運(yùn)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境
——酸性礦山廢水自然中和形成鐵的礦物學(xué)研究

徐秀月，王寧寧（外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院），重慶400042）

運(yùn)用生態(tài)修復(fù)技術(shù)保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境
——酸性礦山廢水自然中和形成鐵的礦物學(xué)研究

徐秀月，王寧寧
（外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院），重慶400042）

酸性礦山廢水（Acid mine drainage，AMD）是指礦物在開采過程中產(chǎn)生的pH＜5，富含F(xiàn)e2+、SO42-以及其他重金屬有害的水體，其進(jìn)入天然水體中會(huì)形成不同類型的鐵礦物，對(duì)環(huán)境造成不利影響。本文將對(duì)AMD進(jìn)入天然水體后形成的鐵礦物的類型、結(jié)構(gòu)等做相應(yīng)的介紹。

酸性礦山廢水；水鐵礦；施氏礦物；針鐵礦

當(dāng)今由于工業(yè)發(fā)展的需要，人類對(duì)礦產(chǎn)資源需求量在不斷增加，隨之而來的礦產(chǎn)在開采過程中產(chǎn)生AMD，這是全球面臨的重大環(huán)境污染問題，AMD進(jìn)入天然水體中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的污染，而且會(huì)形成不同類型及結(jié)構(gòu)的鐵礦物，在AMD中，F(xiàn)e是重要的溶解態(tài)物質(zhì)，其存在的鐵礦物能吸持大量重金屬元素，由此會(huì)對(duì)水體的自凈產(chǎn)生一定的作用［1］。

1　AMD自然中和形成的礦物種類及特征

AMD進(jìn)入天然水體后是否形成沉淀由水體的物理、化學(xué)及生物特性共同決定的。不同的pH環(huán)境下鐵礦物產(chǎn)生的種類主要包括施氏礦物、針鐵礦、水鐵礦等。

1.1水鐵礦

水鐵礦是地表水環(huán)境中存在的較為廣泛的鐵含水（氫）氧化物，化學(xué)通式為FeOOH·xH2O［2］，其中x為0～1之間的任意數(shù)值，在自然環(huán)境中一般 x的值為 0.8和 0.6，其中 x為0.8時(shí)，礦物會(huì)在 XRD圖譜上出現(xiàn) 2個(gè)寬峰，因此也被稱作2線水鐵礦，x為 0.6時(shí)會(huì)有 6個(gè)峰，故被稱作 6線水鐵礦。研究表明，AMD在匯入未污染溪水中生成的大量沉淀主要以無定形的水鐵礦為主，且其形成受 pH和濃度的影響，水鐵礦結(jié)晶顆粒很小，結(jié)晶度差［3］，同時(shí)比表面積高，水鐵礦會(huì)有很強(qiáng)的吸附能力。此外，水鐵礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，結(jié)構(gòu)中的Fe容易被其它元素所取代，因此容易捕獲其它元素，使得各種雜質(zhì)元素能以共沉淀的方式賦存于其中［4］。

1.2施氏礦物

施氏礦物是在1994年被命名，是研究者在研究AMD沉積物的礦物學(xué)特征時(shí)發(fā)現(xiàn)的，是一種結(jié)晶度很低的鐵礦物，研究者證實(shí)接納AMD的沉積物中存在有施氏礦物，其對(duì)重金屬離子有吸附和共沉淀的作用。施氏礦物為次生羥基硫酸鹽高鐵礦物。研究［5］證實(shí)施氏礦物的化學(xué)組成可表示為 Fe8O8 （OH）8-2x（SO4）x，其中 1≤x≤1.75。施氏礦物是一種結(jié)晶度較差，且施氏礦物中-OH活性強(qiáng)，礦物表面吸附有大量的、對(duì)其結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用的［6］。

1.3針鐵礦

針鐵礦是表生環(huán)境中的主要礦物，其以黃色、黃棕色粉末狀、針狀存在。針鐵礦廣泛存在于土壤、河流、湖泊以及海洋的沉積物中。1980年澳大利亞發(fā)現(xiàn)博丁頓（Bdodingtno）大型紅土型金礦后，這種表生風(fēng)化作用形成的紅土型金礦，儲(chǔ)有大量的紅土型（三水鋁石型）鋁土礦，含鐵礦物主要是針鐵礦和赤鐵礦，比例大約是1.5∶1。針鐵礦中部分的 Fe原子被 Al原子所取代，經(jīng)測(cè)定，形成的針鋁鐵礦的組成在 Fe0.9Al0.1OOH 至Fe0.8Al0.2OOH范圍內(nèi)。在對(duì)黔西南老萬場(chǎng)金礦粘土層的礦物分析表明，高嶺石、針鐵礦和綠泥石是粘粒級(jí)的主要部分。含鐵的礦物，例如輝石、角閃石、硫化物等，在表生條件下發(fā)生風(fēng)化可使鐵氧化進(jìn)入到表生溶液中，形成鐵的氫氧化物和氧化物，其中最主要穩(wěn)定礦物是針鐵礦、赤鐵礦。事實(shí)表明，赤鐵礦在酸性條件下可生成針鐵礦，在酸性條件下，赤鐵礦發(fā)生了溶解。在硫酸鹽體系中，針鐵礦的生成還受到 Fe3+和的制約［7］。

2　結(jié)語

本文介紹了AMD進(jìn)入天然水體后形成的常見沉淀物，包括水鐵礦、施氏礦物及針鐵礦，介紹了其結(jié)構(gòu)及基本性狀，希望對(duì)以后研究AMD產(chǎn)生的沉積物中礦物組成方面提供一定的依據(jù)。

［1］MargareteKalin，AndrewFyson，WilliamN.Wheeler.The chemistry of conventional and altemative treatment systems for the neutralizationofacidminedrainage［J］.Seienceofthetotal Environment，2006，366（2-3）：395-408.

［2］Majzlan J，Navrotsky A，Schwertmann U.Thermodynamics of iron oxides：PartⅢ.Enthalpies of formation and stability of ferrihydrite［J］.Geochimical Et Cosmochimica Acta，2004，68（5）：1049-1059.

［3］Hochella M F，Moore J N，Golla U，et al.A TEM study ofsamplesfromacidminedrainagesystems：metal-mineral associationwithimplications for transport［J］.Geochimical Et Cosmochimica Acta，1999，63（19-20）：3395-3406.

［4］Fuller C C，Davis J A，Waychunas G A.Surface chemistry of ferrihydrite： Part2.Kineticsofarsenateadsorptionand coprecipitation［J］.Geochimica Et Cosochimica Acta，1993，57（10）：2271-2282.

［5］StePhanieOuvrard，MarieodileSimonnot，.Diffusion-Controlled adsoption of arsennte on a natural managanese［J］，2002，41（24），6194-6199.

［6］Raven，K.P.，Jain，A.，LoePPert，R.H.Arsenite and arsenate adsorptiononferrihydrite：kinetics，eequilibriumandadsorption envelopes［J］，Environmental Science Technology，1998（32），34-39.

［7］古緒鵬，陳同云.針狀超微鐵黃形成機(jī)理的研究［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2001，22（4）：8-9.

X142

ADOI編號(hào)：10.14025/j.cnki.jlny.2016.15.061

徐秀月，碩士，外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院），研究方向：酸性礦山廢水的生態(tài)修復(fù)；王寧寧，碩士，外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院），研究方向：酸性礦山廢水的生態(tài)修復(fù)。