尾矿重金属的释放迁移及其生物有效性研究概述

矿山开采导致矿区周围环境中重金属污染问题日益严重,尤以尾矿的不合理处理而导致的污染更为引起广泛关注。尾矿渣颗粒细小,所含重金属极易在酸性环境条件下释放,随多种介质向周围环境迁移。重金属元素释放迁移过程受到物理、化学、生物等多种因素的共同影响,迁移释放机制复杂多变,从而表现出不同的特点。同时,虽然尾矿库周围环境中重金属含量普遍偏高,但这些重金属往往有不同的赋存形态,其中只有具有生物有效性的部分重金属才可以被生物利用,进而进入生态系统。文章综述了国内外关于尾矿中重金属的释放迁移过程的机制及行为学研究,总结了重金属形态分析和生物有效性的研究概况,以期为矿区重金属污染评价和重金属污染治理提供理论借鉴。

硫铁矿酸化过程中铊向水环境的释放迁移行为

采用动态风化模拟实验方法对来自广东某Tl污染区的硫铁矿矿样进行了2a左右持续的氧化淋滤实验,研究了硫铁矿酸化趋势及毒害金属元素铊Tl从源头向环境长期释放迁移的特征,探讨了硫铁矿酸化及Tl释放迁移的机制.结果表明:含碳酸盐硫铁矿暴露后,排放液pH值随时间呈缓慢波段下降趋势,较长时期内排放液pH>5.伴随硫铁矿酸化过程,Tl具特有的释放迁移特征.硫铁矿一旦暴露Tl就开始释放,且具强的迁移性,随后伴随风化进程呈波段减弱.在pH>5的环境中,Tl释放迁移受pH值的影响不同于酸性(pH<5)环境中,pH值降低对Tl的释放迁移没有促进作用,滤液中Tl的浓度与pH值呈正相关,还原环境有助于Tl的释放迁移.

干湿交替诱导含重金属细颗粒物在多孔介质中释放迁移的作用机制

为探究含重金属细颗粒引起土壤重金属污染的形成机制,以矿渣为对象,采用柱试验,研究了干湿交替诱导含重金属细颗粒在多孔介质中释放迁移的特征与机制。结果表明:干湿交替显著促进了粒径在342~955 nm的矿渣颗粒的释放迁移,该促进作用由3种作用机制联合引起,且与落干期时长有关,而与干湿交替次数和落干期排列顺序无关;释放迁移的矿渣颗粒在石英砂多孔介质中发生了累积,落干时间越长,累积质量越高,累积质量随介质深度的增加而减少,累积颗粒的粒径分布随介质深度无明显变化。细颗粒的释放迁移是含重金属细颗粒引起土壤重金属污染的主要原因,固应对干湿交替下含重金属细颗粒的环境行为给予重视。

6种香料在加热条件下的释放迁移及对气溶胶理化特性的影响

采用吸烟机抽吸,结合GC-MS/MS和快速粒径仪检测,研究了6种香料在加热条件下向烟气气溶胶的迁移及对气溶胶理化特性的影响.实验结果表明:1)6种香料在350℃加热条件下均以原型蒸发为主.2)6种香料在加热抽吸时的释放迁移呈现不同特征,其中异戊酸异戊酯和2,3,5-三甲基吡嗪分布于烟气气溶胶粒相物和气相物中,其他4种香料均只分布于粒相物中;香叶醇和2-乙酰基吡咯向烟气气溶胶迁移的总迁移率为2.8%~8.1%,其余4种香料为17.6%~54.4%.3)与空白对照样相比,添加5%的L-薄荷醇或1%、2%的WS-23后,使烟碱、丙二醇和丙三醇向烟气气溶胶中的释放量降低了20%以上,在滤嘴段的截留量降低了10%以上.4)当L-薄荷醇添加量达5%时,气溶胶粒数浓度降低了28%、粒数中值直径(CMD)增大了8%.

降雨入渗对下渗设施土壤胶体-重金属共释放迁移的影响

以下渗设施土壤作为介质搭建模拟下渗柱,考察降雨入渗对土壤胶体与Pb、Cu和Cd共释放迁移的影响.结果表明,降雨入渗会引起土壤胶体与重金属Cu、Pb和Cd同步释放迁移;Zeta电位和RMV值结果表明,与重金属结合后土壤胶体可移动性减弱,迁移能力降低;降雨初期土壤胶体与重金属的共释放迁移作用较明显,随降雨历时增加两者的释放量均逐渐降低至稳定;土壤胶体-重金属共释放迁移量随降雨强度增大、入渗水Na+浓度减小而增加,随入渗水pH升高呈先增加后降低趋势;且土壤胶体粒径越小,其携带重金属离子迁移能力越强.

铅锌尾矿氧化过程中重金属释放迁移动态

铅锌尾矿堆放造成矿山周边环境严重污染,为研究尾矿安全堆放并在堆放过程中去除一定量重金属,以广西大厂鲁塘铅锌尾矿为研究对象,研究在不同氧化剂浓度和不同液固比条件下Zn、Cd、Pb、Cu和As的释放迁移能力。结果表明:氧化环境可以有效促进各元素的释放迁移能力,氧化剂浓度越高各元素迁移出的量也越多;各元素较佳释放迁移的液固比不同,Zn元素的最适合固液比为1∶10,Cd元素的最适合固液比为1∶6,Pb元素的较适合固液比为1∶6,Cu元素的较适合固液比为1∶5,As元素的较适合固液比为1∶6。

当量比对稻壳气化及碱金属K释放迁移特性的影响

文章基于气化气成分、气化效率和炭转化率等参数研究了当量比对稻壳气化特性的影响;采用化学分馏法和电感耦合等离子体发射光谱分析仪测量了气化炉产生的飞灰中的碱金属K总含量和各赋存形态的碱金属K含量,进而计算出碱金属K的释放和转化比例。研究结果表明:当量比对稻壳气化特性及碱金属K释放迁移特性影响较大,且当量比对稻壳气化特性及碱金属K释放迁移特性的影响存在最优值;在低温阶段(<700℃),KCl会与焦炭基体中的羧基官能团反应生成可离子交换态钾;随着反应温度的逐渐升高,可离子交换态钾开始氧化分解成无机钾(如K_(2)CO_(3))和焦炭结合钾(char-K),随后K_(2)CO_(3)与水蒸气(H_(2)O)反应生成气态的原子K(g)或KOH(g);在O_(2)气氛下,K(g)会与SiO_(2),O_(2)和Al_(2)O_(3)反应生成不溶钾。

波浪作用下沉积物中总石油烃的迁移释放规律

海底石油管线泄漏可能导致海床内部形成高浓度石油污染。在波浪作用下,海床沉积物易发生再悬浮甚至液化失稳现象,进而导致海床内部石油类污染物通过多种途径向水体再次释放并在土体内部发生迁移,造成更大范围的石油扩散。本研究以总石油烃(Total Petroleum Hydrocarbon,TPH)设为代表性污染物,将污染泥浆以椭球状埋设在沉积物内部,采用波浪水槽试验研究不同强度波浪作用下TPH向上覆水体的释放规律及在沉积物内部的迁移规律。结果表明,在沉积物静置固结阶段前期,TPH随孔隙水由沉积物向上覆水体迁移释放,固结阶段前期TPH向上覆水体的释放量高于后期。在波浪作用未引起沉积物液化阶段,波浪促进石油类污染物向水体释放的作用较弱,由于悬浮泥沙对石油类污染物的吸附作用,水体中石油类污染物的浓度略低于静置固结阶段。在波浪作用引起沉积物液化阶段,随着悬浮泥沙浓度升高,TPH向上覆水体释放量加大;TPH在沉积物内部垂向迁移及平面扩散迁移距离加大,平面迁移距离大于垂向迁移距离,垂向扩散深度与液化深度基本一致,污染土体体积占比约为土体未液化时的3倍。

安徽花山尾矿库溃坝污染农田土壤中As、Sb的释放及垂向迁移特征

近年来,极端天气引发的尾矿库泄露和溃坝事故频发,导致周边农田极易遭受高重金属含量的尾矿砂污染.为进一步探讨富含重金属的尾矿砂进入土壤后砷(As)、锑(Sb)的释放及迁移行为,评估其潜在的污染风险,本研究以安徽省某小型锑金矿区周边农田为例,分析了矿区表层和剖面土壤中砷和锑的含量,并利用污染农田土壤开展了柱淋溶实验.结果表明,研究区污染农田表层土壤中As和Sb的含量分别为(141±11.4)mg·kg-1和(104±5.2)mg·kg-1,分别超过中国土壤背景值12倍和85倍,也远高于对照田表层土壤,达到重度污染水平.尽管具有相似的地球化学性质,但As和Sb在土壤垂向迁移方面表现出不同的特性.土壤中的Sb主要分布于表层,其含量随剖面深度增加逐渐降低;而土壤As含量除表层较高外(113 mg·kg-1),在60 cm深度出现一个极大值(114 mg·kg-1).这表明表层污染土壤中的As和Sb会逐渐向下迁移,并且As的迁移能力高于Sb.在不同pH和不同浓度磷溶液淋滤下,As的释放强度均明显大于Sb,不同pH溶液淋滤条件下As的最大释放浓度达到1151μg·L-1,Sb的最大释放浓度只有10μg·L-1.不同浓度磷溶液淋滤条件下As和Sb的最大淋出浓度分别为1277μg·L-1和170μg·L-1.磷肥的大量施加可以促进尾矿砂污染土壤中As、Sb的释放,增大其潜在生态风险.

含铊黄铁矿冶炼废渣在自然淋滤过程中铊的迁移与释放

重点研究了自然淋滤过程中广东某大型硫酸厂含铊黄铁矿冶炼废渣(沉灰渣)中有毒有害重金属元素Tl向周围环境的迁移释放能力及其影响因素。研究表明:自然淋滤作用下,沉灰渣中Tl污染物的迁移释放能力很强;沉灰渣中Tl的赋存形态是控制其迁移释放能力大小的内在因素和首要因素,而淋滤液pH和沉灰渣矿物组成是控制沉灰渣中Tl迁移释放能力大小的外在因素和次要因素。不同结合形式的Tl在沉灰渣中的迁移释放能力明显不同,释放强弱顺序为:酸可交换方式吸附在废渣中的Tl>铁锰氧化物结合态的Tl>硫化物和硅酸盐矿物结合态的Tl。

土壤中砷的来源及迁移释放影响因素研究进展

砷是一种高致癌风险的类金属,自然环境中高砷(As)含量可对人类和生态系统构成直接的健康威胁。研究自然环境中砷的来源、存在形式及影响因素有助于进一步理解环境中砷的迁移转化规律,降低人体摄入砷的风险。对文献的分析表明,铁锰氧化物矿物的还原性溶解、黄铁矿及其他硫化物矿物的氧化溶解、铝氢氧化物表面的砷还原、有机质抑制砷吸附以及Eh降低和pH升高是造成砷向环境迁移的主要原因。本文综述了环境中砷的来源及其向环境迁移的多种影响因素,分析了这些因素与砷之间的作用机制,以期为加强砷污染治理提供科学依据。

燃煤电厂中有害微量元素迁移释放

对两个电厂的原煤、底灰、飞灰和超细飞灰(≤10μm)进行了有害微量元素含量的测定,研究了As、Cd、Cr、Pb、Se、Mo、Ni、Be、Cu、Th、U、V、Zn、Hg等14种元素在煤燃烧过程中的散逸、迁移行为,揭示了它们在燃煤过程中在气态产物和固态产物(底灰、飞灰、超细飞灰)中的分配富集特征,分析了这些元素的环境效应。结果表明:在两电厂中,元素Cd、Pb、Zn富集系数由大到小为超细飞灰>飞灰>底灰;As的分布特性与煤中Ca的含量密切相关;较低的烟气温度能够使部分气态Hg在飞灰颗粒上发生凝结;将几种元素分为3类:Ⅰ类,留在固体废物中的元素V(QR>0.85);Ⅱ类,部分留在固体废物中的元素As、Cd、Cr、Pb、Se、Mo、Ni、Be、Cu、Th、U、Zn(0.85≥QR>0.10),其中As、Cr、Ni、Be、Cu、Th的富集程度较强,Zn、Mo、Se、Cd较弱;Ⅲ类,主要挥发到大气中的元素Hg(QR接近0)。

室内模拟水华蓝藻对沉积物中Cd迁移释放的影响

室内模拟太湖沉积物中重金属Cd在蓝藻水华爆发时的迁移释放,通过研究水华蓝藻的主要藻种群铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的生长对沉积物-水界面环境条件(如pH值、溶解氧、氧化还原电位)和不同深度沉积物氧化还原电位的影响来进一步分析铜绿微囊藻爆发时对沉积物中Cd迁移释放的影响。结果表明,铜绿微囊藻生长影响了界面pH值和溶解氧条件,改变了不同深度沉积物中的氧化还原电位,提高了Cd从沉积物内部向水体系中扩散的速率,铜绿微囊藻能够吸附上覆水中的Cd进而影响Cd在沉积物-水界面的交换。

降雨对土壤胶体释放与迁移的影响研究

降雨作为影响水土流失的主要因子,对表层土壤垂直侵蚀的影响没有得到应有的重视。选取长春地区具有代表性的阶地农田的粘壤土、河漫滩的细砂土和黄土台地的粉壤土为研究对象,用实验室土柱淋滤模拟实验定量研究了降雨对表层土壤中胶体释放与迁移的影响能力,并首次从土壤胶体的释放与迁移的角度解释了土壤的垂直侵蚀作用,从而为长春市水土流失和水土污染防治提供了参考依据。结果表明,土壤环境中降雨对土壤胶体的释放与迁移的影响即对表层土壤垂直侵蚀的影响是不容忽视的,其释放与迁移随降雨周期均具有"脉冲"的规律,在淋滤初期胶体具有比较明显的释放,后来胶体就降到一个较低恒定的水平。降雨通过引起土壤水动力条件和土壤溶液化学两方面变化影响土壤胶体的释放和迁移,初始降雨对土壤表面的侵蚀作用比持续的降雨具有更明显的作用。由于土壤矿物和机械组成不同,降雨对3种土壤的垂直侵蚀程度不同,释放量(垂直侵蚀损失量)为农土土柱>河土土柱>黄土土柱,且介于30～120mg/m3之间。

玉米秸秆烘焙及燃烧过程中钾的迁移释放规律

为了解秸秆类生物质烘焙过程中钾的迁移转化及后续燃烧过程中的释放规律,采用管式炉对玉米秸秆进行烘焙预处理,利用分级萃取结合ICP-AES(电感耦合原子发射光谱仪)测量了不同温度烘焙后样品钾的释放率及不同类型钾的转化。采用多点LIBS(Multi-point LIBS)技术测量了烘焙后玉米秸秆颗粒燃烧过程中钾的释放情况。结果表明,生物质烘焙过程中,烘焙温度越高,有机官能团活性越强,水溶型钾转化成有机钾越多。烘焙样品在后续燃烧过程中,不同类型钾在脱挥发分阶段和焦燃烧阶段的释放明显不同。低温烘焙的玉米秸秆燃烧时,在脱挥发分阶段释放峰值高,释放总量多,这与钾富集、样品出现孔隙等有关,而在焦燃烧阶段释放较少。高温烘焙的玉米秸秆燃烧时,在脱挥发分阶段释放浓度低,释放率低;在焦燃烧阶段释放较多,这与挥发分少、灰分高等原因有关。烘焙前后玉米秸秆水溶型钾占比均最大,燃烧时水溶型钾的释放率与总钾释放率接近,表明水溶型钾的释放对总钾释放率起主导作用。

钒页岩晶格特性及钒迁移配位转化机理研究

页岩钒以类质同象的形式受到了铝硅酸盐矿物的强晶格束缚,提取释放非常困难,其转化释放规律已成为困扰钒页岩行业技术开发的重要科学问题之一。本论文聚焦这一科学问题,采用了密度泛函理论从原子尺度深入研究了页岩钒的晶格特性和钒迁移配位转化过程,确定了钒原子的占位取代规律,模拟分析了湿法酸浸过程阴阳离子对云母界面的作用过程,阐明了氢氟离子协同强化云母四面体和八面体溶解破坏机制;同时对比火法焙烧过程高温活化钒原子释放差异,揭示了云母脱羟基结构畸变强化结构氧骨架脱除和钒原子配位溶出机制。研究成果将为钒页岩新一代全湿法技术的开发提供一定的理论指导。

紫色土干湿交替条件下邻苯二甲酸二甲酯迁移释放研究

以三峡库区消落带典型土壤(紫色土)为对象,探讨消落带干湿交替过程中邻苯二甲酸二甲酯(DMP)在上覆水-间隙水-土壤之间的迁移释放特征。结果表明:土壤中DMP含量在两次淹水初期(0~2d)明显下降,从第3天有反弹增高的趋势;间隙水、上覆水中DMP浓度总体呈现出微弱的增加、降低、再增加、再降低的振荡变化;两次落干初期(0~1d),土壤中DMP均有不同程度的上升,在2~4d有不同程度的下降,8~20d时基本稳定在同一水平。土壤中初始DMP含量10~100mg·kg-1淹水后在三相间的迁移释放趋势相似,然而当土壤初始DMP含量增加至200mg·kg-1后,上覆水DMP含量出现了与其他三组不同的变化趋势,三相间DMP的分配波动更大。准二级动力学方程可以很好地描述间隙水和上覆水中DMP向土壤中迁移的过程,相关性分析表明,间隙水和上覆水DMP浓度存在显著正相关的关系(P<0.05),而土壤与间隙水中DMP浓度呈现较弱的负相关。

煤热解过程中Na对吡啶氮迁移释放的影响机理

基于密度泛函理论和过渡态原理,在M06-2X/6-311G(d)水平上研究了煤热解过程中碱金属Na对HCN和NH3形成的反应机理和生成路径的影响。选择含吡啶的七元环作为煤模型,以Na在煤表面的吸附结构作为含Na煤模型。结果表明,Na的存在显著增强了吡啶环中N、C原子间键合力,使N原子从苯环中剥离需要更高的活化能,从而抑制了HCN的生成;但Na能提高煤的表面活性,Na存在时NH_(3)生成的速率决定步骤能垒值比无Na时低271.35 kJ/mol,对NH3的形成有明显促进作用。

钨矿区尾矿及周围土壤中砷的形态与释放特征研究

为了考察赣南某钨矿尾矿砂及其周围土壤中砷的赋存状态及释放特征,通过二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法对尾矿砂和矿区周围土壤中的砷进行了全量分析,同时采用Tessier连续提取法和静态释放试验对不同形态的砷进行提取与分析。结果表明：尾矿砂中砷的质量比达到63.2 mg/kg,主要以残渣态的形式存在,残渣态砷占总砷的39.4%;周边土壤中砷的平均质量比达到83.83 mg/kg,已受到了严重的砷污染,土壤中砷主要以铁锰氧化物结合态的形式存在,占总砷的36.13%~38.63%;而且离尾矿砂堆越近,土壤中砷的富集越明显。尾矿砂和土壤中砷的释放能力受外界条件和体系pH值等因素的影响。经振荡处理后,尾矿砂和土壤中砷的释放量有明显提高;砷在酸性条件下的释放能力小于碱性条件下的释放能力,而且在一定范围内释放量会随pH值升高而增加。

巢湖东湖心沉积物重金属的分布及其在外力扰动下的释放特征

本研究以巢湖东湖心的表层沉积物为研究对象,分析上覆水和沉积物中重金属的分布特征.借助Y型再悬浮装置,探究不同扰动条件下,上覆水体Zn、Hg、Pb、Cr含量与理化条件的变化及沉积物再悬浮释放规律.结果表明,沉积物中Zn、Hg、Pb、Cr含量均超出了背景值,分别为149.05、0.086、33.18、87.9 mg·kg^(−1),且Cr、Hg以残渣态为主,而Zn、Pb有效态占比很高,分别为59.86%、62.61%,赋存形态影响再悬浮期间重金属的迁移程度;水体流动使上覆水悬浮颗粒物含量逐层增加,pH发生较大波动,DO随物理扰动的强度、时间增加而上升;水溶态重金属在扰动过程的中段上升幅度明显,但并没有持续增长,而分布于颗粒相上的重金属扰动初期急剧上涨至一个高峰,后续逐渐下降;水体扰动促使颗粒相上的重金属解吸,不同重金属的释放速率不同,Pb的迁移程度最明显,由于再悬浮进入上层水体的沉积物颗粒给上层水体尤其是水-沉积物界面带来了更多重金属污染.