21 / 2023-09-28 13:45:57

历史碳质Hg-Tl采矿废石中铊的持久性富集及其高生态风险

碳质采矿废石；显微矿物学；铊污染；Mn氧化物；Tl生物矿化

铊（Tl）是一种具有高生物毒性的优先污染物，近年来受到全世界的高度关注。中国西南地区滥木厂Hg-Tl矿区是多(类)金属污染的热点地区，以前曾造成大规模的慢性Tl中毒，主要由含Tl的碳质采矿废石引起。然而，在复垦几十年后，被历史采矿废石破坏的耕地仍然面临着高生态风险，但人们对作为潜在Tl来源的下伏采矿废石在土壤形成过程中Tl的固相分配和形态知之甚少。在本研究中，在低地选择了一个具有代表性的复垦土壤剖面（100 cm深），以探索采矿废石衍生底土中Tl的地球化学循环和环境命运。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析显示，采矿废石衍生底土中Mn（2920-7250 mg/kg）和Tl（205-769 mg/kg）意外富集。BCR连续提取、X射线光电子能谱（XPS）和电子探针（EPMA）的结果表明，高Tl负载的Mn氧化物颗粒（高达15712 ppm Tl）通过氧化-络合作用主导了Tl在底土中的固存，并具有很高的向表土和地下水迁移的潜力。此外，来自微生物化石和与Tl密切相关的Fe代谢细菌的认识表明，显示出高Tl水平（高达3865 ppm）的Fe(氢)氧化物颗粒指向生物矿化。详细的矿物学调查表明，赤铁矿-菱铁矿共生颗粒可以作为周期性淹水条件下氧化还原波动的一种很有前景的矿物学指标，并记录了研究剖面中频繁的地下水位波动。尽管在岩溶地区富含HCO₃的地下水条件下，高Tl含量的Fe/Mn(氢)氧化物有可能长期保存，但在淹水期间，Tl的还原释放将是不可避免的，这意味着下伏碳质采矿废石将对生态系统构成持久和严重的危害。