科研成果
热液硫化物微粒在海水中氧化溶解释放重金属的潜力和规律
时间：2024年04月06日
访问次数:318
我所海底科学实验室西南印度洋硫化物项目组陶春辉研究员团队在地球科学与环境科学领域期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Oxidative Dissolution of Sulfide Minerals Tends to Accumulate More Dissolved Heavy Metals in Deep Seawater Environments than in Shallow Seawater Environments”的研究成果。论文第一作者为我所胡思谊博士，通讯作者为陶春辉研究员，合作者包括自然资源部第四海洋研究所关瑶副研究员、中国科学院海洋研究所殷学博高级工程师、中国科学院地球化学研究所朱传威副研究员，以及我所廖时理副研究员、梁锦高级工程师和郭志馗副研究员。
海底热液硫化物是极具开发前景的深海矿产资源之一，受到了全球采矿界的广泛关注。但从现有的采矿模式来看，深海采矿会使得暴露在海水中的新鲜硫化物微粒显著增多，随后的氧化溶解可能会释放大量重金属，给周围生态环境带来负面影响。因此，在深海采矿前期有必要充分认识硫化物微粒在海水中氧化溶解释放重金属的潜力和规律。
基于此，研究团队以不同类型新鲜海底热液硫化物为研究材料，在不同固-液比、温度和氧化还原条件下，开展了多组硫化物微粒在海水中氧化的模拟实验，探索了不同类型硫化物微粒在海水中氧化溶解释放重金属的潜力和规律（图1）。
图1 不同类型硫化物微粒氧化溶解释放的重金属在海水中的累积模式
研究发现：（1）短时间尺度上溶液中出现了Zn的迅速累积，这可能归因于闪锌矿相对于黄铁矿、黄铜矿具有更低的静息电位，矿物之间的电偶相互作用导致闪锌矿优先发生溶解；（2）长时间尺度上溶液中溶解态重金属的净累积量出现降低的特征，这与硫化物矿物溶解释放的Fe转化为Fe氧化物，随后重金属被Fe氧化物吸附或发生共沉淀有关；（3）由于浅层海水环境中有更快的溶解氧供给、更多Fe氧化物的形成和更高的重金属清除效率，重金属在浅层海水环境中的净累积量普遍低于其在深层海水环境中的净累积量；（4）以天然海水中的重金属含量为环境基线，硫化物微粒氧化释放的大部分重金属只需经历一定程度的稀释就可以达到天然海水的水平；（5）不同类型硫化物由于矿物组合不同，表现出独特的氧化溶解特性，这些特性可以用于优化采矿模式，进一步减少重金属向海洋环境中释放。以上认识，有望为未来低污染型、高效益型深海采矿提供基础支撑（图2）。
图2 未来低重金属污染型深海采矿构想模式
该研究得到了国家自然科学基金（42127807）、海洋二所专项基金（JB2203, SZ2201）和中国博士后科学基金（2021M693778）等联合资助。
论文引用：Hu, S.; Tao, C.*; Liao, S.; Guan, Y.; Yin, X.; Zhu, C.; Liang, J.; Guo, Z., 2023. Oxidative Dissolution of Sulfide Minerals Tends to Accumulate More Dissolved Heavy Metals in Deep Seawater Environments than in Shallow Seawater Environments. Environmental Science & Technology, 57, 21438-21447.
