Fe/Al矿物相调控下喀斯特河流与酸性矿山排水混合过程中稀土元素的迁移分配机制

针对酸性矿山排水(AMD)与喀斯特河水(KRW)混合过程中稀土元素(REEs)迁移机制不明的科学问题，中国研究人员通过地球化学建模(SEM)、拉曼光谱和电子显微技术(SEM-EDS/TEM)，揭示了Fe/Al矿物相(如黄钾铁矾、赤铁矿)对REEs分异的调控作用，发现pH>5时Al相矿物主导REEs沉淀，为喀斯特矿区稀土污染治理提供理论依据。

　　

在喀斯特地貌广布的贵州北部，煤矿开采产生的酸性矿山排水（AMD）长期威胁着当地生态环境。这种富含硫酸盐(SO₄
^2?
)和重金属的酸性废水，意外地含有高达8765.66 μg/L的稀土元素(REEs)——这些被称为"工业维生素"的战略资源，其环境行为却暗藏玄机。当AMD与喀斯特河水(KRW)相遇时，剧烈的酸碱中和会引发怎样的元素迁移密码？铁(Fe)和铝(Al)的矿物相又如何左右REEs的命运？这一科学谜题不仅关乎矿区污染治理，更涉及稀土资源的循环利用。

为破解这一难题，贵州的研究团队选取典型煤矿区流域，采用多尺度研究策略。通过结构方程模型(SEM)量化Fe/Al对REEs的调控强度，结合拉曼光谱锁定沉积物中的矿物指纹（如赤铁矿、叶绿矾），并运用透射电镜(TEM)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)直接观测纳米级矿物包裹REEs的现象。研究样本涵盖pH梯度明显的12个监测点，包括pH低至2.77的AMD源头和混合后pH>5的河段。

矿物相控制的REEs分异图谱
在AMD源头（pH<3.7），水中Fe/Al/REEs浓度分别高达428.50 mg/L、57.68 mg/L和2948.69 μg/L，北美页岩标准化(NASC)显示中稀土(MREEs)富集特征(E_MREE
=+0.28)。SEM模型揭示此时Fe对REEs呈直接负效应(β=?0.25)，拉曼光谱检测到的赤铁矿和黄钾铁矾证实Fe相矿物主导REEs固定。

混合界面的相变革命
当AMD与KRW混合使pH升至5以上，水中REEs浓度骤降。SEM模型显示Al的影响权重逆转(β=0.90)，沉积物中大量检出铝矾、基性铝矾等Al相矿物，矿物饱和指数(SI)计算证实其优先沉淀趋势。TEM观察到REEs被Al(OH)₃
纳米颗粒包裹，解释混合水体最终呈现轻稀土(LREEs)富集的现象。

这项发表于《Journal of Geochemical Exploration》的研究，首次阐明喀斯特环境中AMD-KRW混合界面REEs的相控迁移规律：酸性阶段Fe相矿物"扣押"REEs，中性环境Al相矿物"接管"分异主导权。该发现不仅为AMD治理提供精准靶点——通过调控Al/Fe相转化可实现REEs选择性回收，更创新性地将结构方程模型引入环境地球化学研究，为复杂界面过程定量解析树立范式。研究团队特别指出，喀斯特流域特有的碳酸盐缓冲体系加速了矿物相变，这一发现对全球喀斯特矿区生态修复具有普适指导意义。