金属硫化物介导下施氏矿物的相转变过程及对典型重金属环境行为的影响机制

The releasing and redistribution of heavy metals inducing by phase transformations of secondary iron hydroxy sulfate minerals is the key factors affecting the environmental geochemical behavior of heavy metals in metal sulfide mining area. But it remains elusive. In this project, we will select one of the secondary iron hydroxy sulfate minerals, schwertmannite as the representative object, and systematically investigate the phase transformation of schwertmannite mediated by metal sulfide minerals to observe the form distribution of the heavy metals and sulfur on the minerals and explore the key factors affecting the transformation of schwertmannite, along with proposing the kinetic model. We will use integrated the mineral geochemical characterization methodologies to elucidate the mechanism in chemical transformation of schwertmannite and illuminate the releasing and redistribution mechanism of loading heavy metals and reveal the environmental geochemical cycling characteristics of typical heavy metals. These results could provide theoretical basis for the remediation of mining area pollution.

金属硫化物矿区中含铁硫酸盐次生矿物的相转变所引起重金属的释放和再分配过程是影响重金属环境地球化学行为的关键，然而目前对此过程仍缺乏系统认识。本项目以一种典型的含铁硫酸盐次生矿物施氏矿物为研究对象，系统研究金属硫化物介导下施氏矿物的相转变过程，硫素和重金属的形态变化特征，考察影响施氏矿物溶解相转变的关键因子，分析构建动力学模型。综合运用矿物地球化学表征手段，阐明施氏矿物的化学转化机制，明确重金属在施氏矿物转化过程中的释放和再分配机理，揭示典型重金属的环境地球化学行为。研究结果可为矿区的环境治理提供理论依据。

金属硫化物矿区中含铁硫酸盐次生矿物的相转变是Fe/S地球化学循环重要的分支，所引起的重金属再次分配过程是影响重金属环境地球化学行为的关键。本研究以施氏矿物为研究对象，系统研究可溶性金属硫化物介导下施氏矿物的相转变过程及关键影响因子。结合宏观离子浓度的变化及综合运用矿物地球化学表征手段，探究了厌氧条件下不同重金属负载量、pH和初始S(-II)浓度等因素影响下S(-II)对施氏矿物相转变的作用机制。研究结果表明，可溶性金属硫化物促进了施氏矿物的溶解相转变，产物主要为针铁矿，其机理可概括为吸附—溶解—重结晶。但重金属铬或钼的负载会抑制还原溶解的过程，且施氏矿物的稳定性与重金属的负载量成正比关系。在酸性条件下，高的S(-II)浓度和低的重金属负载量有利于施氏矿物中硫酸根的释放迁移。柱体系实验证明了铬和钼的释放过程遵循零级动力学方程。大宝山拦泥库沉积物中重金属的垂直迁移特征实验明了实际AMD环境中S(-II)对重金属的释放有相对的促进作用，且释放的部分重金属主要来源于沉积物中的易还原矿物相如施氏矿物。最后通过比较Fe3+水解和Fe2+氧化两种方法合成的施氏矿物协同Fe(0)对AMD中铬的固定作用，阐明了吸附还原耦合共沉淀的固载机制。研究结果可为金属硫化物矿区重金属的迁移转化和环境污染控制提供理论依据和数据支撑。