矿山重金属元素地球化学迁移机理与数学模型的研究

课题以江西某典型有色金属矿山为对象，从研究矿区重金属元素环境地球化学与矿区生态环境地球化学入手，将矿山重金属元素从矿体中向生物体迁移的过程分为四个重要反应界面：尾砂-水反应界面、水-沉积物反应界面、土壤-间隙水溶液界面和土壤-植物界面来研究。其中：尾砂-水反应界面研究重金属从源头尾砂中的释放；水-沉积物反应界面研究重金属在水体中与河流沉积物的沉淀与释放的平衡；土壤-间隙水溶液界面研究土壤生物的有效性；土壤-植物界面研究生物对重金属的吸收与利用。且通过这四个界面的介质间相互作用来刻画重金属元素从内生环境向表生环境释放、迁移与转化的模式。并在此基础上，应用Darcy定律、地下渗流理论、多孔介质的水动力弥散理论等，建立重金属元素地球化学迁移的数学模型。该研究可以通过改变重金属迁移反应界面的条件, 阻断矿山元素的迁移, 达到矿山重金属污染治理的目的。

本课题于2010年得到国家自然科学基金立项支持。历时三年，课题组针对矿山重金属污染的地球化学迁移机制，重点开展了以下几方面的研究工作：.（1）以钨矿区为研究对象，通过野外采样及样品（尾矿、土壤、植被）分析测试，掌握了钨矿区土壤重金属污染现状；应用地统计学方法，结合SPSS以及GIS软件，给出了矿区土壤重金属的统计分布与空间分布，为矿区土壤资源管理与土壤污染治理提供了科学依据。.（2）通过矿区土壤重金属元素的含量和土壤酶活的测定，探索了重金属与土壤酶活性之间的关系，通过多元线性回归分析以及主成分分析，揭示了土壤酶活性与重金属间的内在联系，为重金属复合污染土壤环境质量评价提供了生物酶学理论依据。.（3）As在矿区土壤中的形态分析。土壤中砷含量均值为83.83mg/kg，是背景值的6倍，最高处含砷量达到了当地背景值的11倍。重金属的形态决定了生物有效性，尾矿中As的残渣态占到了总砷量的39.4%；而土壤中以铁锰氧化物结合态存在的As最多，其占总砷的比例为36.13% ~ 38.63%。.（4）As的地球化学迁移机制。研究了As从尾砂-水反应界面-土壤界面的的释释放特征以及主要影响因素，砷在酸性条件下的释放迁移能力小于碱性条件下的迁移释放能力，而且释放量会随pH的升高而逐渐增加，到pH为10-11时达到最大值。.（5）重金属元素地球化学迁移的数学模型。依据水力学的基本原理以及多孔介质的水动力弥散理论，建立了尾矿重金属元素地球化学迁移的数学模型。.另外，在本课题支持下，培养了3名硕士研究生，其中1人已毕业，其学位论文为《赣南某钨矿尾矿砂中砷在土壤中的释放迁移特征研究》，另有1人将于2014年6月毕业，学位论文已提交；支持6名本科生进行了大学生创新实验项目；对4名中青年骨干教师进行了学术训练。相关成果已刊发学术论文9篇（另有5篇已投稿，其中：2篇已录用，3篇在审稿中）；出版《有色金属矿山重金属污染控制与生态修复》编著1部。