期刊名：Minerals

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/minerals

论文标题：Evaluating Acid Mine Drainage Potential in TSRU Tailings Across Weathering Stages

论文链接：https://www.mdpi.com/2075-163X/16/6/571

该研究系统评估了油砂尾矿溶剂回收单元（TSRU）尾渣在不同风化程度下的酸性矿山排水（AMD）生成潜力及其地球化学演化机制。研究发现，无论尾渣先前经历了何种程度的风化，其在实验室柱淋滤实验中均能持续产生强酸性（pH < 2）的浸出液，表明TSRU尾渣具有长期产酸能力。然而，主导产酸和溶质释放的地球化学过程因风化历史而异：弱风化尾渣以活跃的硫化物氧化为主，半风化尾渣表现为部分硫化物消耗和次生矿物形成，而完全风化尾渣则更依赖可溶性盐类的快速淋洗与再分配。研究强调了风化历史在调控AMD演化阶段中的关键作用。

研究方法

研究选取了三种不同风化程度的TSRU尾渣：弱风化（密封桶储存）、半风化（温室覆土实验回收）和完全风化（无覆土直接暴露）。每种尾渣设置5根平行柱，填充高度40 cm，在6个月内交替进行4周的湿润和干燥循环。湿润期从柱底通入去离子水并保持上层水封，干燥期则完全开放以促进氧气进入。每次湿润期末收集浸出液，测定pH、氧化还原电位、电导率、溶解氧及主要阳离子、痕量金属和硫酸盐浓度。固相样品在实验前后采集，进行理化性质分析，并利用X射线衍射（XRD）定量矿物组成，利用X射线光电子能谱（XPS）表征表面硫的化学形态。数据采用广义线性混合模型进行统计检验。

研究过程与结果

弱风化尾渣在实验中表现出最剧烈的硫化物氧化，黄铁矿含量从7.2%显著降至4.2%，浸出液pH急剧下降，总溶解固体（TDS）从~9000升至~37,000 mg/L。表面硫化物信号大幅减弱，而多硫化物和硫代硫酸盐等中间产物富集，并检测到次生铁硫酸盐矿物（铁钾矾），表明以Fe³⁺驱动的自催化氧化循环占主导。

半风化尾渣氧化强度居中，黄铁矿从3.4%降至2.3%，TDS从16,600升至29,000 mg/L。表面硫形态显示硫酸盐比例从22%增至42%，指示氧化产物逐步向终产物转化。石膏含量显著增加（0.4%→2.3%），表明硫酸根与钙结合沉淀，起到暂时固硫作用，溶质释放较为平稳。

完全风化尾渣黄铁矿含量基本稳定（3.0%→3.8%），浸出液中硫酸盐和TDS反而呈下降趋势，表明新产酸有限。但表面XPS显示硫化物和多硫化物相对富集，硫酸盐表面信号大幅下降（44%→8%），这与可溶性硫酸盐壳层在湿润期溶解流失有关。同时检测到黄铁矾和菱铁矾等次生矿物，反映系统以盐类溶解-再沉淀循环为主导，而非持续氧化。。

研究总结

本研究揭示了TSRU尾渣在弱风化、半风化和完全风化三种状态下均具持续产酸潜力，但其主导地球化学机制存在阶段性差异：从弱风化的强烈氧化驱动，到半风化的过渡性矿物缓冲，再到完全风化的盐类循环控制。尽管次生矿物可暂时固存酸和金属，但在干湿交替条件下会再次释放，形成间歇性污染脉冲。尾渣本身缺乏碳酸盐缓冲能力，pH长期维持在强酸性范围。研究建议，油砂尾矿的长期管理需兼顾残余硫化物的氧化风险和已储存酸度的二次释放，并应考虑微生物作用和现场水文变异性。未来应结合同步辐射光谱和长期现场监测，进一步验证实验室结果在真实场地的适用性。

Minerals期刊介绍

主编：Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, University Bayreuth, Germany

期刊研究范围涵盖矿物学、矿物地球化学和年代学、经济矿物资源、矿物勘探、创新的采矿技术以及矿物加工等广泛领域。期刊现已被SCIE、Scopus等数据库收录。

2025 Impact Factor: 2.7

2025 CiteScore: 4.9

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