相山铀矿尾矿区酸性矿山排水和沉积物稀土元素地球化学特征

摘要

酸性矿山排水（AMD）因化学毒性和生态环境危害受到世界广泛关注。本文以相山铀矿尾矿排水及其下游沉积物为研究对象，沿矿山排水排泄方向采集了22个AMD和31个沉积物样品，通过室内室外试验综合分析，探究了AMD和沉积物中稀土元素（REEs）的含量和分异特征及其控制因素。研究表明，AMD的pH为3.65～6.24（平均值4.51）,水化学类型为单一的SO₄^2--Ca型水，REEs浓度总量（ΣREEs）为0.41～191.23μg/L（平均值80.32μg/L）,pH值与ΣREEs浓度呈负相关关系，是控制REEs浓度的重要因素；PHREEQC模拟显示，水中REEs以SO₄^2-络合态和自由态为主（>99%）;上陆壳（UCC）归一化结果显示，水样呈重稀土元素（HREEs）相对于轻稀土元素（LREEs）富集，Ce负异常。沉积物ΣREEs含量为170.58～1 259.18μg/g,随深度增加，ΣREEs含量逐渐递减；浅层沉积物具有与水样相似的HREEs富集归一化模式；尾矿内沉积物HREEs富集程度比下游沉积物更加显著；尾矿库下游沉积物随采样深度的增加，HREEs富集程度逐渐减弱，最后演变成平坦型或LREEs归一化模式。沉积物-硫酸（1∶40）酸浸试验结果显示，浸出液REEs归一化模式与酸性排水相似，为HREEs富集。指示在矿山酸水形成过程中，HREEs优先于LREEs进入水体中，浅层沉积物继承了矿山酸水REEs含量特性。但是，REEs由表层往深部迁移的过程中发生了分异，HREEs相对于LREEs优先迁移，导致沉积物REEs分布模式在垂向上具有明显的演化趋势。本研究成果对铀矿山环境演化及水土污染防治具有重要意义。

关键词

酸性矿山排水 / 稀土元素 / 异常富集 / 相山铀矿田 / 人为活动

基金资助

国家自然科学基金项目(42262029,42302284); 江西省自然科学基金项目(20232BAB203066,20232BAB213068); 江西省重点研发计划项目(20212BBG71011)