粤北大宝山多金属矿酸性矿山废水的次生矿物研究

Many studies have been focused on reactions between sulfide minerals and microbes as well as acid mine drainages formed by the reactions. The supergene minerals formed by biooxidations of sulfide-bearing mine tailings are important carriers of heavy metals and other poisoning elements. They are keys to the activation,transformation and accumulation of the poisoning elements in acid mine drainages.The variaties, characteristics and effects of supergene minerals on activations and precipitations of heavy metal elements are up for detail studies,especially in Dabaoshan Mine,North Guangdong. This appication aims to study the varieties, micro-morphologies and structural characters of the supergene minerals and their relationships with heavy metals and other poisoning elements in the acid main drainage of Dabaoshan Mine,North Guangdong. Oxidation experiments between sulfide tailings and acidophilic microbes cultured from the acid mine drainage will be made to study the formation and evolution of the supergene minerals. Experiments under various acid conditions will be made to study the adsorption of heavy metallic ions by typical supergene minerals. The study aims at the formation and evolution of supergene minerals and their effects on activation and precipitation of heavy metallic elements in the acid main drainage. It should not only be of great significance to scientific studies on biooxidation of sulfide mine tailings as well as the geochemical behaviors of heavy metal elements in acid environment, but also be beneficial to the modification of the acid mine drainage.

硫化物矿物-微生物作用及其形成的酸性矿山废水（AMD）是国内外研究的热点。含硫化物尾矿的生物氧化作用形成的次生矿物，是重金属等有害元素的重要载体，是研究AMD中重金属等有害元素活化、迁移和富集的关键所在。但有关次生矿物的类型、特征及其对重金属等有害元素释放和沉淀的作用还缺少深入研究,对粤北大宝山矿AMD的次生矿物还鲜有研究报道。 本项目拟研究粤北大宝山多金属矿AMD中次生矿物类型、微形貌、结构特征及其与AMD中重金属等有害元素的关系；实验研究硫化物型尾矿的微生物氧化分解过程与次生矿物形成和演化的关系，以及典型次生矿物在不同酸度下对重金属离子的吸附作用；探讨AMD中次生矿物的形成与演化及其对重金属等有害元素的释放和沉淀的作用。本研究不仅对探讨硫化物型尾矿的微生物氧化机制及酸性环境中重金属等有害元素的地球化学行为有重要的科学意义，也可为酸性矿山废水治理提供参考。

本项目研究了粤北大宝山多金属矿酸性矿山废水（AMD）中次生矿物的主要种类、性状及演化特征；AMD中次生矿物与Cu、Pb、Zn、Cd、As、Cr等有害元素的关系；毒砂等硫化物矿物的微生物氧化分解过程与次生矿物形成和演化的关系，以及微生物氧化形成的次生矿物在不同酸度下对重金属离子的吸附沉淀作用；探讨了AMD中次生矿物的形成与演化及其对重金属等有害元素的释放和沉淀的作用。.项目获得的重要成果：（1）AMD次生矿物类型丰富，主要有铁、锰的氢氧化物、铁矾类矿物、羟氧硫铅矿和偏砷酸铁矿等，以含铁次生矿物最为常见。含铁次生矿物主要有黄钾铁矾、施威特曼石、针铁矿、水铁矿等，能在AMD 较大范围的pH 条件下存在，但倾向于Eh 高的环境；随着pH 值的增大，施威特曼石有转变为针铁矿的趋势，并且针铁矿能保存施威特曼石的形貌特征。（2）AMD的水-表层沉积物的重金属浓度主要受pH和次生矿物组合控制。酸性水的重金属含量随着pH的降低而增大。羟氧硫铅矿是Pb的主要沉淀方式；水钠锰矿的析出沉淀影响Mn、Pb、Cu的沉降率；水铁矿、针铁矿、施威特曼石控制低pH 环境中Cu的沉降行为；针铁矿、黄钾铁矾、施威特曼石是酸性水溶液中Cr的强力清除剂。（3）嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（A.f菌）能促进毒砂等硫化物矿物的微生物氧化，而氧化产物中二价铁离子+会使毒砂生物氧化过程pH 保持在4. 0以下的低pH环境下进行，促进毒砂氧化，提高释放的As 离子质量浓度。（4）AMD分离的A.f菌胞外多聚物（EPS）特别是类蛋白物质，既为重金属活化与吸附提供空间，也可促进次生高铁矿物-含重金属矿物的形成。即A.f 菌EPS的生物吸附和生物转化对AMD中次生矿物的形成及其在酸性水中重金属的去除和形态变化中发挥了重要作用。.研究成果提高了对AMD中次生矿物类型及特性的认识水平，对研究酸性环境中重金属等有害元素的地球化学行为有重要的科学意义，也为酸性矿山废水中重金属等有害元素的去除等环境修复途径提供了新的思路。