广东大宝山铁龙AMD中赭色沉积物的含铁次生矿物研究

以广东大宝山铁龙酸性矿山废水(AMD)为研究对象,采集了7个采样点的赭色沉积物样品。利用X射线荧光光谱(XRF)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线粉晶衍射(XRD)和场发射扫描电镜/能谱分析(FESEM/EDS),对AMD中赭色沉积物的矿物相及形貌进行鉴定。现场测定采样点水体物理化学参数(pH/Eh),探讨不同物理化学条件对含铁次生矿物相的影响。结果表明,大宝山铁龙AMD中赭色沉积物的含铁次生矿物主要有施威特曼石、黄钾铁矾、针铁矿、水铁矿等,此外沉积物中还含有七水铁矾、叶绿矾、四水白铁矾、针绿矾、纤铁矾、锡铁山石及羟铝矾等可溶性硫酸盐。施威特曼石具有带骨针棒状、海胆状形貌,针铁矿常呈针状及肾状集合体产出,黄钾铁矾呈六方板状,施威特曼石常可与黄钾铁矾或者针铁矿共生。赭色含铁次生矿物能在AMD较大范围的pH条件下存在,但倾向于Eh高的环境。当pH值增大时,施威特曼石有转变为针铁矿的趋势,并且针铁矿能保存施威特曼石的形貌特征。     

粤北大宝山酸性矿山废水中梯田状沉积物的次生矿物研究

粤北大宝山酸性矿山废水(AMD)中形成了呈独特梯田状构造的沉积物,其中的次生矿物可以吸持AMD中的重金属离子,对减少矿山环境的重金属污染有重要意义。本文采集了大宝山AMD中呈梯田状构造中的沉积物,利用多种手段分析了其主要矿物组成以及主要次生矿物的表面形貌特征,探究梯田状沉积物的成因。结果表明,梯田状沉积物的次生矿物以针铁矿、施威特曼石、黄钾铁矾为主,含少量石膏、斜方钙沸石等。针铁矿呈针状、球刺状集合体;施威特曼石呈海胆状、鳞片状,粒度为微米级,海胆状施威特曼石与球刺状针铁矿共生;黄钾铁矾呈不规则的球粒状、片状,与施威特曼石共生。研究表明微生物作用可能是形成铁质梯田状构造的关键因素。     

酸性环境下生物成因施氏矿物稳定性研究

施氏矿物是酸性矿山废水中广泛存在的次生矿物,其形成和转化受环境pH值、温度和共存离子等条件影响。文中研究了酸性环境中生物成因施氏矿物和吸附了三价砷的生物成因施氏矿物,在不同温度和钾离子浓度条件下的稳定性。结果表明,老化温度的增加促进施氏矿物相的转变:4℃条件下,在15周的老化时间里,无砷及含砷施氏矿物均未发生相转变;而在40℃条件下,经过15周的老化,则无砷和含砷施氏矿物均发生了部分相转变。此外,钾离子浓度变化可以导致施氏矿物老化产物不同:生物成因施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后的转化产物主要为针铁矿,在100mM钾离子条件下老化产物为黄钾铁矾和针铁矿。含As(Ⅲ)施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后没有发生相转变,在100mM钾离子条件下发生了部分相转变,产物为黄钾铁矾。生物成因施氏矿物中的As(Ⅲ)使得矿物在环境中更加稳定。     

葡聚糖对酸性矿山废水中次生铁矿物形成的影响

采用H2O2氧化Fe2＋并供应4种不同浓度葡聚糖的方法,探讨在H2O2氧化体系中葡聚糖对次生铁矿物形成的影响。结果表明：葡聚糖对次生矿物的形成具有明显的抑制作用;随着葡聚糖浓度的提高,次生矿物内的Fe含量降低,而S含量没有显著变化,且所有处理的K含量均较低;没有葡聚糖处理的次生矿物XRD特征峰与黄钾铁矾吻合,而添加葡聚糖后形成的次生矿物的特征峰与施氏矿物吻合,但是所有处理的次生矿物的结晶度都不高;随着葡聚糖浓度的提高,次生矿物的颗粒尺寸降低,比表面积增加。因此,葡聚糖能够抑制次生矿物的合成,并且阻止次生矿物由施氏矿物向黄钾铁矾的转变。     

矿区土壤中重金属形态分布的地球化学机制

酸性矿山废水(AMD)的持续输入除了增加土壤中重金属的含量和明显改变土壤理化性质外,还会导致土壤微生物群落的改变和新矿物相(黄钾铁矾、施氏矿物、金属硫化矿物等)的形成,这些都将引起重金属形态分布的变化。重金属在土壤中的形态分布决定其地球化学行为和生物可利用性,因此其形态分布变化的影响机制是矿区土壤重金属污染研究中一个重要的基础科学问题。本文从土壤组分的变化、重金属在各形态间迁移的路径和动力学等方面探讨AMD影响下矿区土壤中重金属形态分布变化的地球化学机制,以期为认识矿区土壤重金属的环境行为与重金属污染土壤修复提供理论基础。     

矿区土壤中重金属形态分布的地球化学机制北大核心CSCD

酸性矿山废水(AMD)的持续输入除了增加土壤中重金属的含量和明显改变土壤理化性质外,还会导致土壤微生物群落的改变和新矿物相(黄钾铁矾、施氏矿物、金属硫化矿物等)的形成,这些都将引起重金属形态分布的变化。重金属在土壤中的形态分布决定其地球化学行为和生物可利用性,因此其形态分布变化的影响机制是矿区土壤重金属污染研究中一个重要的基础科学问题。本文从土壤组分的变化、重金属在各形态间迁移的路径和动力学等方面探讨AMD影响下矿区土壤中重金属形态分布变化的地球化学机制,以期为认识矿区土壤重金属的环境行为与重金属污染土壤修复提供理论基础。     

酸性矿山废水沉积物中砷形态研究:连续提取法及其条件优化

矿山开采过程中常会将还原条件下稳定的硫化物揭露于地表,在氧气、水和微生物的共同作用下,硫化物发生快速氧化分解,形成酸性矿山排水(AMD),严重污染其流经的水体和土壤。近年的研究发现,当环境条件发生改变时,AMD中会形成多次生矿物如黄钾铁矾、施氏矿、水铁     

铁细菌培养过程中低分子有机酸钠盐对含硫酸根铁矿物形成的影响

普遍存在环境中的低分子有机酸盐对氧化亚铁硫杆菌的矿化产物(施氏矿和黄钾铁矾等铁矿物)会产生影响,从而导致环境中有毒重金属迁移转化发生变化。本文探讨了低分子有机酸钠盐对铁细菌HX3成长过程中代谢产物铁矿物的影响,并利用XRD、FTIR、FESEM和EDS对形成的铁矿物进行了表征与分析。研究结果表明,低浓度低分子有机酸钠盐的加入对细菌氧化Fe~(2+)的影响不明显,但可加速黄钾铁矾的形成;苹果酸钠的加入较柠檬酸钠和草酸钠更利于施氏矿向黄钾铁矾转变。高浓度低分子有机酸钠盐(苹果酸钠、柠檬酸钠和草酸钠依次为20、40和40mmol/L)的加入对细菌培养过程中Fe~(2+)的氧化有抑制作用;抑制影响从大到小的顺序为:苹果酸钠柠檬酸钠草酸钠。该研究结果可为含氧化亚铁硫杆菌等铁细菌的酸性矿山废水中铁矿物的形成转化和生物矿化机理提供理论参考。     

矿山酸性水中铝相次生矿物及环境学意义的研究进展

酸性矿山排水（AMD）是硫化矿床矿山环境污染防治的难点，因而持续受到国内外学者的关注。众多的学者对矿区AMD中次生矿物进行了研究。为深入了解AMD中次生矿物的形成和演化，为AMD污染防治提供科学依据，笔者对前人不同环境下AMD中的次生矿物类型、次生矿物形成顺序，以及铝相次生矿物的形成、特征、环境危害及意义进行了简要综述。目前与AMD有关的主要次生矿物存在3种类型，即铁相次生矿物、铝相次生矿物和其他相次生矿物，AMD中的pH、Eh和温度对于次生矿物的形成具有控制性的作用。铁、铝相次生矿物具有吸附金属能力，这一性质有助于在一定程度上实现河流的自净化作用。由于AMD形成条件高，矿物相不稳定，目前有关AMD中铝相次生矿物及“酸性白水”的研究成果有限。因此，加强铝相次生矿物以及“酸性白水”的研究，可以更好地解析蒿坪河流域石煤矿区河流酸性磺水–酸性白水的形成演化机制，以及铝相次生矿物吸附重金属的地球化学过程。     

氧化亚铁硫杆菌作用下形成的黄钾铁矾的SEM研究

黄钾铁矾是金属硫化物在酸性条件下氧化形成的主要次生矿物。很多研究表明,金属硫化物矿区广泛发育的氧化亚铁硫杆菌会影响金属硫化物的氧化分解和次生矿物的形成。为讨论氧化亚铁硫杆菌在黄钾铁矾形成过程中的作用,设计了两组平行实验制备黄钾铁矾：一种采用化学方法合成黄钾铁矾,另一种在相同条件下接种氧化亚铁硫杆菌合成黄钾铁矾。利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等技术对两种实验获得的黄钾铁矾进行定性分析和形貌观察。结果表明：在氧化亚铁硫杆菌充分繁殖的条件下,细菌的参与更利于黄钾铁矾的形成;Fe^2+的氧化速率可能是影响黄钾铁矾结晶的主要因素,氧化亚铁硫杆菌通过提高Fe^2+的供应速度促使黄钾铁矾快速结晶,细菌作用下形成的黄钾铁矾结晶程度好于纯化学方法制备的黄钾铁矾。     

不同条件下形成的黄钾铁矾微形貌对比研究

黄钾铁矾是酸性矿山废水（AMD） 中常见的次生矿物,能有效吸附AMD中Cu、Pb、Zn、Gd、As等重金属元素。不 同条件下形成的黄钾铁矾微形貌不同,其吸附能力也不同。文章通过化学法和微生物法合成了黄钾铁矾,并在粤北大宝山 矿酸性矿山废水中采集了含黄钾铁矾的泥样。利用扫描电镜-能谱分析（SEM） 和X光衍射（XRD）,对三种不同条件下形 成的黄钾铁矾进行鉴定和微形貌特征观察,并分析黄钾铁矾的形成条件。结果表明,常温条件下,pH值2.0~2.5时能够化 学合成黄钾铁矾,其晶体粒径约2~10 μm,且晶形呈板状;而在65℃时,可在pH2.0~3.0之间化学合成黄钾铁矾,但晶形 差。微生物法合成黄钾铁矾pH范围是2.0~5.0,其晶形完好,呈菱面体且晶体大小比较均匀,而约为2~4 μm。酸性矿山废 水中的黄钾铁矾形成的pH值为2.5~3.5,晶形为菱面体形,单个晶体大小多为1~2 μm。根据其形成条件和微形貌特征,文 章推测酸性矿山废水中形成的黄钾铁矾可能是微生物成因。     

酸性矿山废水中生物成因次生高铁矿物的形成及环境工程意义

酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是一类pH低并含有大量有毒金属元素的废水。AMD及受其影响的环境中次生高铁矿物类型主要包括羟基硫酸高铁矿物(如黄铁矾和施威特曼石等)和一些含水氧化铁矿物(如针铁矿和水铁矿等),而且这些矿物在不同条件下会发生相转变,如施氏矿物向针铁矿或黄铁矾矿物相转化。基于酸性环境中生物成因次生矿物的形成会"自然钝化"或"清除"废水中铁和有毒金属这一现象所获得的启示,提出利用这些矿物作为环境吸附材料去除地下水中砷,不但吸附量大(如施氏矿物对As的吸附可高达120mg/g),而且可直接吸附As(III),还几乎不受地下水中其他元素影响。利用AMD环境中羟基硫酸高铁矿物形成的原理,可将其应用于AMD石灰中和主动处理系统中,构成"强化微生物氧化诱导成矿-石灰中和"的联合主动处理系统,以提高AMD处理效果和降低石灰用量。利用微生物强化氧化与次生矿物晶体不断生长的原理构筑生物渗透性反应墙(PRB)并和石灰石渗透沟渠耦联,形成新型的AMD联合被动处理系统,这将有助于大幅度增加处理系统的寿命和处理效率。此外,文中还探讨了上述生物成因矿物形成在AMD和地下水处理方面应用的优点以及今后需要继续研究的问题。     

不同条件下形成的黄钾铁矾微形貌对比研究

黄钾铁矾是酸性矿山废水（AMD） 中常见的次生矿物，能有效吸附AMD中Cu、Pb、Zn、Gd、As等重金属元素。不 同条件下形成的黄钾铁矾微形貌不同，其吸附能力也不同。文章通过化学法和微生物法合成了黄钾铁矾，并在粤北大宝山 矿酸性矿山废水中采集了含黄钾铁矾的泥样。利用扫描电镜-能谱分析（SEM） 和X光衍射（XRD），对三种不同条件下形 成的黄钾铁矾进行鉴定和微形貌特征观察，并分析黄钾铁矾的形成条件。结果表明，常温条件下，pH值2.0~2.5时能够化 学合成黄钾铁矾，其晶体粒径约2~10 μm，且晶形呈板状；而在65℃时，可在pH2.0~3.0之间化学合成黄钾铁矾，但晶形 差。微生物法合成黄钾铁矾pH范围是2.0~5.0，其晶形完好，呈菱面体且晶体大小比较均匀，而约为2~4 μm。酸性矿山废 水中的黄钾铁矾形成的pH值为2.5~3.5，晶形为菱面体形，单个晶体大小多为1~2 μm。根据其形成条件和微形貌特征，文 章推测酸性矿山废水中形成的黄钾铁矾可能是微生物成因。     

硫酸盐还原菌及异化铁还原菌对 黄钾铁矾还原作用的对比

选取酸性矿坑水环境中常见的次生含铁硫酸盐矿物———黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]为研究对象,用硫酸盐还原菌 Desulfovibriovulgaris 和异化铁还原菌Shewanellaputrefaciens CN32对其进行还原实验,探讨作为重金属治理潜在材料的 黄钾铁矾的微生物稳定性.实验采用非增长型培养基,在中性、厌氧、30℃的条件下进行.采用湿化学方法测量水溶液及还原产 生的总Fe2+ ,利用X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)来分析反应后残余固体物质的矿物组成,用扫描电镜(scanning electronicmicroscopy,简称SEM)观察固体残余物的形貌特征.结果表明,没有微生物的参与,黄钾铁矾的稳定性较好.异化铁 还原菌S.putrefaciens CN32和硫酸还原菌D .vulgaris 在营养极其匮乏的中性厌氧条件下均能还原黄钾铁矾晶格中的 Fe3+ ,显示出黄钾铁矾被微生物还原的可能性.S.putrefaciens CN32还原黄钾铁矾晶格中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为0.001mmol·L-1·h-1和0.37%.与S.putrefaciens CN32不同,D .vulgaris 对黄钾铁矾的还原能力较强,不 含有电子穿梭体(Anthraquinone-2,6-disulfonate,简称AQDS)的实验体系中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为 0.017mmol·L-1·h-1和16.80%,而添加了AQDS的实验体系的则分别达到了0.026mmol·L-1·h-1和24.30%,这可能与 黄钾铁矾中含有SO42- 有关.D .vulgaris 优先还原黄钾铁矾晶格中的SO42- 产生的H2S是强还原剂,也可促进Fe3+ 的还原, 微生物以及H2S的双重作用可能是导致D .vulgaris 体系中Fe3+ 还原率较高的原因.XRD分析表明,黄钾铁矾经过S.putrefaciens CN32的作用,物相没有发生变化;而经过D .vulgaris 作用后,黄钾铁矾的特征峰消失,固相残余物中出现了菱铁 矿(FeCO3)、蓝铁矿[Fe3(PO4)2·8H2O]等次生矿物.由于培养基中没有添加任何的磷酸盐,因此蓝铁矿的出现可能是由于培 养基中添加的少量酵母浸膏降解后产生的磷酸根与D .vulgaris 还原黄钾铁矾产生的Fe2+ 相互作用的结果.这些认识对深入 理解地球表层铁的生物地球化学循环具有重要意义,为矿山环境重金属的污染治理提供了实验依据.      

湘江下游河床沉积物重金属污染的矿物学分析

本次工作利用X射线衍射仪、扫描电镜-能谱仪等技术手段,分析湘江下游河床沉积物的矿物组成,并结合元素地球化学分析结果探讨沉积物中重金属的赋存特征。结果表明,湘江下游沉积物矿物组成复杂。轻矿物以碎屑矿物(石英、钾长石、钠长石)、黏土矿物(云母、伊利石、高岭石、绿泥石等)和碳/硫酸盐矿物(方解石、白云石、石膏)为主,含量在95%以上;重矿物以铁矿物(赤铁矿、磁铁矿、针铁矿、钛铁矿)、稳定重矿物(锆石、金红石、磷灰石、石榴子石等)和不稳定重矿物(角闪石、辉石等)为主,含量低于5%。与其他河段沉积物相比,株洲霞湾段沉积物的碎屑矿物含量明显偏低,而黏土矿物、碳/硫酸盐矿物、铁矿物等的含量明显偏高。这与该河段沉积物重金属污染程度明显偏高的特征相对应。矿物含量与重金属的富集系数相关性分析显示,V、Th、Cr等主要赋存在伊利石等黏土矿物中,Cu、Zn、Pb、U、Co、Ni等主要赋存在铁矿物、碳/硫酸盐矿物中。赋存在黏土矿物中的重金属主要与岩石风化等自然因素有关,为自然来源。而赋存在铁矿物、碳/硫酸盐矿物等矿物中的重金属可能既有自然来源,又有人为来源。且赋存在铁氧化物矿物和碳、硫酸盐矿物中的重金属因环境条件变化,可释放转入水体而对环境产生危害,应引起重视。     

湘江下游河床沉积物重金属污染的矿物学分析北大核心CSCD

本次工作利用X射线衍射仪、扫描电镜-能谱仪等技术手段,分析湘江下游河床沉积物的矿物组成,并结合元素地球化学分析结果探讨沉积物中重金属的赋存特征。结果表明,湘江下游沉积物矿物组成复杂。轻矿物以碎屑矿物(石英、钾长石、钠长石)、黏土矿物(云母、伊利石、高岭石、绿泥石等)和碳/硫酸盐矿物(方解石、白云石、石膏)为主,含量在95%以上;重矿物以铁矿物(赤铁矿、磁铁矿、针铁矿、钛铁矿)、稳定重矿物(锆石、金红石、磷灰石、石榴子石等)和不稳定重矿物(角闪石、辉石等)为主,含量低于5%。与其他河段沉积物相比,株洲霞湾段沉积物的碎屑矿物含量明显偏低,而黏土矿物、碳/硫酸盐矿物、铁矿物等的含量明显偏高。这与该河段沉积物重金属污染程度明显偏高的特征相对应。矿物含量与重金属的富集系数相关性分析显示,V、Th、Cr等主要赋存在伊利石等黏土矿物中,Cu、Zn、Pb、U、Co、Ni等主要赋存在铁矿物、碳/硫酸盐矿物中。赋存在黏土矿物中的重金属主要与岩石风化等自然因素有关,为自然来源。而赋存在铁矿物、碳/硫酸盐矿物等矿物中的重金属可能既有自然来源,又有人为来源。且赋存在铁氧化物矿物和碳、硫酸盐矿物中的重金属因环境条件变化,可释放转入水体而对环境产生危害,应引起重视。     

Fe(Ⅲ)供应速率对无定型施氏矿物形成的影响

施氏矿物(schwertmannite)已被证实是一种具特异性能的重(类)金属吸附新材料。但在直接由Fe3+或用强氧化剂氧化Fe2+合成该矿物时,常因夹有黄铁矾类物质而降低产品纯度。通过模拟FeSO4-K2SO4-H2O临界成矾体系,发现在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)作用下存在无定型施氏矿物和晶型黄钾铁矾的合成反应竞争,其中Fe3+供应速率是一个影响铁矿物形成的重要因素,较低的Fe3+供应可以抑制K+的利用,这种变化趋势对无定型施氏矿物合成是有利的。当存在少量K+等成矾导向离子时,可通过合理调低Fe3+供应速率,有利于溶液中Fe3+平缓释放,改善施氏矿物纯度,这为A.ferroxidans菌生物法中直接使用无机盐培养基合成施氏矿物提供了可能。     

铜陵矿区废矿石次生氧化产物及其成因初探

对铜陵矿区废矿石的矿物组成及其成因进行研究,利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析原生矿物及其风化产物的组成,探讨次生矿物的形成机制。XRD及SEM/EDS分析表明,废矿石中残留的主要原生矿物为黄铁矿,次生矿物为针铁矿、赤铁矿、水铁矿及次生硫酸盐矿物。原生矿物风化为次生矿物的过程是从黄铁矿的裂隙带等有缺陷的部位开始,逐步氧化成最终产物针铁矿。中间过程出现了矿物相及形态的多样性,局部可能会先形成中间产物水铁矿,由于水铁矿很不稳定,在不同的温、湿度条件下会很快转化成针铁矿或赤铁矿。针铁矿在风化过程中呈现出多种形态,针状矿物最先形成,随后重结晶成球状集合体和菱方双锥单晶,最后在废矿石表面完全覆盖一层土状针铁矿。SEM观察到的黄铁矿表面的生物矿物与最外层风化层上的菌丝类物质说明,在废矿石的风化过程中生物亦起了一定的作用。     

十红滩地浸砂岩铀矿层间氧化带蚀变矿物群

十红滩砂岩型铀矿床是我国大型层间氧化带型砂岩铀矿床之一。层间氧化带型砂岩铀矿含矿砂层在含氧含铀水的渗入径流过程中,由于水介质性状的变化,在与砂体发生水岩作用时形成了完全氧化带、不完全氧化带、还原带和原生带等不同地球化学亚带及其相对应的蚀变矿物群,即完全氧化带为褐铁矿(针铁矿、水针铁矿)、伊利石、蒙脱石、少量黄钾铁矾的蚀变矿物群;不完全氧化带为褐铁矿(针铁矿、水针铁矿)、黄钾铁矾、蒙脱石、伊利石、少量绿泥石、高岭石的蚀变矿物群;还原带为沥青铀矿、黄铁矿、高岭石、绿泥石、少量蒙脱石、伊蒙混层粘土、伊利石和碳酸盐等新生蚀变矿物群;原生带的新生蚀变矿物群以黄铁矿、绿泥石、高岭石为主,有时出现少量碳酸盐、蒙脱石和伊利石等。     

小学科彰显巨大生命力，环境矿物学发展前景广阔——写在《岩石矿物学杂志》出版我国环境矿物学专辑十周年之际

<岩石矿物学杂志>分别于1999年、2001年、2003年、2005年、2007年和2009年,陆续出版了6期环境矿物学专辑,共收录环境矿物学论文176篇.对于石墨、零价铁、黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、针铁矿、褐铁矿、锰钾矿、刚玉、金红石、石英、电气石、云母、蛭石、蛇纹石、蒙脱石、高岭石、累托石、海泡石、凹凸棒石、沸石、钾长石、铅长石、方解石、石膏、磷灰石、鸟粪石、黄钾铁矾和施氏矿等天然或改型改性矿物环境属性,开展了比较深入的环境矿物学研究.