铅锌矿中锌元素对地质碳汇的影响研究_吴秉津.pdf

：铅铅锌锌矿矿中中锌锌元元素素对对地地质质碳碳汇汇的的影影响响研研究究吴秉津（桂林理工大学 环境科学与工程学院，广西 桂林）摘要为明确含硫铅锌矿中锌元素对地质碳汇（）的影响，以广西灵川县硫铅锌矿场为研究对象，开展室内实验模拟，通过改变水样、岩样和锌化合物含量来监测水中 的变化，对含硫铅锌矿中锌元素与（地质碳汇）之间的变化情况进行分析。实验结果表明，铅锌矿中的锌元素会对地质碳汇（）产生影响，会抑制反应的发生，使 的含量减少；不同岩性对地质碳汇（）有一定影响，在矿粉中加入灰岩反应生成的浓度会大于角岩生成 的浓度；样品在 或 溶液中生成 的浓度比在超纯水中生成 的浓度低，且样品在 溶液中生成 的浓度更低，表明锌元素含量越高，对岩石的溶解抑制作用就越显著。本研究结果对于提高碳汇转化速率，为控制 浓度提供了一种方法和科学依据。关键词地质碳汇；铅锌矿；水 岩 气相互作用；水化学中图分类号 文献标识码文章编号 （）收稿日期 基金项目广西高校中青年教师科研基础能力提升项目：“在有无氧条件下铅锌对地质碳汇作用的影响机理研究”（）；含硫铅锌矿对碳汇影响机理研究（桂林理工大学博士科研启动资金）作者简介吴秉津（），女，吉林白山人，在读硕士研究生，主攻方向：岩溶碳汇。（oo o o ，o oo，）：o o o o o o oo o（），o o o，o，oo o o o oo o o o ，o oo，（oo o）o o o o oo o（），o o o；oo ooo o （）oo o o o o o o oo；oo o o o oo o ，oo o o oo o，o o，o o o o oo o o o o o o oo oo oo：oo o；o o；o全球气温升高导致了一系列生态环境问题，大气 浓度在控制全球气候变化方面具有至关重要的作用，研究碳循环、收支平衡和精确评估是制定 排放策略、寻找新的碳汇途径的重要部分 。随着研究的深入，根据地球各碳库之间的源汇的估算，源值大于汇值，存在一个遗漏汇，即“未知汇”，该遗漏汇 年的 ，增加到 年的 。前，对如此大的“遗漏汇”，多数人认为是估算的可靠性问题，没有考虑地质碳汇。蒋忠诚等研究表明岩溶碳汇是地质碳汇的重要形式，岩溶作用产生的溶解无机碳，是全球碳循环的重要部分，碳在大气圈、地表和地下水、生物圈以及碳酸盐岩矿物之间进行积极的交换作用（），积极的进行交换作用主要由两个方面：一是碳酸盐岩快速溶解的反应动力学过程，二是岩溶作 用 对 环 境 变 化 的 高 度 敏 感性。同时，我国是个人口大国，的排放一直位于世界前茅，因此，通过岩溶过程来控制 的减排，将会成我国在应对国际气候变化中的国际会谈中提供重要的依据。另外，金属矿床的开采、选冶，使地下一定深度的矿物暴露于地表环境，致使矿物的化学组成和物理状态改变，加大了元素向环境的释放通量，影响地球物质循环，改变了地下水含水层的总固体溶解度，值等化学条件，并释放出砷、铅、铁、铜、铬以及有机物等有害物质，增加了 的量的排放，故减少了地质碳汇的通量。李亮等研究桂林灵川县含硫铅锌矿发现、与 浓度呈比例关系，并没有 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.进一步研究 浓度的大小与、存在关系，也没有研究含硫铅锌矿与地质碳汇（）的机理，既研究区内碳汇（）与含硫铅锌矿各主要元素的物理化学关系。其中 元素为铅锌矿中主要元素之一，金属元素在地质碳汇过程中有可能对地质碳汇有一定的影响，因此，需要找到含硫铅锌矿中的元素与碳汇（）之间的机理，才能够从一定的角度来增加地质碳汇量，提高碳汇转化速率，为控制 浓度找到一种方法和提供科学依据。综上所述，本论文通过以 元素为主不同条件下水 岩 气相互作用，通过实验数据分析 元素同 之间的关系，得出铅锌矿中 元素对地质碳汇（）影响。实验 实验材料本研究选用桂林灵川县铅锌矿为研究对象，该矿区位于广西壮族自治区内的灵川县大境瑶族乡社公坪村内，该矿区属于含硫铅锌矿。供试矿样为含硫铅锌矿，采矿点位于花岗岩与寒武纪砂岩（）交接处以及交接处的石英脉中，将矿样经过破碎后球磨，磨制成过 目筛粉末备用。供试岩样为天然白云岩样本和天然角岩样本，采自社工坪村社工坪左江上游出露天然白云岩和角岩制备，将采取的岩样经过破碎后球磨，磨制成过 目筛粉末备用。实验方法本实验采用控制变量法，通过改变水样、岩样以及锌化合物的含量监测水中 的变化，对含硫铅锌矿中锌元素与（地质碳汇）之间的变化关系进行了定性和定量的分析。不同水样组外界条件相同，加入两种不同的水样，分别为实验用水o 公司的纯化系统纯化，电阻率为 超纯水和在广西壮族自治区内的灵川县大境瑶族乡社公坪村内山顶取的水样，进行实验。表 不同水样组实验分组溶液矿样岩样对照组 山顶水样对照组 超纯水实验组 水样氯化锌溶液实验组 氯化锌溶液 铅锌矿样 灰岩实验操作流程：配制 和 水样；组：将 灰岩和 矿样放到 的离心管中，将配置好的 溶液取 加入到离心管中，密封；组：将 灰岩和 矿样放到 的离心管中，将配置好的水样 溶液取 加入到离心管中，密封；每组设 个平行样；在配制的第 、，从 离心管中取样。利用注射器取样，取样量为 ，然后利用针头过滤器过滤，取得的样品放入 离心管中密封待测。不同岩样组外界条件相同，向 离心管中加入不同的岩样，岩样分别为灰岩、角岩，进行实验。表 不同岩样组实验分组溶液矿样岩样对照组 对照组 实验组 实验组 实验组 超纯水 氯化锌溶液 矿样 灰岩 角岩 灰岩 角岩 角岩 灰岩实验操作流程：配制 的氯化锌溶液；组 将称取 灰岩和 矿样放到 的离心管中，将配置好的氯化锌溶液取 加入到离心管中，密封；组 将称取 角岩和 矿样放到 的离心管中，将配置好的氯化锌溶液取 加入到离心管中，密封；组 将称取 角岩、灰岩和 矿样放到 的离心管中，将配置的氯化锌溶液取 加入到离心管中，密封；每组均设 个平行样；在配制的第 、，从 离心管中取样。利用注射器取样，取样量为 ，然后利用针头过滤器过滤，取得的样品放入 离心管中密封待测。锌化合物含量不同组外界条件相同，改变锌化合物含量，配置 氯化锌溶液和 的氯化锌溶液，进行实验。表 锌化合物含量不同组实验分组溶液矿样岩样对照组 超纯水实验组 氯化锌溶液实验组 氯化锌溶液 矿样 灰岩实验操作流程：配制 的氯化锌溶液和 的氯化锌溶液；组 将称取的 灰岩和 矿样放置到 离心管中，将配置 氯化锌溶液取 加入到塑料试管中，密封；组 将称取的 灰岩和 矿样放置到 的离心管中，将配置 氯化锌溶液取 加入到离心管中，密封；每组均设 个平行样；在配制的第 、，从 离心管中取样。利用注射器取样，取样量为 ，然后利用针头过滤器过滤，取得的样品放入 离心管中密封待测。分析方法使用德国 碳酸氢根离子试剂盒滴定水中的浓度（精度分别为 o），从样品中取出 溶液到检测烧杯中，滴定 滴 溶液，溶液会变为蓝色，再使用 溶液滴定至溶液由蓝色变为红色，且半秒内不恢复原色，读取数据，每个数据重复测定 次，取平均值。实验结果与分析 不同水样组中 含量由图 可知，反应产生的 浓度在整体上随着时间的增加而增大。加入水样的样品在 生成 的浓第 卷第 期地下水 年 月度呈下降趋势，又持续上升，又开始下降，而在 之后一直呈上升的趋势；加入超纯水的样品在 前时，浓度不断递增，但是在 时，开始呈下降的趋势，第 时反应速率突然增大，并且在第 时的浓度达到了稳定值 o，即反应达到了平衡；加入溶液的样品与加入超纯水的样品整体趋势有些相似，在实验的前 反应呈上升的趋势，第 反应呈下降的趋势，在第 反应速率又突然增大，而不同的是在反应的第 后加入 溶液的样品呈了下降的趋势，并没有达到一个平衡值；加入水样 溶液的样品在前 的反应都是下降的趋势，在第 以后，才逐渐的开始呈上升的趋势，并在第 时与只加入水样的样品逐渐接近。图 样品在不同水样条件下 浓度与实验时间的关系 水样与超纯水的对比分析实验过程中，铅锌矿和灰岩在山顶水样中的反应生成速率比在超纯水中的反应速率更快，水样中含有的浓度比超纯水中 浓度的含量要高，加入山顶水样中的 浓度为加入超纯水中的 倍，其中原因可能为山顶水样中本身就含有一定量的，且水样中含有许多其他离子，共同相互作用使加剧它的反应。水样与水样 溶液的对比分析以山顶水样作为溶剂时，前期的反应过程中，加入 元素的样品中生成 的浓度高于只加入水样的样品；到反应中期时，只加入水样的样品生成 的浓度逐渐高于加入 元素的样品；反应进行到后期时，两者逐渐接近，但最后加入 元素的样品生成 的浓度小于只加入水样的样品 的的浓度。水样 溶液与 溶液的对比分析在样品中加入了同一浓度的 溶液后，添加了水样溶液的样品在反应的前 呈下降的趋势，添加了溶液的样品，其 的浓度曲线呈现出先上升后下降，在反应进行到第 后，两个样品的 的浓度曲线又开始呈上升状态，实验结果表明，加入 可能会抑制铅锌矿的反应进行。由上述分析可知，在反应过程中，元素对生成 的速率产生了一定的影响，水溶液中的 可能会对铅锌矿的反应有一定的抑制作用，导致反应速率会减小。不同岩样组中 含量根据图 可以看出，在其他条件相同时，改变岩性将其反应进行对边发现整体都是呈 上 升 的 状 态，但 反 应 生 成 的浓度有所不同，加入灰岩和角砾岩的反应生成 量最大，其次是只加入纯水的灰岩，然后是只加入纯水的角砾岩，最后分别是加入 溶液的角砾岩、灰岩。此外，灰岩和角砾岩共同作用的样品中，反应达到第 天左右时，反应生成的 浓度是灰岩、角砾岩单独反应的 倍。因此可以说明，在改变岩性的条件下会对 的浓度变化是有影响的，灰岩与角岩共同作用反应最强烈，一般情况灰岩比角岩反应的更快，但 含量多时，灰岩的反应会比角岩低，这时角岩生成 的浓度就大于灰岩的 生 成的浓度，降低了反应生成 的速率。图 样品在不同岩样条件下 浓度与实验时间的关系 加入超纯水的灰岩、角岩对比分析在其他条件相同的情况下，像矿粉中加入不同的岩样其反应生成 的速率会不同，在反应的前期灰岩的反应速率比角岩的反应速率快，在中期时灰岩的反应速率呈下降的趋势，这时角岩的反应速率反而增大，大概第九天时反应速率相同；但是在后期灰岩反应速率远大于角岩的反应速率，并在第 天时达到一个平衡的状态，而角岩生成 浓度是持续上升，并没有达到平衡，预计在 后反应会继续进行。由此可以得出，岩性是会对 有一定影响的，并且在矿粉中加入灰岩的反应生成 的速率会大于角岩的反应速率。加入 溶液的灰岩、角岩、灰岩 角岩对比分析在灰岩与角岩加入了 溶液的样品，在反应前中期的时候的变化与在超纯水中的变化趋势相似，但在反应的后期角岩生成 的浓度大于灰岩生成 的浓度，可能对灰岩的抑制比对角岩的抑制更加强烈；灰岩加角岩的曲线在前 反应特别剧烈，产生的 浓度是角岩和灰岩单独反应的 倍，由此可以得出，混合岩样的反应比单独岩样反应的更加强烈。所以，元素会对岩样矿样有所影响，并且混合岩样反应比灰岩、角岩单独反应生成 的浓度更多，反应的速率也更快。锌化合物含量不同组中 含量根据图 可以看出，在其他条件一定时，改变溶液中锌化合物的含量，将会对 的生成速率产生影响。在加入超纯水的样品中，前 的生成 浓度呈上升的趋势，第 产生 浓度呈下降的趋势，当达到第 时，生成 浓度突然变大，可以说在第 时反应速率最快，生成的浓度为 o，在 时，反应达到一个平衡状态，浓度没有再发生改变，趋于稳定；在加入 溶液的样品中，与加入超纯水的样品中有所不同，整体上呈上升的一个趋势，但在第 时，略微有一点下降，而后期反应都是呈一个上升的趋势，与加入超纯水的样品一样，在第 时，生成 浓度为 o 第 卷第 期地下水 年 月反应达到了平衡的状态；在加入 溶液的样品中，与加入超纯水样品组的趋势有些相同，但在反应的后期，第 时，反应并没有达到平衡的一种状态，反而呈下降的趋势，没有达到稳定，且生成 的浓度小于加入超纯水样品的浓度，也小于加入 溶液样品的浓度。因此，可以得出在加入不同浓度含锌化合物时，铅锌矿中的锌元素对 存在一定的影响，锌元素含量高时，会减小反应速率；当锌元素含量