还原条件下矿区河道尾砂沉积物中锑活动性的变化

The mobility of antimony in impounded tailings sediment can be studied through the simulation experiment and field investigation. In the simulation experiment of the mixture of oxidized tailings sediment and water, reducing agents are added to obtain appropriate reducing conditions. The sorption/release of Sb in the tailings sediment under various reducing conditions will be studied. Under varying reducing conditions, the dissolution of hydrated metallic oxides, the variation of Sb valency and sulphur species may occur, resulting in the variation of Sb mobility in the tailings sediment. Thus, the relationship among the redox conditions, the mineral dissolution - the variation of Sb valency - the variation of sulphur species, and the mobility of Sb can be discussed. Regarding the field profile of tailings sediment, the redox condition exhibits a variation from the surface to the deep part. Based on the occurrences and release of Sb in the tailing sediments at different depths, the redox potential as well as the mineral and chemical compositions of the tailings sediment, the mobility of Sb and its dependence on some dominating factors can be addressed in detail.

采用实验模拟和野外研究结合的方法，研究埋藏法处置矿区河道尾砂沉积物时锑活动性的变化。用被氧化的尾砂沉积物进行模拟实验，对尾砂沉积物-水体系施加一定还原条件（添加还原剂），研究还原条件下尾砂沉积物中Sb的吸附/溶出行为及其控制因素，要突出不同强度的还原条件对Sb活动性的影响。在不同强度的还原条件下，尾砂沉积物中可能发生氧化矿物的还原溶解、Sb价态变化、硫形态变化，导致相应的Sb活动性变化。据此，探讨氧化还原条件-（矿物溶解、Sb价态变化、硫形态变化）-Sb活动性三者之间的关系。在野外剖面研究中，选择矿区河流中尾砂沉积物被洪水冲积形成的沙洲，其表层至深层代表了从氧化到还原环境的变化。根据不同深度的尾砂沉积物中Sb的赋存以及溶出能力的对比，结合氧化还原电位、矿物及化学组成，分析Sb活动性的差别及其原因。

矿区选矿尾砂散乱堆放于河道周边，造成河道淤塞，尾砂与河底、河岸的沉积物混合物(简称尾砂沉积物)对河流周边环境造成严重污染。对于这些尾砂沉积物，最简单有效的方式就是挖出来后集中填埋于尾矿库或其他安全储库中。填埋法处置矿区河流中的尾砂沉积物时，因深埋地下，氧气渐渐被消耗，厌氧微生物利用沉积物中的有机物作为碳源生长繁殖后，逐渐形成还原环境。这期间微生物利用有机物为电子供体，以Fe(III)或Mn(IV)作为电子受体，使其金属(氢)氧化物发生还原性溶解，释放吸附其上的Sb 和As 等有害元素。本研究以广西大厂茶山锑矿区的河道中平村和茶山尾砂沉积物为对象，通过化学还原（抗坏血酸钠）和微生物还原法人工模拟填埋时的还原环境，研究尾砂沉积物在还原条件下的亚稳态矿物的变化、主微量元素（Fe、Mn、As、Sb）的赋存变化及溶解释放特征及其影响因素，并利用高通量测序技术，对微生物还原时其群落结构特征做了相应的分析。结果发现：1）还原条件可导致亚稳态铁锰矿物的转化溶解，并导致Sb、As大量释放；2）Sb释放与Mn、Fe矿物的溶解均有关，而As释放与Fe有关、与Mn无关；3）Sb释放与As不同，初期Sb释放强，后期As释放强。原因，Sb除了水溶态高、与Mn矿物相关外，还与结晶弱的铁矿物相有关，As主要与结晶稍强的铁矿物相有关，强还原条件下甚至可以引发臭葱石的溶解，导致As 的大量释放；4）厌氧培养中，微生物还原条件下发现有Fe 和S 还原的优势菌：脱硫肠状菌、地杆菌、梭菌。这三种还原菌的大量繁殖，使Eh 不断降低；地杆菌和梭菌相对丰度的升高，促进了Fe 和As 的释放及Fe(III)、As(V)和Sb(V)的还原。