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。     

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。     

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。     

广东大宝山矿区速溶性矿物的理化特征及其生物毒性效应

通过理化分析及生物检测方法,对大宝山矿区土层中速溶性矿物的理化特征及其生物毒性进行了初步分析.结果表明,大宝山矿区土层中的矿物组成成分较为复杂,含有大量的氧化性硫酸盐及其他致酸物质和重金属.矿物易溶于水,所得溶液pH较低(pH《2.15),并富含大量的重金属Cu、Pb、Zn、Cd以及Fe、Mn等元素,因而具有极强的生物毒性.矿物水溶液的稳定性较差,溶液的理化指标变化较大.急性和慢性生物毒性试验表明,即使溶液pH被中和至7.22以上,但溶液仍显示出较强的生物毒性,3.117 mg/L的矿物溶液即会使试验生物在24 h内的死亡率达到100%,说明该水溶性矿物的生物毒性除了受强酸性物质的影响外,还与矿物中多种组分共存时的联合生物毒性有关.在一般的水体中,该水溶性矿物的安全排放浓度仅为0.006 mg/L.研究结果可为对矿山废物外排对下游生态环境的影响及生态风险评价提供理论依据.     

广东大宝山矿区速溶性矿物的理化特征及其生物毒性效应

通过理化分析及生物检测方法,对大宝山矿区土层中速溶性矿物的理化特征及其生物毒性进行了初步分析。结果表明,大宝山矿区土层中的矿物组成成分较为复杂,含有大量的氧化性硫酸盐及其他致酸物质和重金属。矿物易溶于水,所得溶液pH较低（pH〈2．15）,并富含大量的重金属Cu、Pb、压、Cd以及Fe、Mn等元素,因而具有极强的生物毒性。矿物水溶液的稳定性较差,溶液的理化指标变化较大。急性和慢性生物毒性试验表明,即使溶液pH被中和至7．22以上,但溶液仍显示出较强的生物毒性,3．117mg／L的矿物溶液即会使试验生物在24h内的死亡率达到100％,说明该水溶性矿物的生物毒性除了受强酸性物质的影响外,还与矿物中多种组分共存时的联合生物毒性有关。在一般的水体中,该水溶性矿物的安全排放浓度仅为0．006mg／L。研究结果可为对矿山废物外排对下游生态环境的影响及生态风险评价提供理论依据。     

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     

硅藻土、石英砂和钾离子促进微生物转化酸性矿山废水中亚铁成次生矿物的研究

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)能够在低pH值条件下,迅速将Fe2+氧化并产生大量次生羟基硫酸铁沉淀,从而除去水中可溶性Fe2+。这为富含Fe2+的酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)处理提供了新的思路。本文从晶种刺激和阳离子诱导两个方面,分别研究了固定化载体(硅藻土、石英砂)和具有强诱导能力的成矾离子(K+)对微生物转化酸性体系中Fe2+成次生矿物的影响。结果表明,3种材料均有明显促进可溶性Fe2+向次生矿物转化的作用,且总铁(TFe)沉淀率与3种材料的添加量呈正相关关系。在起始Fe2+浓度为160mmol/L,硅藻土、石英砂和钾离子最大添加量分别为10 g、10 g和80 mmol/L时,经过72 h反应后,TFe沉淀率分别比对照增加了8%、24%和20%。矿物中的Fe、K和S元素含量与溶液中的起始K+浓度有非常密切的关系,随着K+浓度的增大,矿物中的K和S含量逐渐增加,而Fe含量则相应减少。     

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。     

硫酸盐还原菌分离及其脱硫性能的研究

采用单因素及静态实验方法,研究从污水厂活性污泥中富集分离的硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)在不同初始pH值条件下对SRB脱硫率的影响。试验结果显示,该SRB菌种生长在偏弱酸-中性环境中。当pH=6~7时,最适宜SRB生长,脱硫率达到最高;当pH=3~4时SRB难以生长,脱硫率接近于零。菌液中的金属铀的存在会抑制SRB菌的生长,铀浓度越高,抑制作用越严重。     

广东大宝山矿区植被污染信息的遥感识别方法研究

为了探索遥感技术识别矿山植被污染信息的有效方法,基于ASTER和QuickBird 2种数据源,采用植被指数法和植被绿度法2种方法,对广东大宝山矿区的植被污染信息进行了识别研究。通过不同数据源、不同识别方法的对比分析,为遥感技术识别矿山植被污染信息的推广应用提供了工作思路和科学依据。     

自动电位滴定测定锰矿石中锰的方法研究

多批次的锰矿石锰含量滴定分析消耗大量人工,随着自动化电位滴定仪的普及,利用仪器完成容量滴定成为可能,而将手工滴定向自动电位滴定移植是当前需要解决的课题。本文建立了一套自动电位滴定仪测定锰矿石中锰含量的方法,确定了相关滴定参数和等当点识别标准。锰矿石样品采用盐酸、磷酸分解,硝酸去除碳和有机物,高氯酸氧化,形成样品溶液。自动电位滴定仪先用硫酸亚铁铵标准溶液对预先移取的重铬酸钾标准溶液和标定空白溶液分别进行氧化还原滴定,用铂复合电极指示,计算得到硫酸亚铁铵标准溶液浓度,再对样品空白溶液和样品溶液进行氧化还原滴定,得到样品锰含量,方法检测范围为5%～60%。采用本法分析国家一级标准物质,测定结果的准确度和精密度高;分析多个产地不同水平的锰矿石样品,测定结果与手工方法进行对照,经t检验无显著性差异。建立的滴定方法自动化程度高、方法稳健,适用于冶炼企业、港口商检等行业,具有推广价值。     

长江口及其邻近海域表层沉积物中氧化还原敏感性微量元素的环境指示意义

对长江口及其邻近海域表层沉积物和底层悬浮体中氧化还原敏感元素分布规律和富集特征进行了分析与研究。结果表明氧化还原敏感元素在研究区具有明显的“离岸富集”特征,去除粒度效应、陆源碎屑来源组分和有机质的吸附作用等因素的影响之后,氧化还原敏感元素仍显示出在缺氧区的富集。通过同一站位底层悬浮体和沉积物中氧化还原敏感元素含量的分析比较,发现底层水缺氧是导致氧化还原敏感元素Mo、Cd、V等在沉积物中富集的主要原因。Mo、Cd、V等元素的不同富集程度可用来反映缺氧区的缺氧程度。因此,Mo, Cd, V等RSE在长江口外缺氧区及其邻近海域具有氧化还原环境指示意义,可以指示长江口外缺氧区的存在与大体范围,并可在一定程度上用来衡量缺氧区的缺氧程度。U理论上虽然也对环境的氧化还原条件敏感,但由于受陆源碎屑来源组分的影响较大,在长江口外缺氧区的富集并不明显,因此U在研究区不具有氧化还原环境指示意义。     

酸性矿山废水中石灰岩包壳作用研究

研究石灰岩包壳作用有助于深入了解酸性矿山废水(AMD)在富含石灰岩的金属硫化物尾矿中的释放机制。采用AMD滞留浸泡石灰岩颗粒试料的实验方法,研究在酸水饱和条件下石灰岩次生包壳的形成作用。研究表明,AMD的Fe含量是影响石灰岩包壳作用的主因之一。在高Fe浓度(如1 029~1 033 mg/L)的AMD中,石灰岩颗粒表面可依次沉淀富Al相、石膏、纤铁矿(吸附Zn、Cu及As等),发生石灰岩包壳/钝化作用,使溶液维持酸性;而在低Fe浓度(6.71~74.8 mg/L)的AMD中,次生包壳难以生成,石灰岩得以大量溶解释碱并充分中和溶液中的H~+,使溶液达到中性。因此,Fe硫化物含量较高(如Fe含量10.62%、S含量5.70%)的石灰岩尾矿,由于其氧化后可生成高Fe浓度的酸性水而导致石灰岩包壳作用,具有释放AMD(及重金属)的危险,应注意防控。     

安徽某铁矿排土场废矿石中细菌群落分子生态学研究

采集了安徽某铁矿排土场酸水库周边不同类型的废矿石样品,分析了样品的物理化学性质,进而用分子生物学方法对比研究了样品中嗜酸菌群落组成及物理化学参数对群落结构的影响。结果表明,所采4个废矿石样品均呈强酸性,pHKCl均在3.0以下,并含有大量的金属离子和硫酸根阴离子,而有机质含量很低。总的来说,风化废矿石样品（KB和PD）比根际样品（WJ和GY）的物理化学条件更为严酷。样品中的细菌分属15个细菌类群,其中7个类群在4个样品中都有分布。经聚类分析发现,无论是物理化学参数还是细菌群落组成,都是风化废矿石样品聚为一个分枝,而根际样品聚为另一个分枝,说明物理化学条件对细菌群落组成有着决定性的影响。4个样品的Shannon指数和Simpson指数均显示,根际废矿石样品比风化废矿石样品细菌多样性高。各种物理化学参数对样品细菌群落的多样性影响不一样,pH和有机质含量与细菌多样性呈正相关关系,而硫酸根和磷与细菌多样性呈负相关关系。酸杆菌门细菌在所有4个样品中都占有很高的比例,它们在废矿石生态系统的物质循环和能量流动中发挥着重要的作用。     

岩溶洞穴中钟乳石类沉积物色泽变化的成因浅析

在溶洞开发利用过程中发现,一些原为晶莹洁白的洞内钟乳石类沉积物逐渐变得色泽暗淡发红或产生其它颜色,失去了原有的亮丽色泽.笔者认为产生这种现象的主要原因是由于洞穴开放程度增高或当地气候等环境条件发生较大变化,增强了洞内空气与洞外大气的循环交替,洞内空气中氧含量增大,造成渗入洞中水氧化还原条件发生较大变化,致使铁、锰等金属化合物在钟乳石类沉积物中沉积所致.此外,泥质、有机质以及其它金属矿物等在钟乳石类沉积物表面的沉积或附着,也是促使颜色变化的另一原因.     

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。     

海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ~(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10~(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10~(-3)～30×10~(-3),Mo—U富集系数比1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10~(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。     

粤北大宝山多金属矿氧化亚铁硫杆菌对闪锌矿的生物氧化作用初步研究

利用从大宝山尾矿库酸性矿山废水培养得到的氧化亚铁硫杆菌(A.f.菌)和闪锌矿进行初始pH 2.00和pH 3.00条件下的无菌氧化、含菌含铁氧化和含菌不含铁氧化实验.通过测定实验过程溶液的阳离子、硫酸根离子含量和pH值,实验固体产物的XRD分析和反应前后闪锌矿表面的电镜扫描(SEM)对比分析,获得如下结论:①在不含铁离子的情况下,闪锌矿在pH为2.00的环境下比pH为3.00的环境下更容易被氧化;②氧化亚铁硫杆菌对闪锌矿的氧化有明显的促进作用,其氧化速率比无菌氧化速率要提高10～30倍;③铁离子存在对闪锌矿生物氧化有明显的促进作用,最高可达300倍;④氧化亚铁硫杆菌以及铁离子存在使闪锌矿的生物氧化作用最终溶液pH值明显低于无菌氧化作用的pH值;⑤闪锌矿的微生物氧化的最佳pH条件在2.0～2.4之间.闪锌矿的生物氧化过程中,细菌的直接氧化作用和间接氧化作用可能都是存在的.     

运用测量沉积岩的氧化还原电位法定量研究地球化学相（环境）─—以豫西白坪井田山西组为例─—

运用氧化还原电位法定量研究煤系地层的沉积地球化学相（环境）。通过研究，将山西组含煤岩系划分成四个沉积旋回和四个沉积地球化学相（氧化还原过渡相、还原相、强还原相、超强还原相），主要煤层分布于第一沉积旋回结束期超强还原相的泥炭沼泽阶段。