以分析纯试剂为原料模拟含锌冶炼渣, 采用熔融法制备微晶玻璃, 利用X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱等表征方法, 探究不同氧化锌掺杂量对微晶玻璃形成、晶化及理化性能的影响。结果表明, 微晶玻璃的主要结晶相为堇青石相, 少量氧化锌(低于0.5%, 摩尔分数, 下同)的加入能够增强玻璃形成能力。随着氧化锌含量逐渐增加(0.5%~20.0%), 玻璃网络结构的完整性变差, 玻璃的黏度降低, 微晶玻璃的主要结晶相由堇青石转变为尖晶石, 同时结晶度和晶粒尺寸增大, 从而微晶玻璃的体积密度、硬度和耐酸碱性提高。微晶玻璃对重金属锌有较好的固化效果, 因此锌浸出浓度远低于标准值, 浸出率趋于稳定。本研究可为实现微晶玻璃固化重金属提供参考和借鉴。

针对传统土壤重金属锌元素含量测定效率低下和喀斯特地区山高坡陡土壤样品采集难度大, 亟需先进手段获取土壤重金属锌元素含量的要求, 以喀斯特流域为研究区, 利用电感耦合等离子质谱测定土壤样品的锌元素含量和分光光广度计采集土壤光谱数据。 将所测定的原始光谱, 经过连续统去除、 一阶、 二阶微分、 倒数、 倒数对数、 倒数对数一阶、 倒数对数二阶微分7种数学变换, 基于高光谱吸收重金属元素的特征吸收带初步判断光谱特征变量, 利用相关分析进一步筛选特征变量, 运用逐步回归最终确定有效建模光谱变量。 采用非线性和线性算法, 揭示光谱敏感波段反射率与重金锌元素含量之间的映射关系, 进行土壤重金属含量估测。 结果表明: 基于耦合的光谱特征变量甄选方式, 锌元素的特征波段580, 810, 1 410, 1 910, 2 160, 2 260, 2 270, 2 350, 2 430 nm与铁氧化物、 有机质、 粘土矿物吸收带关联, 表明一定程度上捕捉到喀斯特地区土壤重金属锌元素的光谱吸收特性; 运用随机森林、 支持向量机、 偏最小二乘3种算法进行元素含量与光谱变量建模后, 采用决定系数和均方根误差评价模型精度。 从光谱变换形式和模型性能二个维度综合判断, 基于二阶微分变换的随机森林算法准确度最高, 为最佳估算模型。 通过高光谱反射率估测重金属锌元素含量, 实现了喀斯特地区土壤重金属锌元素含量的高效快速反演, 为喀斯特地区重金属元素含量动态监测提供了可靠的技术支撑。