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铀矿冶过程中产生了大量的废石、尾矿,其中不仅含有未浸出的放射性铀、钍等,还含有铁、锰、铅、镉等重金属,对人体与生态环境构成潜在威胁。以湖南省某铀尾矿为研究对象,设置min(矿物)组、min-bio(矿物+活菌)组、min-dbio(矿物+死菌)组三组反应体系,考察典型异化铁还原菌S.oneidensis MR-1在厌氧环境下对铀尾矿中U形态的改变及Fe、Cd、Pb等污染物释放的影响。使用钒酸铵滴定法、AAS、SEM-EDS、XRD和XPS等分析方法,系统表征了实验体系中固相赋存形态和溶液化学组成的变化,结果如下:实验用铀尾矿所含主要元素为硅、铝、铁、钾;其中金属元素铀、铁、铅、镉的含量远超出土壤背景值,铀主要以可交换态、晶质铁锰氧化物结合态和残渣态存在,铁主要为铁锰氧化物结合态和残渣态,镉则以晶质铁锰结合态和残渣态为主;铅主要为残渣态。对比三组反应体系溶液中化学组成变化,min组和min-dbio组中Fe、U、Cd、Pb的浓度略有增加后维持稳定,且一直处于较低水平,主要为金属离子可交换态的释放。min-bio组中Fe2+的浓度在反应开始时快速上升,至48 h时达到最大值31.5 mg/L,之后缓慢下降至360 h时的25.5 mg/L后趋于稳定,Fe3+和U浓度开始小幅上升后又逐渐下降趋于0,说明S.oneidensis MR-1能够还原铀尾矿中的Fe3+和U(IV),溶液中p H的变化和XPS的表征证实了还原反应的发生;Cd、Pb的浓度也略有提高,SEM-EDS和XRD的表征证实尾矿发生溶解,说明S.oneidensis MR-1能够促进尾矿中的Cd、Pb等有毒污染物的释放,但由于尾矿中Cd、Pb的残渣态含量较大,生物可利用性较弱,促进作用较弱。有机质对污染物的释放亦有影响,表现为抑制污染物释放,反应后期bio组和dbio组中Fe2+、Cd、Pb因菌体的吸附呈下降趋势,bio组表现明显。对比3组反应体系不同反应时间固相中污染物赋存状态变化,min组中重金属的释放基本上归属于可交换态的溶出;min-dbio组中死菌的破碎产生有机质,与金属元素作用形成有机质结合态,导致反应后期溶液中Cd、U、Fe含量的减少;min-bio组中S.oneidensis MR-1将U(VI)还原为迁移性弱的U(IV),将Fe3+被还原为Fe2+而生成晶质铁氧化物。各元素残渣态的含量基本不变,说明其生物可利用性较差,Cd和Pb主要以晶质铁锰氧化物结合态和残渣态存在,所以S.oneidensis MR-1对其的释放效果不明显,主要表现为非残渣态的释放。