運用生態修復技術 保護自然生態環境

徐秀月　王寧寧

摘要：酸性礦山廢水（Acid mine drainage，AMD）是指礦物在開采過程中產生的pH < 5，富含Fe2+、SO42-以及其他重金屬有害的水體，其進入天然水體中會形成不同類型的鐵礦物，對環境造成不利影響。本文將對AMD進入天然水體后形成的鐵礦物的類型、結構等做相應的介紹。

關鍵詞：酸性礦山廢水；水鐵礦；施氏礦物；針鐵礦

中圖分類號： X142 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.15.061

當今由于工業發展的需要，人類對礦產資源需求量在不斷增加，隨之而來的礦產在開采過程中產生AMD，這是全球面臨的重大環境污染問題，AMD進入天然水體中會產生嚴重的污染，而且會形成不同類型及結構的鐵礦物，在AMD中，Fe是重要的溶解態物質，其存在的鐵礦物能吸持大量重金屬元素，由此會對水體的自凈產生一定的作用[1]。

1 AMD自然中和形成的礦物種類及特征

AMD進入天然水體后是否形成沉淀由水體的物理、化學及生物特性共同決定的。不同的pH環境下鐵礦物產生的種類主要包括施氏礦物、針鐵礦、水鐵礦等。

1.1 水鐵礦

水鐵礦是地表水環境中存在的較為廣泛的鐵含水（ 氫） 氧化物，化學通式為FeOOH·xH2O[2]，其中x 為0～1之間的任意數值，在自然環境中一般x的值為0.8和0.6，其中x為0.8時，礦物會在XRD 圖譜上出現2個寬峰，因此也被稱作2線水鐵礦， x為0.6時會有6個峰，故被稱作6線水鐵礦。研究表明，AMD在匯入未污染溪水中生成的大量沉淀主要以無定形的水鐵礦為主，且其形成受pH和SO42-濃度的影響，水鐵礦結晶顆粒很小，結晶度差[3]，同時比表面積高，水鐵礦會有很強的吸附能力。此外，水鐵礦晶體結構的穩定性較差，結構中的Fe容易被其它元素所取代，因此容易捕獲其它元素，使得各種雜質元素能以共沉淀的方式賦存于其中[4]。

1.2施氏礦物

施氏礦物是在1994年被命名，是研究者在研究AMD沉積物的礦物學特征時發現的，是一種結晶度很低的鐵礦物，研究者證實接納AMD的沉積物中存在有施氏礦物，其對重金屬離子有吸附和共沉淀的作用。施氏礦物為次生羥基硫酸鹽高鐵礦物。研究[5]證實施氏礦物的化學組成可表示為Fe8O8（OH）8-2x（SO4）x，其中1≤x≤1.75。施氏礦物是一種結晶度較差，且施氏礦物中-OH活性強，礦物表面吸附有大量的、對其結構起穩定作用的SO42-[6]。

1.3針鐵礦

針鐵礦是表生環境中的主要礦物，其以黃色、黃棕色粉末狀、針狀存在。針鐵礦廣泛存在于土壤、河流、湖泊以及海洋的沉積物中。1980年澳大利亞發現博丁頓（Bdodingtno）大型紅土型金礦后，這種表生風化作用形成的紅土型金礦，儲有大量的紅土型（三水鋁石型）鋁土礦，含鐵礦物主要是針鐵礦和赤鐵礦，比例大約是1.5∶1。針鐵礦中部分的Fe原子被Al原子所取代，經測定，形成的針鋁鐵礦的組成在Fe0.9Al0.1OOH至Fe0.8Al0.2OOH范圍內。在對黔西南老萬場金礦粘土層的礦物分析表明，高嶺石、針鐵礦和綠泥石是粘粒級的主要部分。含鐵的礦物，例如輝石、角閃石、硫化物等，在表生條件下發生風化可使鐵氧化進入到表生溶液中，形成鐵的氫氧化物和氧化物，其中最主要穩定礦物是針鐵礦、赤鐵礦。事實表明，赤鐵礦在酸性條件下可生成針鐵礦，在酸性條件下，赤鐵礦發生了溶解。在硫酸鹽體系中，針鐵礦的生成還受到Fe3+和SO42-的制約[7]。

2 結語

本文介紹了AMD進入天然水體后形成的常見沉淀物，包括水鐵礦、施氏礦物及針鐵礦，介紹了其結構及基本性狀，希望對以后研究AMD產生的沉積物中礦物組成方面提供一定的依據。

參考文獻

[1]Margarete Kalin，Andrew Fyson，William N.Wheeler.The chemistry of conventional and altemative treatment systems for the neutralization of acid mine drainage[J].Seience of the total Environment，2006，366（2-3）：395-408.

[2] Majzlan J，Navrotsky A，Schwertmann U.Thermodynamics of iron oxides： Part Ⅲ. Enthalpies of formation and stability of ferrihydrite[J]. Geochimical Et Cosmochimica Acta ，2004，68（5） ： 1049-1059.

[3] Hochella M F，Moore J N，Golla U，et al. A TEM study of samples from acid mine drainage systems： metal-mineral association with implications for transport[J]. Geochimical Et Cosmochimica Acta，1999，63（19-20） ： 3395-3406.

[4] Fuller C C，Davis J A，Waychunas G A. Surface chemistry of ferrihydrite： Part 2. Kinetics of arsenate adsorption and coprecipitation[J]. Geochimica Et Cosochimica Acta，1993，57（10） ：2271-2282.

[5] StePhanie Ouvrard ， Marieodile Simonnot，.Diffusion-

Controlled adsoption of arsennte on a natural managanese [J]，2002，41（24），6194-6199.

[6] Raven，K.P.，Jain，A.，LoePPert， R.H.Arsenite and arsenate adsorptionon ferrihydrite： kinetics，eequilibrium and adsorption envelopes[J]，Environmental Science Technology，1998（32），34-39.

[7]古緒鵬，陳同云.針狀超微鐵黃形成機理的研究[J].無機鹽工業，2001，22（4）：8-9.

作者簡介：徐秀月，碩士，外生成礦與礦山環境重慶市重點實驗室（重慶地質礦產研究院），研究方向： 酸性礦山廢水的生態修復； 王寧寧，碩士，外生成礦與礦山環境重慶市重點實驗室（重慶地質礦產研究院），研究方向： 酸性礦山廢水的生態修復。