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摘要：酸性矿山废水（Acid mine drainage，AMD）是指矿物在开采过程中产生的pH < 5，富含Fe2+、SO42-以及其他重金属有害的水体，其进入天然水体中会形成不同类型的铁矿物，对环境造成不利影响。本文将对AMD进入天然水体后形成的铁矿物的类型、结构等做相应的介绍。
关键词：酸性矿山废水；水铁矿；施氏矿物；针铁矿
中图分类号： X142 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.15.061
当今由于工业发展的需要，人类对矿产资源需求量在不断增加，随之而来的矿产在开采过程中产生AMD，这是全球面临的重大环境污染问题，AMD进入天然水体中会产生严重的污染，而且会形成不同类型及结构的铁矿物，在AMD中，Fe是重要的溶解态物质，其存在的铁矿物能吸持大量重金属元素，由此会对水体的自净产生一定的作用[1]。
1 AMD自然中和形成的矿物种类及特征
AMD进入天然水体后是否形成沉淀由水体的物理、化学及生物特性共同决定的。不同的pH环境下铁矿物产生的种类主要包括施氏矿物、针铁矿、水铁矿等。
1.1 水铁矿
水铁矿是地表水环境中存在的较为广泛的铁含水（ 氢） 氧化物，化学通式为FeOOH·xH2O[2]，其中x 为0～1之间的任意数值，在自然环境中一般x的值为0.8和0.6，其中x为0.8时，矿物会在XRD 图谱上出现2个宽峰，因此也被称作2线水铁矿， x为0.6时会有6个峰，故被称作6线水铁矿。研究表明，AMD在汇入未污染溪水中生成的大量沉淀主要以无定形的水铁矿为主，且其形成受pH和SO42-浓度的影响，水铁矿结晶颗粒很小，结晶度差[3]，同时比表面积高，水铁矿会有很强的吸附能力。此外，水铁矿晶体结构的稳定性较差，结构中的Fe容易被其它元素所取代，因此容易捕获其它元素，使得各种杂质元素能以共沉淀的方式赋存于其中[4]。
1.2施氏矿物
施氏矿物是在1994年被命名，是研究者在研究AMD沉积物的矿物学特征时发现的，是一种结晶度很低的铁矿物，研究者证实接纳AMD的沉积物中存在有施氏矿物，其对重金属离子有吸附和共沉淀的作用。施氏矿物为次生羟基硫酸盐高铁矿物。研究[5]证实施氏矿物的化学组成可表示为Fe8O8（OH）8-2x（SO4）x，其中1≤x≤1.75。施氏矿物是一种结晶度较差，且施氏矿物中-OH活性强，矿物表面吸附有大量的、对其结构起稳定作用的SO42-[6]。
1.3针铁矿
针铁矿是表生环境中的主要矿物，其以黄色、黄棕色粉末状、针状存在。针铁矿广泛存在于土壤、河流、湖泊以及海洋的沉积物中。1980年澳大利亚发现博丁顿（Bdodingtno）大型红土型金矿后，这种表生风化作用形成的红土型金矿，储有大量的红土型（三水铝石型）铝土矿，含铁矿物主要是针铁矿和赤铁矿，比例大约是1.5∶1。针铁矿中部分的Fe原子被Al原子所取代，经测定，形成的针铝铁矿的组成在Fe0.9Al0.1OOH至Fe0.8Al0.2OOH范围内。在对黔西南老万场金矿粘土层的矿物分析表明，高岭石、针铁矿和绿泥石是粘粒级的主要部分。含铁的矿物，例如辉石、角闪石、硫化物等，在表生条件下发生风化可使铁氧化进入到表生溶液中，形成铁的氢氧化物和氧化物，其中最主要稳定矿物是针铁矿、赤铁矿。事实表明，赤铁矿在酸性条件下可生成针铁矿，在酸性条件下，赤铁矿发生了溶解。在硫酸盐体系中，针铁矿的生成还受到Fe3+和SO42-的制约[7]。
2 结语
本文介绍了AMD进入天然水体后形成的常见沉淀物，包括水铁矿、施氏矿物及针铁矿，介绍了其结构及基本性状，希望对以后研究AMD产生的沉积物中矿物组成方面提供一定的依据。
参考文献
[1]Margarete Kalin，Andrew Fyson，William N.Wheeler.The chemistry of conventional and altemative treatment systems for the neutralization of acid mine drainage[J].Seience of the total Environment，2006，366（2-3）：395-408.
[2] Majzlan J，Navrotsky A，Schwertmann U.Thermodynamics of iron oxides： Part Ⅲ. Enthalpies of formation and stability of ferrihydrite[J]. Geochimical Et Cosmochimica Acta ，2004，68（5） ： 1049-1059.
[3] Hochella M F，Moore J N，Golla U，et al. A TEM study of samples from acid mine drainage systems： metal-mineral association with implications for transport[J]. Geochimical Et Cosmochimica Acta，1999，63（19-20） ： 3395-3406.
[4] Fuller C C，Davis J A，Waychunas G A. Surface chemistry of ferrihydrite： Part 2. Kinetics of arsenate adsorption and coprecipitation[J]. Geochimica Et Cosochimica Acta，1993，57（10） ：2271-2282.
[5] StePhanie Ouvrard ， Marieodile Simonnot，.Diffusion-
Controlled adsoption of arsennte on a natural managanese [J]，2002，41（24），6194-6199.
[6] Raven，K.P.，Jain，A.，LoePPert， R.H.Arsenite and arsenate adsorptionon ferrihydrite： kinetics，eequilibrium and adsorption envelopes[J]，Environmental Science Technology，1998（32），34-39.
[7]古绪鹏，陈同云.针状超微铁黄形成机理的研究[J].无机盐工业，2001，22（4）：8-9.
作者简介：徐秀月，硕士，外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），研究方向： 酸性矿山废水的生态修复； 王宁宁，硕士，外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），研究方向： 酸性矿山废水的生态修复。
关键词：酸性矿山废水；水铁矿；施氏矿物；针铁矿
中图分类号： X142 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.15.061
当今由于工业发展的需要，人类对矿产资源需求量在不断增加，随之而来的矿产在开采过程中产生AMD，这是全球面临的重大环境污染问题，AMD进入天然水体中会产生严重的污染，而且会形成不同类型及结构的铁矿物，在AMD中，Fe是重要的溶解态物质，其存在的铁矿物能吸持大量重金属元素，由此会对水体的自净产生一定的作用[1]。
1 AMD自然中和形成的矿物种类及特征
AMD进入天然水体后是否形成沉淀由水体的物理、化学及生物特性共同决定的。不同的pH环境下铁矿物产生的种类主要包括施氏矿物、针铁矿、水铁矿等。
1.1 水铁矿
水铁矿是地表水环境中存在的较为广泛的铁含水（ 氢） 氧化物，化学通式为FeOOH·xH2O[2]，其中x 为0～1之间的任意数值，在自然环境中一般x的值为0.8和0.6，其中x为0.8时，矿物会在XRD 图谱上出现2个宽峰，因此也被称作2线水铁矿， x为0.6时会有6个峰，故被称作6线水铁矿。研究表明，AMD在汇入未污染溪水中生成的大量沉淀主要以无定形的水铁矿为主，且其形成受pH和SO42-浓度的影响，水铁矿结晶颗粒很小，结晶度差[3]，同时比表面积高，水铁矿会有很强的吸附能力。此外，水铁矿晶体结构的稳定性较差，结构中的Fe容易被其它元素所取代，因此容易捕获其它元素，使得各种杂质元素能以共沉淀的方式赋存于其中[4]。
1.2施氏矿物
施氏矿物是在1994年被命名，是研究者在研究AMD沉积物的矿物学特征时发现的，是一种结晶度很低的铁矿物，研究者证实接纳AMD的沉积物中存在有施氏矿物，其对重金属离子有吸附和共沉淀的作用。施氏矿物为次生羟基硫酸盐高铁矿物。研究[5]证实施氏矿物的化学组成可表示为Fe8O8（OH）8-2x（SO4）x，其中1≤x≤1.75。施氏矿物是一种结晶度较差，且施氏矿物中-OH活性强，矿物表面吸附有大量的、对其结构起稳定作用的SO42-[6]。
1.3针铁矿
针铁矿是表生环境中的主要矿物，其以黄色、黄棕色粉末状、针状存在。针铁矿广泛存在于土壤、河流、湖泊以及海洋的沉积物中。1980年澳大利亚发现博丁顿（Bdodingtno）大型红土型金矿后，这种表生风化作用形成的红土型金矿，储有大量的红土型（三水铝石型）铝土矿，含铁矿物主要是针铁矿和赤铁矿，比例大约是1.5∶1。针铁矿中部分的Fe原子被Al原子所取代，经测定，形成的针铝铁矿的组成在Fe0.9Al0.1OOH至Fe0.8Al0.2OOH范围内。在对黔西南老万场金矿粘土层的矿物分析表明，高岭石、针铁矿和绿泥石是粘粒级的主要部分。含铁的矿物，例如辉石、角闪石、硫化物等，在表生条件下发生风化可使铁氧化进入到表生溶液中，形成铁的氢氧化物和氧化物，其中最主要稳定矿物是针铁矿、赤铁矿。事实表明，赤铁矿在酸性条件下可生成针铁矿，在酸性条件下，赤铁矿发生了溶解。在硫酸盐体系中，针铁矿的生成还受到Fe3+和SO42-的制约[7]。
2 结语
本文介绍了AMD进入天然水体后形成的常见沉淀物，包括水铁矿、施氏矿物及针铁矿，介绍了其结构及基本性状，希望对以后研究AMD产生的沉积物中矿物组成方面提供一定的依据。
参考文献
[1]Margarete Kalin，Andrew Fyson，William N.Wheeler.The chemistry of conventional and altemative treatment systems for the neutralization of acid mine drainage[J].Seience of the total Environment，2006，366（2-3）：395-408.
[2] Majzlan J，Navrotsky A，Schwertmann U.Thermodynamics of iron oxides： Part Ⅲ. Enthalpies of formation and stability of ferrihydrite[J]. Geochimical Et Cosmochimica Acta ，2004，68（5） ： 1049-1059.
[3] Hochella M F，Moore J N，Golla U，et al. A TEM study of samples from acid mine drainage systems： metal-mineral association with implications for transport[J]. Geochimical Et Cosmochimica Acta，1999，63（19-20） ： 3395-3406.
[4] Fuller C C，Davis J A，Waychunas G A. Surface chemistry of ferrihydrite： Part 2. Kinetics of arsenate adsorption and coprecipitation[J]. Geochimica Et Cosochimica Acta，1993，57（10） ：2271-2282.
[5] StePhanie Ouvrard ， Marieodile Simonnot，.Diffusion-
Controlled adsoption of arsennte on a natural managanese [J]，2002，41（24），6194-6199.
[6] Raven，K.P.，Jain，A.，LoePPert， R.H.Arsenite and arsenate adsorptionon ferrihydrite： kinetics，eequilibrium and adsorption envelopes[J]，Environmental Science Technology，1998（32），34-39.
[7]古绪鹏，陈同云.针状超微铁黄形成机理的研究[J].无机盐工业，2001，22（4）：8-9.
作者简介：徐秀月，硕士，外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），研究方向： 酸性矿山废水的生态修复； 王宁宁，硕士，外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室（重庆地质矿产研究院），研究方向： 酸性矿山废水的生态修复。