基于锑同位素技术的矿区水土污染中锑的迁移转化机制研究

With the development of industry and mining, antimony has existed in water and soil environment widely as a metalloid that is toxic and carcinogenic, which has been an innegligible environmental problem and caused high attention of the international scientific community. Therefore, Antimony is listed as one of prior pollutants by USEPA and EU Basel Convention. Currently, all over the world there is still lack of the understanding of the release and migration mechanism of antimony, long distance migration law and ecological impacts. Then the method of antimony isotope show some advantages than the conventional analysis technique in revealing the release, migration and transformation mechanism of antimony among rock, and soil water environment. The research target of this application is to initially establish the technology to test antimony isotope by MC-ICP-MS, upgrading the precision to 0.4ε. Also the target involves discussing the release and transport mechanism of antimony in rock-water-soil environment, the morphological transition of Sb(Ⅲ) and Sb(Ⅴ) phases and the major influencing factors with the example of antimony pollution in the north mine of antimony in Xikuangshan in the city of Lengshuijiang, Hunan. The study is just beginning worldwide, and not yet reported in China, which can forecast the influence scope of antimony pollution to provide important scientific basis and provide strong technical support for the prevention of heavy metal pollution in mining places and their surrounding areas.

随着工矿业的发展，锑（Sb）作为一种具有潜在毒性和致癌性的类金属元素，已经广泛地扩散于水体和土壤环境中，造成严重的环境问题，并引起国际科学界的高度关注。因此，它被USEPA和欧盟巴塞尔公约列为全球优先控制污染物之一。目前，世界上对人类活动影响下锑在环境中的释放转化机制和生态环境效应等方面仍存在认识不足。而在深入揭示岩-土-水不同环境系统中锑的转化和长距离迁移规律等方面，锑同位素技术相比常规测试分析方法具有明显优势。本项申请拟在国内率先建立MC-ICP-MS测试锑同位素的技术，使其精度达0.4ε，研究水土环境中锑同位素的分馏效应，并以湖南冷水江市锡矿山锑矿北矿区锑污染为例，探讨锑在岩-土-水环境中的释放迁移机理、Sb(Ⅲ)与Sb(Ⅴ)转化规律和锑污染的主要影响因素。该项研究目前在世界范围内刚刚起步，国内尚未见报道。通过研究可为矿区周边及流域锑污染防治提供重要的理论依据。

本项目在总结归纳了Sb同位素研究工作的基础上，针对现有分析方法的不足，提出了一种新的巯基硅胶柱Sb同位素的分离富集方法，利用MC-ICP-MS实现了Sb同位素的高精度分析。研究内容主要包括Sb的分离富集流程的建立及可靠性验证，MC-ICP-MS测试Sb同位素的条件优化、干扰元素的容忍度、方法稳定性和精度测试，以及湖南冷水江锑矿附近水样中Sb同位素的分析。.项目初步探究了Sb2S3固体在MQ H2O中的光化学溶解及Sb同位素分馏效应。结果证实，在避光条件下，硫化锑几乎不溶解，光照会显著促进Sb2S3固体在MQ H2O中的溶解。对不同溶解程度下的Sb同位素进行了测试结果表明，在光化学溶解过程中，的确存在Sb同位素的分馏。.在梳理分析上述水化学及多元同位素（H，O，S，Sr）研究成果的基础上，分别提出了锡矿山典型锑矿区地下水中锑的来源和迁移转化模式，即低锑地下水主要来源于非含矿层岩石的溶滤，中锑地下水主要来源于含矿层（包括废石）岩矿的溶滤，而高锑地下水主要受辉锑矿氧化，特别是矿山废水排放的影响。.最后，选取锑矿区废石开展了浸泡试验和淋滤试验，研究了不同环境因素（pH值、溶解氧、降雨强度）对废石中锑释放量的影响，对锑的溶解释放机理进行了探讨。研究结果表明：①偏酸性或偏碱性环境更有利于废石中锑的释放；②溶解氧对废石中锑的溶解释放有一定的促进作用，然而氧气可能并不是锑溶解释放过程中Sb（Ⅲ）氧化的主要因素；③降雨强度对废石中锑的溶解释放影响明显，模拟中雨强度更有利于锑的释放；④在开放的氧化环境中辉锑矿可能先氧化溶解生成锑中间产物，随后进一步氧化水解成锑酸盐。这项研究可为锑矿区废石中锑的释放机理研究提供参考和借鉴，为矿区锑污染防控工作提供技术支撑。