通过微波处理和FeSO4处理增强矿物学转化，实现雄黄尾矿的长期稳定化

《Environmental Research》：Long-term stabilization of realgar tailings via enhancing mineralogical transformation with microwave and FeSO 4 treatment

实武装尾矿通过微波与硫酸亚铁协同处理实现高效稳定化，砷浸出量降至0.026 mg·L-1，低于国标1.2 mg·L-1。研究揭示了微波诱导FeSO4活化氧自由基加速实革矿相转化的机制，形成结晶Fe-As矿相和钙铁砷非晶相，经365天养护后仍保持稳定。

　　这项研究聚焦于如何通过微波（MW）和硫酸亚铁（FeSO?）的联合处理，实现砷华尾矿的稳定化。砷华尾矿是含砷矿物开采后产生的废弃物，其中的砷容易通过淋滤作用进入环境，造成土壤和水体污染。因此，对这类尾矿进行有效处理，对于保护生态环境和人类健康具有重要意义。研究发现，通过MW和FeSO?的协同作用，可以显著提高砷华尾矿中砷的氧化效率，并促进稳定砷矿物的形成，从而降低其环境风险。

在实验过程中，研究人员首先采集了来自中国云南省的砷华尾矿样本，该地区是中国第二大砷华矿产区。这些样本经过研磨处理后，用于后续的分析和研究。为了评估处理效果，研究人员采用了多种技术手段，包括光谱分析、密度泛函理论（DFT）计算以及毒性特征淋滤试验（TCLP）。这些方法不仅能够揭示尾矿中矿物的结构变化，还能评估砷的迁移性和稳定性。

研究结果表明，使用MW和FeSO?处理后，尾矿中砷的迁移量显著降低。经过365天的固化处理，砷的迁移浓度从初始的202 mg L?1降至0.026 mg L?1，远低于中国对危险废物填埋场污染控制的标准限值（1.2 mg L?1）。这一成果表明，MW和FeSO?的联合处理能够有效实现砷华尾矿的长期稳定化。

在处理机制方面，研究发现MW能够增强FeSO?对氧气的激活作用，从而加速活性氧物种（ROS）的生成。ROS的增加进一步促进了砷华的氧化过程。同时，MW照射下，FeSO?内部的电磁损耗会产生局部高温，形成多个“热点”，这些热点为砷华的矿物学转化提供了有利条件。例如，砷华在这些条件下可以转化为副砷华（pararealgar），而副砷华相比砷华具有更高的电子离域化能力和电子供体能力，这有助于其更有效地被氧化。

此外，研究还发现，经过MW和FeSO?处理后，尾矿中形成了稳定的砷矿物，包括结晶态的铁砷矿物和非晶态的钙铁砷矿物。这些矿物不仅能够有效固定砷，还能降低其在环境中的迁移性。研究人员通过TCLP测试评估了处理后的稳定性，结果显示，经过长期固化后，砷的迁移性进一步降低，说明该处理方法具有良好的长期效果。

在矿物学转化机制方面，研究采用了DFT计算来分析砷华和其转化产物在分子层面的氧化行为差异。DFT计算揭示了砷华在氧化过程中所经历的化学变化，以及其转化为副砷华后结构和性质的变化。这些变化不仅影响了砷的迁移性，还对整个尾矿的稳定性产生了深远影响。通过这些计算，研究人员能够更深入地理解MW和FeSO?处理对砷华尾矿的影响机制。

在尾矿处理的实际应用中，研究人员还发现，使用MW和FeSO?处理能够显著降低尾矿的体积膨胀率，这是传统固化方法的一个主要缺点。同时，这种方法对于低品位尾矿的处理也具有良好的适用性，能够有效回收其中的资源，同时降低环境污染的风险。此外，处理后的尾矿中，铁氢氧化物的形成不仅有助于砷的固定，还能作为砷载矿物的载体，进一步提高其稳定性。

为了进一步验证处理效果，研究人员对处理后的尾矿进行了长期稳定性测试。测试结果显示，经过365天的固化处理后，尾矿中砷的迁移性显著降低，说明该处理方法具有良好的长期效果。此外，研究还发现，尾矿中形成的结晶态铁砷矿物和非晶态钙铁砷矿物能够有效提高砷的稳定性，这些矿物的形成是处理成功的关键因素。

这项研究的创新点在于，它提供了一种新的稳定化策略，即通过MW和FeSO?的联合处理，实现砷华尾矿的有效治理。该方法不仅能够提高砷的氧化效率，还能促进稳定砷矿物的形成，从而降低其环境风险。此外，该方法具有良好的环境友好性和操作简便性，适用于大规模尾矿处理。

在研究过程中，研究人员还关注了尾矿处理的可行性。通过实验数据的分析，他们发现该方法在实际应用中具有较高的可行性。处理后的尾矿不仅能够满足环保标准，还能有效回收其中的资源。因此，MW和FeSO?的联合处理方法被认为是一种可行的尾矿稳定化方案。

总的来说，这项研究为砷华尾矿的稳定化提供了一种新的方法，并揭示了其处理机制。研究结果表明，该方法能够有效降低砷的迁移性，提高尾矿的稳定性，同时具备良好的环境友好性和操作简便性。这些发现对于今后砷华尾矿的治理和环境保护具有重要的指导意义。