环境地球化学国家重点实验室知识库

锑（antimony ,Sb）是一种生物体非必须的﹑广泛分布的典型毒害重金属元素，是全球性环境污染物之一。对人体健康有很强的毒性。由于锑及其化合物在交通运输﹑阻燃剂﹑化工﹑玻璃﹑塑料﹑橡胶﹑军事工业等方面的广泛用途，人类对其的需求量越来越大，锑产量也是总体呈现上升趋势，由此引发的环境锑污染问题不容忽视。环境中的Sb主要来自矿山开采、矿石选冶以及锑的化合物的广泛使用等，特别是采矿活动与锑矿的冶炼，被认为是环境中Sb的最主要污染来源。随着锑矿和含锑矿产资源的大规模开发利用，大量Sb从矿石矿物中释放进入表生环境，导致土壤和水体锑污染问题十分突出。因此，研究环境中锑的表生地球化学行为及其环境效益显得尤为迫切，对锑污染防治具有理论指导意义。广西位于我国西南喀斯特中心区域，岩溶地貌极其发育，生态环境脆弱。由于大规模锑资源的开发利用，锑冶炼区土壤和水体中Sb污染十分突出，并通过水体和食物链对冶炼区及流域居民的健康构成威胁。具体研究内容包括：①冶炼厂对周边土壤产生了什么样的污染及污染程度；②冶炼活动产生的烟尘携带重金属扩散沉降规律；③土壤表层Sb﹑Pb等重金属的溶出以及垂向迁移规律；④Sb﹑Pb等重金属在土壤－蔬菜体系中的迁移转化特征。本论文取得的主要结论及创新点如下：1.冶炼区表层土壤Sb等有害元素的污染特征冶炼厂的冶炼活动产生的烟尘﹑随意堆放的冶炼废渣以及直接排放的冶炼废水是冶炼区土壤环境中Sb等有害元素的重要来源。受冶炼活动直接影响的冶炼区土壤受到较高含量的Sb﹑Pb﹑As污染，Zn和Cu也有一定程度的污染。土壤中的w(Sb)﹑w和w (As)分别为155～48859mg/kg﹑128～39374/kg和32～37611/kg,平均值分别达到背景值的52倍、57.7倍、19.6倍。土壤中的重金属污染主要来自冶炼厂烟尘，水稻田土壤中重金属还受到用废水灌溉的影响，菜地可能还受到施肥的影响。 (Pb)2.冶炼区表层土壤Sb等有害元素的空间分布规律通过测定距离冶炼厂不同距离表层土壤中的重金属含量，可以推断冶炼厂烟尘所携带重金属向周围环境的扩散沉降规律。Sb﹑As和Pb的衰减速率与距离的关系呈现负指数相关，近距离衰减快，远距离衰减慢。400m范围内衰减剧烈，400m范围内Sb﹑As和Pb分别衰减了92.5%﹑95%和93.7%。在400～2400m区间衰减较缓，Sb﹑As和Pb分别只衰减了4.85%﹑4.1%和3.29%。衰减过程中的重金属沉降扩散基本机制是由烟尘中颗粒物的扩散沉降决定的，一般来说，重颗粒﹑大颗粒容易沉降，而轻颗粒﹑细颗粒能长距离扩散。Sb和Pb的衰减趋势高度相似(相关系数R2＝0.9971)，这对于Pb－Sb的全球性迁移﹑扩散中的相似性是一个有力的佐证。As的衰减要快于Sb和Pb，原因可能是由于元素在大气――颗粒物之间的吸附／解吸过程不同。3.表层土壤中Sb﹑Pb等有害元素的溶出在雨水作用下，表层土壤中重金属溶出，一是横向可随地表径流迁移；二是垂向可以垂向向下渗透迁移。根据测得的孔隙水中重金属的含量/表层土壤的重金属含量数据，以及土壤浸泡实验结果，可以判断重金属Sb﹑Pb﹑As的溶出能力为：Sb > As> Pb，可见重金属元素Sb﹑As容易从土壤进入孔隙水，而Pb相对较难。4.表层土壤Sb﹑Pb等有害元素垂向迁移及其对地下水的影响①菜地土壤由于耕作使得土壤孔隙度变小，产生的细粒滞水层会阻碍孔隙水的下渗，从而使重金属难以下迁。因此，可以认为耕作土壤中，表层土壤中的重金属难以下迁，故对地下水的影响较小。②上层的土壤孔隙水中有高含量的重金属，孔隙水中高含量的重金属可能对作物造成毒害作用，并通过食物链危害人体的健康。孔隙水中携带的Sb﹑Pb等重金属元素向下迁移的能力随土层深度而锐减。重金属元素Sb﹑Pb的含量在剖面5cm～10cm区间孔隙水中变化最为显著。Sb﹑Pb含量分别急剧下降了80.0%﹑98.7%。但随着时间的推移，仍能观察到Sb﹑Pb在深度土壤中有一定程度的积累，林地﹑荒地与菜地相比较要明显高出，说明林地﹑荒地中Sb﹑Pb有往下迁移。说明在长期雨水淋滤作用下，表层土壤中Sb﹑Pb能够往深处迁移，并在一定程度上影响地下水。③在地表地球化学的相关研究中，通常认为Sb被认为不易被吸附，容易进入水中。但本研究观察到Sb从土壤表层往深处迁移后，能在60～80cm处积累，说明孔隙水中的Sb吸附转移到了土壤颗粒上，其原因尚不清楚，可能与该土层深度还原环境或者Sb的价态变化有关。