希瓦氏奥奈达菌MR-1还原针铁矿的实验研究及地球化学意义

本文实验研究了希瓦氏奥奈达菌株(Shewanella oneidensis MR-1,以下简称MR-1)在pH为中性的厌氧条件下还原针铁矿的过程,探讨了MR-1菌异化还原针铁矿的动力学特征。采用邻菲罗啉分光光度法检测了反应前后溶液中铁含量的变化,利用扫描电子显微镜、粉晶X射线衍射和激光拉曼光谱分析了针铁矿及其还原产物的形貌特征和物相组成。结果表明,针铁矿在厌氧条件下可被MR-1还原,生成磁铁矿、菱铁矿等次生矿物。本文认为针铁矿的微生物异化还原过程以直接接触机制为主,同时存在间接还原机制;溶液中的Fe2+与CO32-、SO42-等沉淀生成菱铁矿等次生产物,同时部分Fe2+、Fe3+离子可吸附于矿物表面,甚至能引起矿物相的转化,两者共同构成了针铁矿的次生分解路径。     

两株异化铁还原菌与蒙脱石交互作用实验研究

本文选用采自辽宁某矿的天然钠基蒙脱石与两株异化铁还原菌模式菌株Shewanella putrefaciensCN32和She-wanellaoneidensisMR-1,研究了蒙脱石与微生物之间的交互作用。结果表明这两株菌均能还原蒙脱石晶格中的三价铁,使微生物作用于蒙脱石之后的反应体系中二价铁离子浓度明显升高,反应悬浊液颜色由无色变为浅绿色。透射电子显微镜晶格条纹像显示微生物作用后的粘土矿物微结构发生明显变化,其层间距d001值从1.29 nm分别减小为1.06 nm(CN32)和1.02nm(MR-1)。上述结果综合指示这两株异化铁还原菌能够通过还原天然蒙脱石结构中的三价铁促进矿物发生物相转变。     

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。     

pH对长江下游沉积物中重金属元素Cd、Pb 释放行为的影响

河流沉积物中的重金属元素对水生生物和人类具有潜在的危害性,主要是由于环境条件的变化会使沉积物中的重金属元素释放到水体中。因此,研究影响沉积物中重金属元素释放的因素是十分重要的。研究了长江下游沉积物在不同pH条件下重金属元素Cd、Pb的释放能力和释放前后Cd、Pb形态的变化。结果表明,Cd、Pb在沉积物中的释放主要是在酸性条件下发生的,并且释放率随pH的升高而迅速降低,pH＞7.0后,释放率都非常低。释放能力Cd明显大于Pb。形态分析的4个典型沉积物样品中,Cd在南京位点样品中主要存在于残渣态中,其余3个位点样品主要存在于弱酸态和可还原态中,Pb在4个典型沉积物样品中主要存在于可还原态中。pH的变化使沉积物中Cd的各形态都不同程度地发生了释放,弱酸态和可还原态释放的程度最大,而Pb的各个形态释放都不明显。     

嗜酸铁还原菌与生物氧化毒砂产物作用过程中砷释放行为

毒砂是常见的含砷硫化物矿物,其化学式为FeAsS,它的氧化还原过程密切与砷的释放和滞留有关。本次研究采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)和嗜酸铁还原菌(A.CryptumJF-5)分别代表生物氧化过程和还原过程,将其与毒砂连续作用30 d,从地球化学和次生矿物学角度讨论氧化还原过程对毒砂中砷释放的影响。结果表明,Thiobacillus ferrooxidans与毒砂作用30 d其砷的释放浓度要比非生物条件高3倍,生物氧化作用后的毒砂红外光谱、X射线衍射仪和扫描电镜同时显示出现结晶度更好的黄钾铁矾(KFe_3(SO_4)~2OH)_6。这些氧化蚀变后的毒砂再与A.CryptumJF-5作用30 d,高活性的JF-5(pH=2)要高于低活性的JF-5(pH=3)80 mg/L。这表明还原过程能够引起氧化过程中释放-再固定的砷从次生矿物中释放出来。这些还原次生矿物的红外光谱在793 cm~(-1)波数出现一个弱振动,XPS结果表明微生物还原过程引起砷的价态从As(V)变为As(III)。SEM电镜揭示还原过程引起次生矿物形貌出现明显的变化。     

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。     

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。     

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。     

汉源铅锌矿淋滤液中As元素随pH和矿石粒径变化特征

<正>近年来,矿山开采带来的环境污染问题日益严重,矿区内的尾矿坝及露天堆放的废石堆、矿石堆是矿区周围及其下游环境中重金属元素的主要来源,天然雨水淋溶浸泡作用对重金属元素的释放迁移具有一定的促进作用[1],因此,对尾矿、废石、矿石的模拟淋滤实验能够揭示污染源中矿物的分解转化规律、水-岩氧化还原反应机理、重金属元素在水-岩中的迁移转化规律以及影响因素等,从而能够为矿山环境污染     

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。     

第二松花江中上游悬浮物重金属元素分布特征

悬浮物是河流重金属元素的主要迁移载体。对第二松花江中上游悬浮物重金属元素分布特征进行了较系统的研究。结果表明:第二松花江中上游悬浮物中重金属元素含量变化大;枯水期悬浮物主要以吸附重金属元素能力强的粘土矿物为主,而丰水期则以长英质矿物碎屑为主;枯水期悬浮物重金属元素含量明显高于丰水期;工业污染是导致吉林市区河段悬浮物中As、Cu、Zn、Cd、Pb和Hg元素含量远高于松花湖和下游河段的主要原因。     

湘江入湖河段沉积物主元素组成对重金属污染的指示

本次工作利用X射线荧光(XRF)和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析技术,对湘江人湖河段沉积物进行主元素和重金属元素分析.结果表明,湘江入湖沉积物中主元素含量变化相对稳定,沉积物具有明显亏CaO、Na2O,而富MnO、A12O3的化学组成特征.其化学组成和风化蚀变特征(蚀变指数CIA值大于78)指示流域上游花岗岩为沉积物提供了主要的物源.主元素揭示的沉积物矿物组成主要包括A12O3表征的细粒黏土矿物类和SiO2、Na2O表征的粗粒碎屑矿物类两部分.沉积物中重金属元素含量变化大,重金属综合富集指数EI值自湾河WH (EI=4.7、14.2)向湘阴XY (6.6、5.6)再向屈原农场QN沉积柱(18.4)趋于增大,重金属污染程度自上游向下游趋于增强.重金属污染程度主要与以A12O3为代表的Ⅰ类元素呈正相关关系.预示重金属污染主要与黏土矿物、铁锰氧化物、有机质、及磷灰石等副矿物相关.其中Bi、Pb、Mn、T1等重金属污染更趋于在黏土矿物、锰氧化物、有机质等矿物相中增强,Cd污染可能主要与铁锰氧化物、有机质等有关,U污染则主要与铁氧化物矿物有关,而Cu、Sb污染主要与有机质关系密切.不同的矿物相可能引起不同种类的重金属污染.     

不同氧化还原条件下铅锌矿尾砂中重金属元素活化迁移规律

以广西大厂镇鲁塘铅锌矿尾砂为研究对象,通过淋滤实验研究了不同氧化还原条件下尾砂中Cu、Cd、Zn、Pb和As等元素的活化和迁移规律。结果表明：经高浓度氧化、高浓度还原条件处理的尾矿表现为pH<7的酸性环境,经低浓度氧化环境条件处理的尾砂呈现pH>7的弱酸性至弱碱性环境;尾砂中Cu、Cd元素活化迁移受pH值的影响明显,即高浓度还原和高浓度氧化条件可以促进Cu和Cd元素的迁移,酸性条件对Cu和Cd元素的迁移起到促进作用;Zn与Cd元素存在竞争吸附关系,但二者仍有明显差别;Pb和As元素受到还原条件的影响,能有效促进Pb和As元素的释放迁移。在淋滤实验前期,铅锌矿的表面阻力较小,由于环境酸碱性的改变,初始尾砂对重金属元素的吸附位能发生变化,重金属元素初期迁移能力得到加强;淋滤后期,矿物颗粒表面由于发生氧化还原反应,促使颗粒表面的阻力增加,重金属元素的溶出量减少,迁移能力受到抑制。     

施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验研究

在金属硫化物的表生氧化过程中,施氏矿物是最常见的一种次生矿物.施氏矿物具有粒度小、比表面积大、表面吸附能高的特点,能够吸附环境流体中的重金属离子和微生物细胞,从而影响重金属元素及微生物的表生地球化学行为.利用化学合成的施氏矿物,开展了施氏矿物吸附Cu2+及氧化亚铁硫杆菌的实验.结果显示:施氏矿物对金属Cu2+及氧化亚铁硫杆菌均有较强的吸附性;施氏矿物对Cu2+的吸附基本符合Langmuir吸附模型,而对氧化亚铁硫的吸附行为不符合Langmuir模型,可用Freundlich模型描述;施氏矿物的存在对流体中微生物的活动性及其地球化学行为有重要影响,可能会降低氧化菌分解金属硫化物的效率.     

铁帽型金矿中黄铁矿与褐铁矿含金量的测定

利用分散分析－浮选－选择溶解相结合的方法，分离了铁帽型金矿中两种主要载金矿物──褐铁矿和黄铁矿，然后根据已分离矿物的矿物量及含金量计算出金在各矿物中的配分，解决了物相分析测定金在氧化铁矿物与硫化铁矿物中配分的难题。     

鄂尔多斯盆地北部纳岭沟铀矿床铁物相特征及其成矿意义

本文通过光学显微镜鉴定、铁物相分析、电子探针分析、黄铁矿S同位素分析等手段,开展了铁元素矿物相和化学相特征研究及其成矿意义探讨。研究表明,本区砂岩中铁物相主要包括碳酸铁(菱铁矿)、硫化铁(黄铁矿)、铁氧化物(赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿)以及铁硅酸盐(黑云母、绿泥石、绿帘石),其中铁氧化物是直罗组砂岩中铁元素最主要的存在形式,硫化铁是矿化砂岩重要的指示矿物,上述两种铁物相均在矿化砂岩中含量最高;主要的铀矿物类型为铀石,与黄铁矿关系最为紧密,主要以"围绕"和"包含"的形式与黄铁矿相伴产出;黄铁矿的S同位素分布范围是-39.4‰～-8.5‰,表现出明显的富~(32)S、贫~(34)S的特点,指示了生物成因的特征;U/Th及δU的分布特征指示了二次还原砂岩经历了明显的氧化过程,矿化砂岩的还原性最强。铁物相的特征指示了纳岭沟铀矿床成矿过程的复杂性,既有早期的氧化改造,又有后期的二次还原改造,同时在成矿过程中还伴有硫酸盐还原菌等微生物的参与。黄铁矿作为铀成矿最敏感的指示矿物,是由无机还原反应叠加生物作用形成的。     

广东陆丰黄铁矿床铁帽型金矿物质组成和金的赋存状态

陆丰铁帽型金矿是原生含金黄铁矿矿床长期表生地质作用的产物。通过矿相鉴定、化学分析、化学物相分析、谱学特征研究、差热分析、电子显微镜及电子探针等手段，查明了褐铁矿铁帽系黄铁矿氧化物，其主要矿物为针铁矿，金矿物为自然，主要呈细粒和微粒状产出。     

唐山市曹妃甸地区大气降尘矿物学特征及环境意义——以华北理工大学校区为例

大气降尘矿物学特征研究具有重要的环境学意义。文章以华北理工大学校区采集样品为例,应用激光粒度分析仪、扫描电镜、X射线粉末衍射、电感耦合等离子体质谱等对河北省唐山市曹妃甸地区大气降尘矿物学特征进行了初步分析研究。结果表明,曹妃甸地区大气降尘粒径较粗,颗粒物包括块状、柱状、片状、球状及不规则粒状集合体,主要由石英、长石、石膏、云母、绿泥石、角闪石、白云石、方解石和赤铁矿等矿物组成;降尘样品中Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb等重金属元素含量均较高。研究分析表明,降尘样品中硅酸盐矿物主要源自地面扬尘,而石膏、方解石等碳酸盐矿物可能为环境中的次生矿物,样品中重金属污染主要来源于燃煤、工矿企业生产排放和少部分汽车尾气排放。     

铁帽型金矿中黄铁矿与褐铁矿含量的测定

利用分散分析－浮选－选择溶解相结合的方法，分离了铁帽型金矿中两种主要载金矿物－褐矿和黄铁矿，然后根据已分离矿物的矿物量及含金量计算出金在各矿物中的配分，解决了物相分析测定金在氧化铁矿物与硫化铁矿物中配分的难题。     

含硫化物方解石脉地表风化产物

<正>金属硫化物矿山环境中大量暴露于地表的金属硫化物(如黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿)会发生氧化而生成酸性矿山排水(AMD)。尾矿和废石中的碳酸盐矿物往往与AMD反应而溶解,同时使AMD的酸度下降,并形成多种具有固定重金属元素能力的次生矿物,因此,碳酸盐矿物常常被作为治理AMD污染的重要矿物材料。由于方解石和黄铁矿广泛存在于多种岩石类型中,岩石露头的地表风化作用常常存在硫化物氧化分解、酸性岩石排水(ARD)形成、碳酸盐矿物分解、次生矿物形成的连续过程,这一过程