磷对大宝山矿区土壤中铁矿物和砷转化的影响机制研究

发布时间：2020-08-01 16:13

【摘要】：由于人为活动和自然风化作用,在金属硫化物矿山开采过程中产生的酸性矿山废水常常会造成环境土壤和水体中严重的重金属污染。特别的,广东省大宝山矿床属于典型的多金属硫化物矿,酸性矿山废水造成的重金属污染是该区域内最严重的环境问题之一。另一方面,由于当地土壤中富含不定型铁矿物,导致土壤中磷的有效态含量低,土壤存在化学缺磷的问题,在作物耕种期间需要施用大量的磷肥。然而,大量的磷进入土壤环境中会导致土壤颗粒中的砷的释放作物产生毒害,造成食品安全问题。为了阐述可能存在的砷释放过程,在本研究通过实地采样及试验,采用批次和循环流动试验在不同磷施用量下(0、1、5、10、50、100 mg/L P)研究了横石河沿岸受酸性矿山废水影响的农田土壤中磷、砷和铁矿物之间的相互作用和迁移转化过程。结果表明,溶液中的pH变化(3~7)和较高的磷酸盐浓度可诱导砷的释放,上游土壤中砷的释放量较下游更高,As(V)是土壤溶液中受磷酸盐影响的主要形态。特别的,在磷的施用量为P_(10)(200 mg/kg)时,溶液中砷的浓度在约7天后达到最大,凉桥村、上坝村和太平河农田(S6、S8和TR)土壤溶液中的最高砷浓度分别达到2298.4、829.9和153.9μg/L,As(V)形态相对含量为93%、97%和18%。另一方面,经XRD和SEM结果证实,过程中产生的矿物大部分为不定型铁或铝矿物。随着矿物的产生,土壤溶液中的砷浓度降低到314.2、98.1和34.1μg/L。当磷施用量增加时,矿物颗粒变得更细(100 nm)。经过XPS和元素面分布分析结果证实,砷的分布与铁矿物密切相关。此外,土壤中随着深度的增加,不定型铁矿物对磷的结合促使磷的有效性降低,砷的有效性逐渐增加。为了进一步对土壤中可能存在的砷释放过程进行研究,通过试验研究了磷的添加量(0、1、5和10 mM)对含砷黄钾铁矾相转化和砷释放过程的影响。结果发现,含砷黄钾铁矾在亚铁存在的条件下会发生相转变。而低含量的磷(1 mM)虽然不会抑制矿物的转变,导致矿物颗粒逐渐转化变小,迁移性增加,砷则被吸附于新形成的纤铁矿表面;相反,高含量的磷(10 mM)抑制了黄钾铁矾的转化,但是可以将砷置换进入溶液中,造成砷的释放。综上所述本研究从宏观环境和微观矿物两种尺度对矿区中磷、砷和铁的归趋和分布进行了阐述,深入研究了磷对大宝山矿区土壤中铁矿物和砷形态转化的影响机制,为矿区内农田肥料施用提供了依据。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X753;X53
【图文】：

路线图,研究技术,路线图,绪论

研究技术路线图

循环流动,漂浮物,离心管,平衡浓度

图 3.1 循环流动装置示意图.1 diagram of the circular flow cultivation equipmen验：在 50 mL 离心管中加入 3.0 g 土壤样品和 30.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5 和 7.0）控制溶液 pH1、5、10、50、100 mg/L）震荡 3 天，达到平液中的平衡浓度。震荡结束后，以 8000 rpm 转速离去除少量的漂浮物和颗粒。样品用 5 %的盐酸酸：根据当地磷肥施用量（75kg P2O5ha-1）计算磷磷酸盐浓度约等于 20 mg P/kg 土壤或 10 mg/L 初

电子显微镜,电子能谱

.7 矿物的电子显微镜图和电子能谱图 (a) P0施用于 S6; (b) P0.1施用于 S6; (c) P于 S6; (d) P10施用于 S6; (e) P0施用于 S8; (f) P0.1施用于 S8; (g) P1施用于 S8; (h用于 S8; (i) P0施用于 TR; (j) P0.1施用于 TR; (k) P1施用于 TR; (l) P10施用于 TR.7 SEM pattern and EDS spectra of the minerals. Minerals with (a) P0applying in S6.1applying in S6; (c) P1applying in S6; (d) P10applying in S6; (e) P0applying in S8;pplying in S8; (g) P1applying in S8; (h) P10applying in S8; (i) P0applying in TR; (jP0.1applying in TR; (k) P1applying in TR; (l) P10applying in TR.

【参考文献】