强紫外辐射下铅锌冶炼渣重金属光诱导氧化机理及其环境迁移行为研究

本研究首次揭示高原强紫外线（UV）辐射驱动铅锌（Pb-Zn）冶炼渣中重金属（HMs）与矿物（黄铁矿/辉石等）的光催化氧化机制，发现UV激发黄铁矿产生电子-空穴对（e-/h+）与活性氧（ROS），促进砷（As(III)→As(V)）转化与铅（PbSO4）固化，显著影响重金属浸出行为（Pb/Zn释放率最高提升29.3%/21.1%），为高原矿区污染治理提供新视角。

　　

Highlights

紫外线辐射显著促进砷（As）、方铅矿的氧化及重金属（HMs）的释放。UV照射推动HMs和As的氧化过程，溶解态的As、Fe和S主要以As(V)、Fe(II)和SO₄^2?形式存在。尽管在干燥条件下As以氧化固定形态存在，但在实际堆积环境-水介质条件下，HMs和As均被证明会释放。在UV辐射下，黄铁矿表面形成的电子-空穴对（e^-/h⁺）与氧气和水相互作用生成O₂^·-、OH^?和H₂O₂等活性氧（ROS），这些ROS进一步氧化As(III)至As(V)，并促使方铅矿（Galena）直接转化为PbSO₄。

铅锌冶炼渣的来源与预处理方法

样品采集自西南某高原区域，堆渣区年平均气温15.9°C，最高温30.3°C，相对湿度达74%，水平总辐射强度最高22 W/m²。废渣为火法鼓风炉铅冶炼废弃物，大量冶炼渣与露天采矿废石散布于矿山丘陵地带。所有采集的冶炼渣经四分法缩分后，研磨过100目筛，储存于干燥器备用。

铅锌冶炼渣的矿物学与元素分析

废渣主要矿物为黄长石（58.15%）、辉石（5.77%）、黄铁矿（11.88%），以及磁铁矿、橄榄石和锌铁尖晶石等，部分为无定形材料。黄长石与黄铁矿共生并包裹球状黄铁矿和方铅矿；黄铁矿包裹方铅矿和磁铁矿，集合体与磁铁矿共生或被其包裹。矿物间复杂共生关系直接影响重金属的赋存形态与释放行为。

结论

UV辐射通过激发黄铁矿产生电子-空穴对（e^-/h⁺）和活性氧（ROS），显著促进砷的氧化（As(III)→As(V)）和方铅矿向PbSO₄的转化。尽管干燥条件下砷以固定形态存在，但在水介质环境中重金属（Pb/Zn/Cd/As）释放显著增强，其中Pb浸出率最高提升29.3%，Zn释放率增加21.1%。该研究揭示了矿物共生关系与UV辐射的协同效应对重金属环境行为的影响，为高原矿区污染控制提供了理论依据。