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贵州织金磷-稀土矿床磷块岩的矿物组成及胶磷矿中杂质元素成因

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岩石矿物学杂志 2024年第5期43卷 1139-1156页

作者：李紫苇谢玉玲秦绪岩代作文曲云伟尉玉蓉北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

海相沉积磷块岩中常伴生较高含量的稀土元素,其中的重稀土元素含量占稀土总量的30%以上,有望成为未来重稀土元素的重要来源。我国磷块岩资源丰富,主要产于扬子克拉通西南缘的云南、贵州、四川等地。贵州织金磷矿床稀土元素含量高、规模... 详细信息

海相沉积磷块岩中常伴生较高含量的稀土元素,其中的重稀土元素含量占稀土总量的30%以上,有望成为未来重稀土元素的重要来源。我国磷块岩资源丰富,主要产于扬子克拉通西南缘的云南、贵州、四川等地。贵州织金磷矿床稀土元素含量高、规模大,其中的稀土资源达大型矿床规模,具有重要的资源意义,但对磷块岩的矿物组成及造成胶磷矿中复杂化学组成的原因仍缺乏系统的研究。本文在对贵州织金磷-稀土矿床磷块岩样品详细的岩矿相观察基础上,通过SEM/EDS、XRD、FIB-TEM、LA-ICP-MS分析,查明了磷块岩的矿物组成和胶磷矿的内部结构及其中多种杂质元素的成因。研究结果表明,颗粒结构是磷块岩最主要的结构类型,由磷质颗粒和碳酸盐胶结物组成。磷质颗粒的矿物组成复杂,主要为氟磷灰石和白云石,另含有少量石英、白云母、黄铁矿(有些氧化后成为褐铁矿)、固体沥青、重晶石,胶结物的矿物组成主要为白云石,并含少量石英、黄铁矿、重晶石和微量的锆石、金红石、铀钙石(可能为其他铀矿物氧化而成)。FIB-TEM结果表明,磷质颗粒外层的隐晶质部分(胶磷矿)由纳米级矿物集合体组成,主要为氟磷灰石,并含少量白云石、黄铁矿和有机质,其矿物组成与磷质颗粒的矿物组成相似。胶磷矿中纳米级氟磷灰石、白云石、黄铁矿和有机质的发现为解释胶磷矿中杂质元素的来源提供了依据。固体沥青和铀钙石的发现及有机质中的高的稀土元素含量也为解释磷块岩中U和稀土元素的赋存状态提供了新的证据。

关键词：织金磷-稀土矿床磷块岩胶磷矿矿物组成纳米矿物集合体

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埃洛石纳米管功能材料的结构调控及应用

硅酸盐学报 2024年第10期52卷 3217-3229页

作者：蒋潇宇张嘉方赵思凯沈岩柏东北大学资源与土木工程学院沈阳110819

在目前的国家发展形势下,传统非金属矿物的高值化利用和高性能矿物功能材料的开发对于非金属矿产业的升级和转型尤为重要。埃洛石纳米管(HNT)是一种具有天然纳米管状结构的硅铝酸盐矿物,主要用作生产陶瓷和耐火材料。本文首先介绍了HNT... 详细信息

在目前的国家发展形势下,传统非金属矿物的高值化利用和高性能矿物功能材料的开发对于非金属矿产业的升级和转型尤为重要。埃洛石纳米管(HNT)是一种具有天然纳米管状结构的硅铝酸盐矿物,主要用作生产陶瓷和耐火材料。本文首先介绍了HNT的基本性质、矿物学特征、产地等情况,然后基于HNT本身的结构特征和表面性质,阐述了常见的HNT结构调控和表面改性方法,并阐述了其在医药、环境及食品包装等领域的应用及进展,最后对HNT的结构调控和应用前景进行了展望。

关键词：埃洛石纳米管功能材料结构调控

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湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1291-1301页

作者：李倡纹李存兄刘强顾智辉王启亮宋健清昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093

在常规湿法炼锌过程中,采用黄钾铁矾法、针铁矿法除铁工艺时存在铁渣中铁质量分数低而锌质量分数高、渣量大、无害化处理成本高等难题,为此,本文开展湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究。研究结果表明:升高反应温度有利于Fe3+水解生... 详细信息

在常规湿法炼锌过程中,采用黄钾铁矾法、针铁矿法除铁工艺时存在铁渣中铁质量分数低而锌质量分数高、渣量大、无害化处理成本高等难题,为此,本文开展湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究。研究结果表明:升高反应温度有利于Fe3+水解生成赤铁矿(Fe2O3),同时促进铁矾物相(MFe3(SO4)2(OH)6)向赤铁矿的转化,铁渣中铁质量分数显著升高;延长反应时间可提高Fe3+沉淀率,并使更多的黄钾铁矾(KFe3(SO4)2(OH)6)转化为赤铁矿;提高氧分压将加快Fe2+氧化成Fe3+的速率,促进赤铁矿物相的形成。在反应温度为180℃,氧分压为0.8 MPa、反应时间为3 h且控制碱金属离子浓度的优化条件下,溶液中94.29%的铁以赤铁矿(Fe2O3)形式沉淀入渣,沉铁渣中铁质量分数为57.75%、锌质量分数为0.82%。对比黄钾铁矾工艺,铁渣量减少约60%,铁渣中锌质量分数降低6.5%。采用水热矿化沉铁工艺,可在低酸条件下实现溶液中铁的矿化沉淀,得到铁质量分数满足氧化铁行业标准且可实现资源化利用的赤铁矿沉铁渣,可助力湿法炼锌行业向绿色低碳方向发展。

关键词：湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁铁物相调控

虎峪沟长城系底部富硅火山岩、火山碎屑岩及其中富铁钛熔体包裹体的发现

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岩石矿物学杂志 2024年第5期43卷 1235-1250页

作者：孙嘉婧谢玉玲于超曲云伟夏加明北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

元古宙是地球演化的关键时期,对该时期岩石记录的研究为理解前寒武纪地球演化提供了重要依据。对岩石成因的正确解读是岩石大地构造研究的基础,也是基于岩石记录揭示地球环境变化的前提。华北克拉通长城系底部普遍发育一套富硅的层状岩... 详细信息

元古宙是地球演化的关键时期,对该时期岩石记录的研究为理解前寒武纪地球演化提供了重要依据。对岩石成因的正确解读是岩石大地构造研究的基础,也是基于岩石记录揭示地球环境变化的前提。华北克拉通长城系底部普遍发育一套富硅的层状岩石,被认为是一套由裂谷沉积形成的海相石英砂岩和硅质岩浅变质而成。本文以北京昌平虎峪沟出露的长城系底部常州沟组富硅层状岩石为研究对象,通过详细的野外地质观察,典型样品的岩矿相、SEM/EDS(扫描电镜/X射线能谱)分析、CL(显微阴极发光)成像分析、石英原位LA-ICP-MS(电感耦合等离子质谱)分析以及石英中熔体包裹体的岩相学、显微测温、马弗炉加温-淬火实验和包裹体成分的SEM/EDS、EPMA(电子探针)、LRM(显微激光拉曼光谱)分析等,提出了长城系底部富硅层状岩石的火山成因新认识。研究结果表明,长城系底部富硅层状岩石包括碎屑结构(前人定义的石英砂岩)和镶嵌结构(前人定义的石英岩)两类,其矿物组成主要为石英和钾长石,另外还含有少量锆石、金红石等。碎屑结构岩石中石英、钾长石碎屑可见棱角-次棱角状,且钾长石未见黏土化的边缘。两类岩石中石英的CL多显示蓝紫色的发光特征。另外,据石英钛饱和温度计估算的形成温度集中在550~650℃之间,也显示了高温石英的特征。两类岩石中的石英和钾长石中均发育有富铁钛的两相熔体包裹体。熔体包裹体显微测温结果表明,熔体包裹体在加温过程中至1000℃后,不混溶两相的成分持续变化,并在1050℃发生颜色深浅的反转,在约1350℃左右临界均一。马弗炉加温淬火实验也证实,在加温至1350℃淬火后的样品中的两相熔体包裹体发生了均一。SEM/EDS和EPMA结果表明,熔体包裹体的主要成分为铁、钛的氧化物,暗色部分相对富铁,而浅色部分相对富钛,熔体包裹体两相的Fe/Ti值变化较大。LRM分析结果表明,熔体包裹体的两相均为非晶质。综合岩石的结构特征、石英的CL发光特征、石英的形成温度估算和石英中熔体包裹体的显微测温结果等,笔者认为,长城系底部的富硅层状岩石应为富硅的火山岩和火山碎屑岩,表明古元古代华北克拉通曾存在与哥伦比亚超大陆裂解有关的大规模富硅火山活动。这一发现为华北克拉通元古宙地质演化提供了新证据。石英中富铁钛熔体包裹体的发现也为解释前寒武纪岩浆成因铁矿床、铁钛矿床的形成,特别是岩浆过程中铁、钛的富集机理提供了新的思路。

关键词：华北克拉通长城系富硅火山岩熔体包裹体熔体不混溶

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新型三段式粗颗粒浮选柱内流场数值模拟

中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2801-2818页

作者：彭建孙伟沈政昌韩海生晋应升肖遥高志勇孙磊罗远家中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 北京矿冶科技集团有限公司矿物加工科学与技术国家重点实验室北京102628

本文对一种新型三段式粗颗粒浮选柱内流场特性进行了研究,结果表明,稳流板的加入可增强粗颗粒浮选柱内流体的湍动能和湍流耗散率,促进气泡和粗颗粒的相互作用以及湍动能、湍流耗散率和液相速度的均匀分布,从而利于矿化气泡的输送。射流... 详细信息

本文对一种新型三段式粗颗粒浮选柱内流场特性进行了研究,结果表明,稳流板的加入可增强粗颗粒浮选柱内流体的湍动能和湍流耗散率,促进气泡和粗颗粒的相互作用以及湍动能、湍流耗散率和液相速度的均匀分布,从而利于矿化气泡的输送。射流管个数的增加使粗颗粒浮选柱内湍动能和湍流耗散率分布趋向于均匀。对称的4个射流管可显著改善流场分布,形成的漩涡促进了气泡与颗粒的相互作用,稳流板使气泡速度分布均匀。浮选柱内湍动能随着上升水量和充气量的增加而增大,稳流板作用明显。上升水量对稳流板上下方区域湍流耗散率的影响呈梯级分布,可实现底部紊流矿化、中部紊流−稳流转变、上部静态流态化浮选的三段式流体环境,利于粗颗粒矿物浮选的回收。

关键词：浮选柱流场特性湍动能湍流耗散率计算流体动力学

锌氧压酸浸硫精矿和硫尾矿的矿物学特征与环境活性

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第1期55卷 32-42页

作者：孙朴李兴彬魏昶邓志敢李旻廷罗兴国樊刚昆明理工大学冶金与能源工程学院云南昆明650093

采用电感耦合(ICP-OES)、X射线衍射(XRD)、扫面电镜-能谱(SEM-EDS)、红外光谱(FTIR)及差热差重(TG-DTA)等多种检测方法对锌氧压酸浸硫精矿和硫尾矿的化学组成、粒度分布、物相结构等进行研究,并采用毒性浸出程序(TCLP)法考察其短期环境... 详细信息

采用电感耦合(ICP-OES)、X射线衍射(XRD)、扫面电镜-能谱(SEM-EDS)、红外光谱(FTIR)及差热差重(TG-DTA)等多种检测方法对锌氧压酸浸硫精矿和硫尾矿的化学组成、粒度分布、物相结构等进行研究,并采用毒性浸出程序(TCLP)法考察其短期环境活性。研究结果表明:硫精矿1和硫精矿2主要以球状的单质硫存在,其中,少量硫精矿1以小颗粒的闪锌矿、黄铁矿等附着于块状的铁矾颗粒上,平均粒径为22.1μm;少量硫精矿2以块状的闪锌矿、黄铁矿和小颗粒存在,平均粒径为59.2μm。2种硫精矿在185~340℃时会剧烈燃烧,热稳定性较差。2种硫尾矿主要以块状的铅黄铁矾和黄钠铁矾存在,其中,硫尾矿1平均粒径为21.1μm;硫尾矿2含一定的赤铁矿(16.86%),平均粒径为5.3μm。硫精矿和硫尾矿中锌和镉元素在弱酸条件下不稳定,硫尾矿1中锌和镉的浸出量分别超标1.93倍和2.50倍;硫精矿2的分别超标2.03倍和6.56倍,硫尾矿1的分别超标3.46倍和5.94倍,硫尾矿2的分别超标11.10倍和8.28倍。

关键词：锌氧压酸浸硫精矿硫尾矿微观结构工艺矿物学浸出毒性

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基于矿物组合滤料的异养同步脱氮除磷

硅酸盐学报 2024年第10期52卷 3106-3114页

作者：王少杭陈天虎周凯周跃飞陈伟哲李雅倩邹雪华刘海波合肥工业大学资源与环境工程学院纳米矿物与污染控制安徽省高等学校重点实验室合肥230009

异养反硝化深床滤池是目前深度脱氮最常用的方式方法,如何在异养反硝化滤池同一个反应器内实现同步脱氮除磷是非常值得研究探讨的科学问题和现实技术需求。以低品位胶磷矿为主要成分,添加硬石膏、煅烧菱镁矿颗粒作为填料构建异养脱氮动... 详细信息

异养反硝化深床滤池是目前深度脱氮最常用的方式方法,如何在异养反硝化滤池同一个反应器内实现同步脱氮除磷是非常值得研究探讨的科学问题和现实技术需求。以低品位胶磷矿为主要成分,添加硬石膏、煅烧菱镁矿颗粒作为填料构建异养脱氮动态柱,进行同步脱氮除磷研究。考察不同矿物组合对脱氮除磷的影响,查证基于低品位胶磷矿的组合滤料同步脱氮除磷可行性。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、微生物群落分析对填料微观结构、新生矿物形貌、矿物与微生物界面关系进行表征,探究脱氮除磷机理。结果表明:低品位胶磷矿及其与硬石膏、煅烧菱镁矿颗粒物组合都可以作为异养脱氮微生物的载体,通过添加有机碳源反硝化脱氮,在水力停留时间不低于1h条件下,出水总氮稳定低于3mg/L,体系高pH值对脱氮效果基本没有影响;低品位胶磷矿+硬石膏+煅烧菱镁矿组合填料具有最好的同步脱氮除磷效果,在水力停留时间1 h条件下出水磷质量浓度稳定低于0.5 mg/L,达到城镇污水处理厂一级A排放标准要求(GB18918—2002)。该组合填料高效除磷作用的机制在于:硬石膏、煅烧菱镁矿分别缓释钙离子和羟基,促进了以低品位胶磷矿中磷灰石为晶种的晶体生长。生物膜的存在对磷灰石生长过程中离子扩散具有隔膜效应,除磷效果显著低于无菌体系。

关键词：胶磷矿菱镁矿硬石膏异养反硝化脱氮除磷

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离子型稀土尾矿地聚物的制备及热稳定性研究

矿物学报 2024年

作者：焦向科李玲李佳湖南大学土木工程学院湖北科技学院资源环境科学与工程学院金华职业技术大学建筑工程学院中南民族大学资源与环境学院

在顺应离子型稀土尾矿主要化学成分和矿物组分等优势特征的基础上，以该尾矿为主要原料、NaOH溶液为激发剂、硅胶粉为增强组分制备耐热型地聚物材料。通过正交实验优化地聚物的制备条件，然后将获得的优选地聚物试样分别在400、650和90... 详细信息

在顺应离子型稀土尾矿主要化学成分和矿物组分等优势特征的基础上，以该尾矿为主要原料、NaOH溶液为激发剂、硅胶粉为增强组分制备耐热型地聚物材料。通过正交实验优化地聚物的制备条件，然后将获得的优选地聚物试样分别在400、650和900℃下煅烧。测试煅烧后试样的宏观性质（包括抗压强度、体积密度和线收缩率），通过TG-DSC、XRD、FTIR和SEM-EDS表征试样的微观结构。结果表明，在NaOH溶液浓度为10 mol/L、硅胶粉/稀土尾矿（质量比）为1/9、养护温度为85℃条件下制得地聚物的14天龄期抗压强度最高，达到22.8 MPa。该试样经650℃煅烧后，铝硅酸盐单体重构和缩聚脱水反应更充分，同时烧结使其结构致密化程度更高，从而抗压强度大幅提升。在实验设计的煅烧温度下，地聚物的三维网络分子结构未受到严重破坏，表明其热稳定性能比普通水泥基材料更优异。

关键词：离子型稀土尾矿地聚物热稳定性宏观性质微观结构

仿生侵蚀介质对滚刀/大理岩滚动摩擦磨损行为的影响

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表面技术 2024年第9期53卷 117-126页

作者：杨康辉吴志鑫苏叶茂刘少锐郑靖周仲荣西南交通大学机械工程学院成都610031 中铁工程服务有限公司成都610083

目的对比去离子水和仿生侵蚀介质2种工况下,滚刀/大理岩摩擦副在不同法向载荷作用下的滚动摩擦磨损行为,阐明仿生侵蚀介质对大理岩破碎去除和滚刀磨损的影响规律和作用机制,为化学手段辅助提升全断面隧道掘进机(TBM)破岩效率提供参考。... 详细信息

目的对比去离子水和仿生侵蚀介质2种工况下,滚刀/大理岩摩擦副在不同法向载荷作用下的滚动摩擦磨损行为,阐明仿生侵蚀介质对大理岩破碎去除和滚刀磨损的影响规律和作用机制,为化学手段辅助提升全断面隧道掘进机(TBM)破岩效率提供参考。方法表征自制仿生侵蚀介质对大理岩和H13钢滚刀的腐蚀性,基于自制滚压破岩模拟试验机研究滚刀/大理岩摩擦副的滚动摩擦磨损行为。结果仿生侵蚀介质对滚刀无明显腐蚀性,但会诱导大理岩表面产生次生裂隙和溶蚀孔,弱化岩石表面的力学性能。在法向载荷为45、75、105N时,相较于去离子水工况,在仿生侵蚀介质工况下大理岩的磨损体积分别提高了25.3%、9.3%、17.5%,滚刀破岩比能分别下降了28.3%、11.4%、20.0%。在法向载荷为45 N时,岩石表面的破坏形式主要为矿物颗粒破碎剥落。在法向载荷为75N时,岩石的去除量明显增大,表面形成了密实核。在法向载荷为105N时,岩石表面发生显著开裂和去除现象。结论仿生侵蚀介质能促进大理岩的破碎和去除,降低滚刀磨损和破岩比能。仿生侵蚀介质的作用受到岩石破坏形式的影响,在法向载荷较低时,岩石表面破坏形式以矿物颗粒剥落和密实核形成为主,仿生侵蚀介质仅作用于岩石表层,其效果有限;在法向载荷较高时,岩石表面会产生裂纹和开裂,有利于仿生侵蚀介质向岩石内部的渗透,刀具的破岩效率显著提高。

关键词： TBM滚刀大理岩仿生侵蚀介质滚动法向载荷摩擦磨损