加拿大魁北克废弃金矿尾矿场扬尘的矿物学特征与扩散机制研究——基于Pas-DD被动采样法的低粉尘环境监测

针对废弃矿山尾矿长期暴露导致的扬尘污染问题，加拿大研究人员采用Pas-DD被动采样法（polyurethane foam substrate）对魁北克Joutel金矿尾矿场开展为期285天的粉尘监测。研究发现粉尘沉积速率低于0.5 mg/dm2day，通过矿物组成（石英21%、云母22%）与元素分析成功区分尾矿源（铁氢氧化物、黄铁矿）与背景环境粉尘（橄榄石、蛇纹石），揭示矿物物理特性（密度、片状结构）对粉尘迁移的选择性影响，为低粉尘环境监测提供方法学参考。

　　

在矿业活动停止数十年后，裸露的尾矿库仍是潜在的环境威胁。加拿大魁北克省Abitibi-Témiscamingue地区的Joutel金矿已停产30年，其尾矿库长期暴露导致扬尘扩散风险未知。这类粉尘可能携带砷(As)等有害元素，但传统监测方法在低粉尘环境中灵敏度不足。更关键的是，尾矿风化过程中矿物相变（如黄铁矿氧化为铁氢氧化物）如何影响粉尘生成机制，至今缺乏实证研究。

加拿大自然资源部CanmetMINING研究所联合加拿大森林服务局，采用创新性Pas-DD（被动干沉降采样法）对Joutel矿区展开系统监测。该方法使用防雨罩保护的聚氨酯泡沫(PUF)磁盘，在284-285天采样周期内捕获粉尘，结合μCT成像、X射线衍射(XRD)和激光粒度分析，首次揭示低粉尘环境（<0.5 mg/dm²day）下尾矿扬尘的矿物学指纹与扩散规律。相关成果发表于《Applied Geochemistry》。

关键技术包括：1) Pas-DD采样器布设于尾矿库下风向梯度位点；2) 微计算机断层扫描(μCT)量化PUF基质降解（底部2 mm质量损失达0.57 mg/dm²day）；3) 同步辐射X射线荧光(SR-XRF)分析元素沉积通量；4) 定量矿物学(QEMSCAN^?)解析粉尘与尾矿的矿物组成差异。

研究结果
尾矿特性
新旧尾矿库呈现显著差异：老北区尾矿61-69 wt%颗粒<63 μm且富含黄色铁氢氧化物，而新南区尾矿仅20-69 wt%为细颗粒且呈红紫色调。XRD显示尾矿主要含石英(27 vol%)、长石(19 vol%)及特征性黄铁矿(14 vol%)。

PUF降解影响
μCT证实降解仅发生于PUF盘底面接触层，质量损失与粉尘沉积量级相当，导致净质量通量数据不可靠。但元素沉积速率与矿物组成不受降解干扰，成为有效指标。

粉尘来源解析
粉尘中云母(21 vol%)、石英(22 vol%)与尾矿成分重叠，但铁氢氧化物(尾矿21 vol% vs 粉尘<5 vol%)和黄铁矿显著减少。橄榄石/蛇纹石(5 vol%)、角闪石等独缺尾矿，指示其源自Abitibi绿色stone带基岩风化物。砷(As)在粉尘中浓度远低于尾矿，印证重金属迁移受限。

扩散机制
下风向位点粉尘含更高比例尾矿特征矿物（铁氢氧化物、铁白云石），且丰度随距离递减。片状矿物（云母、绿泥石）在粉尘中富集，反映低密度、扁平形态更易被风力搬运。

结论与意义
该研究证实Pas-DD法在低粉尘环境监测的适用性，突破性地揭示矿物物理属性（密度、形态）比粒径更能预测尾矿粉尘组成。尾矿风化产生的次生铁氢氧化物因高密度不易扩散，而片状硅酸盐矿物主导远距离迁移。这一发现修正了仅以粒度评估粉尘风险的认知局限，为废弃矿山环境管理提供新思路——覆盖尾矿表层应优先针对低密度矿物，而非传统关注的细颗粒区域。方法论上，确立元素-矿物联合分析优于单纯质量通量监测，尤其适用于长期暴露场地的低强度污染评估。