离子型稀土矿区重金属污染调查及Pb形态转化过程研究

发布时间：2020-05-22 09:04

【摘要】：稀土是改造传统产业、发展高精尖产业重要的战略性资源,被广泛用于国防产业和高技术领域,其矿物类型可分为风化型和矿物型。离子型稀土以离子相赋存于土壤环境中,故其开采方式是采用电解质水溶液进行离子交换浸出,与此同时,矿体环境的重金属离子也通过离子交换作用被活化,随浸矿母液迁移,释放至水体、土壤环境中,再加上离子型稀土开采、加工过程中会产生大量含重金属的废弃物,造成矿山及其周边环境(土壤、水体)重金属严重超标。本课题以赣州龙南足洞矿区为研究对象,科学选定研究样区,包括稀土矿生产区、尾矿区、周边居民生活区、农田,共设置66个研究样点。首先对研究样区重金属污染现状进行普查,对重金属来源进行解析,同时对其重金属污染现状和潜在生态风险进行评价;其次以研究样区污染较严重的重金属Pb为研究对象,探究其在自然条件下,以水溶态进入土壤环境后,其形态分布随时间的变化规律;最后探究了硫酸铵和酸雨作用下,氮化物、稀土离子、重金属浓度其形态转化/老化过程的影响。主要得出以下主要研究结论:(1)通过对研究样区现场调研取样,对其重金属含量进行普查,采用相关性分析、主成分分析、空间分析对重金属的来源进行解析,同时对研究样区重金属污染程度和潜在生态危害进行评价,结果表明:研究样区土壤中Cd、Hg、As、Pb、Zn、Tl的含量平均值分别为0.27、1、32.64、135.91、113.19、2.34mg/kg,均高于江西省土壤环境背景值,表现出较高程度的积累特征和污染现状;以国家二级标准为参考,研究样区农田土壤Cd、Hg、As、Pb、Tl超标率分别为15%、97.83%、30.40%、71.7%、100%。以国家二级标准为参考,13.64%的研究样点属于警戒线水平,42.42%属于轻度污染,12.12%属于中度污染,31.82%属于重度污染;以土壤环境背景值为参考,轻度污染、中度污染、重度污染所占比例分别为1.52%、28.79%、69.7%。研究样区5种重金属综合潜在生态危害系数的平均值为634.50,处于强生态环境危害程度。(2)通过室内培养实验,向研究样区农田土壤中添加水溶态重金属,探究外源重金属进入土壤环境后相态转化过程,并采用动力学模型对其进行拟合,结果显示:短期内(60d)其老化过程主要体现在弱酸提取态向可氧化的转化。培养初期(10d),弱酸提取态迅速转化为可还原态,随后转化速率逐渐降低,最后趋于平衡。Elovich方程对土壤环境中短期内重金属老化过程拟合最佳,说明该过程是非均相分散过程,主要存在表面聚合沉淀、扩散、有机质包裹等机制,但其主导地位尚不明确。(3)采用响应曲面法,通过向研究样区农田土壤中添加不同浓度的硫酸铵、钇、铅,探究其交互作用下其对土壤环境和铅老化程度的影响,结果显示:在一定含量范围内,土壤环境pH值与硫酸铵的含量成反比,与钇的含量成正比,与铅含量成反比;氧化还原电位与硫酸铵的含量成反比,与钇的含量成反比,与铅的含量成正比。硫酸铵和钇交互作用下,铅的老化程度和钇的含量成正比,随硫酸铵含量的增加先降低后升高;硫酸铵和铅交互作用下,铅老化程度随其含量的增加而增加,而铵根离子对其影响不大;钇和铅交互作用下,铅老化程度随钇含量增加略微升高。(4)采用响应曲面法,探究硫酸铵、钇、铅两两交互作用下,其对铅活化效果的影响,结果显示:以硫酸铵做活化剂,硫酸铵、钇、铅两两交互作用下,铅的活化程度均与硫酸铵的含量成正比,与钇含量成反比,与铅的含量成反比;以酸雨做活化剂,硫酸铵与钇、铅交互作用下,在一定含量范围内,铅活化程度与硫酸铵的含量成正比,与钇含量成反比,与铅的含量成反比;钇和铅交互作用下,铅的活化程度与钇、铅均成反比。
【图文】：

稀土矿区,污染现状

图 1.1 稀土矿区污染现状近年来，科研工作者对稀土矿区重金属污染也做出了广泛的研究，表明稀土矿污染的来源主要有：（1）任意堆放的尾矿渣、生产废液中含有大量的的重金属期的降雨、日晒等环境作用过程，极易导致重金属向周边土壤中迁移［15,16］；刘7］以广东省某稀土矿区为研究对象，调查结果显示，Zn、Pb、Mn 均有不同程，其中 Pb 含量高于中国土壤环境背景值，为(532.6±80.2) mg/kg。滕达等［18］以尾矿区域为研究对象，对其土壤环境重金属污染现状进行普查，结果表明，

农田土壤,百分比,形态,土壤环境

图 4.2 矿区周边农田土壤中Qg源 Pb 各形态百分比源 Pb 的老化过程进入农田土壤环境后，其形态转化过程如图 4.3 所为 639.05 mg/kg，其在土壤介质中的主要赋存形态、残渣态含量较低，即外源 Pb 进入土壤环境后快速在于土壤环境中，且在短期内，土壤介质中外源重态向可还原态的转化。弱酸提取态是指以静电作用金属，由于静电作用力比较弱，因此这部分重金属境因子的变化也最敏感，极易被离子交换释放，也环境稳定性较差，，相应的环境毒性、迁移性则较的含量能够更好地来反映土壤环境重金属污染程和土壤介质表面或者沉积物表面相结合的部分重分相结合的重金属形态。土壤环境的氧化还原条件
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53

【参考文献】