常受到矿物学属性的制约。以产自四川宜宾的高铁型煤系高岭土为例，采用X射线荧光光谱法、X射线粉晶衍射、扫描电子显微镜和热重–差示扫描量热法等分析测试手段研究了该煤系高岭土的化学成分、物相组成、微观形貌和热效应特征，探讨了矿物属性对热活化制备偏高岭土的影响。结果表明，宜宾煤系高岭土的主要组成矿物及其质量分数为低结晶度的高岭石（56%）、固定碳（15%）、石英（12%）和含铁矿物（11%）等；在煅烧过程中，高岭石从413 ℃开始脱除羟基，晶层在550 ℃逐渐变得无序，受其他组分影响，830 ℃时完全转变为非晶态的偏高岭石，质量损失合计26.24%；同时，黄铁矿和菱铁矿发生氧化，煅烧产物中出现含量较高的赤铁矿。此煤系高岭土经煅烧后活性显著增强，Al2O3溶出率在750 ℃时达到最高（68.47%，质量分数）。本工作可为高铁型煤系高岭土资源的综合利用提供矿物学依据和开发指导。

关键词：煤矸石煤系高岭土高岭石偏高岭石煅烧活化

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云南省澜沧县离子吸附型稀土矿床特征与成矿控制因素

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大地构造与成矿学 2024年

作者：张民谭伟何显川罗莲英刘恩豪四川旅游学院大数据与统计学院中国科学院广州地球化学研究所中国科学院矿物学与成矿学重点实验室广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室四川省冶金地质勘查院

在临沧花岗岩风化壳分布区新近发现了多处离子吸附型稀土矿床(点),稀土资源潜力巨大。为了约束本区离子吸附型稀土矿床成矿的控制因素,本文对临沧花岗岩基岩、风化壳及稀土矿床(点)钻孔样品进行了系统研究,研究结果表明,与临沧花岗岩基... 详细信息

在临沧花岗岩风化壳分布区新近发现了多处离子吸附型稀土矿床(点),稀土资源潜力巨大。为了约束本区离子吸附型稀土矿床成矿的控制因素,本文对临沧花岗岩基岩、风化壳及稀土矿床(点)钻孔样品进行了系统研究,研究结果表明,与临沧花岗岩基岩相比,风化壳稀土总量发生了3倍以上的富集,并且发生了明显分异,重稀土元素分异相对较弱,稀土配分模式变为右倾平滑浅“W”型。稀土矿石中稀土元素以离子态赋存于粒径小于0.045mm的高岭土中,矿石稀土浸出相占比约为50%。矿石类型为以轻稀土为主、中重稀土配分齐全的混合型稀土,稀土元素在矿体中呈现出“上轻下重”分层富集的特征。研究显示,母岩的稀土元素含量(大于200μg/g)、稀土元素的赋存状态(以磷灰石、褐帘石、氟碳铈矿等易于风化的稀土元素矿物为宜)和风化壳内部pH值(以为5.5～6.5为最佳)对风化壳离子吸附型稀土矿床的形成具有明显制约作用,而平缓山顶、倾缓山脊和低缓山丘等地形地貌则有利于该类矿床的形成与保存。

关键词：临沧花岗岩离子吸附型稀土矿矿床特征控矿因素云南省澜沧县

铜绿山矿床蚀变矿物光谱EVS三维可视化建模及指示意义

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地球化学 2024年第5期53卷 719-733,I0001-I0009页

作者：姚亦菲王金林陈华勇张世涛初高彬中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011 中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室广东广州510640 中国科学院大学北京100049 广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室广东广州510640 中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵州贵阳550081

随着浅表金属矿产资源的逐渐枯竭,深部隐伏矿体找矿勘查成为未来趋势,相应找矿勘查技术和方法的创新势在必行。近年来,短波红外(SWIR)光谱技术在全球典型斑岩–浅成低温热液矿床和矽卡岩型矿床的深部找矿勘查中发挥了重要作用,但目前主... 详细信息

随着浅表金属矿产资源的逐渐枯竭,深部隐伏矿体找矿勘查成为未来趋势,相应找矿勘查技术和方法的创新势在必行。近年来,短波红外(SWIR)光谱技术在全球典型斑岩–浅成低温热液矿床和矽卡岩型矿床的深部找矿勘查中发挥了重要作用,但目前主要是基于二维剖面的工作。EVS(earth volumetric studio)建模系统是应用于地球科学领域的3D建模软件,此软件基于数据驱动,具有数据可视化及模型动态更新的特点,可以满足地质建模的需求。本文利用EVS软件,对鄂东南矿集区铜绿山矽卡岩型Cu-Fe-Au矿床ⅩⅢ和ⅩⅣ号隐伏矿体不同蚀变矿物的空间分布、绿泥石和高岭石族矿物SWIR光谱特征参数的空间变化进行了三维可视化建模,探讨不同蚀变矿物和SWIR光谱参数与隐伏矿体之间的三维空间耦合关系;通过MATLAB原创程序计算含绿泥石SWIR光谱参数的样品点与深部矿化中心的三维最短距离,评价了SWIR光谱参数对深部热液矿化中心的精准指示潜力。结果表明,EVS软件三维建模在未来隐伏矿体勘查和预测中具有较大的应用潜力。

关键词： EVS三维建模短波红外光谱蚀变矿物铜绿山Cu-Fe-Au矿床鄂东南矿集区