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

doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20230110

吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (1): 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¹, 欧丽², 黄琨¹, 刘鹏¹, 刘燕红², 李曼曼¹, 唐金平¹

1.中国地质大学环境学院，武汉 430074
2.江西省生态环境监测中心，南昌 330039

收稿日期:2023-04-29 出版日期:2025-01-26 发布日期:2025-02-07
通讯作者: 刘鹏（1981-），男，教授，博士生导师，主要从事地下水污染防治方面的研究，E-mail: pengliu@cug.edu.cn
作者简介:李洋（1999-），女，硕士研究生，主要从事地下水重金属污染防治方面的研究，E-mail：melilonli@outlook.com
基金资助:
江西省工业园区地下水监测管控网络体系建设示范项目（JXMD2022-Z002）；中央环保投资储备库项目（2022B000563260）

Adsorption and Vertical Migration Characteristics of Zinc in Soil from Abandoned Rare Earth Mine Using Synchrotron Radiation-Based Technique

Li Yang¹, Ou Li², Huang Kun¹, Liu Peng¹, Liu Yanhong², Li Manman¹, Tang Jinping¹

1. College of Environment, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
2. Ecological Environmental Monitoring Centre of Jiangxi Province, Nanchang 330039, China

Received:2023-04-29 Online:2025-01-26 Published:2025-02-07
Supported by:
the Demonstration Project of Groundwater Control Network System Construction in Industrial Park of Jiangxi Province (JXMD2022-Z002) and the Central Investment Reserve Project for Environmental Protection（2022B000563260）

摘要/Abstract

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。

关键词: 土壤, 锌, 吸附, 迁移, X射线吸收谱, 稀土矿区, 同步辐射

Abstract: This study focuses on the adsorption characteristics of zinc in soil at different depths of a certain abandoned rare earth mine in the south of Ganzhou, Jiangxi Province. Static batch experiments were conducted. X-ray diffraction (XRD) and X-ray absorption fine structure spectroscopy (XAFS) were used to study the major phases and morphological changes of zinc in soil before and after adsorption reaction, in order to investigate the adsorption mechanism and mobility of zinc in soil. The results show that the adsorption equilibrium process of zinc in soil is fast. The adsorption capacity of soil for zinc gradually decreased from the surface soil to the deep soil and then to the middle soil. The pseudo-second-order kinetic model and Langmuir equation can describe the adsorption process of zinc in soil well. XRD and XAFS results show that iron and manganese exist mainly in the form of iron hydroxide and mixed valence state manganese oxide in soil. Differences in the physical and chemical properties of soil layers affect the adsorption behavior of soil towards zinc. Compared with clay minerals, iron and manganese oxides have a more significant effect on the adsorption of zinc in soil. XAFS indicates that the local coordination mode of zinc changes from Zn-O tetrahedron to a mixed coordination mode of Zn-O tetrahedron and octahedron after adsorption reaction. A complex similar to sulfate may form on the soil surface after the reaction. The form of zinc in soil changes from basic carbonate to a mixed form of sulfate and basic carbonate after adsorption reaction. Due to the influence of soil pH, the capacity of zinc retention in soil is limited. The readily available zinc in soil is prone to migrate downward with rainfall. The zinc content in soil increases with depth. The study provides a scientific basis for the prevention and control of zinc pollution in soil and groundwater in mining areas.

Key words: soil, zinc, adsorption, migration, X-ray absorption fine structure spectroscopy, rare earth mine, synchrotron radiation

中图分类号:

李洋, 欧丽, 黄琨, 刘鹏, 刘燕红, 李曼曼, 唐金平. 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[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(1): 233-244.

Li Yang, Ou Li, Huang Kun, Liu Peng, Liu Yanhong, Li Manman, Tang Jinping. Adsorption and Vertical Migration Characteristics of Zinc in Soil from Abandoned Rare Earth Mine Using Synchrotron Radiation-Based Technique[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2025, 55(1): 233-244.

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[1]	赵路通, 王京彬, 王玉往. 西南天山陆相砂砾岩型铜铅锌矿床成矿特征与成矿作用研究进展[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(4): 1177-1198.
[2]	李英钧, 宋泽峰, 杨悦锁, 邓亚男, 任弘宇, 蔡奎, 胡紫如. 石棉尾矿场地土壤污染地球化学特征及其对微生物多样性的影响[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(3): 980-992.
[3]	龚凤鸣, 侯大力, 强贤宇, 向雪妮, 黄思婧, 韩鑫, 余洋阳, 顾康福. 钠基蒙脱石狭缝中CH4-CO2竞争吸附与CO2埋存 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(2): 470-478.
[4]	余光展, 王健, 吴楠, 徐清海, 刘显凤, 付清萌. 鄂尔多斯盆地志靖—安塞地区延长组7段致密砂岩微观孔隙结构评价#br#[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(1): 83-95.
[5]	雷万杉, 林鑫, 段星星, 刘拓, 杨生飞, 张海东, 刘云华. 土壤中硒元素来源和迁移作用研究现状[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(1): 264-278.
[6]	张文, 蓝升, 马文良, 王佳. 新疆油页岩升温过程中孔隙结构演化特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(6): 1689-1705.
[7]	冯爱平, 康鹏宇, 刘传朋, 邓俊, 梁成, 刘同. 山东沂南土壤-植物系统中硒生物有效性评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(4): 1216-1227.
[8]	张少杰, 刘适搏, 杨武, 陈思齐. 粉末活性炭增强臭氧氧化去除铁锰[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(4): 1228-1237.
[9]	李玉洁, 李成禄, 杨元江, 袁茂文, 李博文, 苏航. 大兴安岭东北部多宝山矿集区二道坎银铅锌矿床磁铁矿地球化学特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(2): 436-.
[10]	杨丽萍, 苏志强, 侯成磊, 白宇兴, 王彤, 孔金玲. 基于随机森林的干旱区全极化SAR土壤含水量反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(4): 1255-.
[11]	董娟, 袁茂文, 李成禄. 黑龙江多宝山矿集区二道坎银铅锌矿床热液菱锰矿地球化学特征及其指示意义 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(3): 855-865.
[12]	李晓艳, 张青伟, 洪松涛, 袁雨婷, 余金燕, 潘俐傧, 刘莹红. 不同氧化还原条件下铅锌矿尾砂中重金属元素活化迁移规律[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(2): 434-441.
[13]	樊文鑫, 李光明, 梁生贤. 西藏扎西康铅锌多金属矿床控矿构造的电性特征及找矿预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(6): 1709-1719.
[14]	刘娜, 王金鑫, 焦昕倩, 雒峰. 煤化工渣高效吸附去除水中全氟辛酸[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(6): 1853-1862.
[15]	康鹏宇, 刘传朋, 梁成, 冯爱平, 刘同, 宗传攀. 沂蒙山区土壤质量地球化学评价方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(3): 877-886.

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