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矿物研究范文精选

矿物研究

矿物研究范文第1篇

关键词:无机矿物;化学堵水剂;三采开发后期;稳油控水

油田在长期的注水开发过程中,由于地层的多层非均质性,使得注入水沿高渗透层不断地突进冲刷,使非均质性进一步扩大,低效无效循环严重,通过化学剂利用化学作用对水层造成堵塞,控制优势渗流通道,有效降低采出液含水,稳定原油产量。

1化学堵水剂概述

在油井内采用的堵水方法分为机械堵水和化学堵水两大类。近年来,随着采油新技术如聚驱、复合驱等大规模的应用,优势渗流孔道高度发育且采出程度高,致使油井大量出水,且大多油井为多层高含水,层间差异在逐渐降低,层内差异较大,机械堵水是选择合适封隔器,将出水层位封堵,不能解决由于层内差异所需要的层内细分需求,而化学堵水是利用化学堵水剂的化学作用对水层造成堵塞,能够解决现阶段层内差异大、平面矛盾突出等油井堵水所急需解决的问题,能够满足厚油层内部细分需求,使主要剩余油存在的中、低渗透层得到充分动用,达到油井堵水的降液增油目的。

2化学堵水剂的优选

经过多年的现场实践,注水井调剖技术的发展远比油井堵水技术的发展成熟,注水井调剖的工作量比油井堵水的工作量大得多,使得地下剩余油多数分布在油水井之间甚至倾向油井的区域,因此油井堵水技术的有效应用越来越重要。

2.1化学堵水剂的选择

虽然国内外化学堵水剂的应用发展很快,品种繁多,但近年来油田的油井堵水工作量越来越少,主要原因是油井堵水成功率低、增产幅度小和有效期短,目前的几大类堵水剂有其自身的适应性弱点。常见的化学堵水剂包括聚丙烯酰胺及其冻胶类、泡沫类、稠油类堵剂,其封堵强度相对较弱,还包括树脂类堵水剂、盐敏类堵剂及颗粒类堵剂等,但其反应时间可控性差,使用的安全风险大,影响其现场的规模应用。新型无机矿物类化学堵剂以无机矿物为主剂,并添加催化剂、缓凝剂、增强剂等助剂,水溶液为反应媒介,通过催化、聚合等机理形成高强度聚合固结物,堵剂具有选择性好、安全环保、高封堵性能等特点。

2.2新型无机矿物化学堵水剂的应用特点和性能优势

(1)新型无机矿物化学堵水剂的应用特点。应用新型无机矿物类化学堵剂的高效选择性可针对层内差异进行有效封堵,克服了机械堵水措施不能进行层内差异封堵的缺点,能够满足厚油层内部细分需求,达到油井堵水的降液增油目的。应用新型无机矿物类化学堵剂的良好注入性、环保安全性及高强度和长期稳定有效性能够有效解决目前主要存在的层内差异性加大、平面矛盾突出等问题,形成高效封堵,克服了以往化学堵剂存在的反应可控性差、封堵强度低和长期稳定性不好的应用弊端,保证封堵高效性。(2)新型无机矿物化学堵水剂的性能优势。新型无机矿物类化学堵剂化学稳定性好。以无机矿物为主剂,其熔点高,化学性质稳定,因此进行应用时可耐受较高温度,同时体系通过聚合固化后,其化学性质更加稳定,因此固结堵剂基本不受地层水中矿化度、残留聚合物、弱碱、表活剂、生物驱油剂等的影响。无机矿物化学堵剂性能优良。流动性好,方便注入;以水为媒介在地层内反应,堵水不赌油;体系添加缓凝剂,根据封堵半径要求控制稠化时间,反应时间在3小时到15天内可控,使用安全;无机矿物为主剂,无毒、无害、不燃,对环境友好;添加增强剂进一步增加聚合固结物强度,延长堵水有效期及耐温性能。

3新型无机矿物类化学堵剂的现场应用

在应用选井上,选择油层发育连通好、化学驱采出程度相对较低、剩余油相对富集的井;在应用选层上,选择油层动用程度较高、存在明显高渗层或优势通道的单元,以改善薄差层动用状况。在施工工艺上,保证一定的封堵半径距离,保证降水增油的效果;保证一定的施工注入压力,使堵剂形成一定的封堵厚度,保证降液效果;保证侯凝时间,使堵剂形成高强度封堵。

3.1现场应用工艺简述

经过深入分析杏三~四区东部区块的开发历史及开发动态,实施油井调剖堵水以解决层内矛盾和区块平面矛盾为目标,开展多井组区块调剖堵水,能够取得较好的增油降液效果,因此,选择了区块的20口采出井进行新型无机矿物类化学堵剂的试验应用。在以往调剖堵水工作经验及理论分析基础上,设计封堵半径在油水井距1/10以上,注入初始压力控制在正常注水压力之下,保证大部分堵剂进入高吸水层,应用先注前置液提高中低渗透层压力—再注入调堵剂优先进入低压区的高渗透层—然后注入顶替液驱替调堵剂深入低压降区并保证近井泄油通道的畅通的段塞式进行现场应用。

3.2应用效果

20口井进行调剖堵水施工,封堵半径14~17m,共注入调堵剂2840m3,目前20口井堵后平均单井见效439天,20口井中仍有12口井持续受效,受效期在300~750d。目前统计见效期内,20口井堵后平均单井日降液12.3m3、液量降幅24.9%、已累计降液127097t,平均单井降含水1.7%,平均单井日增油0.4t、已累计增油6110t。同时通过规模化、集中化实施20口采出井调堵,不仅在纵向上封堵了高渗层及大孔道,改善了纵向动用状况,同时平面上有效控制了长期注采形成的高含水突进方向,完善了平面注采关系,扩大了平面波及体积,提高了调堵井周围其他方向、剩余油相对富集部位的驱油效果,从而有效改善了周围连通采出井开发效果。20口调堵井周围连通的68口采出井见到了增油效果,累计增油超6000t,集中规模化效果明显。

4结语

(1)通过对化学堵水剂的选择及应用研究,并通过室内实验研究,优选出最佳的新型无机矿物类化学堵水剂配方体系,对油田高含水油井调剖堵水有很好的针对性。(2)通过20口井的区块调剖堵水工作的开展及效果分析,施工工艺简单,增油降水效果突出,证明了新型无机矿物类化学堵水剂具有的高效封堵性能和良好的适用性,其成功实践也为三采开发后期的区块科学控制低效无效循环,促进低产井二次受效,延缓含水回升速度,进一步改善开发效果开辟了新途径。(3)区块调剖堵水的开展取得了较好的经济效果,不仅在纵向上封堵了高渗层及大孔道,改善了纵向动用状况,同时完善了平面注采关系,扩大了平面波及体积,提高了调堵井周围其他方向、剩余油相对富集部位的驱油效果,集中规模化增油效果明显,是当前稳油控水的一项重要有效的技术措施。(4)不断研究和推广安全环保的堵水剂原料,形成高效的堵水剂体系,满足油田调剖堵水的需要,具有广阔的发展前景。(5)开发与其他增产技术措施的联合应用的复合增产措施,如压裂堵水、调剖堵水、堵水微生物驱油等联合方式,进一步提高原油采收率。

参考文献:

[1]付云,张铜耀,尹洪超.选择性堵水剂研究进展及应用中存在的问题分析[J].化学工程与装备,2013(2):131-134.

矿物研究范文第2篇

关键词:矿物样品;硅酸盐;测定成分;化学分析

在地质矿物样品中,硅酸盐是很重要的组成部分。由于硅酸盐在地壳中分布广泛,现代工业对硅酸盐的需求量很大。硅酸盐制品最常见的就是水泥和玻璃,都是我们日常生活中必不可少的。如果我们能将地质矿物样品中的硅酸盐进行比传统更为深入的分析,可以推动硅酸盐工业的发展,进而推动整个制造业的发展。拿建筑行业为例,硅酸盐水泥强度是通过水泥中的分子溶于水,和水反应后形成新物质,新物质中的硅酸盐在水泥中呈网状附着于水泥之中增强水泥的强度。如果可以分析出硅酸盐在水环境下哪种化学物质促进水泥强度增加强度,在日后生产高标号水泥的时候就能从硅酸盐下手研究出提升水泥质量的方法。在地壳各类岩石当中都含有大量的矿物质,而硅酸盐正是包含在这些矿物质当中。含有硅酸盐的矿物质数量占地球总矿物质数量的37%,尤其是高原地区的岩石中硅酸盐的含量更多,受海拔高度的限制,高原上的硅酸盐获取困难。机器运输不易,工人易产生高原反应,再加上高原上的矿物质与高温反应不完全,很难进行提取。但是其化学性质非常稳定,硅酸盐含量很高。所以即使提取难度大,高原岩石依旧是大部分人提取硅盐酸的首选。传统方法测定岩石中硅酸盐成分需要很长的时间,自然反应时常根据每种岩石的稳定性不尽相同,反应时间段的硅酸盐未必适合工业生产,所以如果能选定一个方法加快硅酸盐的反应速率就会提高工业生产的整体效率,高温会增加分子的活性,很多加快反应的外加剂都是利用产生热能加速分子活跃原理生产的。硅酸盐成分测定不让使用加入试剂的化学方法,改成物理加热应该也可以起到加快分子活动的目的。此次实验打算借助微波对硅酸盐的快速消解能力对硅酸盐进行化学分析。

1分析实验

1.1材料准备

市面上最常见的含有硅酸盐的水泥是本次实验的实验对象,除此之外还要准备正常的普通盐酸,质量分数30%。质量分数为50%的TEA和质量分数高达87%的ROH。因为我们的实验对象是水泥而不是平常的实验溶液,所以普通的搅拌无法满足要求,需要体态搅拌机和离心机。若干的玻璃试管、量杯、胶管和用来微波加热的功率在1200W以上实验专用微波炉。

1.2实验步骤

样品要进行多次少量取样,第一次取样不能超过1g。在样品中加入碳酸钠放置到可以加热的容器中进行加热。在500mL的量杯中加入SiO2溶液,如果没有成品溶液,可用盐酸过滤提取。在SiO2溶液中滴入氢氧化二胺20mL,反应过程中还会生成CaO和其他杂质。使用辅助剂差减分离法可将CaO和其他杂质从SiO2溶液中分离出来。加入25mL的磷矾铜黄分离出Fe2O,加入高锰酸钾进行比色分离,进行第二次取样,取样重量同样不超过1g,加入低质量分数硫酸和亚硝酸盐采用光度方课题提取出K2O。再次对样品进行取样,在样品中加入氢氧化硫放置在500mL的量杯中,静置20min等待样品分解。放入磷啡罗磷,提取出少量的Fe2O。采用连滴方法往量杯中加入25mL氧化锰,分离出MnO和CaO。分离氧化锰使用的试剂溶液是KMnO,使用光度法进行亚硝酸盐分离。最后在SiO2溶液中获得K2O。第三步制作EDTA试剂,EDTA试剂是测定硅酸盐成分的辅助试剂,在EDTA溶液中加入质量分数为50%的CaCO3溶液,比例为1∶8。稀释后的EDTA试剂再次加入蒸馏水,大约80~100mL之间,使用搅拌机对溶液进行搅拌,时间设置3min左右。搅拌后的溶液中加入指示剂,再次进行3min以上的充分搅拌。获得标准浓度的EDTA试剂。称取0.1g的水泥样品放在烧杯中,加入5mL普通盐酸溶液和50mL的蒸馏水。将烧杯放入微波炉当中进行加热消解,烧杯一定要拿盖子盖好,防止加热旋转的过程中液体飞溅出来,不能得到充分的反应。微波率功率调制1200W。首次加热2min,然后将加热后的样品拿出来进行观察,如果没有完全溶解就继续加热到完全溶解为止,不过一次的加热时间不宜太长,只需让样品完全溶解在反应液里即可。样品溶解后将其从微波炉中拿出放凉。重复以上步骤将水泥熟水泥也进行高温溶解。

2实验结果

取等量的两份样品分别进行传统方式溶解和微波加热消解,将实际所需时间相加,得出样品加热时长见表1。通过表1的数据对比,传统的消解方式和微波加热消解方式相比较,很直观就能看出用时至少短了一半的时间。为了保证不是偶然现象,做了三次对比消解实验。并消解了熟水泥和硅酸盐水泥两种样品,结果都是加热时间大大缩短。微波解热法可以使矿物质岩石的成分测定的效率提高。样品通过高温消解后,用配置好的EDTA试剂和指示剂对消解后的样品进行成分测定。首先要将样品溶液中的杂质分离出来,接着分离MnO和CaO等其他不需要的化学物质,利用离心机完成成分分离,最终测定出硅酸盐的实际化学成分。在取到高原硅酸盐岩石之后对其进行测试,得出岩石中硅盐酸的主要成分:MgO、SiO、TiO、Na2O、CaO、Al2,对硅酸盐主要成分的测定仅限于主要元素,大部分矿物质中的微量元素并不属于硅酸盐不需要额外进行测定。与传统方法相比较,具体数据见表2。由表2可得出在硅酸盐成分的测定过程,相比于传统方法,微波加热并没有影响数据的精准度。测出的数据完全在测定成分的误差范围内,微波加热消解方法的测定准确性是有保证的,不会因为反应时间的缩短而导致测定结果不准确。

3实验结果分析

上述两个实验分别测定了传统方法和微波加热发消解水泥样品中硅酸盐的效率和测定结果中的各个成分是否准确。得出结论就是微波加热消解方法在保证实验测定结果准确的前提下加快了硅酸盐消解效率。在同样的时间内,可以消解出更多的水泥样品。不同类型的矿物质硅盐酸的含量不同,硅盐酸中的化学元素非常多。大部分岩石矿物质的成分以氧化钾、氧化钠、氧化镁为主,还分布着少量的二氧化锰和二氧化硅。这些化学元素均匀的存在于硅酸盐岩石的内部。高原上岩石化学稳定性很高,这意味着用普通酸的反应方法可能很难让硅酸盐产生化学反应,需要辅助剂辅助反应以及更长的时间得到结果。但这也比其他普通酸的反应速度慢,达不到工业使用的需求。为了加速硅酸盐的反应速度采用加热辅助的分析方法。加热方式采用微波加热,微波加热更能加速硅酸盐内的分子运动,岩石中的硅酸盐和其他物质的混合物在高温加热中将硅酸盐分离出来方便测定各类化学成分。物理升温的方法避免了发热性化学试剂添加量还需进一步测定的步骤,而微波加热的技术现如今已经非常成熟,操作条件简单适用于大部分的环境,这种方法也很适合需要大批量进行成分测定的工厂。现在工业进入了飞速发展阶段,硅酸盐测定方式如果可以得到改良提高效率,也能推动现代工业的发展。岩石是很容易获得的原材料,只要不断地研究如何提高硅酸盐的测定速率,硅酸盐工业就可以稳定持续地发展下去。

4结束语

矿物研究范文第3篇

关键词:铀矿;矿物特征;成因探讨;太白地区

1引言

该区位于扬子陆块西南,黔北隆起区南北向凤岗褶皱带变形区西部边缘,遵义南北向复向斜北部偏东。区内出露地层为寒武系中上统娄山关组,奥陶系下统,志留系下统,二叠系中上统,三叠系下统及第四系,岩性以碳酸盐岩为主,其次为细碎屑岩。区内褶皱断裂发育,主要构造线方向为南北向,其次为北东向。铀矿化受桐梓—遵义复向斜控制。南北向红光坝向斜与北东向太白复向斜斜交复合部位有908、915、918等铀矿点分布(图1)。南北向茅坪向斜与北东向铜鼓坪背斜斜交复合部位有904、905、906等铀矿点分布。

2.矿床特征

区内含铀层位为二叠系中统茅口组;含矿岩石为富含有机质、泥质、细粒状黄铁矿内碎屑灰岩,生物碎屑灰岩,重结晶灰岩。铀矿化集中区受南北向桐梓—遵义大断裂与北东向正安区域性断裂斜交复合部位控制。铀矿化带、铀矿体受大断裂上盘次级断层及层间破碎带控制。铀矿体呈透镜状、团块状、不规则状。一般矿体长40m~60m,最长160m,矿体厚一般1.2m~4.4m,铀含量为0.058%~0.308%,最高3.18%。区内矿物成分较为复杂,主要矿物成分有:沥青铀矿、富钙铀矿、黑钒铀矿、氧钒矿,其次是方铅矿、硒镍矿、赤铁矿、黄铁矿、褐铁矿;铀次生矿物有钒钙铀矿、硅钙铀矿。脉石矿物主要有:方解石、石英、重晶石、白云石等。矿体围岩蚀变有方解石化、重晶石化、硅化、碳酸盐化、重结晶褪色化。

3.矿物特征

3.1矿物特征

(1)沥青铀矿:黑色,沥青光泽,贝壳状断口,反光镜下呈暗灰至灰白色,均质,无内反射。反射率13.1%~15.88%,莫氏硬度4,含氧系数2.39~2.55。沥青铀矿分布广,一般粒径0.2mm~0.4mm。呈粒状、胶状分布。常赋存于方解石脉、重结晶方解石脉结晶颗粒之间及方解石两侧和破碎灰岩裂隙中。在沥青铀矿两侧有0.5cm~1.0cm宽为重结晶方解石颗粒组成的褪色带。电子探针分析沥青铀矿中铀含量61.68%,钙3.87%,钒2.48%。沥青铀矿形态呈脉状、网脉状(图2a),球状(图2b),环带状(图2c、d),针状(图2e),长条状(图2f),浸染状、不规则状(图2g)。沥青铀矿中常分布细粒状方铅矿,硒镍矿(图2a、b),黄铁矿(图2e)。

(2)富钙铀矿:黑色、黑褐色,条痕为黑褐色,不透明,具有沥青光泽、油脂光泽。在反射光下为灰色,暗灰色,均质。反射率低,仅26.23%,显微硬度131kg/mm2~144kg/mm2(相当于莫氏硬度3.3左右),其形态呈肾状、环带状构造,呈胶装集合体充填于方解石脉中。经电子探针分析,矿物主要成分为U、Ca、V,在矿物成分中分布均匀,含少量Pb、Al、Si、K、Mg,各元素含量。将富钙铀矿进行X射线粉晶分析,在常温下无衍射图谱,但加热到900℃,1.5h后,变为黄褐色。加热后与人工合成的钙铀氧化物具有相同的衍射图。富钙铀矿常与沥青铀矿、硒镍矿、氧钒矿、方铅矿、黄铁矿、赤铁矿等矿物共生。

(3)黑钒铀矿:黑色,不透明,沥青光泽。呈粒状晶体,硬度3.8~4.2,在反光镜下呈灰色,均质,反射率为9.2%。该矿物与富钙铀矿密切共生,是一种铀钙钒的原生化合物。矿物成分经电子探针分析,主要是:铀、平均含量38.6%,钙6.4%,钒6.1%,铝、硅、镁微量。分布不均匀,个别测点钙达13%,钒19.5%。

(4)氧钒矿:黑色、棕黑色,半金属光泽,镜下反射色为黄色。一般呈细针状结合体,局部见大颗粒晶体。分布广泛,常见分布于重结晶方解石脉两侧,在沥青铀矿中呈细小点状集合体(图2f)。

(5)硒镍矿:古铜色,金属光泽,硬度较大,呈粒状、粒状集合体和由粒状组成的网脉状,分布于沥青铀矿中,较大颗粒者包于环状沥青铀矿中(图2a)。由微细颗粒组成网状,硒镍矿则构成圆球状、环带状外形的集合体(图2h)。经电子探针分析:硒含量65.1%,镍含量29.9%。

(6)闪锌矿:脉状、条带状,一般粒径1mm~2mm,以半自粒状为主,常与方铅矿、黄铁矿伴生。

(7)方铅矿:镜下呈灰白色,半自形、自形粒状,一般晶粒直径0.2mm~0.3mm。局部地段呈条带状、不规则状集合体,常浸染在沥青铀矿中(图a、b)。

(8)黄铁矿:呈星点状、细脉状,赋存于富含沥青铀矿、氧钒矿、方解石脉中和方解石脉两侧脉壁中。粒状一般为0.06mm~4.1mm之间。富含铀含量0.024%~6.53%,镍含量0.11%~2.24%(马瑞,2013)。

(9)脉石矿物以低温热液形成的方解石脉体为主。主要有三期,早期为白色,成脉状、网脉状,穿插于围岩中。第二期为黑色,结晶粗大的重结晶方解石脉,呈不规则状、团块状、短脉状充填于裂隙、层间滑动面和穿插于早期形成的方解石脉中,与铀矿化关系密切。沥青铀矿常呈粒状、晶粒状充填于重结晶方解石粒间或脉体内。第三期为细小白色方解石脉,切穿前期方解石脉。

3.2成矿阶段及矿物生成顺序

根据野外观察和岩矿鉴定资料,结合矿石结构、构造及矿物脉体相互穿插关系、矿物共生结合等特征,初步认为区内有三个成矿阶段:早期成矿阶段形成团块状石英,纯白色方解石脉,硒镍矿,针镍矿,黄铁矿;第二成矿阶段形成黑色粗晶方解石脉,重结晶方解石脉,脉状、网脉状沥青铀矿,富钙铀矿,黑钒铀矿,氧钒矿,闪锌矿,方铅矿;第三成矿阶段为细小白色方解石脉及铀次生矿物钒钙铀矿、硅钙铀矿、褐铁矿。

4.成因

根据区域成矿背景、矿点内围岩蚀变、矿物成分、矿体形态、分布特征,结合包裹体成分、形成温度,初步认为太白地区铀成矿为中低温热液成矿。

4.1铀成矿时代

在太白908铀矿点,宽阔906铀矿点采集沥青铀矿样品进行铀铅同位素测定:908铀矿点成矿时代为84.9±1.5Ma,906铀矿点成矿时代为86.2±1.1Ma,与围岩时差大,为燕山晚期产物。

4.2围岩蚀变及矿物成分

区内围岩蚀变发育,主要有碳酸盐化,硅化,方解石化,特别是中低温黑色粗晶重结晶方解石发育,成脉状、网脉状、束状。矿物成分较为复杂,沥青铀矿、富钙铀矿、黑钒铀矿为中低温热液原生矿物。沥青铀矿颗粒粗、含量多,呈脉状、网脉状、带状。

4.3成矿温度及成矿流体

根据蚀变带中石英,方解石包裹体,采用均一法测温可知:906矿点早期成矿温度为185℃~215℃,晚期成矿温度为130℃~152℃,908矿点早期成矿温度为174℃~200℃,晚期成矿温度为130℃~148℃。成矿流体为中低温、低盐度、低密度流体(马瑞2013)。

4.4铀源

区内铀源一部分来自深部寒武系下统牛蹄塘组下部含铀磷块岩及含铀炭质页岩,二叠系中统栖霞组、茅口组富含有机质、炭泥质生物碎屑灰岩。另一部分来自深部地幔和隐伏花岗岩体早期喷溢的富含U、Si、CO2、V、Ni、Se的地热流体。该区处于峨眉山地幔热柱东南部边缘。茅口世中期,地幔隆升,黔中及北部发生海相玄武岩喷溢;晚二叠世早期,峨眉山玄武岩发生喷溢,其后富含U、Si、CO2、V、Ni、Se的地热流体沿桐梓—遵义南北向断裂与北东向正安断裂横跨复合部位上升至浅部,在南北向及北东向次级断层和层间破碎带沉淀,在906、908地区铀初步富集。燕山期贵州受到强烈造山运动影响,断裂构造进一步复合,富含U、Si、CO2、V、Ni、Se等气液流体沿南北向与北东向构造复合部位上升,促使原已形成的铀进一步富集,形成工业铀矿体。

5.结论

(1)太白地区铀矿化受南北向与北东向断裂斜交复合部位控制,铀矿体受次级断层及层间破碎带控制。

(2)区内矿石物质成分较复杂,其中沥青铀矿、富钙铀矿、黑钒铀矿发育。

(3)太白地区铀成矿流体为富含U、CO2中低温、低盐度、低密度成矿流体,成矿温度为130℃~200℃。

参考文献:

[1]中南209队六队,贵州省绥阳县太白地区普查揭露评价报告[R].1981.

[2]中南209队六队,1955~1980年贵州省遵义向斜铀矿地质物探工作总结[R].1981.

[3]中南209队六队,1978年绥阳906地区铀矿普查地质物探报告[R].1978.

[4]巩化修,906、908岩矿鉴定报告[R].1975.

[5]魏思华,中国铀矿物[M].原子能出版社,1979:50-53.

[6]黄继钧,川黔南北向构造带古构造特征[J].地质力学学报,1998(01):3-5.

[7]马瑞,贵州太白地区铀矿地质特征及成因探讨[D].昆明理工大学,2013.

矿物研究范文第4篇

关键词:矿物学科;矿物科学;矿物工程;学科建设;实践

矿物科学与工程学科(矿物学科)由矿物科学与矿物工程两个二级学科构成,主要研究矿物(天然和人工合成)化学成分与结构、理化性质与技术性能、鉴定与分类、形成与演化、加工与综合利用的相关基础理论与应用技术以及它们相互之间的内在联系与规律。矿物科学包括地质学领域的传统矿物学及其与环境科学、物理学、生物学、化学等学科交叉形成的环境矿物学、矿物物理学、生物矿物学、矿物晶体化学等在内的矿物史学、描述矿物学、理论矿物学和应用矿物学4大类学科分支。矿物工程主要涉及矿物分离提纯、矿物加工、矿物应用以及矿产资源综合利用等相关工程与技术,包括工艺矿物学、矿物加工工程(选矿)、应用矿物学、非金属矿深加工和矿物材料等学科分支。

一、矿物学科建设探索

1.矿物学科体系建设。我校矿物学科体系延伸了非金属矿特色链,拓展了非金属矿开发与综合利用和矿物材料方向。西南科技大学(原重庆建筑材料工业专科学校,原四川建筑材料工业学院)于1958年建立突出非金属矿产的“非金属矿产地质与勘探”专业(专科),成为国家建材和非金属矿工业培养专门人才的特色专业。1978年,我校“非金属矿产地质与勘探”本科专业开始招生。1988年,西南科技大学与中国地质大学合作创建“矿物岩石材料”专科专业,正式培养矿物学科专业学生。1994年,矿物岩石材料专业升为本科(1998年更名为材料物理专业)。1999年,矿物岩石材料(材料物理与化学)专业获得硕士学位授予权。2011年,矿物加工工程本科专业获得教育部批准并开始招生。2011和2012年矿加工程和矿物材料学二级学科硕士点分别设立并开始招生。

2.学科平台建设。在矿物学科教学、科研平台建设方面,建立的学科平台体现了非金属矿产的特色,在我校矿物学科的人才培养和科学研究等方面发挥了极为重要的作用。我校于1989年建立非金属矿研究所(原国家建材局批准成立)。1993年,成立矿物材料及应用研究所。1994年,地质学科被批准为国家建材总局省部级重点学科,并相应成立地质资源省部级实验中心。2007年,“固体废物处理与资源化”省部共建教育部重点实验室批准立项建设,并于2011年通过验收。2010年,非金属矿产地质及其开发利用四川省高等学校重点实验室获批并运行。

3.学科方向凝练。以非金属矿产开发与综合利用为特色的我校矿物学科建设取得了显著成效,逐步发展为学校优势学科,有力促进了我校的发展。在20世纪80年代,我校矿物学科提出“地质体综合利用”、“非金属矿材料”等研究思想,首先提出了“非金属矿物超细效应”、“纳米矿物材料”、“生态矿物材料”等新概念。矿物学科取得的研究成果和矿物岩石材料专业建设经验在全国有关地矿院校得到了推广和应用,为矿物岩石材料学这一新学科体系和人才培养体系框架的建立做出了贡献。我校矿物学科方向涉及非金属矿开发与综合利用、矿物材料和矿物生态环境等领域。对高岭石、蛇纹石、纤蛇纹石石棉、水镁石、蛭石、凹凸棒石、蒙脱石、石墨、硅藻土等非金属矿在应用矿物学和环境矿物学领域开展了深入研究。矿物学科方向的凝练对矿物材料和矿物加工工程专业的发展起到了重要推动作用。对学科方向的凝练,促进了矿物与微生物相互作用、非金属矿物环境与生物效应、纳米矿物学与材料、尾矿处理与综合利用等特色方向的发展。

4.学术队伍建设。在学术队伍建设方面,我校上世纪90年代开始通过加拿大国际开发署(CIDA)支持的矿物科学项目,开展国际科技合作与交流。通过国内外进修和留学,与重点院校合作培养、攻读高层学位、强化科研教学实践、对口等方式,培养了一大批学术带头人和教学科研骨干,促进了矿物学科学术队伍的建设。矿物学科紧紧围绕非金属矿产特色方向,逐渐形成了以高水平学术带头人为引领,中青年研究人员为主体的一支规模适中、多学科交叉、优势互补、年龄结构合理、具有较高学术水平和团队凝聚力的研究队伍。矿物学科现有各类教学、科研人员43名,其中教授19人,博士生导师4人,具有博士学位的25人。近年来,通过引入一批地质、矿业、环境、生物、资源加工等学科优秀青年人才,加强培育矿产资源循环利用、矿物资源加工等前沿、交叉学科学术队伍建设,使得矿物学科体系进一步完善。

5.特色课程与教材建设。在上世纪80~90年代我校矿物学科组编写了五部突出非金属矿特色的系列教材:《非金属矿产地质学》、《非金属矿产矿物学》、《非金属矿床勘查与评价》、《非金属矿产物相及性能测试与研究》和《应用矿物学》。非金属矿产开发利用教学团队2011年获四川省优秀教学团队,现开设《应用矿物学》、《非金属矿产地质与评价》、《非金属矿物性测试》、《非金属矿开发与利用》和《非金属矿深加工及矿物材料》等系列课程。为反映最新研究成果和适应新的教学需要,非金属矿产开发利用教学团队2010年编写《非金属矿产开发利用》教材。2015年重编《应用矿物学》教材,其他特色教材正在逐步完成再版或重编工作。我校矿物学科特色课程与教材建设取得的成果,推动了矿物学科的建设和专业人才的培养。

6.人才培养探索。学科建设是人才培养的基础,是人才培养最为重要的关键环节之一。在传统矿物学科人才培养途径,国内的矿物学等相关课程由于其重要的专业基础课程性质及很强的实践性质曾一度处于整个地质学科体系的核心位置。经历历次改革后以后,矿物学科专业课程压缩严重,一些专业必修课程变更为选修课程或不再开设。《矿物学》、《应用矿物学》等专业基础课程的学时数大幅度削减,学生的基础理论学习与实验技术训练都受到相当程度的影响。另一方面,《矿物学》、《应用矿物学》、《矿物材料》和《非金属矿开发利用》等矿物学科专业课程在不同地矿类大学因行业差异在专业教学设计与实践过程中略有侧重。

可见,现有矿物学科人才培养模式,已不能适应矿物学科人才培养的需求。创新性人才的培养是高等教育的重要任务,针对矿物学科建设中人才培养存在的问题,我校矿物学科加强创新性本科人才培养模式的改革和探索,提出培养高水平创新性专业人才为目标,实施“因材施教”的基本培养模式。依托学科重点实验室平台,开设“资源循环利用科学”创新试验班,建立优秀本科学生科研能力培养运行机制。从本科第3学期开始,入选试验班的矿物学科优秀本科生培养分为两个阶段:课程学习阶段、科研实践阶段。通过创新试验班的途径,对优秀本学生的专业知识和科研实践强化训练,提高了矿物学科优秀本科生科研能力、动手能力、创新能力、综合分析问题与解决问题能力的培养,促进了我校矿物学科的建设。在矿物学科建设人才培养方面,我校注重将教学团队建设与学科建设、科研团队建设有机结合起来,建立将研究成果快速转化为专业人才培养教学资源的机制,以保障教学质量。

二、结语

随着我国矿物学科的发展,矿物科学与工程学科一级学科体系基本形成,其内涵也已形成基本共识。改革开放以后,历经四次大规模的学科专业目录调整,极大地影响了矿物学科专业人才培养[1]。另一方面,矿物学科发展很快,服务面越来越广,对矿物学科人才的要求也越来越高,矿物学科专业人才匮乏的问题越来越严重,成为制约矿物学科发展的重要因素。因此,矿物学科建设当前最为迫切任务是尽快争取教育部设立矿物科学与工程一级学科目录和专业目录,设置相对应的矿物科学和矿物工程专业,培养一大批优秀青年专业人才,以解决矿物学科发展的关键问题。今后在矿物学科建设的人才培养方面,坚定矿物学科人才培养的同时,一是要更加注重学科、专业的建设和顶层规划;二是在扩大矿物学科方向研究生规模的同时,要更加注重质量;三是在强调学习矿物学科基础知识的同时,要注重矿物科学与工程的系统培养;四是在加强理论学习的同时,更加注重实践能力的培养;五是在加强科研型人才培养的同时,要更加注重工程师型和科技创新型人才的培养。

参考文献:

[1]廖立兵,汪灵,彭同江.关于建立矿物科学与工程学科的一点思考[J].矿物学报,2015,35(1):1-5.

[2]董发勤.应用矿物学[M].北京:高等教育出版社,2015.

[3]汪灵.矿物科学的理论结构[J].矿物岩石,2006,25(3):9-13.

[4]汪灵.矿物材料学的内涵与特征[J].矿物岩石,2008,28(3):1-8.

[5]汪灵.矿物科学的概念[J].矿物学报,2005,25(1):1-8.

[6]李胜荣,陈光远.现代矿物学的学科体系刍议[J].现代地质,2001,15(2):157-160.

矿物研究范文第5篇

蔬菜重金属污染现状

人类生存和健康与土壤、空气、水的质量息息相关。发达的工业国家环境污染已有上百年的历史,20世纪中叶开始意识到问题的严重性,提出了“环境保护”的概念。并在重金属污染与治理上开展深入的研究工作,发达国家十分重视重金属污染来源、污染状况以及风险评估研究工作。因环境污染而导致蔬菜等食品重金属污染进而危害人类身体健康的问题引起世界各国的高度关注。Singh等[3]通过调查新德里郊区的蔬菜重金属污染现状发现,菠菜中Cu、Zn、Pb、Cd等含量超标,超标率分别为13%、95%、78%和100%;George等[4]对4个农场46个采样点的蔬菜进行重金属含量检测,结果发现几乎所有采自Boolaroo地区的蔬菜中Pb、Cd含量都超过了澳大利亚食品标准中关于Pb、Cd的限量标准。近年来,蔬菜中的重金属污染问题在我国也受到了重视。比较早开展蔬菜重金属污染研究的是北京、广州等城市。北京等地监测分析指出[5];富含重金属的污水灌溉及垃圾会通过提高土壤中重金属含量进而显著提高蔬菜中重金属含量。目前,我国因重金属污染而造成每年粮食减产为1000×104t,每年被重金属污染的粮食多达1200×104t,合计经济损失至少200亿元[6]。在我国北部地区,中国科学院地理研究所的调查表明,北京市生产的蔬菜有30%重金属超标[7]。90年代中期王丽凤等[8]对沈阳市蔬菜重金属调查的结果表明,超标率较大的金属是Pb和Hg,其次是Zn和Cd,蔬菜综合超标率为36.1%,污染面积为3600hm2。而沈阳菜地土壤重金属与其背景值相比,Cd、Pb、Zn的平均值分别为背景值的7.06、3.96和3.87倍[9],表明了沈阳市菜地土壤和蔬菜已受到多种重金属的复合污染。天津市郊检测的36种蔬菜样品中,重金属检出率为100%,Cd已达到警戒线水平,单项污染指数最高值达19.22,总超标率为30.41%[10]。早在20世纪90年代对上海市蔬菜重金属污染状况的调查发现,蔬菜受Cd和Pb污染比较严重,超标率分别为13.29%和12.0%[11]。1996年对宁波市蔬菜重金属污染调查结果表明,Zn、Cd、Cr3种元素超标率都在60%以上[12]。张永志等[13]对温州市场19种蔬菜、水果123个样品中重金属Hg、As、Pb、Cd的含量调查,温州市场上果蔬重金属污染的程度依次是:Cd>Pb>Hg>As,其中菠菜、黄瓜、梨、猕猴桃、苹果中Cd的超标率分别为5.00%、16.7%、33.3%、16.7%和25.0%。长沙市主要蔬菜基地中,有13种蔬菜Pb和Cd超标率分别达60%和51%[14]。受调查的南宁市12个蔬菜样点中有11个样点Cd超标;10%以上样点Pb超标[15]。彭玉魁等[16]于1996—1997年对陕西省的西安、咸阳、宝鸡等6个城市郊区的14种蔬菜中的Hg、As、Pb、Cr、Cd等金属元素含量进行了调查,其中Pb和Cr在某些蔬菜中的超标现象严重。对成都地区的9种蔬菜的152个样品的分析结果表明,Pb和Cr是该地区的主要污染元素,它们的超标率分别为22%和29.4%,Hg和As的检出率为100%[17]。而重庆市近郊蔬菜基地土壤重金属Hg和Cd超标率分别为6.7%和36.7%,叶菜类蔬菜Cd、Hg、Pb等污染达到临界级,污染程度为Cd>Pb>Hg[18]。

菜地土壤重金属向植物链迁移与富集规律研究概况

随着人们对蔬菜需求量的增加,食入重金属超标的蔬菜会对人体健康造成更大的危害。因此,全面掌握蔬菜对重金属的吸收与富集规律,合理进行蔬菜的生产布局,对发展绿色食品和无公害蔬菜,保障人类健康具有重要意义。

不同种类蔬菜的重金属含量分析

同一植物种类对不同的重金属元素的吸收、富集能力不同,不同种类的植物对同一种重金属元素的吸收、富集能力也不同[19]。许多研究表明,不同种类蔬菜对重金属元素的吸收能力从大到小依次为叶菜类>根茎类>瓜果类>豆类[20]。杜应琼等[21]研究发现,在相同环境条件下,蕹菜、苋菜对Pb的富集能力很强,体内的Pb含量约为莴苣的4倍,芥菜的10倍。周根娣等[22]对上海市农畜产品的调查结果也表明,叶菜类较其他类别蔬菜污染严重。Zurera-cosano等[23]研究发现,蔬菜品种之间重金属含量呈显著差异(P<0.01﹚。Ghulam等[24]发现被测蔬菜中,菠菜叶中Cd、Mn的含量最高,随后依次为秋葵>苦瓜>荷兰薄荷。

蔬菜对生态环境中重金属的吸收

蔬菜对生态环境中重金属的吸收主要是通过根系吸收,其次为叶片[25]。Zheljazkov等对保加利亚某有色金属冶炼厂附近的薄荷调查发现,在薄荷中的Cd的含量为根>叶>根状茎>茎;Pb含量为根=叶>根状茎=茎;Cu含量为根>叶=根状茎=茎;Zn含量为叶>根>根状茎=茎。李学德等[27]研究发现,菠菜中Cd的积累量为叶片、根>茎,而Cd和Cu的积累量依次为叶片>根>茎杆,Pb的积累量则依次为根>茎>叶片;青菜叶片中的Cr、Cd、Pb、Cu等的含量均高于茎。郑路等[28]认为,生长在污染空气中的蔬菜,50%的Pb是通过叶片从大气中吸收的;叶面积大、叶面粗糙的蔬菜吸收Pb的能力较大;而叶细小、表面呈蜡质状的蔬菜Pb的吸收能力较小。汪雅谷等[29]研究发现,同一种蔬菜吸收不同重金属的能力不同,富集元素的规律是Cd>Zn、Cu>Pb、Hg、As、Cr。也有发现当Zn、Cd、Cu混施时,Cd的存在促进了大豆叶片中Zn的积累,而Cu的存在则使Zn和Cd的浓度降低[30]。同一种蔬菜的不同基因型对重金属的吸收积累也存在差异。王松良等[31]通过实验发现,小白菜13种基因型茎叶Cd、Pb、As含量差别很大。在相同Cd浓度下,不同小白菜品种间Cd含量差异最高相差413倍,差异显著,且外界Cd浓度越高,品种间差异越大[32]。

蔬菜中重金属含量与菜地土壤重金属含量的关系

蔬菜对重金属元素的吸收与积累取决于菜地土壤中重金属的含量、土壤条件及蔬菜的种类。汪雅谷等[33]对客良试验中土壤重金属含量进行相关分析表明,蔬菜中的Cd、Zn、Cu含量与土壤中的Cd、Zn、Cu含量相关显著。但是在大田条件下,由于蔬菜吸收土壤中的Cd受到多种因子的影响,其相关程度要比盆栽试验小得多[34]。冯恭衍等[35]的研究结果也表明,除Pb、Cr外,蔬菜中其他重金属元素的含量与土壤重金属含量有一定的相关性;各元素的富集系数(即蔬菜中某污染物含量占有土壤在中该污染物含量的百分率)以Cd最高,Zn、Cu次之,Pb、Cr居后。这与各重金属的迁移性强弱顺序相一致,Cd、Zn、Cu等元素较易为植物可吸收。但是,富集系数的大小取决于蔬菜种类和土壤环境条件、物理化学特性等很多影响因素,因而这些结果只能作为一种对大致趋势分析和判断。

研究方向与展望

目前,国内外很多城市,尤其是工业发达和人口密集的城市重金属污染问题更为突出。因此,要有效地控制蔬菜重金属含量,保证蔬菜质量安全。以下几方面将是我国菜地土壤和蔬菜重金属污染研究的重点。

系统和全面地开展粮食、菜地土壤重金属污染的调查研究及风险评估,研究土壤、菜地的区域土壤环境的空间变异与分布规律,开展土壤环境质量标准的研究和制定工作,加强无公害粮食、蔬菜生产基地建设,采取积极措施严格控制粮食、蔬菜的重金属污染。

加强蔬菜对重金属吸收积累的基因型差异研究,利用丰富的植物物种资源,研究其对重金属的吸收转运机制,以降低土壤中重金属的污染,同时筛选和培育低吸收、低富集重金属的蔬菜品种,减少重金属进入食物链,为跨越发达国家设立的绿色贸易壁垒提供技术保障。

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