矿山酸性水中铝相次生矿物及环境学意义的研究进展

陈华清 ，张天亮 ，龚慧山 ，徐友宁,3,5，* ，周建伟

（1.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710119；2.长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安，710054；3.中国地质科学院，北京 100037；4.中国地质大学（武汉）环境学院，湖北 武汉 430074；5.自然资源部陕西典型矿山地质环境野外科学观测研究站，陕西 西安 710119）

通常硫化矿床开采矿山会存在酸性水（AMD），AMD 的形成和演化过程中，伴随着有毒有害重金属元素浸出，经过一系列蒸发、溶解、氧化和中和等反应，会产生一些相当难溶的羟基硫酸盐和氢氧化物等次生矿物，并沉淀下来（Basallote et al.，2019；Michael et al.，2019）。陕西金堆城钼矿区局部小溪中可见一些白色沉淀物（Lu et al.，2021），美国天堂门矿区和广东大宝山多金属矿区的酸性矿山排水中也发现了这种白色沉淀（Sienkiewicz et al.，2016；Caraballo et al.，2019；Newman et al.，2019），这些白色沉淀物通常表现为矿山酸性水中的次生矿物，最常见的铁相、铝相次生矿物 分 别 是 施 威 特 曼 石（Fe8O8（OH）6SO4）和 羟 铝 矾（Al4（SO4）（OH）10·4H2O）（徐友宁等，2023）。

酸性水中沉淀的次生矿物，主要以铁质的羟基硫酸盐或氢氧化物为主，铝相次生矿物则较为少见。那些主要由铁化合物组成的沉淀物呈黄色、红色或棕色，长期以来被北美的矿工称为“黄色男孩”（Bigham et al.，2000）。另一方面，富含Al 的酸性水通常会产生乳白色沉淀，其中Al 含量可能比通常所认识到的还要多，因为其颜色会被相关的铁化合物所掩盖。笔者在陕西省安康市蒿坪河流域废弃石煤矿区众多支沟的河床上发现了极为明显的白色沉淀物，废弃石煤矿酸性排水矿硐底部、废渣堆底部前缘往往存在褐红色的沉淀物，支沟河水从上游到下游可见明显的酸性清水—酸性磺水—酸性白水演化序列（图1、图2），白色沉淀物呈现无定型胶状物，金属元素主要为Al 元素，同时河水中Cd、Ni、Mn 元素污染严重。

图1 蒿坪河流域某支沟河流中酸性磺水及白水照片Fig.1 Sulfonated and white water in a tributary river of the Haoping river basin

图2 蒿坪河流域某支沟矿硐口磺水及白水照片Fig.2 Sulfonated and white water at the outlet of a mine cave in a tributary river of the Haoping river basin

Al 的地球化学特性可以控制多种环境的成分演变，如 酸 性 矿 山 排 水（Chen et al.，2022）、矿 坑 湖（España et al.，2018）、沿海湿地（Jones et al.，2011）、寒带（Cory et al.，2006）和高山溪流（Munk et al.，2002）、热带酸性硫酸盐土壤（Hicks et al.，2009），红土和铝土（Brown et al.，2011）或受酸性大气沉积影响的含水层（Lükewill et al.，1992）。此前有关Al 的环境化学及环境生态学效应并没有得到相应的重视。近年来随着环境酸化问题的深入研究，发现了酸性水中Al 含量显著升高的现象（Caraballo et al.，2019；Lu et al.，2021）。一方面，在酸雨径流过程中，会附带着较多的溶解态Al 离子（土壤的淋溶释放）；另一方面，水体沉积物的矿物成分各异，往往也会解离释放出大量的溶解态铝离子，如高岭石或多水高岭石等（栾兆坤，1987）。而酸性水恰恰又成为了Al 元素的一个重要载体，较高含量的Al 可能源自矿区母岩的风化、释放进入水体，同时酸性水与自然水的混合，导致水体pH 值升高发生水解和沉淀作用，经过一系列的反应形成一些白色的悬浮颗粒物，部分覆盖在裸露岩石表面、植物表面，部分沉淀于河流底泥中。这些次生矿物的出现严重影响了矿区的自然生态景观，制约了矿区的可持续发展（徐友宁，2022）。

目前，关于酸性水中次生矿物的研究成果越来越多，对次生矿物的认识也逐渐深入，但仍然有不少具体问题亟待进一步探索和研究，如铝相次生矿物的形成机理、条件、影响因素及环境学意义等。笔者梳理了国内外有关AMD 中次生矿物类型与形成条件、次生矿物生成顺序以及主要铝相次生矿物性质、特征及环境危害等方面的研究成果，以期为矿区“酸性清水—酸性磺水—酸性白水”形成演化机制研究以及防治策略制定提供科学依据。

1 AMD 中的次生矿物

1.1 次生矿物种类

硫铁矿（即黄铁矿）及含有黄铁矿等其他硫化物矿物的石煤、煤、多金属硫化物矿的开采过程中，导致原本封闭的矿体、地层遭受破坏，硫化矿物与空气、水和细菌微生物，会发生一系列的风化作用、氧化作用、水解作用等，从而形成酸性程度较高（pH≤5.0，一般pH 值为2.0～4.0）的酸性矿山排水（AMD）（Chen et al.，2022）。这种自发的矿物风化过程多在矿床的表生蚀变、酸性硫酸盐土壤中形成，对酸性水和金属元素向地表和地下水迁移和释放中起着重要的作用（吴亚坤等，2023）。

目前认为与AMD 有关的次生矿物主要存在3 种类型（表1）：铁相次生矿物、铝相次生矿物和其他相次生矿物（Sienkiewicz et al.，2016；Caraballo et al.，2019；Newman et al.，2019）。铁相次生矿物通常形成赭色絮状沉淀物，包括黄钾铁矾、施威特曼石、水铁矿和针铁矿等（Carbone et al.，2013；Bao et al.，2018；Zhang et al.，2021）；铝相次生矿物通常形成白色絮状沉淀，包括羟铝矾、斜铝钒、硬水铝石和三水铝石等（Du et al.，2014； Carrero et al.， 2015； Sienkiewicz et al.， 2016；Lozano et al.，2018；Chen et al.，2022）。其他相次生矿物主要有水铜铝矾、水镁石等。

表1 AMD 中次生矿物种类（据Alpers et al.，1994 修改）Tab.1 Species of secondary minerals in AMD

西班牙西南部的Tharsis 矿山AMD 中发现了不同种类的次生矿物（Valente et al.，2013）。AMD 中主要以铁、铝和镁硫酸盐为主，以混合物的形式存在。在靠近黄铁矿源的区域和各自接收矿井排水的河流中发现了：黄钾铁矾、针铁矿以及含水量较少的盐霜。除原生矿物外，次生矿物之间的关系似乎还受其他因素的控制，如日照和当地水文条件。它们共同影响AMD 的组成，并为矿物沉淀创造了局部地球化学环境，这也许可以更好地解释半干旱地区水绿矾、胆矾等难以存在的原因。葡萄牙中部的矿山（Candeias et al.，2014）以钨锰铁矿、砷黄铁矿等为主，所在区域夏季炎热干燥，冬季多雨，AMD 中的次生矿物主要包括一些典型的如黄钾铁矾、施威特曼石、针铁矿、水绿矾、明矾、赤铁矿、羟铝矾、石膏等，还包括一些黏土矿物和硅酸盐类矿物。Zêzere 河的硅酸盐矿物和粘土矿物大多处于欠饱和状态，硫酸盐接近平衡状态。而在Zêzere 河的下游部分，酸性较大的河水会溶解更多的围岩矿物，所以随着酸性的减弱，越来越多的硅酸盐溶解，就会造成黏土类的次生矿物沉淀。广东大宝山AMD 中也出现了不同类型的次生矿物（刘奇缘等，2017；邹琦等，2017；Liu et al.，2018）。广东大宝山地处湿热地带，矿石矿物主要包括黄铁矿、黄铜矿、辉铋矿、闪锌矿、毒砂、辉铋矿等，围岩多为花岗岩和碳酸盐。除此之外，大宝山AMD 存在高含量的重金属，次生矿物中存在着大量的铁羟基硫酸盐，它们以弱结晶和微结晶矿物的形式存在。在较低pH 条件下，黄钾铁矾和施威特曼石是最丰富的次生矿物，此外还包含针铁矿、水铁矿、羟铝矾、叶绿矾、水绿矾、李时珍石、锡铁山石、白锰矿、钴铝矾等。阿根廷西北部的Famatina 矿化带也发现了多种不同类型的次生矿物（Maza et al.，2014），此矿山为多金属硫化物矿山，气候较为干旱。Maza 等（2014）证实次生矿物中包含一些典型的如黄钾铁矾、施威特曼石、针铁矿等，除此之外还发现存在六水泻盐、水绿矾、白锰矾、铅铁矾、石膏、镁明矾、铁明矾、水铁矿、纤铁矿等。

1.2 影响次生矿物形成的主要因素

不同的环境条件下生成的次生矿物种类存在差异。在一些湿热地区，会生成种类较多的次生矿物。在干旱半干旱地区或者枯水期，次生矿物的种类则会大大减少，某些矿物会发生脱水现象，因此在这些地区多发现一些含水较少的次生矿物。此外，不同的围岩会影响次生矿物的种类，AMD 的酸性程度也有所不同。例如，如果围岩多为碳酸盐岩时，所造成AMD的pH 会较高，而且次生矿物多会生成黏土矿物，缺少一些典型的黄钾铁矾等矿物。总之，在众多环境条件下，所生成的次生矿物基本上总会包含一些典型的矿物类型：黄钾铁矾、施威特曼石、赤铁矿、针铁矿、羟铝矾、钙镁相和铁相的各种盐霜。也有学者认为AMD 中次生矿物的特征取决于环境化学条件的变化：pH、Eh 和温度（Carbone et al.，2013）。就其形成环境而言，可以划分出3 种次生矿物形成环境：①矿井水的溪流、沟谷径流渠道内，由硫酸盐溶液形成的无固结沉淀物、絮状物和松散悬浮物。②由废渣堆和尾矿内渗漏排水形成的固结沉积物。③废渣堆、尾矿和矿区土壤表面形成的盐霜。

1.3 次生矿物形成顺序

次生矿物的生成顺序有一定的规律可循。在意大利Libiola 矿山河流中观察到三种不同颜色的沉淀物（Carbone et al.，2013），分别为赭色絮状沉淀（pH 值为2.3～4.4）、乳白色絮状沉淀（pH 值为4.5～6.7）、绿蓝色沉淀（pH 值约为7）。国外学者Kefeni 等通过滴定实 验 研 究 发 现（Nordstrom，2011；Kefeni et al.，2015；Carrero et al.，2015），pH 值和溶度积是次生矿物生成顺序的主要影响因素。有氧条件下，随着pH 值的不断升高，则会经历3 个阶段：①铁相次生矿物沉淀生成阶段（pH 值为2.5～4.0），如黄钾铁矾、施威特曼石等，易形成赭色絮状沉淀，可称为“磺水”。②铝相次生矿物沉淀生成阶段（pH 值约为5.0），如羟铝矾、水铝石等，易形成乳白色絮状沉淀，可称为“白水”。③镁锰锌相次生矿物沉淀生成阶段（pH 值为8.0～9.5），如水镁石等。在有氧条件下次生矿物的生成顺序与酸性清水-酸性磺水-酸性白水演化序列关系密切相关。无氧条件下，则会经历2 大阶段：①铝相次生矿物沉淀生成阶段（pH 值为4.0～5.0），如羟铝矾、水铝石等。②亚铁相次生矿物沉淀生成阶段（pH值为6.0～8.0），如GR（绿锈）等。

2 铝相次生矿物形成及特征

2.1 自然界中Al 的来源

Al 作为地球岩石和土壤中矿物组成的丰量元素之一，在自然界中广泛存在，占到地壳总质量的8%。在土壤中的含量占比约为7%，在天然的水体中溶解度较低。Al 以多种形式存在于环境中，具有不同的毒性，已知主要的毒性形式为Al3+、Al（OH）2+、Al（OH）2+和Al（OH）4—等，可以与土壤和基岩中的成分相互作用。Al 的生物可利用性受多种物质的影响，如硅酸可以与铝反应生成铝羟基硅酸盐（HASs），从而降低铝的毒性作用；有机质的组成非常不均一，对Al 的生物有效性也起着主要作用。河流中的Al 作为一定程度的致毒因子，会造成水中的水生生物死亡、植物枯萎等，严重时会造成生态系统的失衡。AMD 中可溶性Al的主要来源于各种铝硅酸盐，对于钾长石来说，其变化如公式（1）所示：

这些矿物作为脉石存在于废石和尾矿中，构成大多数土壤和沉积物的基质。铝和硅从主体铝硅酸盐的释放不是由细菌过程直接控制的。因为单硅化物的酸是很弱的酸，可以通过简单的浸提从体系中除去，如公式（1）所示。Al 可以通过形成三水铝石（Al（OH）3）、高岭石（Al2Si2O5（OH）4）保存为固相形态。

根据公式（2）和公式（3），只要pH 值接近中性并且强络合剂（例如有机酸）的浓度并不高时，大多数天然水体中溶解的Al 的浓度就很低（＜0.1 mg/L）（Nordstrom et al.，1982b；栾兆坤，1987）。在大多数酸性体系中，如强风化土壤中，可溶性铝的活性受三水铝石和高岭石溶解度的控制。然而，在AMD 中，铝的地球化学被硫酸盐显著改变。因此，三水铝石和高岭石可能不是最稳定的相，可能形成各种可溶性硫酸盐和不溶性羟基硫酸盐矿物。对煤矿和煤堆风化作用的研究表明，铁铝矾、明矾、铝叶绿矾和毛矾石是黄铁矿氧化的常见次生矿物（Zodrow et al.，1978）。当含有溶解态Al 的AMD 与较高pH 水体混合时，或通过碳酸盐矿物缓冲至较高pH 时，就会形成不溶性羟基硫酸盐，这个过程类似于Fe3+生成较难溶解的氧化物、氢氧化物和羟基硫酸盐矿物等的反应，如公式（4）和公式（5）所示。

2.2 铝相次生矿物特征

已知在AMD 环境中会形成一些结晶度差、溶解度低的铝相次生矿物。铝相次生矿物主要形成于岩石变质作用、热液活动、氧化还原反应等地质作用过程中，成因条件包括温度、压力、物质组成和反应时间等因素，不同的成因条件会导致不同类型的铝相次生矿物形成。因此，研究成因条件对于理解铝相次生矿物的形成机制具有重要意义（Bigham et al.，2000）。在天然酸性、高盐度的湖泊中观察到明矾石（Alpers et al.，1992；Long et al.，1992），并且在发生热液蚀变的火山区域中也会发现明矾石（Raymahashay et al.，1968；Hemley et al.，1969）。然而，明矾石似乎不是白色沉淀物的主要成分，白色沉淀物是在低温下通过混合和稀释酸性硫酸盐水而在一些地方形成的（Theobald et al.，1963），早在美国Doughty Springs 就发现了白色沉淀物（Cunningham et al.，1996），陕西金堆城矿区和美国天堂门矿区的白色沉淀物也已经被证实主要成分为羟铝矾（Caraballo et al.，2019）。大多数铝沉淀物的组分都包含羟铝矾（Alpers et al.，1994），但结晶性很差，因此缺乏结构细节。然而，除非pH 值接近5.0 或更高，否则不会形成这种Al 的沉淀，因为Al 水解的pK1为5.0。当pH 值远小于5.0 时，溶解的Al 表现为保守组分，而当pH 值大于5.0 时，Al 变得高度不溶，并保持与三水铝石（微晶至无定形）相当的平衡溶解度（Nordstrom et al.，1986；Nordstrom et al.，1999）。部分铝相次生矿物的性质概述见表2。这些矿物以细粒形式出现，颗粒小，结晶度差，形成4 组不同的组成，特征是它们的Al 和S 摩尔比不同：水羟铝矾石与羟铝矾的比例最高，为4∶1；其次是水羟铝矾，为 2.4∶1；然后是矾石与变矾石，为 2∶1；最后是斜铝矾与斜方铝矾，为1∶1，二者结晶良好且保持分离。这些成分的变化反映溶解的Al 与溶解的硫酸根（或硫酸）的相对比例，因此反映出它们沉淀时溶液相对pH。换言之，在pH值较高的情况下，羟铝矾（实际上只有水羟铝矾石，因为羟铝矾是由水羟铝矾石脱水形成的）应比水羟铝矾更容易析出，随着pH 值的降低，依次为水羟铝矾、矾石、斜铝矾、毛矾石。斜铝矾与斜方铝矾不是排列不良、不溶的沉淀物，相反，它们是具有良好结晶度的可溶盐。

表2 铝相次生矿物的性质（据Bigham et al.，2000 修改）Tab.2 Properties of aluminum phase secondary minerals

碱性铝硫酸盐矿物的化学性质一直令人困惑，因为胶体不平衡相的快速形成和胶体相的混合过程，与铁体系中的水合氧化铁的形成比较类似。在最初的沉淀之后，随着溶液的老化，缓慢的转变继续进行。在充分老化的情况下，0.5 mol Al2（SO4）3溶液将同时沉淀三水铝石、勃姆石、氧化铝和明矾石（Singh，1982）。将铝的硫酸溶液在50 ℃的环境中放置18 周后，形成了包含三水铝石、羟铝矾和明矾石的单一/混合形式的矿物沉淀（Adams et al.，1978）。多年来，人们一直在猜测是否存在硫酸铝碱性絮凝剂，虽然某些滴定曲线和化学成分支持这种相的存在，但硫酸盐容易被洗涤取代这一行为，似乎表明硫酸盐只是被吸附了（Weiser et al.，1941）。

Bassett 等（1949）将相平衡溶解度数据与XRD 分析以及沉淀的化学成分（较大范围的铝硫酸盐矿物和硫酸浓度）相结合。首先，在斜铝矾被认为是一种矿物之前（Anthony et al.，1976），学者们清楚地定义了毛矾石和斜铝矾的溶解度范围。其次，一种化合物（Al10（SO4）6（OH）18·17H2O）的稳定溶解度范围被发现，该化合物尚未被确定为一种矿物。Johansson 等（1962）制造了相对较大的斜铝矾晶体，并据此确定了晶体结构。Johansson 等（1963）的另一项研究表明，Al13O40单元构成了几种铝羟基硫酸盐的基本成分。尽管在滴定实验和其他实验研究中，单核物质与多核物质的出现和比例在文献中已经有相当大的争论，但是这些Al13多核单元已经被认为是快速形成的亚稳胶体，并且不容易分解。此外，硫酸根等阴离子通常会降低最大沉淀的pH 值，增加沉淀和凝结的速率（Bertsch et al.，1996）。Bassett 等（1949）合成，并由Johansson 等（1963）确定晶体结构为13Al2O3·6SO3·xH2O 的化合物，其成分与水羟铝矾石/羟铝矾相似，但XRD 数据却不具有相似之处。这一结果表明，在这些系统中可能会形成其他尚未被确定的矿物。

最常见的铝羟基硫酸盐矿物是水羟铝矾石和羟铝矾。Bannister 等（1948a）首先在英国威灵顿堡附近的北安普顿铁矿中发现了水羟铝矾石和羟铝矾。当酸性水与中性的缓冲水混合或与碳酸盐矿物反应时，其pH 值会升高，其pH 值升高接近5.0 或更高时，就会形成水羟铝矾石（表3）。表3 提供了水羟铝矾石的理论组成、水合明矾石的理论组成以及两个羟铝矾样品（其中一个特征较好）的分析组成（Clayton，1980）。表3 中C 样品和E 样品是在酸性水与中性水混合时生成的沉淀物。D 样品的不同之处在于它是由酸性水与高碳酸、氯浓度较高（700～800 mg/L）的20°C 的泉水混合而形成的。这些条件可能增强了明矾石在这个地点的形成。一些无定形沉淀物的高含水量可能反映了水羟铝矾石相对于羟铝矾的水化学特征。所有分析的析出相均落在水羟铝矾石和羟铝矾的理论值之间。矿物的形成是通过酸性硫酸盐溶液与富铝粘土的反应，或通过酸性富铝硫酸盐水与中性水的混合，或通过碳酸盐矿物中和富铝酸性硫酸盐溶液。Clayton（1980）对英国Chickerell, Dorset 的水羟铝矾石和羟铝矾进行了较详细的研究，包括带有电子衍射数据的透射电子显微镜、XRD 数据、化学分析、热重分析（TGA）和差热分析（DTA） 。也有研究表明，鉴于费尔索班亚石和羟铝矾的晶体结构，认为这两种矿物是相同的（Jambor et al.，1990；Farkas et al.，1997）。水羟铝矾最初由Ruotsala 等（1977）描述为一种来自巴基斯坦盐岭地区，白色的、块状的、细粒的矿物。在南非Pofadder 附近（Beukes et al.1984）的一个黑云母片岩中也发现了这种矿物，并获得了新的XRD、IR、DTA 和成分数据。然而，XRD 数据给出了不正确的细胞尺寸，后来进行了校正（De Bruiyn et al.，1985）。矾石和变矾石的环境类型与水羟铝矾石和羟铝矾的环境类型相似。在犹他州的Fuemrole 矿中，Frondel 等（1968）首次描述了与羟铝矾和石膏有关的变矾石，似乎是由富含铝的酸性水与粘土和碳酸盐反应形成的。

表3 铝羟基硫酸盐矿物中铝沉淀物的组成（%）（据Bigham et al.，2000 修改）Tab.3 Composition (%) of Al hydroxysulfate minerals

3 铝相次生矿物的环境危害及意义

AMD 作为已知的酸性硫酸盐水（Nordstrom，1982a；Rose，1998；Nordstrom et al.，1999； Lu et al.，2021），其较低的pH 值能够与矿石、围岩反应，解析其中的（重）金属离子，故而AMD 一般含有极高的（重）金属离子，如果AMD 得不到妥善处理排放，极易造成环境污染。因其含有大量的重金属离子和硫酸根离子（Ash et al.，1951；Barton，1978；Caraballo et al.，2019； Topal et al.，2020）造成河水酸化及重金属污染，导致鱼类和其他水生生物死亡，同时会对桥台、涵洞、道路和其他结构造成腐蚀。其中铝相次生矿物可能造成水土环境污染，铝相次生矿物的溶解度和沉淀速率与其环境危害密切相关。AMD 中的铝相次生矿物可能具有毒性，对生态系统和人体健康产生不良影响。一些研究表明，铝相次生矿物中的铝离子可以对水生生物的生长和繁殖产生负面影响。此外，铝相次生矿物的处理过程中可能产生废水和废渣，对水体和土壤造成污染（Cala-Rivero et al.，2018）。由于物理扰动也会使矿物表面更多地暴露于空气和水中，以及催化反应过程中的微生物，加剧其反应速率。在有些地区，碳酸盐岩可用于中和酸性。因此，常见较高pH 值的废水。例如，美国（Cravotta et al.，1999）东部煤炭地区显示大多数矿井排水呈酸性（pH 值为2.0～4.0）或接近中性（pH 值 为6.0～7.0），相 对 少 的 样 品pH 值 为4.0～6.0。中和作用虽然促进了Fe、Al 和其他金属从溶液中的沉淀去除，但对硫酸根浓度的影响却不明显。

在过去30 年中，大量的科学文献证明了富含硫酸盐的酸性水在地球（Bigham et al.，2000）和火星表面环境（Farrand et al.，2009；Ehlmann et al.，2016）下对铁和铝循环中具有一定的控制作用。然而研究发现，AMD 在某些条件下金属含量远比理论计算值低得多。有研究者（Waychunas et al.，2005；周立祥，2008；王武名等，2009；España et al.，2018）发现，AMD 在外排过程中存在明显的重金属或类金属的自然钝化现象。1914～1980 年在波兰和德国交界处的矿山废水和湖泊的酸性极低，铁离子、硫酸根离子含量严重超标，但经过几十年水体的自然演化，这些湖泊重金属离子浓度达标，酸度被中和（Sienkiewicz et al.，2016）

硫酸铝可以被认为是迄今为止在饮用水净化中使用最多的化学絮凝剂（Väänänen et al.,2012）。在过去10 年中，研究的重点是天然水样中的铝ε-Keggin 型多氧化物的研究（Furrer et al.，2002；Casey et al.，2009），极少数的文献研究了富含Al3+-SO42--沉淀物的矿物学性质和地球化学行为（Jones et al.，2011；Carrero et al.，2015；España et al.，2018）。前人研究表明（Nordstrom et al.，1999；Bigham et al.，2000），纳米矿物水羟铝矾石可能是富含硫酸盐的酸性水体中描述的最频繁的富集Al-SO42--的沉淀物。值得注意的是，水羟铝矾石是一种亚稳定的、几乎是无定形的相，在大气条件下，几天后就会脱水并不可逆地重新结晶为结晶不良的羟铝矾，但是羟铝矾吸附Cu 和Si 等元素的能力很强。Carrero 等（2015）研究表明，羟铝矾对重金属的吸附能力比黄钾铁矾、施威特曼石都高，无氧条件下形成的铝相次生矿物可以除去AMD 中60%的As（As 离子浓度为2 mg/L，Al 离子浓度为194 mg/L，Fe 离子浓度为2 040 mg/L）。此外，几个中和实验已经证实，在不同的条件下，如含氧/氧化（España et al.，2006）和缺氧/还原环境（Carrero et al.，2015），它对几种金属（类金属）有很强的吸附能力。另一方面，一些现场研究报告了其在受污染的溪流中可以去除稀土元素（Verplanck et al.，2004）和金属（As、Cr、Ni、Cd、Zn和Pb）。但是有关羟铝矾更详细的吸附能力，还有待进一步研究。

4 结论

（1）酸性硫酸盐水体中，铁相次生矿物和铝相次生矿物是主要的沉淀物。铁相次生矿物主要包括黄钾铁矾、施威特曼石、水铁矿和针铁矿等；铝相次生矿物主要包括羟铝矾、斜铝钒、硬水铝石和三水铝石等。次生矿物的形成受到pH、Eh 和温度等环境因素的控制，其中pH 起着主要的调节作用。

（2）铝相次生矿物形成受控于pH、温度、压力、物质组成和反应时间等因素。不同的成因条件会导致不同类型的铝相次生矿物形成。大多数铝相次生矿物的组分都包含羟铝矾，但结晶性很差，缺乏结构细节。铝的溶解度受pH 值影响，当pH 值远小于5.0 时，溶解的铝表现为保守组分，而当pH 值大于5.0 时，铝变得高度不溶，并保持与三水铝石相当的平衡溶解度。

（3）溪流水对AMD 的稀释作用，使得赭色絮状沉淀急剧减少，在所有铁相次生矿物完成沉淀后，铝才开始形成无定形铝羟基硫酸盐或氢氧化物沉淀，乳白色絮状沉淀物出现在河水以及河床表面。

（4）铝相次生矿物具有溶解度低、沉淀速率慢，结晶度差，难以表征特点，铝离子对水生生物的生长和繁殖可能产生负面影响；但同时次生矿物在酸性水体中的沉淀过程中吸附了大量的重金属离子，对水体的污染物去除和自净过程起着重要作用。研究铝相次生矿物的形成、演化机制对于促进蒿坪河流域酸性磺水—酸性白水防治具有的重要理论及应用价值。