零价铁稳定天然污染挖掘岩石和土壤中钼的固定机制研究

为解决天然污染挖掘材料中低浓度钼（Mo）的浸出风险问题，研究人员以零价铁（Fe0）为稳定剂，对巴黎盆地 4 类材料开展研究。发现 Fe0可使 Mo 释放降低至少一个数量级，机制与铁（氢）氧化物表面吸附相关。该研究为污染修复提供新路径。

　　

在环境治理领域，天然污染挖掘材料中的微量元素迁移问题一直是研究焦点。以钼（Mo）为例，其在低浓度下仍可能通过浸出污染地下水，尤其在巴黎盆地等大型基建项目中，挖掘的岩石和土壤因地质差异呈现不同的钼释放风险。传统化学稳定化技术虽被广泛应用，但针对低浓度污染物的固定机制尚缺乏精准解析。在此背景下，法国研究团队围绕零价铁（Fe⁰）对钼的稳定化作用展开研究，相关成果发表于《Applied Geochemistry》，为解决此类环境问题提供了重要科学依据。

该研究由法国科研人员开展，选取巴黎盆地 4 种不同地质来源的挖掘材料（包括钙质样品 CS、壤土样品 LS、泥灰质石灰石样品 MLS-A 和 MLS-B），其钼总含量为 2-11 mg Mo kg^-1，但存在浸出性问题。研究人员通过添加 1%-3 wt.% 的 Fe⁰，结合 pH 依赖性浸出试验、地球化学建模（利用 PHREEQC 软件结合 Thermochimie 数据库）以及核微探针分析（μ-PIXE 和 μ-RBS），系统探究钼的固定机制。

3.1 零价铁对钼浸出的定性影响

通过 pH 依赖性浸出试验发现，Fe⁰稳定化后，多数样品中钼的浸出浓度显著低于未处理样品。在天然 pH（8-9）条件下，钼释放量至少降低一个数量级，如 CS 样品中稳定化后钼释放量从 43 wt.% 降至 1 wt.%。尽管在强酸性条件下部分样品（如 MLS-A、MLS-B）的钼浸出接近未处理水平，但整体显示 Fe⁰在宽 pH 范围（2<>

3.2 稳定化机制识别

• 直接观察：μ-PIXE 和 μ-RBS 分析 Fe⁰稳定化的 CS 样品，发现未氧化的 Fe⁰颗粒（CS-Fe-A）不含钼，而氧化形成的铁（氢）氧化物颗粒（CS-Fe-B）中检测到钼，其 O/Fe 质量比（0.55）与针铁矿（goethite）吻合，证实钼与铁（氢）氧化物的关联。
• 地球化学建模：模型显示，Fe⁰氧化生成的铁（氢）氧化物（如针铁矿、水铁矿）提供大量表面位点，钼通过非质子化（≡Hfo_OHMoO₄^2-）、单质子化（≡Hfo_wMoO₄^-）和双质子化（Hfo_OMo (OH)₅）表面络合物形式吸附。优化热力学常数后，模型能较好拟合实验数据，尤其在 pH<5 和接近天然 pH 条件下，表面络合是主要固定机制。尽管在高 pH 条件下模型与实验存在差异，但表明可能存在更强的结合机制（如表面沉淀）导致解吸不完全。

研究表明，低剂量 Fe⁰（<3 wt.%）通过生成铁（氢）氧化物，显著降低天然污染挖掘材料中钼的迁移性，其机制主要为 pH 依赖的表面络合作用，涉及多种质子化状态的钼表面物种。核微探针分析直接证实钼在铁（氢）氧化物中的存在，地球化学建模进一步量化了不同 pH 条件下的固定过程。尽管在强碱性条件下机制仍需深入解析，但该研究为低浓度钼污染修复提供了经济有效的技术路径，对大型基建项目中挖掘材料的环境安全管理具有重要指导意义，为后续长期稳定性研究奠定了基础。