浅析中国东部近海表层沉积物金属元素赋存形态

2018-01-30张骄

世界有色金属 2018年6期

张骄

（广东省矿产应用研究所，广东韶关 512026）

随着我国海洋战略的不断推进，海洋环保体系建设成为了海洋化学研究的重要组成部分。在这一研究中，了解海洋及周边污染物排放，特别是金属元素排放，对于了解海洋污染现状起到了不可忽视的作用[1]。因此研究者以我国东部近海地区，表层沉积物中现有金属元素赋存形态为目标，开展了化学分析研究，为我国海洋战略发展以及海洋环保体系建设提供基础理论支持[2]。

1 沉积物主要来源与二次危害

在近海沉淀物金属元素研究中我们首先需要对沉淀物中的金属元素来源，以及沉淀物中金属元素所带来的二次污染危害进行了解。

（1）近海沉积物金属元素主要来源分析。在我国近海地区海洋沉积物化学研究中，科学家发现其金属元素按的来源包括了以下两类：一是碎屑来源金属元素，即来自于陆地与海底火山岩硅酸盐矿物碎屑中的金属元素。这类物质主要是随风或水流形式，进入海洋最终形成沉淀物。二是化学作用形成的金属元素。这类元素是由海水中所携带的金属元素，再通过直接或间接方式从海水中析出，沉入海底表面形成的金属元素沉积物。在两种金属元素沉淀方式中，由于化学作用形成的金属沉淀与海水污染有着直接关系，因素是我们此次研究的重点内容。

（2）金属元素的二次污染危害。在海底表面沉积物中，金属元素的存在不是一种稳定的状态，而是可以一种在分解的过程。其分解的原因主要是因为海洋外界环境变化造成的，如洋流造成的海洋温度变化；海洋区域盐度与酸碱度变化；海洋中氧化还原电势的形成以及海洋中有机质变化等情况发生时，沉积物金属元素就会还原到海洋水中，进而造成海洋重金属的二次污染。这种二次污染危害的产生，对于海洋生态以及人类生活与生存都会造成严重影响。

实验样品采样与预处理过程。在实验开始前研究者需要在指定区域进行沉淀物样品采样，按照规范进行保存，再对样品进行实验前的预处理，确保样品符合实验要求。在此次研究中采样与预处理过程包括了以下几点。①样品采集。实验样品采集采用定点采集模式，既在指定得位置利用采泥船封闭采集。如胶州湾、青岛近海等都应实验指定得区域，确保采集样品符合实验要求。②样品保存。在沉积物样品采集完成后，实验人员应根据规范要求将样品密封在聚乙烯材料样品袋中，并将其保存在零下二十摄氏度冷柜中进行保存，避免样品中的有机质与化学成分受到破坏。③实验样品预处理。在实验开始前，实验人员需要对样品进行预处理。预处理的主要措施会根据实验内容有所差别。这种差别主要表现在解冻完成后，首先对于进行连续提取实验干性样品，实验者需要将样品在五十摄氏度真空环境进行干燥，之后再用玛瑙研钵压碎样品，使用120目筛筛匀样品。

在样品采集与预处理中实验者需要注意的是，由于近海地区表层沉积物存在较多杂质，因此采集到的样品粒度变化较大，其中存在贝壳、生物残骸与大颗粒的陆源碎屑等。

2 连续提取实验与消除流程

在当前的海洋沉淀物金属元素提取实验中，连续提取实验是一种较为常用与准确的实验方式。下面我们就针对连续提取实验与消除流程开展研究。

2.1 提取实验思路与方法

（1）实验思路。在连续提取实验中，是要的实验思路与方法包括了以下几下步骤：一是在采集处理后的取沉积物干性样品中取100mg，使用天平进行准确称量。二是将样品中的金属元素根据形态提取，其形态的提取顺序依次为可交换态物质→碳酸盐结合态物质→水合铁锰氧化物结合态物质→有机物结合态物质，以及最后残渣态物质。三是领取沉积物样品100mg，使用4∶3∶3比例的HClO4+HNO3+HF，对样品进行消解。再通过计算样品中的钙离子浓度，分析计算碳酸盐结合态物质中的碳酸钙含量。

（2）实验方法。为了确保实验结果准确，此次实验采用了干性样品与湿性样品两种方法开展沉积物连续提取。其主要的提取方法步骤如下：一是可交换态物质提取：实验中首先准确称量样品100mg置入50mL离心管。之后加入1mol/L酸碱度为8的醋酸铵溶液20mL，并在室温状态下连续振荡两个小时，离心速度为3500r/min。离心完成后静置5min，取出上部的清液用于检测。最后用3mL超纯水清洗实验残留物3次。二是碳酸盐结合态物质提取：在提取完上一道程序后，实验者在残渣中用移液中加入1mol/L酸碱度为5.1的醋酸铵溶液20mL，并在室温状态下连续振荡五个小时，离心速度为3500r/min。离心完成后静置5min，取出上部的清液用于检测。最后用3mL超纯水清洗实验残留物3次。三是水合铁锰氧化物结合态物质提取：在实验残渣中使用移液枪加入0.04mol/L盐酸羟胺与0.02mol/L硝酸混合溶液20mL，并在室温下状态下震荡4h，再在室温状态下连续振荡五个小时，离心速度为3500r/min。四是有机质结合态物质提取：实验者在残渣中使用移液枪加入1mol/L30%双氧水溶液12mL，之后在90摄氏度恒温水浴状态下、间歇振荡三小时，离心速度为3500r/min。完成离心后5min，取出上部清液用于检测。

（3）在实验中为了提高实验样品质量，实验者采用综合法进行颗粒物的粒径分离，用于实验工作。

2.2 实验结论

实验完成后，实验者得出的主要实验结论包括了以下三点：①实验显示，海底表面沉积物中随着粒径增大，大部分金属元素的含量均呈现下降趋势，（如大量金属中的Al、Fe等，以及微量金属中的Zn、Cu、Cr、Cd、Ni等），因此沉积物中的细颗粒富集效应较为明显。②沉积物中的金属元素在活性形态中含量较低，主要存在于沉积物中的残渣态物质中，且残渣中的Ti与Sc也表现出粒度效应。③部分沉积物金属元素也会随着粒径增大，活性成分的下降，反而造成金属元素含量上升，其代表性元素为Ba与Sr。④沉积物中所含有的碳酸钙、铁锰氧化物、有机质等活性组分中的粒度效应也较为明显。