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。     

AMD河流沉积物中矿物组成特性及其环境意义

矿山酸性废水(Acid mine drainage,AMD)中,含有大量的溶解性Fe、SO2-4和重金属,因此在AMD这种极端特殊的环境中容易形成含铁硫酸盐次生矿物,比如施氏矿物、水铁矿、黄钾铁矾、针铁矿等。据报道,这些次生矿物对AMD河流中重金属的迁移特性起着至关重要的作用[1,2]。因此对AMD河流沉积物中矿物组成特征的调查研究,有助于了解主要矿物对类重金属迁移转化等地球化学过程的影响,为矿区重金属污染修复提供可靠的理论依据[3]。因此本研究结合差示X射线衍射和连续萃取的方法,建立适合典型金属硫化物矿区受AMD影响河流沉积物的矿物学分析方法,在此基础上研究施氏矿物、水铁矿、黄钾铁矾、针铁矿等次生矿物对类重金属环境特性的影响。本研究以广东省韶关市大宝山矿区(24°34′28″N,113°43′42″E)受AMD污染的横石河流域为研究对象,沿河采集了河床卵石沉积物和河流淤泥两种沉积物样品,共采集了18个点位的沉积物样品,包括3个不受AMD影响的支流对照组。样品经过一系列预处理(冷冻干燥、研磨、过筛等)过程,于4℃下保存备用。本研究利用连续萃取的方法结合扫描电镜、X射线衍射、傅立叶红外光谱、拉曼光谱等手段对沉积物样品进行了萃取和表征。结果表明:p H沿着横石河升高,伴随着矿物的组成出现演替现象并且重金属的含量也随之衰减。沉积物中除了含有硅铝酸盐、石英外,主要成分为铁羟基硫酸盐矿物。其中,横石河上游主要矿物组成为黄钾铁矾和施氏矿物,到中下游时以针铁矿和水铁矿为主。类重金属As、Cd、Cu、Pb、Mo、Cr、Ni、Mn、Zn等以吸附和共沉淀的形式伴随着矿物暂时固定于沉积物中。但是,随着河流环境条件的改变,次生矿物将发生相转化并可能将引起重金属的释放。     

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。     

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。     

Cl-/SO42-铁盐对含可溶性胞外多聚物Acidithiobacillus ferrooxidans溶液中铁矿物形成的影响

铁细菌胞外多聚物作用下聚集的铁可通过氧化或者沉淀作用使铁稳定或沉积,从而形成铁矿物。本文基于铁细菌胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)对铁矿物形成的调控作用,介绍了Cl-/SO_4~(2-)的Fe(Ⅲ)或Fe(Ⅱ)盐作用下,含可溶性EPS的氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)溶液中铁矿物的形成,观察了溶液pH值变化及形成铁矿物的矿相与结构,并采用XRD、FTIR和FESEM对其进行表征。结果发现反应溶液中OH-离子可与Fe3+形成微米级"针垫"聚集球状或纳米级小球形施威特曼石和微米级"菱形"块状黄钾铁矾铁矿物沉淀。反应溶液中的可溶性EPS可调控和促进铁矿物的形成,但对Fe2+的氧化未产生影响;外源Fe盐可促进施威特曼石向黄钾铁矾转化。随着Cl-/SO_4~(2-)摩尔比例的增加(即Cl-含量的不断增加),两矿相间的转化明显受到抑制,且铁矿物颗粒之间的集聚作用明显减弱;反之,SO_4~(2-)含量升高时,有利于铁矿物间的转化和聚集球状颗粒形貌结构的形成。     

A.ferrooxidans培养过程中Al/Fe(摩尔比)对铁矿物形成产物的影响

主要研究了磷酸铝(Al PO4)的加入量对氧化亚铁硫杆菌HX3培养液中铁矿物形成的影响,并对相应沉淀产物进行了结构表征分析。结果表明,Al PO4的加入对细菌培养过程中Fe2+的氧化无明显影响,但可促进Fe3+的水解和初始铁矿物相的形成,也可加速黄钾铁矾的转化形成。Al/Fe(摩尔比)为0. 04～1的培养液中主要形成产物为施威特曼石和黄钾铁矾; Al/Fe为0. 4和1时另有磷酸铁矿形成。较高的Al/Fe比值和磷酸根含量有利于磷酸铁矿的形成。     

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。     

尾矿酸浸液制备氢氧化铁过程中施威特曼石的形成与转变

尾矿酸浸液在制备氢氧化铁的过程中,由于逐渐滴加碱液正好形成了pH值为2.8～3.8的高SO2-4、高Fe环境,因而生成了施威特曼石.施威特曼石是一种亚稳定矿物,随着时间的延长和体系状态改变,它可以转变为更稳定的针铁矿(氢氧化铁).考查了pH值、温度及时间对施威特曼石相转变的影响.结果表明,在60℃条件下,在pH值为12的碱溶液中转化36 h,施威特曼石可完全转变为Fe(OH)3.     

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     

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.      

黄钾铁矾的形成条件研究及其环境意义

黄钾铁矾的化学合成实验表明,调整合适的pH值及介质浓度,常温常压下可以实现黄钾铁矾的快速形成。影响黄钾铁矾形成的主要因素包括pH值、温度及硫酸铁介质的浓度。常温下,当pH值在2.60~3.10时,24h内即有黄钾铁矾沉淀出现,2d内则有大量黄钾铁矾生成;在90℃左右时,形成黄钾铁矾的溶液pH值范围增大至1.20~3.10,而且在该范围内,pH值越大越利于黄钾铁矾的形成。高硫酸铁浓度有利于黄钾铁矾的形成,硫酸铁浓度较高(大于0.05M)时,形成较纯的黄钾铁矾矿物;而低浓度时,生成的黄钾铁矾常常含有水绿矾及胶体状的红色无定形羟基硫酸铁杂质。黄钾铁矾的沉淀过程可以用来治理矿山及工业废水,去除其中的S、Fe及As、Cr、Hg、Pb等有毒有害元素。常温常压下黄钾铁矾快速形成的实现为在产生酸性废水的矿山废石堆上形成黄钾铁矾类矿物胶体隔离防渗层提供了良好的潜在应用前景。     

黄钾铁矾类矿物沉淀去除Cr(Ⅵ)的初步研究

为探讨黄钾铁矾类矿物沉淀对Cr(Ⅵ)的去除效果,利用黄钾铁矾类矿物沉淀对模拟含Cr(Ⅵ)废水进行了初步实验处理,结果表明,黄钾铁矾类矿物沉淀对含Cr(Ⅵ)废水有较好的去除效果,去除率都在70%以上,最高可达85%。黄钾铁矾与黄铵铁矾沉淀对Cr(Ⅵ)的去除率差别不大;溶液酸碱度对去除率有明显影响,在pH值为2.5~3.2时,时间相同,较高的pH值比低pH值的去除率高。黄钾铁矾类矿物的沉淀过程可用来处理矿山及其他工业废水,去除S、Fe和Cr(Ⅵ)等有毒有害元素。     

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。     

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。     

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。     

锡铁山石——一种高铁硫酸盐新矿物

锡铁山石(Xitieshanite),发现于青海省锡铁山铅锌矿床氧化带中。矿床地处柴达木盆地北缘,其气候极端干旱。这种气候条件,有利于矿床氧化带硫酸盐矿物的大量发育,锡铁山石仅仅是其中之一而已。与锡铁山石共生的矿物,除大量叶绿矾外,次要的尚有粒铁矾、针绿矾、黄铁钠矾、钎钠铁矾和水绿矾等。锡铁山石的集合体呈块状,亦常见晶形完好者。矿物结晶颗粒较大,一般大小为:     

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。     

黄钾铁矾类矿物生成对嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸提废旧印刷线路板铜的影响

摘要:研究柱浸条件下黄钾铁矾类矿物生成对嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸提废旧印刷线路板金属铜的浸出影响,结果表明:柱浸体系中黄钾铁矾类矿物生成是影响浸铜效率的主要因素;pH值在2.20时可以保持浸出体系中一定的Fe3+量与较高的ORP值;黄钾铁矾类矿物在有细菌作用时生成;加酸维持低pH值(pH2.50)可减少黄钾铁矾类矿物的生成,浸出反应能持续进行。     

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。     

马兰煤矿矿井水水质变化特征及成因

通过对山西省马兰煤矿2号煤层采掘面在开采和封闭时期的矿井水和沉积物的研究,揭示采掘面封闭前后对矿井水水质和沉积物的影响机理。研究结果表明:马兰煤矿矿井水均为SO4—Ca型水质,矿井水均富含SO24-和Fe离子;随着上部煤层的不断开采,3处矿井水呈现相同的变化规律,矿井水的pH值升高,Eh值降低,SO24-、Fe、Mn和Zn离子浓度随之下降,其中北一暗斜井处的矿井水水质变化最显著;矿井水水质指标和流速变化能够控制其沉积物的矿物组成和结晶程度,北一暗斜井处的沉积物在两次采样中由斯沃特曼铁矿变为针铁矿,而其他两处的矿井水沉积物矿物组分没有发生变化,主要由针铁矿组成。研究结果能够提高对老空区积水水质的预测精度,并对煤矿突水水源判识具有重要意义。