华北平原典型区地下水稀土元素的分布特征及其与铁、锰络合反应的模拟研究

发布时间：2020-04-23 05:27

【摘要】：稀土元素是一组化学特性统一的微量元素,被广泛用于示踪水文地球化学过程。络合作用是地下水稀土元素分布的控制因素。然而,地下水铁、锰的络合作用如何影响稀土元素的迁移转化和分异行为却尚未完全清楚。本文以华北平原典型区第四系地下水为研究对象,在分析稀土元素分布特征的基础上,结合水文地球化学模拟手段,研究了铁、锰络合对稀土元素分布的影响,揭示了地下水系统中稀土元素分异的水文地球化学过程,具有一定的理论意义和实际价值。论文得到的结论主要有以几方面。1.华北平原典型区地下水稀土元素含量整体处于pmol/L-nmol/L级别,与世界其它地区和我国内蒙河套平原及山西大同盆地地下水的含量相当。在山前补给区附近,稀土元素的含量沿地下水流向呈递减趋势,而在中部和滨海平原,稀土元素的含量变化较大。2.地下水稀土元素的上陆壳(UCC)标准化配分模式表现为中稀土和重稀土元素相对于轻稀土元素富集。山前浅层地下水和深层地下水具有相似的稀土元素标准化模式;中部平原浅层地下水中稀土和重稀土元素富集程度最大;中部深层地下水以及滨海浅层地下水和深层地下水稀土均呈现平坦型的配分模式。说明沿地下水流向稀土元素的配分模式发生变化,指示着不同的化学过程。3.在典型区,沿地下水流向上,Ce/Ce*值逐渐增大。总溶解铁(Fe_T)和锰(Mn_T)与Ce/Ce*的正相关关系,表明铁、锰氧化物参与的氧化还原过程是Ce异常的主要原因。山前平原Ce负异常显著,相对富氧的环境有利于Ce氧化沉淀;进入中部和滨海平原后,地下水氧化环境变弱,Ce的氧化不易发生或氧化的Ce仍然以胶体或细微粒形式存在于水中,导致Ce负异常值减弱或呈正异常。4.地下水pH影响稀土元素的含量和存在形式。总体而言,稀土元素含量随pH值的增大而减小,地下水pH越大,碳酸根络合物态(LnCO_3~+和Ln(CO_3)_2~-)含量越高。5.铁、锰氧化物(≡Fe_oH和≡Mn_oH)表面络合是影响地下水稀土元素分布的重要因素。铁、锰氧化物表面络合对水体中溶解态稀土的吸附-解吸作用随区域变化而不同。铁和锰络合态(≡Fe_oNd~(2+)和≡Mn_oNd~(2+))(以Nd为例)分别为1%-84%(平均值9%)和1%-99.5%(平均值24%)。沿地下水流向,铁、锰氧化物络合物总含量呈上升趋势。在铁、锰氧化物胶体含量普遍低的山前平原(≡Fe_oNd~(2+)和≡Mn_oNd~(2+)含量普遍5%),碳酸根溶液络合是地下水富集中、重稀土元素的主要过程。而在中部和滨海平原,碳酸根溶液络合与铁、锰氧化物表面络合的竞争则是地下水稀土元素含量和分异的主要控制因素。由此可知,地下水铁、锰胶体的输入对稀土元素的迁移和转化有着重大影响。
【图文】：

稀土元素,元素周期表,原子序数,物理化学性质

1 绪论选题背景及研究意义1 选题背景稀土元素英文简称 REEs（Rare Earth Elements），位于元素周期表的第 ШB 族指原子序数为 57~71 的 15 种镧系元素，，包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Pm）、衫（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）；其中原子序数为 61 的 Pm 是一种放射性元素，很难稳定存在。因此，一般不跟其它稀土元素一起研究或讨论。由于物理化学系元素相似，原子序数为 21 的钪（Sc）和 39 的钇（Y）也归为稀土元素（图 1

吴炳,原子序数,半径,正电荷

外研究现状层结构来看（[Xe]4f0-15d0-16s2），稀土元素的 5d 层和 6s 层的 3 个常以稳定的正三价离子形式存在，而具有极其相似统一的物理化子序数的增大，稀土元素原子核正电荷逐渐增加，正电荷对外层，引起电子层收缩，正三价稀土离子半径随着原子序数的增加逐至 0.861 ）（即“镧系收缩”）（图 1-2），导致其物理化学性质又
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P641.3

【参考文献】