水铁矿是土壤中一种常见的弱晶质铁氢氧化物,具有大的比表面积和高的表面活性,其在与土壤重金属等污染物相互作用方面的研究已成为近年来关注的热点。环境中含重金属的水铁矿在向针铁矿、赤铁矿等晶质铁(氢)氧化物转化过程中,因受到温度、pH值、氧化还原条件和阴阳离子等因素影响,其重金属形态及分布也会发生相应的改变。Cd离子是一种典型的重金属污染物,关于含Cd水铁矿如何影响水铁矿的转化,以及在矿物转化过程中Cd的赋存形态如何变化很少见有系统的报道。为此,本文研究了含Cd的水铁矿在不同初始pH、不同老化时间等条件下转化的产物特点,以及Cd离子在转化过程中的行为和赋存形态的变化。研究结果可为明确重金属污染土壤中Cd离子如何影响氧化铁的转化,以及氧化铁的形成与转化在Cd离子固定、迁移和转化中所扮演的角色提供相关依据。研究结果如下:1.不含Cd与含Cd水铁矿在pH5和pH7的条件下老化后均转化为以赤铁矿为主的针铁矿和赤铁矿混合相。前者转化的针铁矿和赤铁矿的相对含量差异较小,后者中赤铁矿相对含量增多,且产物结晶度较弱。不含Cd水铁矿在pH9条件下同样转化为了以赤铁矿为主的针铁矿和赤铁矿混合相,但含Cd水铁矿则转化成了纯相赤铁矿。而在pH10条件下,不含Cd水铁矿转化为了以针铁矿为主的针铁矿和赤铁矿混合相,但含Cd水铁矿则转化成了纯相赤铁矿。上述表明Cd在氧化铁转化过程中抑制了水铁矿向针铁矿的转化,而促进了向赤铁矿的转化。2.矿物转化过程中Cd在pH5和pH7条件下几乎未进入矿物的结构中;Cd在pH9和pH10条件下进入了赤铁矿的结构中,随着Cd摩尔比浓度的增加,水铁矿转化成的赤铁矿中的Cd含量增加;pH9条件下Cd进入赤铁矿结构中的含量小于pH10条件下Cd进入赤铁矿结构中的含量。3.水铁矿溶液老化过程中,pH5和pH7条件下,溶液中的pH值逐渐下降,分别下降到~2.5和~4.5左右;而在pH9和pH10条件下,溶液中的pH逐渐上升,分别上升到~11.5和~12左右。含Cd离子体系比不含Cd水铁矿溶液的pH上升的更快。4.随着老化时间增加,pH9条件下水铁矿转化成的赤铁矿晶胞参数和晶胞体积逐渐增大,pH10条件下转化成的赤铁矿晶胞参数和晶胞体积逐渐减小。随着pH增大,pH10条件下水铁矿转化成的赤铁矿晶胞参数和晶胞体积比pH9条件下水铁矿转化成的赤铁矿晶胞参数和晶胞体积大。随着Cd离子摩尔比浓度增加,pH9和pH10条件下水铁矿转化成的赤铁矿晶胞参数和晶胞体积逐渐增大,且原本是菱块状等规则形状的赤铁矿向圆片状方向发育。5.Cd离子在针铁矿干热转化成赤铁矿的过程中稳定存在;随着灼烧时间增加,含Cd 5%的针铁矿转化成的赤铁矿晶胞参数与晶胞体积逐渐增大,含Cd 10%的针铁矿转化成的赤铁矿晶胞参数与晶胞体积逐渐减小。随着针铁矿中Cd含量增加,针铁矿转化成的赤铁矿晶胞参数与晶胞体积逐渐增大。