钒（V）污染在受采矿影响的地下水中构成显著环境风险，但铁矿物稳定可迁移态V的过程仍不清楚。亚稳态铁矿物可能演化为永久的V汇。近日，成都理工大学表生地球化学过程及生态环境效应团队周丹课题组在《水研究》发表成果，系统揭示了水铁矿转化过程中V由表面吸附向结构固持的演变过程，并阐明了共存铬（Cr）对水铁矿转化封存V的双重调控机制。
钒是战略性稀有金属，广泛应用于高强度合金和储能等领域。随着钒钛磁铁矿资源开发利用，矿区地下水中的钒环境风险受到持续关注。在氧化条件下，五价钒主要以可迁移的钒酸根形态存在，其环境归趋受到铁氧化物吸附、氧化还原及矿物相转化等界面过程的共同影响。水铁矿具有较高的反应活性，但属于亚稳态铁矿物，可进一步向赤铁矿、针铁矿等更加稳定的晶质铁氧化物转化。这一由高活性前驱矿物向稳定晶质矿物演变的过程，可能决定钒能否由短期吸附进一步转化为长期稳定的结构赋存。
研究团队对攀西某钒钛磁铁矿尾矿库开展了三个水文时期的地下水调查，重点分析地下水及悬浮固体中的钒赋存特征，同时借助室内水铁矿转化实验、密度泛函理论计算、同步辐射表征等手段开展研究。结果发现V主要固定在地下水的悬浮固体中，其中不可提取态V占总V的83%，远高于可提取态V和水溶态V，表明悬浮铁矿物是地下水中V的主要汇。室内模拟实验进一步表明，在赤铁矿形成过程中，水铁矿（Fh）转化会逐步将最初吸附的V转化为不可提取态。在V-Cr共存体系中，10天后94.53%的V以不可提取态形式被稳定，而只有36.55%的Cr进入不可提取组分。
分子证据表明，V首先在Fh表面形成内圈Fe-O-V（铁-氧-钒）配合物，随后通过同晶置换进入赤铁矿，同时伴随V(V)部分还原为V(IV)。Cr对V的封存发挥了双重作用：既竞争Fh表面位点并延缓V的嵌入动力学，又通过增加结构Fe(II)促进V的还原稳定化。本研究阐明了Fh转化是富铁地下水中V的关键自然衰减途径，也为多金属污染下含氧阴离子的封存提供了机制认识。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.126882
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