基于同步辐射技术研究锌在废弃稀土矿区土壤中的吸附及垂向迁移特征

李洋; 欧丽; 黄琨; 刘鹏; 刘燕红; 李曼曼; 唐金平

doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20230110

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (01) : 233 -244. DOI: 10.13278/j.cnki.jjuese.20230110

基于同步辐射技术研究锌在废弃稀土矿区土壤中的吸附及垂向迁移特征

李洋, 欧丽, 黄琨, 刘鹏, 刘燕红, 李曼曼, 唐金平

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摘要

为了研究锌(Zn)在赣南稀土矿区土壤的吸附及垂向迁移特征，以及为矿山开采地区土壤及水体Zn污染防治、修复及风险评估提供理论依据，首先采用静态批实验，研究某废弃稀土矿区垂直剖面不同深度土壤对Zn的吸附特征；然后采用X射线衍射(XRD)及X射线吸收谱(XAFS)研究土壤主要物相组成及土壤中Zn的赋存形态变化，探讨Zn在土壤中的吸附机制及可迁移性。结果表明：剖面3层土壤对Zn的吸附平衡过程较快，土壤对Zn的吸附能力呈现出从表层土到深层土再到中层土逐渐减弱的趋势，准二级动力学模型及Langmuir方程能较好地描述土壤吸附Zn的过程；元素Fe、Mn在土壤中主要以Fe的氢氧化物及混合价态锰氧化物形式存在，剖面各层土壤理化性质差异影响土壤对Zn的吸附行为，相比于黏土矿物，Fe、Mn氧化物对土壤吸附Zn的影响更加显著；吸附反应前后土壤中Zn的局部配位模式由Zn-O四面体转变为Zn-O四面体和八面体的混合配位模式，反应后土壤表面可能形成了类似硫酸盐的外层络合物，反应前后土壤中的Zn由碱式碳酸盐转变为以硫酸盐与碱式碳酸盐的混合形式存在；受土壤pH影响，土壤滞留Zn能力有限，土壤中的有效态Zn易伴随降雨冲刷向下层土壤迁移，土壤中Zn质量分数随深度增加而增加。