不同砷铁矿物在硫化过程中砷转化与迁移机制的研究

发布时间：2020-04-27 21:10

【摘要】：含砷铁矿物在自然水环境中的还原溶解是引发砷转化和迁移的重要过程,但厌氧水环境中不同晶型砷酸铁(AFA和Scorodite)在S(-Ⅱ)还原溶解过程中的差异以及As(Ⅴ)在此过程中的迁移行为尚未见比较。此外,不同含氧环境对含砷铁矿物硫化过程的差异也未见研究。本文通过模拟自然水体pH环境,深入研究了AFA和Scorodite的硫化还原溶解过程中砷的迁移行为,以及溶解氧对As(Ⅲ)-Ferrihydrite硫化还原过程中As(Ⅲ)转化和迁移行为的影响。通过还原溶解动力学以及As(Ⅴ)和As(Ⅲ)在此过程中的转化动力学,结合XRD、FT-IR、TEM和XPS等分析表征手段,分析过程中次生矿物的形貌特征,探究砷在铁矿物硫化溶解过程中的转化和迁移规律。本文发现,厌氧水环境中的S(-Ⅱ)会引发AFA和Scorodite的还原溶解,S(-Ⅱ)浓度升高会提高AFA和Scorodite的还原溶解速率。由于AFA和Scorodite具有不同的晶型结构和稳定性,且比表面积存在差异,因而它们表现出不同的还原溶解行为。AFA在硫化溶解过程中比Scorodite释放出更多的Fe~(~(2+)),并且S(-Ⅱ)浓度的提高有助于含砷铁矿物释放出更多的砷。尽管As(Ⅴ)在AFA和Scorodite两体系中都存在反吸附行为,但AFA体系中的反吸附现象更为明显。此外,AFA还原溶解后的主要产物是团簇状无定型砷酸亚铁和少量的Goethite和Mackinawite,而Scorodite的主要产物是晶型的砷酸亚铁Parasymplesite和少量Lepidocrocite。在As(Ⅲ)-Ferrihydrite硫化还原溶解过程中,表面负载的As(Ⅲ)会抑制Ferrihydrite的还原溶解过程,而溶解氧存在的环境比厌氧环境对As(Ⅲ)-Ferrihydrite的还原溶解的抑制作用更加明显。XPS结果进一步表明,溶解氧条件下有部分As(Ⅲ)被氧化成As(Ⅴ),并且大部分As(Ⅴ)被吸附在固相中,释放到溶液中的很少,而厌氧条件下几乎没有As(Ⅴ)生成。本文的研究意义在于比较不同晶型的含铁矿物在硫化过程中的还原溶解差异、次生矿物种类差异和砷的迁移差异;同时,揭示含砷铁矿物在溶解氧条件下的硫化过程中砷的转化和迁移规律,为有效控制自然水环境中的砷污染提供理论基础与基础数据。
【图文】：

溶液,规律

图 1-1 溶液中 As(V)随 pH 值变化的规律[3]Fig 1-1 Change of arsenate speciation accompanied by different pHs in aqsolution[3]

溶液,规律

图 1-2 溶液中 As(III)随 pH 值变化的规律[3]Fig 1-2 Change of arsenite speciation accompanied by different pHs in aqusolution[3]
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52;O613.63

【参考文献】