有色冶炼含砷废渣长期稳定性的分子机制及调控

Arsenic-bearing solid waste from non-ferrous metal smelting industry is an important source of arsenic pollution in surface environment, which caused increasingly serious soil and water pollution in recent years. The speciation of arsenic and its transformation in the environment are the key factors controlling the long-term stability of the solid wastes. Better understanding of these questions is important for the risk assessment of arsenic pollution and the prerequisite for the establishment of in-situ pollution control technologies. However, the research on these issues is not enough to support the remediation of arsenic pollution in badly contaminated areas. This project will take several typical non-ferrous metal industries as cases and investigate the speciation and transformation of the arsenic-bearing solid wastes by means of chemical analysis, thermodynamic calculation, spectroscopic characterization and other mineral structure analysis techniques. The objectives of this project are to shed more light on the speciation and transformation of arsenic from molecular level and its impact on the stability of arsenic in the smelting tailings, to evaluate its pollution risk, to understand the principles of pollution control by microbial/physiochemical methods, and to establish in-situ remediation technology. Successful implementation of this project is theoretically and practically important to efficient control of arsenic pollution and prevention of serious incidence of arsenic pollution.

有色冶炼含砷废渣是地表环境砷污染的主要源头，我国近年由此造成的水土砷污染问题日益严重。废渣中砷的赋存形态及其在环境条件下的转化是决定含砷废渣长期稳定性的本质因素，对该问题的清晰认识是评估废渣砷污染风险的关键，也是建立原位调控方法的前提。目前，国内外学者在这方面的研究较为缺乏，认识尚不清晰，相关基础研究和理论积累难以支撑重点防控区砷污染的预防及有效治理。本项目将以我国典型有色冶炼含砷废渣为研究对象，通过现场研究和室内实验研究，采用化学分析、热力学计算、光波谱表征及其它矿物结构分析手段，系统研究不同类型废渣中砷的赋存形态及其在不同贮存环境条件下的转化规律，评估其水土污染风险，揭示含砷废渣长期稳定性的分子机制，阐明废渣砷稳定性的微生物及物理化学调控原理，并初步建立原位调控方法。项目研究对充实与发展砷的环境地球化学理论体系、从源头阻控废渣砷污染的发生及遏制日益恶化的环境砷污染态势具有重要意义。

有色冶炼含砷废渣是地表环境砷污染的主要源头，我国近年由此造成的环境砷污染问题日益严重。废渣中砷的赋存形态是决定其稳定性的本质因素，形态转化是决定其稳定性的关键过程，稳定性调控是消减其环境风险的有效途径。本项目选取典型有色冶炼含砷废渣—铁砷共沉淀渣、臭葱石渣、钙砷渣、硫化砷渣，开展了废渣中砷的赋存形态、转化与稳定性、稳定性调控方法三个方面的研究，取得的重要结果如下：（1）新发现了铁砷共沉淀渣中砷的几种形态，包括无定形砷酸铁、无定形砷酸铁钙、重金属砷酸盐表面沉淀、硫酸钙结合砷，并重新认识了吸附态砷的分子结构，这不仅完善了对废渣砷形态的认识，而且有助于废渣砷污染风险评估和消减方法建立；（2）铁砷共沉淀渣在氧化环境中会发生无定形矿物的重结晶，转化为（类）臭葱石、六线水铁矿、针铁矿、赤铁矿、育空石等，对砷稳定性的影响不显著；而在还原环境中化学或微生物介导的铁砷硫还原会导致砷的释放，其中硫酸盐还原产生的负二价硫通过形成硫代砷和分解铁氧化物方式显著降低废渣的稳定性。臭葱石渣无论在氧化还是还原环境均会发生分解，导致砷的显著溶出。钙砷渣在二氧化碳作用下会发生砷酸钙分解，引起砷的大量释放。这些发现对于废渣砷污染风险的准确评估和有针对性消减方法的建立具有重要指导意义；（3）对臭葱石利用硅铝酸盐微包覆可以显著提高其稳定性，抑制砷的溶出；对钙砷渣利用添加金属盐将不稳定的砷酸钙转化为稳定矿物的方法，可以显著提高其稳定性；对硫化砷渣采用先溶出砷，再沉淀为臭葱石并进行微包覆处理的方式，可以消减其污染风险。这些方法的建立对于解决我国有色金属冶炼含砷废渣的污染问题具有重要意义。项目执行至今已在 ES&T, J. Hazard. Mater., Chem. Eng. J., Environ. Sci. Nano, Hydrometallurgy, Chemosphere, Chem.Geol.等期刊发表项目标注SCI论文45篇（项目指标25篇），其中第一标注33篇。申请发明专利6件（项目指标6-8件），已授权3件。