高砷煤礦廢水在Fe(Ⅲ)存在下As的自然凈化機(jī)理的研究.pdf

1、在自然氧化作用下，高砷煤礦中的As從含砷礦物中釋放出來，經(jīng)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程進(jìn)入礦區(qū)周圍的水體和沉積物中，從而對周圍環(huán)境造成污染。本研究擬通過對鐵和砷在實(shí)驗(yàn)室酸性水環(huán)境中吸附、沉淀過程的模擬實(shí)驗(yàn),觀察和跟蹤As、Fe元素在酸性水中的遷移轉(zhuǎn)化行為，分析在酸性環(huán)境中砷元素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理，為高砷煤礦區(qū)酸性溪流水系環(huán)境中砷的自然凈化機(jī)理提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)，并為酸性廢水除砷工藝提供借鑒。取得以下結(jié)論：
　?。?）H3AsO4和FeCl

2、3的反應(yīng)體系中，經(jīng)過三個月時間上清溶液里的殘余As、Fe濃度幾乎不變，說明吸附、沉淀完全。吸附率均在97％以上，說明鐵離子的存在確實(shí)對砷有吸附和共沉淀的作用。
　　（2）H3AsO4和Fe2(SO4)3的反應(yīng)體系中，上清液里的As濃度在七天的時間里急劇減少，七天到一個月時間里上清溶液里的剩余As濃度幾乎不變，而后又急劇減少，可能是As在大量SO42-離子存在的酸性環(huán)境下，與Fe離子的吸附、沉淀之間存在一個類似在鹽效應(yīng)影響過程。而后

3、從一個月到兩個月的時間里，F(xiàn)e含量幾乎沒變，而As含量還有所降低，可能是后期沉積物對As有吸附的效果。吸附率均在99％以上，說明在大量SO42-離子存在的酸性環(huán)境中，鐵是砷在水體中由液相轉(zhuǎn)化成固相的重要載體，對砷的自凈起到了很明顯的作用。
　　（3）天然沉積物與人工模擬沉積物的紅外吸收圖譜顯示：因采樣地點(diǎn)相近或地質(zhì)環(huán)境類似，故而天然樣品TC1、TC2和TC3、TC4這兩組紅外圖譜各自十分相似。四個現(xiàn)場樣品（TC1、TC2、TC3、

4、TC4）中均含有少量的臭蔥石。TC1、TC2中的硫酸鹽特征不很顯著，TC3、TC4中的硫酸鹽已發(fā)育較完善，并使水體形成了強(qiáng)酸介質(zhì)環(huán)境。人工模擬MC1、MC2、MC3樣品為H3AsO4和FeCl3的反應(yīng)沉積物，而MC4、MC5、MC6樣品為H3AsO4和Fe2（SO4）3的反應(yīng)沉積物。兩組方案沉積物的紅外光譜各自十分相示，且均含有微量的臭蔥石。事實(shí)上天然酸性環(huán)境中主要是鐵的硫酸鹽介質(zhì)系統(tǒng)，而人工模擬的MC4、MC5、MC6樣品也是在硫酸介

5、質(zhì)中進(jìn)行，因此這三個紅外圖譜與天然沉積物典型紅外吸收光譜圖幾乎完全一致。此外，由于野外環(huán)境中的砷含量是遠(yuǎn)小于鐵的含量，MC1、MC2、MC3樣品的紅外圖譜中顯示出這種砷鐵比的差距愈大，沉積物中的臭蔥石的紅外信號依次越弱。MC7樣品已富集了MC6中的臭蔥石，可以認(rèn)為MC7的主要礦物之一為FeAsO4·2H2O。
　　（4）MC7樣品的X衍射分析結(jié)果：其礦物組成為非晶質(zhì)體和隱晶質(zhì)體，與前人對該研究區(qū)域沉積物所作的調(diào)查一致。組分中的大量

6、非晶質(zhì)體主要是由水體中重金屬離子形成氫氧化物膠體吸附沉淀、共沉淀而成。臭蔥石在X衍射的分析中并未顯示出來，可能是因?yàn)槌练e物中該礦物的含量太低以至于難以檢出。
　?。?）天然沉積物與人工模擬沉積物的透射電鏡分析結(jié)果相似，均以氧化鐵礦物為主，并吸附有微量的As，說明水體中砷的主要去除機(jī)理是鐵的氧化物及氫氧化物的吸附作用。而MC7樣品的透射電鏡分析結(jié)果證實(shí)，在砷的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理過程中確實(shí)有砷鐵共沉淀的現(xiàn)象。通過人工模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)了由