1 昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明 650093
2 云南省中—德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室，昆明 650093
3 昆明理工大学 电力工程学院 ，昆明 650500
针对磁铁矿石在采选和破碎过程中耗能巨大的问题，借助分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置，对磁铁矿石进行不同应变率条件下的冲击压缩试验，分析磁铁矿石的动态力学特性及其破坏过程中的能量耗散特征，并借助ANSYS/LSDYNA软件模拟试样完整动态破坏过程。研究结果表明：磁铁矿石试样的动态抗压强度具有显著的应变率相关性，应变率从43.94~147.75 s-1，其动态抗压强度从126.77 MPa提高到220.62 MPa。能量传递规律分析表明，随着入射能的增大，反射能增长趋势增大，最大占比约占总入射能的22%; 而透射能增长趋势减小，且透射能占比从低入射能下的78%降低至高入射能下的38%，用于试件破碎的耗散能量逐步增多，与入射能呈线性关系。其破坏模式从中低应变率下的劈裂破坏转为高应变率下的压碎破坏，从破碎尺度来看，中低应变率下碎块多为大块状，而高应变率下碎块尺度较小且多呈细粒状及针状。数值仿真计算表明试件最开始发生破坏是由试件入射杆端面的“十字”反射拉伸波引起的。研究结果可为判断磁铁矿石动力破碎的难易程度以及提高冲击破岩效率提供参考。
霍普金森压杆 磁铁矿石 动力学特性 破坏模式 数值模拟 hopkinson pressure bar magnetite ore dynamic characteristics failure modes numerical simulation
1 河南大学土木建筑学院,开封 475004
2 河南轻工职业学院,郑州 450008
3 河南大学开封市工程修复与材料循环工程技术研究中心,开封 475004
为评价磁铁尾矿砂在水泥碱性环境中的化学稳定性,研究了磁铁尾矿砂对饱和Ca(OH)2溶液pH值、砂浆棒膨胀率及钢筋锈蚀率的影响。结果表明,粒径为2.500和1.250 mm的磁铁尾矿砂在早期时对饱和Ca(OH)2溶液pH值降低作用较为明显,随龄期延长,粒径小于1.250 mm的磁铁尾矿砂对溶液pH值的降低作用变得愈加显著。不同粒径的磁铁尾矿砂取代部分天然砂时,引起的砂浆棒膨胀情况有所不同,其中粒径为0.630和0.315 mm的磁铁尾矿砂对砂浆棒体积变形的影响更为显著,而且在较长龄期后,含有0.630 mm磁铁尾矿砂的砂浆棒膨胀率最大。在Ca(OH)2和NaCl混合溶液中,磁铁尾矿砂较钢筋更易发生反应,可减缓钢筋锈蚀。
磁铁尾矿砂 化学稳定性 快速砂浆棒法 体积膨胀 钢筋锈蚀 magnetite tailing chemical stability accelerated mortar bar method volume expansion reinforcement corrosion
LaMeAl11O19陶瓷具有独特的晶体结构, 优异的热力学性能, 低热导率, 高温相稳定性等特点, 是一类非常有应用前景的热障涂层(TBC)材料。本研究通过大气等离子喷涂(APS)制备了LaMeAl11O19/YSZ (Me=Mg, Cu, Zn)双陶瓷层热障涂层。通过对涂层进行火焰热循环测试并结合扫描电子显微镜、X射线衍射仪等分析技术对涂层进行失效分析。结果表明, LaMgAl11O19 (LMA)、LaZnAl11O19 (LZA)和LaCuAl11O19 (LCA)粉末在等离子喷涂过程中发生了分解, 导致三种涂层中磁铅石相含量的差异, 从而影响三种涂层的热循环寿命。由于LaMeAl11O19层与YSZ层的热膨胀系数不匹配以及非晶相重结晶产生的体积收缩, LaMeAl11O19层从YSZ层上剥落。YSZ层暴露在高温下, 加速了烧结和TGO的生长, 又促进了YSZ层剥落。低温下, LaMeAl11O19的热导率随着Me原子序数增加而降低; 高温下, 与LMA和LZA相比, LCA涂层红外发射率最高(0.88, 600 ℃), 削弱了光子传导对热导率的贡献, 导致热导率降低, LCA在高温红外辐射涂层中具有潜在的应用价值。
热障涂层 磁铅石型稀土六铝酸盐 火焰热循环 热力学性能 thermal barrier coating magnetite rare earth hexaaluminate flame thermal cycling thermodynamic property
武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
随着燃气涡轮机的应用温度不断提升, 陶瓷材料的抗CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)性能越来越重要。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试方法, 研究了LaMeAl11O19(Me=Cu, Zn)陶瓷体材料在不同温度和时间条件下的抗CMAS腐蚀行为。结果表明, LaZnAl11O19(LZA)和LaCuAl11O19(LCA)体材料的腐蚀产物都包括透辉石(Ca(Mg,Al)(Si,Al)O7)和钙长石(CaAl2Si2O8)。随着腐蚀温度的提高和时间的延长, 腐蚀深度增加, Ca(Mg,Al)(Si,Al)O7逐渐转变为CaAl2Si2O8。LZA和LCA体材料的CMAS腐蚀可以用“溶解-析出”机制解释。体材料逐渐溶解到CMAS中, 形成Ca(Mg,Al)(Si,Al)O7, 进而逐渐转变为CaAl2Si2O8, 使难以结晶的透辉石相转变为易结晶的钙长石相。La原子为析晶的晶核, CMAS玻璃相与体材料之间存在界面能, 这些因素共同促进了CaAl2Si2O8在CMAS内部以及两者的界面处析出厚板状晶体。
陶瓷体材料 抗CMAS性能 腐蚀机理 燃气轮机 热障涂层 磁铅石型稀土六铝酸盐 ceramic bulk material CMAS resistance corrosion mechanism gas turbine thermal barrier coating magnetite rare earth hexaaluminate
1 中山大学地球科学与工程学院, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广东 广州 510275
3 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
如何利用拉曼光谱对矿物中的微小包裹体进行无损鉴定, 是矿物学与宝石学研究中经常遇到的问题。 彩虹方柱石是一种含有特殊包裹体的方柱石, 其包裹体在反射光下呈现虹彩效应。 本文利用超景深显微镜、 电子探针、 显微激光拉曼光谱、 X射线粉晶衍射分析, 特别是创新性运用拉曼光谱面扫描填图技术对彩虹方柱石中微小的磁铁矿包裹体进行了无损鉴定研究。 显微特征显示, 彩虹方柱石的包裹体可能和固溶体出溶有关, 微小包裹体平行排列, 形成了类似反射型衍射光栅的结构, 导致其在反射光下出现彩虹色。 根据电子探针测试结果, 彩虹方柱石端元组分为Ma68.2—69.7Me30.3—31.8, 属针柱石亚族。 根据拉曼光谱测试结果, 部分包裹体出现了位于661 cm-1处的弱拉曼峰。 由于图谱信噪比普遍偏低且该峰并不会在所有测试位置出现, 所以容易被忽略。 为进一步探究该峰的来源, 对包裹体部位进行拉曼面扫描, 并选择630~680 cm-1范围的拉曼峰进行了相关性分析, 确认了包裹体位置普遍存在位于661 cm-1处的弱拉曼峰。 该拉曼峰可归属为磁铁矿的A1g振动峰, 从而确认了产生虹彩效应的针状包裹体中包含有更微小的磁铁矿包裹体。 XRD测试结果表明, 包裹体较多的样品存在位于2.51 Å处的磁铁矿(311)晶面衍射峰, 进一步验证了拉曼光谱面扫描的结果。 根据上述实验, 拉曼面扫描技术或许可以成为鉴定矿物宝石中微小包裹体的有效辅助性手段。 该研究创新性提出, 如果矿物包裹体的拉曼信号很弱, 可以将拉曼面扫描结果与包裹体的分布特征结合分析来判断该信号的有效性。 同时为无损鉴定矿物中的包裹体提供了一种新的研究思路与方法。
彩虹方柱石 磁铁矿包裹体 拉曼光谱面扫描 电子探针 Iridescent Scapolite Magnetite inclusions Raman mapping EPMA XRD XRD 光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2105
1 南通大学 理学院，江苏 南通 226019
2 江西师范大学 物理与通信电子学院，江西 南昌 330022
3 上海交通大学 物理系，上海 200240
针对一般光反应器的不足，双面金属包覆波导能够把光耦合进入导波层中激发出超高阶导膜，波导中入射波与反射波相互叠加形成驻波，继而在导波层中出现一系列的光能量增强点(被认为是光陷阱点)。基于这种光学特性，设计了一种新颖的液芯双面金属包覆波导光反应器。采用含有二价铁离子和三价铁离子的混合盐溶液充当导波层，激光耦合进入导波层中两小时后，在该种特定光场分布的作用下，制备出了合成产物。通过对产物的分析，确定合成产物为磁铁矿γ-Fe2O3。
超高阶导膜 驻波 液芯波导光反应器 磁铁矿 ultrahigh order mode standing wave liquid-core waveguide optical reactor magnetite
1 中国科学院地质与地球物理研究所, 中国科学院矿产资源研究重点实验室, 北京100029
2 中山大学地球科学系, 广东 广州510275
3 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室, 广东 广州510275
条带状铁建造（banded iron formation, BIF）是前寒武纪地层中广泛发育的一类富铁沉积岩, 它在华北克拉通内广泛发育。 在华北克拉通南缘的舞阳地区, 晚太古代太华群铁山庙组BIF包含石英-磁铁矿和辉石-磁铁矿两种组合, 前者的绝大部分磁铁矿颗粒均自形程度高、 粒度粗大并常常紧密伴生有一定量的方解石。 舞阳地区铁山庙组BIF的RAMAN, SEM, CL和EDS分析结果表明: 石英-磁铁矿矿石中的磁铁矿自形程度最高、 石英次之、 方解石最低; 方解石似条带的RAMAN分析结果指示其有序度、 结晶程度沿条带的垂直方向无规律突变, 明显不同于裂隙中后期热液流体沉淀形成的方解石脉; 方解石发生了塑性流变并最终定位于石英和磁铁矿间的间隙内, 其矿物的截面形状和展布特征明显受控于石英和磁铁矿并得到了石英颗粒间微裂隙内方解石的证实; 方解石似条带的微区成份存在明显差异, 这反映方解石经历了塑性流变及再次汇聚; 在磁铁矿颗粒的汇聚及生长过程中, 方解石充当了磁铁矿微颗粒迁移的媒介并得到了方解石中磁铁矿微颗粒局部富集现象的证实。
条带状铁建造 方解石 微区特征 塑性流变 磁铁矿 Banded iron formation Calcite micro-area characteristics Plastic flow Magnetite 光谱学与光谱分析
2013, 33(11): 3061
1 成都理工大学材料与化学化工学院, 四川 成都610059
2 广州出入境检验检疫局化矿处, 广东 广州510623
建立了添加络合剂A进行微波消解难溶钒钛磁铁矿, 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)测定其中铁、 钛、 钒的方法。 通过正交实验确定的最优消解条件是: 0.1 g钒钛磁铁矿； 12 mL浓盐酸； 0.04 g络合剂A； 消解时间10 min； 微波功率385 W。 用新建立的方法对攀枝花钢铁研究院的钒钛磁铁矿(GBW07226)进行消解, 用ICP-OES法对Fe, Ti, V进行测定, 测定的相对误差和相对标准偏差均达到分析化学的要求。 新建立的方法中, 添加络合剂与溶解出的金属离子络合, 使得试样与溶解介质盐酸的接触面不断更新, 显著加速了矿物的溶解, 用ICP-OES法测定消解液, 实现了多种主量、 微量元素同时测定。 该法试剂用量少、 经济； 样品消解、 测定迅速； 对环境友好； 适合大批量样品快速测定。 建立的方法对国家商检部门、 相关分析测试单位等具备实际应用价值。
微波消解 钒钛磁铁矿 络合剂A Microwave digestion Vanadium and titanium magnetite ICP-OES ICP-OES Complexant A 光谱学与光谱分析
2010, 30(8): 2277
