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內容簡介

全書共三篇。第一篇係統介紹瞭礦物學環境屬性主要內容、無機界礦物天然自淨化功能、礦物與微生物協同作用的環境效應以及生物礦化作用的生理生態效應。第二篇重點介紹瞭硫化物大類中黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦、氧化物大類中金紅石和錳鉀礦、含氧鹽大類中矽酸鹽礦物縴蛇紋石和鉀長石、硫酸鹽礦物黃鉀鐵礬等典型礦物環境屬性特徵，詳細闡述瞭半導體礦物與微生物協同效應，初步探討瞭人體心血管和幾種腫瘤病竈中病理性礦物特徵。第三篇具體介紹瞭環境汙染防治第四類方法——礦物法，包括礦物在處理無機汙染物、降解有機汙染物、淨化煙塵型汙染物、評價土壤環境質量、防治垃圾汙染物以及處置礦山尾礦砂方麵的應用實例。

目錄

目錄
序
前言
第一篇 礦物學環境屬性簡述
第1章 礦物學環境屬性研究範疇 3
1.1 礦物記錄環境變化 3
1.2 礦物影響環境質量 4
1.3 礦物反映環境評價 5
1.4 礦物治理環境汙染 6
1.5 礦物參與生物作用 7
第2章 無機界礦物天然自淨化功能 9
2.1 礦物錶麵效應 9
2.2 礦物孔道效應 12
2.3 礦物結構效應 14
2.4 礦物離子交換效應 15
2.5 礦物氧化還原效應 16
2.6 礦物微溶效應 17
2.7 礦物結晶效應 18
2.8 礦物水閤效應 18
2.9 礦物熱效應 19
2.10 礦物光催化效應 20
2.11 礦物納米效應 20
2.12 礦物與生物復閤效應 21
第3章 礦物與微生物協同作用的環境效應 23
3.1 半導體礦物光電子産生 23
3.2 半導體礦物光電子特性 26
3.3 礦物光電子與生命起源和演化 28
3.4 礦物光電子促進微生物生長代謝 29
3.5 土壤礦物光電子與微生物協同固碳作用 30
第4章 生物礦化作用的生理生態效應 33
4.1 生物礦化作用 33
4.2 生物成因礦物 34
4.3 人體礦物的生理病理效應 37
第二篇 礦物學環境屬性特徵
第5章 鐵的硫化物礦物還原沉澱效應 45
5.1 鐵的硫化物礦物一般礦物學特徵 45
5.2 黃鐵礦和磁黃鐵礦氧化還原特性 46
5.3 磁黃鐵礦還原效應及其電化學分析 49
5.4 黃鐵礦和磁黃鐵礦的沉澱轉化作用 56
5.5 硫資源的閤理利用 59
第6章 閃鋅礦光催化還原效應 60
6.1 閃鋅礦礦物學特徵 61
6.2 閃鋅礦半導體特性 65
6.3 天然閃鋅礦改性特徵 74
6.4 閃鋅礦光催化活性影響因素 84
6.5 天然半導體礦物復閤光催化劑體係 92
第7章 金紅石光催化氧化效應 98
7.1 金紅石礦物學特徵 98
7.2 金紅石半導體特性 105
7.3 天然金紅石的改性 115
7.4 熱改性影響金紅石半導體特性機理 134
第8章 縴蛇紋石管狀結構效應 139
8.1 縴蛇紋石晶體結構 139
8.2 縴蛇紋石活性基團 140
8.3 斜縴蛇紋石納米管內徑特徵 145
8.4 斜縴蛇紋石管道水特徵 149
8.5 納米縴維狀白炭黑製備與錶徵 152
8.6 納米縴維狀白炭黑催化劑載體 165
8.7 納米縴維狀白炭黑有機化改性 170
第9章 鉀長石四麵體孔道效應 178
9.1 孔道結構礦物概述 178
9.2 鉀長石孔道結構特徵 184
9.3 鉀長石孔道離子交換效應 193
9.4 鉀長石孔道中的水 201
第10章 錳鉀礦八麵體孔道效應 208
10.1 錳氧化物孔道結構 208
10.2 錳鉀礦晶體化學 210
10.3 錳鉀礦孔道中的水 219
10.4 錳鉀礦孔道效應 228
第11章 錳鉀礦納米效應 234
11.1 錳鉀礦隱晶質集閤體 234
11.2 錳鉀礦一維納米晶體 240
11.3 錳鉀礦集閤體中納米孔特徵 245
11.4 錳鉀礦納米效應 248
第12章 黃鉀鐵礬類礦物結晶效應 255
12.1 黃鉀鐵礬類礦物基本特徵 255
12.2 黃鉀鐵礬類礦物形成條件 258
12.3 黃鉀鐵礬類礦物結晶效應應用 263
12.4 黃鉀鐵礬類礦物結晶隔離防滲作用 268
第13章 半導體礦物與微生物協同效應 273
13.1 礦物與微生物協同作用方式 273
13.2 金紅石與氧化亞鐵硫杆菌協同作用 274
13.3 閃鋅礦與氧化亞鐵硫杆菌協同作用 281
13.4 光電子與糞産堿杆菌協同作用 286
13.5 金紅石與活性汙泥中微生物群落協同作用 289
13.6 紅壤中鐵氧化物礦物與微生物群落協同作用 293
13.7 半導體礦物介導非光閤微生物利用光電子新途徑 299
13.8 礦物光電子與地球早期生命起源及演化初探 306
第14章 人體病理性礦物特徵 313
14.1 腦膜瘤礦化特徵 313
14.2 心血管礦化特徵 322
14.3 甲狀腺癌礦化特徵 338
14.4 卵巢腫瘤砂粒體礦化特徵 344
14.5 乳腺疾病礦化特徵 351
第三篇 礦物法———環境汙染防治第四類方法
第15章 礦物法處理無機汙染物 371
15.1 黃鐵礦和磁黃鐵礦處理含Cr(Ⅵ)廢水 371
15.2 磁黃鐵礦處理含Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)廢水 378
15.3 磁鐵礦和褐鐵礦處理含Hg(Ⅱ)廢水 383
15.4 錳鉀礦處理含Hg(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)廢水 391
15.5 白雲石處理含B 廢水 399
第16章 礦物法降解有機汙染物 405
16.1 錳鉀礦降解苯胺？酚類和印染廢水 405
16.2 金紅石可見光催化降解亞甲基藍和鹵代烴 422
16.3 閃鋅礦可見光催化降解有機染料和鹵代烴 429
第17章 礦物法淨化煙塵型汙染物 440
17.1 民用燃煤煙塵特徵 441
17.2 蛭石熱膨脹性固硫作用 444
17.3 固硫産物高溫穩定性 453
第18章 礦物法評價土壤環境質量 462
18.1 土壤礦物調控重金屬活動狀態 462
18.2 土壤礦物吸附金屬離子理論模型 468
18.3 土壤礦物臨界吸附量 477
18.4 土壤環境容量評價 481
第19章 礦物法防治垃圾汙染物 487
19.1 垃圾填埋場與滲濾液水質特徵 488
19.2 天然黏土礦物吸附有機汙染物 493
19.3 有機化改性膨潤土吸附有機汙染物 496
19.4 鳥糞石結晶處理氨氮汙染物 505
19.5 礦物法組閤處理垃圾滲濾液 510
第20章 礦物法處置礦山尾礦砂 515
20.1 尾礦砂礦物學特徵 516
20.2 尾礦砂酸溶特性 526
20.3 尾礦砂製備鐵鎂氫氧化物 534
20.4 微生物促進尾礦砂酸溶作用 538
參考文獻 543

精彩書摘

　　《礦物學環境屬性概論》：
　　第一篇 礦物學環境屬性簡述
　　第1章 礦物學環境屬性研究範疇
　　資源與環境是當代地球科學的兩大主題。作為地球科學的基礎性學科，礦物學發展理應圍繞這兩大主題。對礦物學環境屬性的認識與利用，是對礦物學資源屬性認識與利用的進一步發展，環境礦物學也是在人類賴以生存的地球正麵臨著生態破壞與環境汙染問題嚴重威脅的今天應運而生的。
　　當前，礦物學環境屬性研究範疇，主要包括礦物如何記錄環境變化、礦物如何影響環境質量、礦物如何反映環境評價、礦物如何治理環境汙染以及礦物如何參與生物作用等方麵。環境礦物學是研究天然礦物與地球錶麵各個圈層之間的交互作用及其反映自然演變、防治生態破壞、評價環境質量、淨化環境汙染及參與生物作用的科學。其主要內容包括研究礦物作為反映不同時間空間尺度上環境變化的信息載體，研究礦物影響人類健康與破壞生態環境的本質及其防治方法，研究礦物負載汙染物的能力及其評價環境質量的機製與方法，研究開發礦物具有治理環境汙染與修復環境質量的基本性能，研究晶胞與細胞層次上礦物與生物發生交互作用的微觀機製等。
　　1.1 礦物記錄環境變化
　　天然礦物是地球自然演化作用的産物。在礦物所經曆的發生、發展、變化和消亡的整個生命周期中，不同時間和空間尺度上的地球環境變化都會在礦物中留下烙印，使得礦物含有豐富的能反映環境變化的信息，成為記錄環境演變信息的載體。這些信息具體蘊藏在礦物的外部微形貌、內部微結構、化學組成、化學性質、物理性質、譜學特徵和成因産狀等方麵。隨著礦物學研究手段的改進與研究水平的提高，利用礦物揭示環境變化信息的數量與質量正在逐步增多與增強。
　　在全球變化研究中，第四紀以來形成的冰川和黃土常常是人們的重點研究對象。冰川中重礦物微粒和黃土中原生及次生礦物特徵，分彆記載著冰川和黃土形成與演化方麵的豐富信息（Heetal.，1997；Orgeiraetal.，1998；EhrmannandPolozek，1999）。深入研究這些信息載體特徵，將有助於揭示較大時間和空間尺度上全球性環境變化特徵與演化規律。湖泊是相對獨立的自然綜閤體，是岩石圈、大氣圈、水圈和生物圈相互作用的連接點。湖泊沉積蘊含著豐富的環境信息。湖泊沉積具有連續的特點，是較好的進行高分辨率環境演化研究的對象。目前對湖泊沉積物開展分析的環境指標除瞭有機生物如孢粉、矽藻、介形類等之外，還包括無機礦物如沉積礦物、碳酸鹽礦物含量、自生碳酸鹽礦物氧碳同位素、微量元素含量及其比值、礦物磁性參數等。
　　對岩溶地區産齣的石鍾乳和石筍組成礦物特徵進行詳細研究（Davitayaetal.，1998；GentyandDeflandre，1998），就像研究樹木的年輪一樣，能夠精確揭示更小時間尺度上的古氣候與古環境方麵的演化規律。基於對今後幾十年到一百年全球氣候-環境變化瞭解的需要，亟需獲得對10~100年尺度的氣候-環境變化規律以及極端氣候事件齣現的頻率和機製的認識。顯然，獲取連續的有精確年代控製的高分辨率（年到季）自然記錄是一個關鍵。其具有年、季鏇迴界麵因而能夠自我記年，同時能對氣候或環境變化信息按年記錄的自然材料被稱為自然時鍾。洞穴石筍是繼生物時鍾樹輪和珊瑚與地質時鍾紋泥和冰芯之後較晚發現的一種地質自然時鍾。冰芯記錄雖然較長，但僅分布於兩極和高寒地區。珊瑚礁可計數的年層序列一般僅能達到數百年，其分布也局限於熱帶海洋。樹輪的適用範圍限於溫帶半乾旱地區。尋找純自然條件下超過1000年的樹輪樣品比較睏難。瑪珥湖紋泥跨時較長，而且可分辨到季，但其分布僅限於火山湖地區。相比之下，洞穴石筍在我國從北到南都有一定分布，其時間跨度從現代到數韆年、數萬年前，是一種不可多得的能高分辨記錄短尺度氣候-環境變化的地質時鍾。
　　石鍾乳和石筍主要由碳酸鹽礦物方解石和文石組成。國內外大量研究成果錶明，微米至毫米厚的石筍微生長層的韻律變化，可反映短尺度高頻率的氣候振動。石筍發光強度變化是古環境變化的重要記錄，從滴水中帶來的地錶土壤有機物質是導緻微層發光的主要原因。在1960年Broecker等利用14C方法確定在溫帶氣候區一些快速生長石筍紋層為年輪之後，1993年Baker等采用熱電離質譜-鈾係定年方法，證實英國一個石筍的發光微生長層為年生長層。此後世界上陸續報道瞭幾種石筍年生長層：發光與不發光的方解石組閤構成年層，該類年層一般在溫帶氣候條件下形成；白色疏鬆沉積與暗色緊密沉積的碳酸鈣互層構成年層，主要形成於降雨和溫度季節性變化明顯的地區；方解石與文石互層構成的年層，主要形成於白雲質岩層區。我國迄今所發現的具有微層特徵的石筍礦物主要為方解石放射狀縴維晶，方解石晶束垂直於微層層麵生長，微層類型主要為外源暗色物質界麵，暗色物質或有機質來自洞頂上覆土壤。
　　1.2礦物影響環境質量
　　通常意義上岩石組成礦物的風化作用，可直接導緻礦物的破壞與分解，常常錶現為部分活動組分的流失，尤其是在地錶條件下不穩定的礦物易於發生化學風化作用與生物風化作用。正是從這些風化作用産物中流失齣來的有毒有害陽離子和陰離子物質對環境質量影響較大，影響當地的土壤和水體環境質量，往往造成地方性人體健康和生態環境問題。開展礦物影響人類健康與破壞生態環境的本質及其防治方法研究，成為礦物的又一大環境屬性研究內容。
　　一般地，自發地形成於自然界的礦物原本能夠穩定地存在於自然界之中，也就是說，天然礦物與生態環境具有良好的相容性，這也是礦物形成的必要條件之一。可是人們為瞭最大限度地發揮礦物的資源屬性，采取瞭很多辦法去尋找各種礦物資源。人類的礦業活動對這些礦物資源進行著高強度開采，結果使得處於地錶之下的礦物被動地移至地錶，帶來礦物的焓增加及礦物所處介質的溫壓降低與氧化增強，造成這些礦物的穩定性大大降低。這勢必導緻礦物的破壞與分解，所産生的重金屬和陰離子物質對地錶水體與土壤環境質量造成瞭直接影響。一些金屬礦物，尤其是含變價元素的金屬礦物錶現得更加突齣。目前對生態環境破壞較為嚴重的礦山酸性廢水汙染便是這方麵的典型例子。礦山酸性廢水主要來自金屬硫化物的破壞與分解過程。如何在地錶條件下有效防治金屬硫化物礦物的氧化分解是人們正在探討的環境保護問題（Gray，1997）。人類礦業活動還使得一些具有放射性的天然礦物被直接帶到瞭地錶。對其不閤理的利用已給人類健康甚至生存帶來瞭極其嚴重的負麵影響。對其閤理利用而産生的核廢料的安全處置，仍然要發揮礦物化學屏障的環境屬性作用（Pushkareva，1998）。核廢料是一類危害性極大的較特殊的汙染物，隨著對核能源的大量開發利用，開展核廢料的安全處置研究日益成為一項緊迫的工作。對核廢料實行儲存與填埋處置是目前較為流行的一種辦法，其中如何有效防治核廢料的泄漏便成為關鍵技術問題。
　　還有一類由礦物引起的對人類健康的危害來自於對礦物資源的加工和利用過程，如礦物粉塵的産生及其對人體健康的影響問題（Rossetal.，1993）。石棉狀角閃石是石棉礦山和加工廠工人肺病的主要緻病因素，在礦工的肺組織中可以發現這些縴維狀礦物（Nayebetal.，1998）。至於在煤炭能源利用過程中，礦物受熱分解釋放齣大量SO2和CO2所造成的對人體健康和大氣環境質量的影響乃至酸雨形成的問題更是廣泛存在。
　　岩石圈中礦物受到大氣圈影響，主要體現在大氣中或少量溶解於水體中的O2和CO2直接參與下發生的化學變化，如氧化作用和碳酸化作用。氧化作用極為普遍，對含變價元素礦物影響較大，如黃鐵礦發生褐鐵礦化、菱錳礦發生硬錳礦化與錳鉀礦化。礦物發生碳酸化作用主要是由於大氣中CO2溶於水體後形成HCO-3，造成介質酸性程度增高，使得微溶性礦物發生溶解，過去對此作用的研究重視不夠。深入研究這些礦物在大氣圈中的風化作用對文物保護具有重要指導意義，如彩色繪畫文物中，利用硫化物礦物顔料的文物要有效防治氧化作用；對於石質雕塑文物，要有效防治大氣碳酸化作用對方解石的酸溶。總之，由於人類生活和生産活動所帶來的礦物破壞與分解，給人類健康和生存環境造成瞭不利影響。詳細研究並充分發揮礦物的環境屬性作用，揭示礦物破壞與分解的本質，利用礦物抗分解的一麵，積極采取相應措施防止礦物的破壞與分解，就有可能減少甚至避免由於礦物的破壞與分解所造成的對人體健康的影響和生態環境的破壞。
　　1.3礦物反映環境評價
　　自然環境質量評價主要指對大氣、水體和土壤等自然景觀環境狀況進行評價。土壤、大氣和水體中存在一定量的無機礦物質，往往以單質或化閤物形式齣現。這些礦物質與自然環境中的汙染物，特彆是無機汙染物之間存在著較為密切的聯係。礦物對汙染物的負載能力在一定程度上能夠影響汙染物的賦存狀態、變化過程、遷移能力與危害程度等，直接影響對自然環境質量與生態效應的評估評價結果。開展礦物負載汙染物的能力及其評價環境質量的機製與方法研究，大氣中礦物浮塵、水體中沉積物與土壤中組成礦物等往往是直接研究對象。
　　有效調查評價一個地區的自然環境狀況，直接檢測該地區大氣、水體、土壤中汙染物含量是一項必不可少的工作，但要深入分析汙染物的産生機理、有害程度與防治措施，提高環境質量評價水平，往往離不開對這些介質中無機礦物的調查評價。在評價土壤環境容量時，更需要詳細查明黏土礦物與鐵錳鋁氧化物和氫氧化物礦物等土壤礦物組成特徵。土壤環境容量，即對汙染物的自淨能力，離不開土壤中礦物對重金屬的吸附與解吸作用、固定與釋放作用。土壤中具體礦物的淨化能力纔真正體現土壤自身的淨化能力與容納能力。事實上，土壤中有毒有害元素含量的高低，並不是直接判定土壤環境質量優劣乃至土壤生態效應的唯一標誌，關鍵問題是要揭示這些汙染物在土壤礦物中具有怎樣的賦存狀態以及與各種無機礦物之間具有怎樣的吸附與解吸、固定與釋放的平衡關係，以利於在土壤組成礦物的層次上查明土壤中汙染物與具體礦物之間的環境平衡關係，最終能提齣建立和保護土壤中汙染物與礦物之間的環境平衡機製，提高土壤本身治汙能力，防止對食物鏈産生汙染。極端的情況是：土壤中一種重金屬元素，如Hg，含量高並不一定有害，隻要以HgS形式，即辰砂礦物存在，就不會被作物吸收而影響食物鏈。相反，一種重金屬元素，如Cd，含量低卻並不一定無害，隻要以離子形式存在，就有可能被作物吸收而影響到食物鏈（魯安懷，1999，2005b）。將礦物影響環境質量評價理論引入土壤重金屬汙染評價領域，可為土壤重金屬汙染防治提供礦物學新方法。
　　評價大氣環境質量，包括有效評價煙塵汙染狀況，有必要查明大氣中礦物顆粒物浮塵性質、分布規律與形成機製。一般地，大氣中礦物質顆粒物成因上分為原生和次生兩類。這兩類顆粒物從礦物學特徵方麵易於甄彆。原生顆粒物又可以劃分本地煙塵和揚塵物質以及異地煙塵和風塵物質。煙塵顆粒物主要由燃煤産生，包括未充分燃燒的炭粒和充分燃燒的硫酸鹽等。風塵和揚塵一般以天然礦物質居多。大氣中次生顆粒物往往是煙塵、揚塵與風塵。在大氣環境中新形成的無機固體物質，實質上也是自然作用形成的礦物。深入係統開展大氣中原生與次生礦物質顆粒物形貌特徵、粒徑大小、化學成分、晶體結構、物化性質和形成機製以及與有機物質，包括汙染物質復閤關係等方麵研究，無疑可為評價大氣環境質量，特彆是評價日趨嚴峻的霧霾汙染物危害性提供科學依據與技術支撐。
　　當前的各類環境質量評價方法中，多數以汙染物含量檢測作為重要基礎，並以此劃分齣定量化評價標準。利用礦物學方法評價環境質量問題尚未得到足夠重視。
　　礦物學方法評價土壤環境質量，將在第18章詳細闡述。
　　……

前言/序言

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