铁是地壳中含量较高的的金属元素之一,作为氧化还原元素,在氧化环境下主要以针铁矿等氧化性铁矿物存在,还原环境中主要存在形式为黄铁矿,查明铁元素在氧化性和还原性条件下在水-铁矿物之间的吸附与还原机制,对于理解变价元素的迁移转化具有重要的科学意义。本文依托国家自然基金《富磷水系中铀的赋存形态与分配研究》和《矿区水系中钼在水-铁氧化物界面的吸附平衡与机理研究》项目,采用合成的针铁矿和黄铁矿,通过不同p H、初始浓度、不同吸附时间等条件下的吸附实验,探讨铀和钼在水-针铁矿/黄铁矿界面的吸附机理,结合傅立叶变换红外光谱法(FTIR)表征吸附前后的黄铁矿。研究表明:(1)针铁矿是一种氧化性铁矿物质,其对钼和铀的吸附效果优于黄铁矿。(2)针铁矿和黄铁矿对钼和铀的吸附效果与p H值有关。在较酸的环境下,更有利于钼被吸附在针铁矿上,针铁矿对铀的吸附效果在中性偏碱性环境下最强,p H在7.5吸附性最强。而黄铁矿吸附钼在碱性条件下,效果最佳;吸附铀在酸性条件下效果明显。(3)针铁矿吸附钼的平衡时间为16h,而针铁矿吸附铀的时间是4h时,吸附达到平衡,吸附率达到97.82%。而黄铁矿吸附钼和铀达到平衡的时间均很长,平衡时间均为96小时。(4)针铁矿吸附钼的数据可以通过Freundlich等温进行模拟,其吸附过程主要以物理吸附和多层吸附为主;对铀的吸附过程更符合Freundlich等温吸附和准二级动力学方程,铀的吸附主要是离子交换或共享的化学吸附和多层吸附为主。而黄铁矿吸附钼的动力模型相关系数较小,动力学特征不明显;其吸附铀的过程更符合准二级动力学方程,说明铀的吸附主要以彼此间的离子交换或共享的化学吸附为主。(5)PHREEQC模拟表明,当p H在3左右,钼的赋存形态为H₂Mo₄和Mo S₂;在p H在7.5左右,铀的赋存形态主要为(UO₂)₃(OH)₅⁺和UO₂(CO₃)₂^2-。当p H在9左右,钼的赋存形态为Mo O₄^2-和Mo S₂;在p H在5左右,铀的赋存形态主要为UO₂OH⁺、UO₂SO₄、UO₂²⁺。(6)傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,在黄铁矿吸附钼和铀的过程中,黄铁矿的透光度降低,可能存在吸附还原的过程。