高校地质学报 ›› 2025, Vol. 31 ›› Issue (06): 711-719.DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2025004
田怡乐1,朱翔宇1*,唐鸣昊1,陆现彩2,王汝成2,滕 辉1
TIAN Yile1, ZHU Xiangyu1*,TANG Minghao1, LU Xiancai2,WANG Rucheng2,TENG Hui1
摘要: 砷是一种有毒的类金属元素,可导致慢性砷中毒、心血管病、癌症等一系列健康问题。受人类活动和地质高砷背景的影响,砷在全球众多地方造成环境和健康影响,是世界卫生组织列出的引起重大公共卫生问题的10 种化学品之一。环境中的砷主要来自于砷矿物,砷矿物的溶解和沉淀控制着砷在环境中的活动性。研究自然环境中常见砷矿物溶解和沉淀的热力学和动力学特征,对定量理解砷在环境中的迁移和转化规律具有重要意义。钙砷酸盐矿物是在喀斯特等富钙贫铁环境中普遍存在的次生砷矿物,控制着其所在环境砷元素的可迁移性;溶度积等热力学数据是定量评估其稳定性以判断相关地区是否具有二次砷污染风险的关键。然而,现有文献中关于三斜砷钙石 (weilite, CaHAsO4)、砷钙石(haidingerite, CaHAsO4·H2O)、毒石(pharmacolite, CaHAsO4·2H2O)等常见钙砷酸盐矿物的溶度积(Ksp)数据差异较大,究其原因可能有以下几种:(1)这三种砷酸钙矿物形成条件相似,野外环境中常共生出现,在实验室内也难以纯合成;(2) 在溶解过程中,三种砷酸钙矿物可相互转化,发生物相转变或者生成其他钙砷酸盐矿物,导致不一致性溶解;(3)在计算Ksp的时候往往忽略了Ca-As的络合反应。针对以上问题,文章通过调控反应pH、温度、Ca/As比及Mg/Ca比成功合成出纯矿物相的三斜砷钙石、砷钙石和毒石;在此基础上,通过实时控制溶液反应条件在常温常压下分别对这三种矿物进行了一致性溶解实验;最后利用溶解平衡状态时的溶液参数,在考虑Ca-As络合反应的前提下,结合最新评估的Ca-As-H2O热力学参数体系,得到三斜砷钙石、砷钙石和毒石在标准状态下的溶度积分别为:10-4.90、10-4.64和10-4.66。
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