高校地质学报 ›› 2025, Vol. 31 ›› Issue (01): 1-13.DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2024091
• 《高硫矿区地下水污染过程与模拟技术》 特邀主编:吴剑锋 • 下一篇
邱文杰,杜卓然,尹子悦,孙媛媛,祝晓彬,吴剑锋*
QIU Wenjie,DU Zhuoran,YIN Ziyue,SUN Yuanyuan,ZHU Xiaobin,WU Jianfeng*
摘要: 采矿活动形成的酸性矿山废水(AMD)是世界范围内的环境问题,研究AMD的产酸机制及影响重金属和硫酸盐的释放、迁移和转化等的生物地球化学过程,能够为定量预测AMD的形成过程与修复方案提供科学依据。文章基于TOUGHREACT/EOS3程序构建水—气二相流的多组分反应运移模型,模拟尾矿堆中硫化物矿物(如黄铁矿)在大气降水和氧气作用下的氧化溶解产酸过程。同时,进一步考虑相关组分在含水介质中迁移转化的物理和地球化学反应过程,反应网络包括硫化物矿物氧化溶解释放的H+、铁离子以及硫酸根迁移转化过程,主要矿物的溶解和沉淀反应引起pH缓冲过程。最后,将硫稳定同位素考虑到反应运移模型中,以识别AMD形成过程中发生的细菌硫酸盐还原过程及相应的硫同位素分馏。模型首先定量得出黄铁矿在不同氧化途径下的产酸贡献,结果表明同时考虑O₂(aq)和Fe³⁺的平行氧化过程会增加产酸、铁离子和硫酸根浓度,pH受黄铁矿氧化释放的H⁺以及矿物溶解—沉淀对应的中和反应控制。稳定同位素反应运移模型结果表明,在不同分馏动力学富集系数下,δ34S值变化差异较大,在开放系统中采用瑞利分馏模型则很大程度上会高估富集系数。该研究有利于理解并预测矿山环境中酸性水的形成与迁移过程,对于防治采矿活动引起的环境污染问题具有重要意义。
中图分类号: