酸性矿山排水(Acid mine drainage, AMD)主要是由于硫化矿物暴露于空气、水和细菌中发生氧化产生的,其特点是pH低、高铁、高硫酸盐及含有高浓度的重金属离子。未经处理而直接排放的AMD,会造成受纳水体严重污染,同时AMD中H
+可与地表水环境中碳酸盐缓冲体系发生中和反应,形成铁/铝次生矿物,吸附大量有毒有害元素,进而降低溶液中可溶态元素的含量,影响着元素在溶液和沉积物中的迁移转化。岩溶水是我国西南地区水资源的重要组成部分,而多年的矿业活动导致区域内酸性煤矿废水的持久排放,对环境极其脆弱的岩溶地区表层岩溶水水质安全构成威胁。因此,研究AMD污染岩溶水中次生矿物形成及其对元素迁移的影响,可以进一步明确AMD对岩溶水环境影响的过程与机理,亦可为岩溶水环境保护提供参考依据。
由于AMD自身性质以及水文周期、岩石风化等因素的影响,致使难以系统研究AMD与岩溶河水中和过程中水化学变化及其形成沉积物的地球化学信息。因此,本研究将采集典型的AMD和岩溶河水按不同比例混合模拟河流中的季节性水文条件,测定混合后水样及其形成沉淀物中主量/微量元素含量,并观察沉淀物的矿物组成和形貌特征。研究结果表明:
- 水化学变化特征:AMD导致岩溶水水环境条件改变,主要表现为溶液pH、DO降低,EC、Eh增加,重金属和稀土元素(REEs)浓度增加。混合后随着Fe2+氧化为Fe3+和次生矿物的形成,溶液中pH值、DO和重金属元素浓度降低,Eh逐渐升高。
- 次生矿物形成及其对元素迁移的影响:AMD与岩溶河水混合过程中,随着Fe2+被生物或化学氧化为Fe3+,Fe3+进一步与SO42-结合形成施氏矿物或水解形成Fe(OH)3(s)和FeOOH(s),并伴随着大量无定形Al氢氧化物的生成。其中施氏矿物的形成对Mn、Cr、Cu、As有较强的吸附和共沉淀作用,对REEs的吸附和共沉淀作用受到抑制,而REEs的迁移主要受Al氢氧化物的影响。
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