氧化铁的化学元素范文
发布时间：2023-09-27 15:05:55
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篇1
1、铁、铜等金属可拉成丝或轧成薄片，是因为它们具有良好的
(
)
A
导电性
B
传热性
C
延展性
D
密度小
2、下列关于铁的叙述正确的是
(
)
A
铁是地壳中含量最多的元素
B
纯铁具有银白色的金属光泽
C
铁器可用来盛放酸性物质
D
铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气
3、下列有关铁在氧气中燃烧现象的叙述中，不正确的是
(
)
A
火星四射
B
产生大量的热
C
生成黑色固体
D
生成红色固体
4、下列四种物质中有一种在适当条件下能跟其它三种反应，这种物质是
(
)
A
氧气
B
铁
C
硫酸
D
硫酸铜
5、世界卫生组织把铝确定为仪器污染源之一，铝的下列应用必须加以控制的是(
)
A
用铝合金制门窗
B
有金属铝制装碳酸饮料的易拉罐
C
用铝合金作飞机、火箭材料
D
用金属铝制电线
6、人体中化学元素含量的多少会直接影响人体健康。下列元素中，因摄入不足容易导致人患有骨质疏松症的是
(
)
A
钠
B
铁
C
钙
D
锌
7、西汉刘安所蓍的《淮南万毕术》中有“曾青得铁则化为铜”的记载(“曾青”指的是如硫酸铜之类的化合物)，它的反应原理属于
(
)
A
化合反应
B
置换反应
C
分解反应
D
无法确定
8、下列属于铁的物理性质的是
（
）
A
铁投入稀硫酸中有气泡冒出
B
铁在纯氧中能剧烈燃烧，火星四射
C
铁具有良好的导电导热性能
D
铁在潮湿的空气中能生锈
9、将铁片放入下列溶液中，过一会儿取出，溶液的质量不会发生变化的是
（
）
A
稀盐酸
B
硫酸铜
C
稀硫酸
D
硫酸亚铁溶液
10、以下不属于金属共同性质的是
（
）
A
有银白色金属光泽
B
有良好的延展性
C
导热性较好
D
导电性能好
11、联合国卫生组织经过严密的科学分析，认为我国的铁锅是最理想的炊具，并向全世界大力推广，其主要原因是
（
）
A
价格便宜
B
烹饪的食物中留有人体需要的铁元素
C
传热性能好
D
硬度高
12、铁、铝、铜三种金属的活动性顺序是
（
）
A
Fe>Al>Cu
B
Al>Fe>Cu
C
Cu>Fe>Al
D
Fe>Cu>Al
13、社会上一些不法分子以铜锌合金（金黄色，俗称黄铜）假冒黄金进行诈骗活动，为了鉴别黄铜，以下方法不可行的是
（
）
A
观察颜色
B
放在火上烧烤
C
加入硝酸银溶液中
D
放入稀硫酸溶液中
14、地壳中含量最多的金属元素与非金属元素组成的氧化物的化学式为
（
）
A
Fe2O3
B
CuO
C
Al2O3
D
FeO
15、11．2克某金属和足量的稀硫酸充分反应后，生成0.4克的氢气，该金属是
（
）
A
铁
B
铝
C
铜
D
镁
二、连线题
16、用连线表示下列金属的用途(左边)与性质(右边)的对应关系。
A
铁锅
(1)导电
B
金箔画
(2)导热
C
铜电缆
(3)耐腐蚀
D
磁铁制作磁卡电话
(4)机械强度大
E
铜镜
(5)磁性
F
金属材料
(6)金属光泽
三、填空题
17、日常生活中，用于铁栏杆外层涂料的“银粉”大多是金属
的粉末；家用热水瓶内胆壁的银色金属是
；温度计中填充的金属是
；灯泡里做灯丝的金属是
18、已知铝粉和氧化铁粉混合物在高温引燃条件下发生反应，生成铁和氧化铝，同时放出大量的热，该反应属于
反应，写出反应方程式
19、硫酸亚铁溶液中混有少量硫酸铜，为了除去其中的硫酸铜，可加入足量的
(填化学式)，反应的化学方程式是
20、把一根铜丝在酒精灯上加热，使其表面变黑，该反应的化学方程式为
，然后将其浸入稀硫酸中，充分反应后，溶液变为蓝色，试写出该反应的化学方程式
四、实验探究题
篇2
1 转炉冶炼目的
转炉冶炼主要是将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。
氧气顶吹转炉炼钢设备工艺：如图1所示。按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于99%的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。 氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥，等等。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。
2 转炉冶炼原理简介：
转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化 （FeO，SiO2，MnO，） 生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。
转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六步组成：
（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；
（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；
（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；
（4）3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）；
（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；
（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。
3 转炉炼钢主要工艺设备简介：
3.1 转炉（converter）
炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。
3.2 AOD精炼炉
AOD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。AOD炉型根据容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。装备水平也由半自动控制发展到智能计算机控制来冶炼不锈钢。
VOD精炼炉
VOD精炼炉（vacuumoxygen decarburization），是在真空状下进行吹氧脱碳的炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。
3.3 LF精炼炉
LF（ladle furnace） 炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。
转炉倾炉系统
倾炉系统：变频调速（变频器+电机+减速机+大齿轮）
倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。
4 转炉炼钢要求
低碳钢是转炉炼钢的主要产品。由于转炉脱碳快，钢中气体含量低，所以钢的塑性和低温塑性好，有良好的深冲性和焊接性能。用转炉钢制造热轧薄板、冷轧薄板、镀锌板、汽车板、冷弯型钢、低碳软钢丝等，都具有良好的性能。
转炉冶炼中、高碳钢虽然有一些困难，但也能保证钢的质量。转炉钢制造的各种结构钢、轴承钢、硬钢丝等都已广泛使用。冶炼高碳钢的困难是拉碳和脱磷。在C>O.2%时靠经验拉碳很难控制准确，如果有副枪可借副枪控制，没有副枪时需要炉前快速分析，这就耽误了时间。高碳钢终点（FeO）低，脱磷时间短，因此需要采用双渣操作，即在脱碳期开始时放掉初期渣，把前期进入渣中的磷放走，然而双渣操作损失大量热量和渣中的铁，没有特殊必要不宜采用。增碳法是冶炼中、高碳钢的另一种操作法，这时吹炼操作和低碳钢一样，只是在钢包内用增碳剂增碳，使含碳量达到丘冈绅的要求。增碳剂为焦炭，石油焦等。中碳钢的增碳量小，容易完成。高碳钢增碳要很好控制，但轨钢、硬线等用增碳法冶炼可以保证质量合乎要求。
转炉冶炼低合金钢没有特殊困难。冶炼合金钢时，因为合金化需要加入钢包的铁合金数量大。会降低钢水温度，而过分提高出钢温度又使脱磷不利。所以冶炼合金钢应与炉外精炼相结合.用钢包炉完成合金化。另外，随着对钢的成分的控制要求不断严格，为减少钢性能的波动，要求成分范围越窄越好。这也需要在钢包精炼时进行合金成分微调的操作。
篇3
2 转炉钢渣资源综合利用的工业应用研究
实现转炉钢渣的高效资源化利用，需根据转炉钢渣的物化性质，结合现行应用工业领域，开发出一套循环的钢渣热焖生产工艺流程，方可促进回收达到“零排放”目标，提高经济收益最大化。本文所述的是以我公司转炉钢渣通用性能为研究对象。
2.1 转炉钢渣的物化性质
在通常情况下按光谱分析，转炉钢渣主要成分有 Fe、Si、Ca、Mg 等，其中Fe 的含量达10%以上，钢渣中可直接回收利用的有价金属为铁，其次为Si、Ca、Mg等，这些是根据它们存在形态有一定利用价值，最后那些含量过低的金属元素Mn 、Al、P等均无利用价值。表1为涟钢钢渣成分。
再进一步分析化学元素和铁的物相分析得知，转炉钢渣中铁以其氧化物的形式存在，如：氧化铁、三氧化二铁、金属铁，约占铁含量的 99%。其余转炉钢渣成分如：氧化钙、二氧化硅和氧化镁的含量占绝大多数，含磷、含硫较低。
2.2 转炉钢渣资源综合利用现状
到目前，转炉钢渣资源综合利用的途径涉及到多个领域，比如：用在冶炼和烧结的熔剂中。在烧结矿石中适当配加5-15%、粒度为8
2.3 转炉钢渣资源综合利用的循环工艺流程
在如今转炉钢渣工业应用多个领域的现实条件下，我们将与钢渣的物化性质有机联系起来，开发出配套的转炉钢渣循环资源综合利用生产工艺流程，这对钢铁企业提高钢渣综合利用率，实现“零排放”的目标将起着重要的引领、启发作用。此“零排放”的工艺流程可将其分为三步，首先通过钢水热焖处理，然后进行磁选清理出最大金属含量的Fe，再综合利用其氧化物，经过球磨成不同粗细度用于建材制造。
（1）钢渣热焖处理工艺。将刚刚凝固还处于高温的钢渣倒入焖罐炉内、或者将液态钢渣直接倒入焖罐炉内，利用钢渣本身所含有的余热，采用焖罐该盖上的自动喷水工艺，将钢渣中含有大量的游离氧化钙在0. 05 kg/cm的微压蒸汽中遇水产生不均匀冷缩，体积膨胀增加到23～87%，这样使大块的钢渣生成氢氧化钠自解粒化粉碎，粒化效果最好的可有60～80%达到小于20mm的钢渣。同时由于消除了游离氧化钙，在钢渣矿相基本不变情况下提高了稳定性，也便于钢渣粉后期的综合利用。最后采用挖掘机挖掘出料，进入下一步破碎磁选工艺。此工艺的特征是可适应任何种类和流动性钢渣，它不但节能，还改善钢渣稳定性，避免钢渣粉在后期利用时，如：回填场地或者生产建材制品出现开裂现象。这也是钢渣实现“零排放”的前期重要的一环节。
（2）钢渣磁选破碎筛分生产处理工艺。这也是钢渣循环处理的核心工艺。由于钢渣所含铁矿物比天然铁矿石较为复杂，因此，将热焖自解后的转炉钢渣送至磁选生产线，首先通过磁选出铁粒、铁粉，同时对于大于30mm小于400mm的钢渣进行破碎，然后再通过层层的分级磁选，磁选回收细粒铁颗粒和磁性氧化铁，分别返回炼钢和烧结。当磁选粒度在-10mm下时，通过筛分磁选出用作于熔化剂粉和粗渣的钢渣，余下的炉下钢渣进行下一道工艺流程。在磁选中需分类进行不同操作方式，对+ 130mm + 70mm粒级大块的渣钢回收，采取棒条筛和人工拣选等方式，将其中高品位含铁的大块渣钢选出，保证后续流程畅通，但须注意劳动工作量与重复性。对于-70mm低品位钢渣，采用分级磁选筛分方式，将再回收钢渣中低品位的颗粒金属铁和氧化铁集合体时，同时将筛分的大量低品位尾渣在简化后续处理量和生产成本的同时，可依据其主要含有与水泥熟料相似的硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸盐成分，以及熟料中一些水硬胶凝性矿物，按相应国家与行业标准要求，生产出钢渣酸盐水泥。
（3）钢渣球磨生产处理工艺。将上一层的炉下钢渣尾渣按—8mm、+8mm磁选标准，经过对-70mm 全粒级湿式磨矿—磁选—再筛选分离和精选的方法，获得合格的铁精矿。注意粉磨的时间，其越延长粉磨细度就越细，同时细粉中会回收到少量薄片状或呈圆珠状的金属铁。其中将—8mm作为钢渣精粉，用于代替原石灰石作为治炼和烧结矿的熔化剂，对余下的球磨尾泥可外销。经实践证证明，每吨烧结矿配加4%钢渣，烧结利用系数提高1%，石灰石消耗量减少约30kg，其不但可提高烧结矿强度还显著提高烧结矿原性能，提高了经济效益。另将+8mm磁选铁粒返回钢炉进行治炼，余下的球磨粗渣用于外销。
3 转炉钢渣资源综合利用的结论与建议
诚然，要实现转炉钢渣“零排放”的高价值利用目标，建立一套钢渣循环资源综合利用生产工艺流程还是不行的，其间还要进一步探索其工艺最佳配方，提升加工制造的工业应用技术水平，才能在钢渣综合利用上突破性的取得社会及环保显著效益。同时我们建议在实行钢渣循环资源综合利用生产工艺流程过程中，应该注意到以下几点事项；一是在烧结中配加钢渣，注意磷富集问题。按照已有的实践资料证明，当钢渣配比增加10kg/t时，烧结矿的磷含量将增加约0.0038%，而相应铁水中磷含量将增加0.0076%，因此，要降低磷的富集，必须想办法控制烧结矿中钢渣的配入比例，同时也可在烧结矿生产过程中停止配加钢渣，待磷降下来后再恢复配料；二是防止钢渣粒度过大，它会在烧结混合料中产生偏析，造成烧结矿碱度波动直接给高炉生产带来不利影响，因此，应该增强钢渣的破碎和筛分能力，保证粒度的均匀性。
参考文献：
篇4
二、科学教学的原则
1.适度性。教师要针对学生可以接受的范围及课本内容合理安排教学内容，制定可行性较强的教学体系和教学目标。教学过程中，为了掌握学生对知识的学习情况，可以分四个阶段提高教学效率。感受指在刚刚接触化学知识时，学生仅对教师讲解的课本内容有基本了解和大概印象，需要学生在学习过程中留心相类似的内容，自己要注意总结和对比记忆。如讲解常见化学物质的分子式时，要在大脑中形成立体的分子构成。联系指将讲解的科学方法和解题思路贯穿学习中，在学习中注意方法和内容联系起来，通过练习和思考逐渐熟练运用方法。例如，在学习书写化学方程式时，一些金属元素和盐酸发化学反应的化学方式是不一样的，系数也不一样，但都是金属元素和盐酸发生化学反应，可以通过联系金属的相同性质书写方程式，从而举一反三，降低书写难度。应用指通过基础化学知识的学习解决化学问题。例如，在化学学习中，比较常见的问题就是在主要物质中掺有其他化学物质，如何检验这种物质的存在等。评价指根据自己建立的科学知识体系判断他人的学习研究是否有价值，当然这要求学生自身知识能力足够高。
2.适时性。适时性的教学原则要求教师在确实有进行科学教育的必要时采取措施，否则会适得其反。化学课本中隐含科学的方法，有的知识内容与教学方法联系密切，在讲解那部分时要注意渗透教学方法。教师要在恰当的时候讲解化学理论的来源及相关知识等，达到扩展学生知识面的目的。例如，在学习溶液的酸碱性时，常见的酸性溶液有酸溶液和某些盐溶液，如硫酸氢钠，对于其他不常见化学溶液没有讲解的必要。
三、科学教学的方法及措施
1.充分利用教学模具进行教学。在学习化学分子式及空间结构的时候对学生的空间想象能力和逻辑思维能力的要求比较高，而初中学生刚刚开始接触化学，很难形成空间想象，这就需要教师在教学过程中借助教学模具进行教学和讲解，让学生通过空间想象和模具帮助，先学习基础知识，再通过了解和讲解揭示其奥秘。例如，在学习一些化学分子式的结构书写时，首先要记得该化学分子式是什么，然后才能知道在画结构的过程中需要用到什么元素和几根化学键，如写三氧化二铁的分子结构时，先想想其空间结构，或者借助化学模具，再进行书写，久而久之，也就有了一定的空间想象能力。
2.通过比较、分析，熟记多种化学知识。化学元素太多太乱，很容易记错记混，这就需要学生通过对比记忆，根据自己学到的化学知识和经验形成自己的学习方法。例如，在刚刚接触化学的时候，最基本的内容有固体、液体、气体。除了状态不同外，还要区分固体的颜色、性质等，如铜和氧化铁都是红色固体，但两者的化学分子式是不一样的。这就需要通过分类和比较进行记忆，可以按照状态、颜色的不同进行分类。
3.运用学到的化学理论对不了解的方法进行探索。在化学学习过程中，经常用到的一种方法就是化学假说法，化学假说法指运用已经学习和掌握的化学原理，对未知的化学现象和化学规律进行探索，而探索结果就需要时间和真理验证，初中生不能对自己得出的结论做出对或错的判断，但是这种方法能激发学生的学习兴趣和积极性。其实，化学假说法能最大限度地调动学生学习主观能动性和积极性，更有效地培养学生的思维能力，发挥学生学习中的独创精神，提高学生的科学素质，为以后从事科学研究工作打下科学方法的基础。例如，化学家拉瓦锡根据燃烧现象与空气中的化学成分相联系，通过思考和研究，提出燃烧的氧化学说。
4.善于归纳和总结学习过程中遇到的知识。归纳所学知识和整理知识体系是学习化学的常用方法，养成对知识的整理和归纳的好习惯，能够提高学习效率，达到事半功倍的效果。归纳从一些具体事例中概括整理出相应的结论，发挥学生的主体作用，归纳内容和归纳形式都由学生根据自己的学习情况所决定，在归纳和整理的过程中加深对知识的记忆，在提高学习效率的同时达到复习效果，所以说归纳和整理是很重要的。例如，在学习元素周期时，根据教师思路学习和掌握前二十号元素的电子排布情况，在观察和归纳的过程中，很容易得出电子的排布和变化规律，根据元素化合价的变化和元素原子半径的变化从而得到排布规律，这样就能达到提高学习效率的目的。
5.充分利用化学课本。学习化学不管采用什么形式，都离不开化学课本，而化学课本中的内容排版就是按照学生接受程度和理解能力进行的，这就是一种隐含的科学教学方法，也是教师在教学过程中需要学习的。例如，初中化学中身边的化学物质这一部分内容可以分为这几部分，地球周围的空气、氧气、碳和碳的氧化物、自然界中的水、金属与金属矿物、溶液、生活中常见的化合物等其他部分，是按照简单到复杂安排的，简单来说是教材中的一条知识线。抓住这条知识线能帮助学生学习和掌握课本的基础知识，还能使教师讲课条理清晰。这样的教学安排能帮助学生理解和学习化学知识，是帮助学生学习的重要措施。
篇5
中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）80-0178-02
一般情况下，建设电力铁塔基本都是在野外，因为会受到长期的暴露，并且长时间的经受各种恶劣天气的影响，就会受到长时间的腐蚀，而在受到大气腐蚀以后，其损失程度则会相当的严重，甚至达到一半以上。但是，在钢结构当中，对于防腐的方法也有几种：热喷涂锌、阴极保护法、涂层法以及热浸镀锌法等。
由于输变电铁塔一般应用的都是角钢，如果镀锌的效果没有达到理想的程度，同时又受到了恶劣环境的影响，如果是镀在没有上锌的那部分则会氧化并且出现铁锈的现象，另一方面，如果是在恶劣的潮湿环境当中，当铁锈又产生了电化学条件的反应，则会把铁锈给腐蚀掉。在实践工作当中，研究热镀锌的工艺我们发现，一般镀锌层一般是由外到内的，并且分为5层。在镀锌层的合金层当中，主要的形成过程包括两种：一种就是把铁溶解在锌中，而另一种则是形成的金属化合物。而在镀锌的过程当中其实就是一个形成金属化合物的过程，也就是所谓的反应过程。
1 形成镀锌层
在钢制件以及在被熔融的锌液当中，这是经过了一个非常复杂的过程，也是化学和物理的相互作用。如果锌是处于在液态时，其金属的熔点不管是高低，则均可能出现溶解以及侵蚀的作用。在钢制件的表面进行镀锌的过程当中，主要会根据以下步骤而操作的，首先要把固体的铁进行溶解，再把锌和铁相结合并且对其化合物，并且也就产生了铁，当锌和铁的合金层的在其外侧会联结着一层纯锌，并且在进行冷却以后会结晶，所以，也就是说在热浸镀锌的过程当中则是根据扩散的作用大小所形成的过程。
在我国众多的镀锌行来当中，一般大型输变电铁塔所应用的工艺都是以工件脱脂酸进行洗水，再通过清洗来提高镀锌烘干热镀锌水冷却的包装检验。而对镀锌层的形成造成影响的几道工序体现在几个方面，并且都要按照步骤进行操作。但是，生产热镀锌的工艺时也会出现几方面的缺陷，主要表现在：皱纹、漏镀、不均匀的镀层、灰暗层等多方面因素，但是漏镀的缺陷则是最为常见的一个方面。由于影响输电线路铁塔热浸镀锌出现漏镀的存在因素有很多，并且不容易控制，而影响因素主要体现在几个方面：第一，在工件的表面其没有做好处理。 第二，在操作热镀锌的工序时没有按照规范进行。第三，对于助镀剂的溶液没有控制在一个良好的参数范围内。第四，在锌液的中夹会杂夹着其它有害成分。对此，只有准确的了解漏镀的具体原因，才能有效的用科学的方法对其进行处理，并且把这一个缺陷很好的控制在一定范围之内。
2 对于热镀锌的生产工艺流程
1）进行除油处理。由于铁塔热镀锌是不具备专业的工序碱洗，而对于油漆的标记也是应用了磨光机磨的方法来进行清除的。主要可以通过应用往除锈液当中适当的加一些表面活性剂，这种方法则是较为常见的一种方法。如果是遇到油污较多的螺栓和螺母时，则可以应用化学的方法进行去除；2）进行除锈处理。这道工序是非常重要的，由于除锈的方式方法以及对其质量的好坏都会影响到产品。一般情况下，盐酸和氧化铁的反应是非常快的，而跟铁的反应则是相对较慢的，并且可以降低铁耗，从而减少酸洗以及氢脆的现象等问题。但是，当氯化亚铁的溶解度出现较大时，而它的使用期限则会较长，而废盐酸也会被利用回收；3）进行水洗处理。应用水洗方法的重要目的则是为了除掉工件表面的杂质，以避免铁离子直接进到熔剂当中，但是，如果进行水洗时就会给污染源造成一定的影响，因此，必须要应用环保设备；4）进行熔剂处理。把NH4CL作为熔剂时，则会体现出如果根据比例混合的应用效果才是最好的。如果往熔剂当中添加了一定量的KCL则可以有效的提高其亮度。在当工件进行浸锌时，会在其表面漂浮着一些黑色和褐色的油状物，也就是它的反应生成物；5）对于浸锌的处理。由于锌液的化学成分主要是通过热镀锌的生产工艺再向锌液当中加入适量的铅，但这种方法是极其有害的，会增腐蚀的程度，从而造成镀层变黑以及生长白锈等现象。同时，铅的成份也会危害到员工的健康问题。在浸锌的温度上也会有一定的要求，由于浸锌的温度要求则应和钢铁当中的硅量相一致，而浸锌的时间也是存在一定要求的，对于镀层的厚度必须要和浸锌的时间成为正比，而浸锌的时间也应该要和工件厚度进行一定的匹配，如果工件的厚度较大，其浸锌的时间则必须要较长，但是如果镀层较厚时，则必须要对其锌液成分进行改变，并且也要控制好浸锌的温度，减薄镀层。一旦出现引出的速度较快时，而镀层则会越厚。在一般情况下，引出速度必须要和锌液下流的速度相近时才是正确的， 但当锌液下流的速度则必须要和锌液的含铁量以及温度相联系，它是作为一个不定值的。在引出角度上看，应尽量垂直引出，其引出的角度也应大于45°为好。行车的吊钩与锌面的距离应与锌锅的长度相等， 这样才能保证工件表面光滑；6）对余锌进行清除处理。由于铁塔热镀锌是不需要进行擦拭的，而且对于它的光洁度也是可以靠调整来进行的，主要有几个方面：第一，可以在锌液当中适量的加入合金，从而促使在锌液的表面可以呈现出镜面的效果；第二，应尽可能的提高引出的角度，并且选择好引出的速度；第三，可以应用刷子去除余锌以及锌灰；7）进行冷却处理。一般的铁塔热镀锌通常都是应用水进行快冷，所以可以降低色差。而超低温的低碳钢，则可以不必下水，利用空气便可以将其冷却；8）进行钝化处理。应用钝化处理主要就是为了提高它的亮度，也是为了提高它的抗白锈能力。
3 主要的影响因素
1）由于化学元素会对热镀锌造成很严重的影响，所以在生产工艺的过程中我们可以看出，一般在钢中会含有很高量的C，从而这也就加剧了Fe-Zn 的反应，也破坏了镀锌层的粘附性。但是，由于在钢中还会含有一定量的Si，同时这也给镀锌造成很大的困难，当硅的含量较高时，则会出现灰色的镀层，并且促破坏粘附性，因此，必须要预防出现硅的氧化；2）对于材料的表面质量也会造成热镀锌的质量影响，主要在表面会出现裂纹、结疤、表面的夹杂、划伤、折叠等因素都会给镀锌造成一定的影响。此外，划伤与裂纹对镀锌所造成的影响程度也是取决在它的深度，由于裂纹是存在一定深度的，所以酸洗是不能到达裂纹的底部。但是进行镀锌时其氧化铁皮是极易出现溶解的，其深度只要不会超过一定的范围要求便可，所以一般是不会对镀锌造成影响和使用的。
4 结论
在应用输变电铁塔的热镀锌工艺时，由于会受到很多方面的因素影响，所以就会出现很多方面的问题，从而也直接影响到了镀锌层的工艺质量。对此，我们必须要严格控制热镀锌的生产工序、工艺以及操作等都必须要严格有效的实施监控，并且制定出有效的方法进行控制，从而提高输电线路铁塔热镀锌的工艺水平。
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引言
我国疆域广阔，且整体跨度很大，所以我国的矿产资源储量十分丰富。就实用价值而言，矿山中矿物有效成分的提取，不仅为化工产业提供了大量的原材料，而且也能带动其他地质工程的发展。而化学分析作为地质勘探的重要环节，对矿物质的提取起着决定性的作用。所以只有严格遵循化学分析的方法和基本流程，深度了解矿物质的成分及组成，才能更好的促进相关产业的持续发展。
1 化学分析的概念
化学分析是研究物质化学成分、组成结构、分析方法及相关理论的科学。它所要解决的问题是确定物质中有哪些组分，组分是以什么比例存在的，以及各个组分的相对含量是多少等。
化学分析包括成分分析和结构分析。成分分析又包括定性分析和定量分析。定性分析就是鉴定物质是由哪些离子或元素组成的。定量分析就是确定各组成部分的具体含量。
2 化学分析的基本流程
2.1 试样的提取和加工
试样就是岩石矿物进行化学分析的样本材料。对试样提取的要求有以下几点：
（1）选取适宜的采样点，采样点的位置尽量分散，避免过度集中。采样点的选取直接影响到矿样的质量，要保证矿样的化学分析结果具有代表性，必须认真分析矿山的地形走势，分散采样。
（2）合理利用原工程点，也可以直接利用原有的矿芯和岩芯。
（3）在试样提取阶段，要充分考虑化验分析方法选定对试样量的影响。这就要求我们根据不同的试验适当地增减试样的量，已达到预期效果。
2.2 进行定性和半定量分析
有了合适的试样，我们接下来要做的就是对试样进行定性和半定量分析。其目的在于快速确定岩石的组成成分和比例，避免后续化验分析工作的盲目性，为科学研究活动节约了时间。
2.3 选择测定的方法
测定方法的选择是化学分析的关键步骤。测定方法多种多样，如何从众多测定方法中选出最合适的一种是摆在化验人员面前的一个大难题。一般来说，化验人员根据实践和经验，会通过定性和半定量分析的结果对化学测定方法做出选择。对于试样中含量较高的待测元素，应采用容量法、重量法进行测定；而对于试样中含量低的化学元素，则适合采用比色法等测量方法。
2.4 拟定分析方案
拟定方案涉及各元素的测定方法和分离方法间相互影响和配合等问题。所以，应该综合矿物质化学特性以及测定方法拟定分析方案。
2.5 分析结果审查
确定分析方案后即要依照国家的有关规定对化验分析方案的合理性以及结果的可靠性进行审查。
3 矿山常用的化学分析方法
运用化学方法对矿物质进行试验分析可以很好的测定出矿物质的元素构成及相对比例，有助于我们更好的去了解各种矿质。下面就两种不同含量的矿质元素给出不同的化学分析方法：
3.1 试样中含量较高待测元素的化学分析方法
（1）容量法。容量法即我们所说的“滴定法” 。就是将一定浓度的滴定液由滴定管加到试样的溶液中，直到所加滴定液与被测试样按化学计量反应完全为止，然后根据滴定液的浓度和消耗的体积可以计算出被测元素的含量。要注意的是，在容量分析时，必须借助指示剂的颜色变化来确定滴定的终点。需要选择合适的指示剂，使滴定的终点尽可能的接近等当点。当然有时候难免滴定终点与计量点不一定恰恰符合，因此而造成的误差叫做滴定误差。所以为尽量避免滴定误差，我们就应该清楚符合滴定分析的化学反应应该具备的条件：
1）反应必须按方程式定量的完成，通常要求在99.9%以上，这是定量计算的基础；
2）反应能够迅速地完成（有时可加热或用催化剂以加速反应）；
3）共存物质不干扰主要反应，或用适当的方法消除其干扰；
4）有简单可行的方法确定计量点（指示滴定终点）。
容量分析法通常用于测定高含量或中含量组分，及被测组分的含量在1%以上。且具有操作简单、快速、比较准确，仪器普通易得等特点。研究分析员常用这种方法对试样进行半定量和定性分析。
（2）重量法。重量法是根据单质或化合物的重量，计算出在供试品中含量的定量方法。而根据被测成分分离方法的不同，重量分析又可分为沉淀重量法、挥发重量法和提取重量法。下面我们主要就沉淀重量法向大家进行详细的介绍。沉淀重量法是通过被测样液与试剂作用，生成固定的难溶性化合物沉淀出来，称定沉淀的质量，从而计算该成分在样品中的含量。运用沉淀重量法应注意以下几点：
1）取供试品应适量。取样较多，生成沉淀量就会增加，致使过滤洗涤过程困难，带来不必要的误差；反之，如果取样量较少，反应不能充分进行，就会带来很大的误差，给数据的分析带来很大的麻烦。
2）对于那些不具挥发性的沉淀剂，用量过多的话容易产生盐效应，生成一些络合物，所以沉淀剂的用量也要适可而止。（过量的20%-30%）。
3）缓慢加入沉淀剂，使生成较大颗粒。
4）采用倾注法进行沉淀的过滤和洗涤。倾注时应沿玻璃棒进行。沉淀物应采用少量多次的方法用洗涤剂进行洗涤。
5）沉淀的干燥与灼烧。洗涤后的沉淀，应采用灼烧的方式出去除表明的水分及杂质。
6）灼烧后冷却至适当温度，再放至干燥器继续冷至室温，然后称量。
重量法具有测量准确度高，操作较为简单的特点。是进行半定量和定性分析的常用手段。
3.2 试样中含量较低待测元素的化学分析方法
比色法。比色法是以生成化合物的显色反应为基础，通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测组分含量的方法。按照观察方式的不同，通常把比色法分为目视比色法和光电比色法两种方法：
1）目视比色法。该法采用一组由材质完全相同的玻璃制成的，直径相等、体积相同的比色管，向其中分别加入不等量的待测溶液，再分别加入等量的显色剂及其他辅助试剂，然后稀释至一定体积，使之成为颜色逐渐递变的标准色阶。在取一定量的待测组分溶液与一支比色管中，用同样的方法显色，再稀释至相同体积，将此样品显色溶液与标准色阶的各比色管比较，从而计算待测组分的含量。
2）光电比色法。是利用光电池或光电管等光电转换元件作为检测器，来测量通过有色溶液后透视光的强度从而求出被测物质含量的方法。与目视比色法相比，光电比色法消除了主观方面的误差，使得测量的精度有了很大的保障，而且还可以通过对滤光片的选择来消除干扰，从而提高了选择性。
4 矿物化验实例
下面以某矿山赤铁矿试样化验为例，化验分析方法为重量法。
某化验员对矿山赤铁矿试样（主要成分为Fe2O3）进行分析。取10.0克样品，加入稀盐酸（反应的化学方程式：Fe2O3+6HCl=2FeCl2 +3H2O），完全反应，共用去稀盐酸103.0克，将滤渣过滤、洗涤、干燥后质量为2.5克，（假设杂质既不溶于酸，也不溶于水；不考虑实验中的损耗）.求（计算保留一位小数）：赤铁矿样品中Fe2O3的质量分数为多少；稀盐酸中溶质的质量分数为多少？
由数据可以看出，矿石中所要回收的主要元素是Fe，我们通过沉淀和样液的关系不难得出其中氧化铁的质量为10.0g-2.5g=7.5g，所以试样中Fe2O3的质量分数为7.5g/10.0g×100%=75%；通过质量与质量分数一一对应的原则，依据化学方程式联立方程，可以得到稀盐酸中溶质HCl的质量分数为溶质质量与溶液质量的比值：10.3g/103.0g×100%=10%。
5 结语
目前，有些矿物的化验只是单纯的就几个主要元素进行化验分析，而并没有考虑到其他有害元素含量的具体检测，这样的化验报告不足以对整个矿山给出评价。所以除了化学方法，我们还可以与x射线衍射分析等物理方法相结合，系统全面的对矿山不同矿样的成分进行分析汇总，从而实现矿产资源的充分利用。
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中图分类号：P641 文献标志码：A
0引言
高砷地下水是一个世界性的环境问题，全球数亿人面临着高砷地下水的威胁[1]。慢性砷中毒是饮用高砷地下水导致的主要地方病。中国是受慢性砷中毒危害最为严重的国家之一[2]。高砷地下水主要分布在内蒙古、新疆、山西、吉林、江苏、安徽、山东、河南、湖南、云南、贵州、台湾等省（自治区）的40个县（旗、市）。暴露在砷质量浓度等于或超过50 μg·L-1饮用水中的人口为560×104，暴露在砷质量浓度等于或超过10 μg·L-1饮用水中的人口为1 466×104[3]。据调查，在内蒙古高砷暴露区饮水型地方性砷中毒患病率高达15.54%[45]。因此，地下水中砷异常以及由此产生的环境问题已引起各国政府和公众的高度关注。
疾病防控部门经过两轮饮水型地方性砷中毒调查（包括2002～2004年饮水型地方性砷病区和高砷区水砷筛查和2010年饮水型地方性砷中毒监测），基本掌握了中国范围内饮水型地方性砷中毒的分布和高砷地下水中砷质量浓度范围。近几年，国土资源部也相继开展了北方平原盆地地下水资源及环境问题调查评价、中国第二轮水资源评价、地下水污染调查评价以及严重缺水区和地方病区地下水勘查与供水安全示范等方面的调查研究工作，对主要高砷区水文地质条件、地下水化学特征等有了进一步认识。笔者选择以河套盆地、呼和浩特盆地、大同盆地、银川盆地为代表的干旱内陆盆地和以江汉平原、珠江三角洲为代表的湿润河流三角洲为研究对象，主要介绍了中国不同地区高砷地下水的常量组分、氧化还原敏感组分特征，分析了其地下水的水文地球化学过程，探讨了不同区域高砷地下水形成机理的差异。
1中国高砷地下水的分布
在中国大陆地区，高砷地下水主要分布在干旱内陆盆地和河流三角洲（图1，其中ρ（·）为离子或元素质量浓度）。内陆干旱盆地主要包括新疆准噶尔盆地、山西大同盆地、内蒙古呼和浩特盆地和河套盆地、吉林松嫩盆地、宁夏银川盆地等。河流三角洲主要包括珠江三角洲、长江三角洲、江汉平原等。
1.1干旱内陆盆地
1.1.1新疆准噶尔盆地
1980年，中国大陆第一起大面积地方性砷中毒在新疆奎屯地区被发现，在20世纪60年代当地人开始打井开采并饮用地下水，从而引发砷中毒。王连方等在1983年报道这种饮用地下水中砷质量浓度达850 μg·L-1[6]。在天山以北、准噶尔盆地南部的奎屯123团地下水砷污染严重，自流井水中砷质量浓度为70～830 μg·L-1[7]。相比之下，浅层地下水（或地表水）中砷质量浓度较低（从小于10 μg·L-1到68 μg·L-1），这些水源是20世纪60年代以前居民的饮用水。19世纪60年代居民饮用自流的高砷地下水后，产生了慢性砷中毒[8]。在北疆地区，高砷水点分布以准噶尔盆地西南缘最为集中，西起艾比湖，东到玛纳斯河东岸的莫索湾[9]。到目前为止，尽管对地下水中砷质量浓度、土壤砷分布及健康效应等开展了大量的调查和研究，但是这些高砷地下水形成的水文地质条件、水文地球化学环境和过程却缺乏足够的认识。
1.1.2山西大同盆地
山西大同盆地首例地方性砷中毒患者在19世纪90年代早期被发现。该病的流行发生在19世纪80年代中期居民把饮用水源从10 m以内的大口井转变为20～40 m的压把井之后的5～10年间。1998年，王敬华等研究表明，地下水中砷质量浓度为20～1 300 μg·L-1[10]。近期调查显示，所测试的3 083口井中544%超出了50 μg·L-1[11]。高砷地下水的pH值较高，一般为71～87，PO3-4质量浓度达127 mg·L-1，而SO2-4质量浓度较低（一般低于20 mg·L-1）[1214]。高砷地下水主要赋存于冲积湖积沉积物中，其有机碳含量（质量分数，下同）相对较高，可达1.0%[15]。As（Ⅲ）是地下水中砷的主要形态，占总砷的55%～66%[12]。基于同位素研究，Xie等认为地下水中的砷主要来自于恒山变质岩的风化作用[16]。灌溉水的入渗和径流冲洗是控制地下水系统中砷释放的重要过程[17]。
1.1.3内蒙古呼和浩特盆地和河套盆地
在内蒙古地区，砷质量浓度大于50 μg·L-1的地下水主要存在于克什克腾旗、河套盆地和土默特盆地（呼包盆地）[1819]。砷影响区面积达到3 000 km2，超过10×105位居民受到威胁。超过40×104位居民饮用砷质量浓度大于50 μg·L-1的地下水，在776个村庄中有3 000位确诊的地方性砷中毒患者[4]。马恒之等调查研究表明，内蒙古地方性砷中毒的临床症状包括肺癌、皮肤癌、膀胱癌、过度角质化、色素异常等[20]。克什克腾地区的高砷地下水主要由毒砂矿的开采造成的，而河套盆地和土默特盆地（呼包盆地）高砷水主要是由地质成因引起的，主要存在于晚更新世—全新世冲湖积含水层中[2023]。
在呼和浩特盆地，主要受还原环境的影响，地下水中砷质量浓度高达1 500 μg·L-1，60%～90%的砷以As（Ⅲ）形式存在[22，24]。在盆地的低洼处，情况更糟。在一些大口井中，地下水中砷质量浓度也较高（达到560 μg·L-1）。由于蒸发浓缩作用的影响，浅层地下水中盐分和F-质量浓度均较高，尽管F-和砷质量浓度之间并不具有相关性[22]。
在河套平原，浅层地下水中砷质量浓度为11～969 μg·L-1，90%以上的砷以As（Ⅲ）形式存在[21]。Guo等提出高砷地下水主要在还原环境下形成[2，21，25]。相反，Zhang等认为地下水中的砷主要受狼山山前采矿活动的影响，砷从采矿区迁移至地下水流动系统的下游[26]。Guo 等发现，高砷地下水主要存在于浅层冲湖积含水层中，地下水中的砷主要来源于含水层沉积物中的交换态砷和铁/锰结合态砷[2]。这一点被室内原状沉积物微生物培养试验研究所证实[27]。在高砷地下水中，砷主要与细颗粒的有机胶体结合，而与含Fe胶体无关，意味着有机胶体对地下水中砷分布的控制作用[28]。此外，水文地质和生物地球化学对砷活化的制约作用显著，在灌渠和排水干渠附近存在低砷地下水[23]。浅层地下水中砷的分布非常不均匀，无论是在平面上，还是在垂向上，地下水中砷质量浓度差异很大[29]。这种差异导致局部地段地下水中砷质量浓度的动态变化[30]。
1.1.4吉林松嫩平原
2002年在松嫩平原的西南部发现砷中毒新病区。砷中毒主要分布在通榆县和洮南市，当地居民大多以潜水作为饮水水源，部分饮用承压水[31]。地下水水化学特征具有明显的水平分带性和垂直分带性[32]。在垂向上，砷主要富集在深度小于20 m的潜水和深度在20～100 m的白土山组浅层承压水中。在水平方向上，地下水中砷质量浓度为10～50 μg·L-1的潜水主要分布在山前倾斜平原的扇前洼地及与霍林河接壤的冲湖积平原内。砷质量浓度大于100 μg·L-1的高砷水主要分布在新兴乡、四井子乡沿霍林河河道区域[33]。在重点砷中毒疑似病区的调查发现，地下水中砷的超标率为4665%，砷质量浓度为50～360 μg·L-1，均值为96 μg·L-1[34]。在地形极为平缓的低平原区，含水层以湖积相沉积的粉细砂为主，各含水层之间有黏土、亚黏土隔水层，地下水径流不畅，水位埋深变浅，导致地下水中砷和氟的富集[33]。
1.1.5宁夏银川盆地
宁夏银川盆地于1995年发现有地方性砷中毒病区和砷中毒病人[35]。地下水中砷质量浓度为20～200 μg·L-1[3536]。高砷地下水主要分布在银川平原北部沿贺兰山东麓的黄河冲积平原与山前洪积扇地带[36]，呈2个条带分布于冲湖积平原区：西侧条带位于山前冲洪积平原前缘的湖积平原区，在全新世早期为古黄河河道；东侧条带靠近黄河的冲湖积平原区，在全新世晚期为黄河故道，平行于黄河分布。在垂向上，地下水中砷质量浓度随深度增加而降低，高砷地下水一般赋存于10～40 m 的潜水含水层（砷质量浓度从小于10 μg·L-1到177 μg·L-1）；第一、二承压水大部分地区未检出砷或检出砷质量浓度低于10 μg·L-1[3738]。高砷地下水呈中性—弱碱性，为HCO3NaCa、ClHCO3Na、ClHCO3NaCa型水，氧化还原电位较低[3940]。特殊的古地理环境特征、地下水径流条件、氧化还原环境等被认为是地下水中砷富集的重要因素[41]。地下水中砷质量浓度随水位改变呈现出动态变化特征[38]。
1.2河流三角洲
1.2.1珠江三角洲
珠江三角洲也存在高砷地下水。地下水中砷质量浓度为2.8～161 μg·L-1[4243]。地下水处于还原环境，且呈中性或弱碱性。该地区高砷地下水的显著特点是，NH+4和有机质质量浓度高（分别为390、36 mg·L-1）[44]，而NO-3和NO-2质量浓度低[43]。盐分含量对砷的富集并无显著影响。黄冠星等认为，地下水中砷的主要来源为含水介质中原生砷的释放以及地表灌溉污水的入渗补给[42]，而Wang 等认为沉积物中有机物的矿化以及Fe羟基氧化物的还原性溶解是地下水中砷富集的主要过程[43]。
1.2.2长江三角洲
长江三角洲高砷地下水也普遍存在。20世纪70年代以来相继发现长江三角洲南部南通—上海段第一承压水中砷质量浓度（大于50 μg·L-1）严重超过国家饮用水卫生标准[45]。这一带地下水的还原性相对较强。高砷地下水中Fe2+质量浓度普遍较高，多数大于10 mg·L-1[4546]。地下水中砷质量浓度高时，相应Fe2+质量浓度也较高。长江三角洲南部地下水中砷质量浓度高的主要原因是，在还原环境中，AsO3-4还原为AsO3-3，而且与砷酸盐相结合的高价铁还原成比较容易溶解的低价铁形式[47]。于平胜研究表明，在长江南京段，沿岸5 km内地下水中砷质量浓度普遍高于远离长江的地下水[48]。浅层地下水（潜水）中砷质量浓度普遍较低（小于40 μg·L-1）。
1.2.3汉江平原
2005年，江汉平原首次发现高砷水源和首例地方性砷中毒病例[49]。其中，仙桃市和洪湖市是江汉平原砷中毒最为严重的地区。调查表明，仙桃市848口井中有115口井砷质量浓度超过50 μg·L-1[4950]，地下水中砷质量浓度最高达2 010 μg·L-1。该区属于亚热带季风气候，降雨量充沛，地下水埋深浅，地下水以HCO3CaMg型为主。相对于内陆干旱盆地，地下水溶解性总固体（TDS）较低（0.5～1 g·L-1）。
2不同区域高砷地下水化学特征
以大同盆地、河套盆地、呼和浩特盆地、银川盆地为代表的内陆干旱盆地地下水和以珠江三角洲、江汉平原为代表的河流三角洲地下水中砷质量浓度较高，现以这些地区为例，简要总结中国高砷地下水的水化学特征。其中，大同盆地的数据引自文献[12]～[14]；河套盆地的数据引自文献[14]、[23]；呼和浩特盆地的数据引自文献[22]；银川盆地的数据为笔者2012 年的调查结果；珠江三角洲的数据引自文献[43]；江汉平原的数据引自文献[51]。
2.1常量组分
高砷地下水中常量组分质量浓度分布范围广。从江汉平原大同盆地银川盆地呼和浩特盆地河套盆地珠江三角洲，地下水中Na+和Cl-质量浓度逐渐升高[图2（a）]。在江汉平原，地下水中Na+质量浓度明显大于Cl-；在河套盆地、银川盆地，Na+与Cl-质量浓度近似相等；而在珠江三角洲，Cl-质量浓度大于Na+。这些地区地下水中HCO-3质量浓度较为相近，而Ca2+质量浓度相差较大[图2（b）]。总体来说，珠江三角洲Ca2+质量浓度最高，银川盆地次之，然后江汉平原、河套盆地和大同盆地均较低，这些地区TDS值为200～20 000 mg·L-1，江汉平原TDS值最低（平均为427 mg·L-1），其次是大同盆地、银川盆地和河套盆地，珠江三角洲则最高[图2（c）、（d）]。除江汉平原外，高砷地下水中Na+质量浓度和TDS值具有显著的正相关关系[图2（c）]；在江汉平原，高砷地下水中HCO-3质量浓度与TDS值之间呈显著的正相关关系[图2（d）]，而其他地区HCO-3质量浓度总体上低于TDS值。
由图4可知：河套盆地、呼和浩特盆地和大同盆地高砷地下水的Stiff图比较类似，说明其水化学性质比较相近，尽管河套盆地中高砷地下水常量组分质量浓度高于呼和浩特盆地和大同盆地；银川盆地地下水与其他地区存在显著区别，表现为SO2-4和HCO-3是主要阴离子，且质量浓度相近，Na+和Ca2+是主要阳离子；江汉平原地下水更为特殊，表现为HCO-3是主要阴离子，Ca2+是主要阳离子；相比之下，珠江三角洲高砷地下水常量组分质量浓度较高，Cl-为主要阴离子，Na+为主要阳离子。
2.2氧化还原敏感组分
无论是干旱内陆盆地，还是河流三角洲，高砷地下水总体上处于还原环境，其氧化还原电位绝大部分小于0 mV[图5（a）]。其中，河套盆地高砷地下水氧化还原电位最低，其次是呼和浩特盆地、大同盆地和银川盆地。相应地，地下水中的溶解性有机碳（DOC）质量浓度较高，大部分为5～20 mg·L-1[图5（a）]。其中，河套盆地高砷地下水中DOC质量浓度最高，平均达到12.0 mg·L-1；其次是呼和浩特盆地（平均为8.3 mg·L-1）、银川盆地（平均为6.0 mg·L-1）和大同盆地（平均为5.0 mg·L-1）。此外，珠江三角洲地下水中DOC质量浓度与呼和浩特盆地相当，平均为8.7 mg·L-1；江汉平原地下水中DOC质量浓度与银川盆地相当，平均为62 mg·L-1。总体而言，高砷地下水中DOC质量浓度与氧化还原电位呈负相关关系，DOC质量浓度越高，氧化还原电位越低。这表明，溶解性有机碳质量浓度是促进地下水中还原环境形成的主要因素。
在还原环境中，高砷地下水中SO2-4和NO-3质量浓度较低[图5（b）]。其中，江汉平原SO2-4质量浓度最低，平均为2.5 mg·L-1；河套盆地NO-3质量浓度最低，平均为2.3 mg·L-1。这表明江汉平原地下水中SO2-4来源有限。尽管银川平原NO-3质量浓度与江汉平原相当（平均为4.5 mg·L-1），但是其SO2-4质量浓度（平均为277 mg·L-1）远高于江汉平原。河套盆地SO2-4质量浓度最高，平均达230 mg·L-1。相对于河套盆地和银川盆地，大同盆地和呼和浩特盆地NO-3质量浓度（平均分别为12.5、9.2 mg·L-1）较高，而SO2-4较低（分别为61.5、65.8 mg·L-1）。低质量浓度的NO-3和SO2-4意味着高砷地下水中发生了脱硫酸作用和反硝化作用。
3.2蒸发浓缩作用
除了风化作用外，蒸发浓缩作用也影响高砷地下水的化学特征（特别是在干旱—半干旱的内陆盆地）。这里采用Gibbs图来说明蒸发浓缩作用对地下水化学成分的影响[5556]。图7表明：江汉平原主要受岩石风化作用影响，这与上述分析一致；其他地区除了受风化作用影响外，还受到蒸发浓缩作用的控制。其中，河套盆地受蒸发浓缩作用影响最大，其次是呼和浩特盆地、大同盆地和银川盆地。高砷地下水中Cl-和砷质量浓度之间的相关性并不显著，这种关系表明地下水中砷质量浓度受蒸发浓度作用的影响有限。
3.3阳离子交换吸附作用
3.4还原作用
氧化还原条件对地下水中砷的富集起着至关重要的作用。从图9（a）可以看出，砷质量浓度大于50 μg·L-1的地下水主要位于氧化还原电位小于-50 mV的区域。地下水中氧化还原电位越低，砷质量浓度相应越高。相对于大同盆地、河套盆地和呼和浩特盆地，银川盆地地下水中氧化还原电位较高，相应地砷质量浓度较低（平均为28.0 μg·L-1）。因此，还原条件有利于含水层中砷的释放[5859]。
在还原环境中，铁/锰氧化物矿物的还原性溶解被认为是地下水中砷富集的主要原因[4，5960]。在含水介质中，铁/锰氧化物矿物对砷的吸附起主要作用[61]，被认为是地下水系统中砷的主要载体[62]。在还原环境中，这种富砷的矿物可被还原为溶解态组分，进入地下水中；与此同时，矿物上吸附的砷也被释放出来，并在一定条件下在地下水中积累。然而，地下水中砷与铁质量浓度之间的相关性并不显著[图5（d）]。在江汉平原，地下水中铁/锰质量浓度相对高，砷质量浓度也较高；在大同盆地、河套盆地和呼和浩特盆地，地下水中铁/锰质量浓度低，但砷质量浓度较高[图9（b）]。因此，地下水中砷质量浓度不受铁/锰质量浓度的限制。高砷地下水中，铁/锰质量浓度既可能高，也可能低[63]。造成这种现象的原因可能包括以下几点。
（1）As（V）的还原性解吸附是地下水中砷释放的主要原因。在还原环境中，被吸附的As（V）直接被还原为As（Ⅲ），由于在铁/锰氧化物表面，As（Ⅲ）的附着能力比As（V）低，所以As（V）被还原为As（Ⅲ）后被释放出来[64]。在此过程中，没有涉及铁/锰的还原，铁/锰并没有释放出来，因此地下水中铁/锰质量浓度并不高。
（2）在还原性溶解中产生的Fe（Ⅱ）重新被吸附到沉积物的表面。羟基氧化铁对Fe（Ⅱ）具有很强的亲和力，可大量吸附Fe（Ⅱ）[6566]。
（3）由于地下水相对于黄铁矿和菱铁矿过饱和，还原性地下水中Fe（Ⅱ）以黄铁矿和菱铁矿的形式沉淀，所以被从地下水中去除[63，6768]。尽管部分砷可与黄铁矿共沉淀[69]，或被菱铁矿吸附[70]，但是还原性溶解所释放的砷远多于被黄铁矿/菱铁矿去除的砷。
（4）在pH值较高的情况下，铁/锰氧化物吸附态砷进行解吸附。由于在pH值较高时，矿物对As（V）的吸附能力较低[71]，这种解吸附主要以As（V）为主。
高砷地下水存在于SO2-4和NO-3质量浓度均较低的江汉平原，也存在于SO2-4和NO-3质量浓度均较高的银川盆地、河套盆地和呼和浩特盆地[图9（c）]；并且，高砷地下水中发生了脱硫酸作用和反硝化作用。在较强还原条件的河套盆地和呼和浩特盆地，铁、锰质量浓度较低的原因可能与SO2-4质量浓度有关。由于铁的硫化物矿物溶解度低，还原环境中较高质量浓度SO2-4还原产生的S2-限制了铁、锰在地下水中的积累。因此，在河套盆地和呼和浩特盆地，黄铁矿沉淀可能是控制地下水中铁、砷质量浓度的一个重要过程。这一结果与河套盆地地下水中Fe同位素研究和化学特性时空演化研究结果一致[63，68]。相比之下，在江汉平原，低质量浓度SO2-4还原产生的S2-比较有限，不能有效控制铁在地下水中的积累，因此铁/锰氧化物矿物的还原性溶解和Fe（Ⅱ）的再吸附可能是地下水中的主要水文地球化学过程，尽管确切证据需要来自于含水层沉积物中Fe形态的结果。此外，在大同盆地、河套盆地和呼和浩特盆地，地下水中pH值较高，因此在碱性条件下吸附态砷的解吸附也是一个重要的富砷过程。
4结语
（1）中国高砷地下水既存在于干旱内陆盆地，也存在于湿润的河流三角洲。尽管这2类地区地下水中砷质量浓度均较高，但是地下水化学特点却存在显著差异。在干旱内陆盆地，高砷地下水的pH值较高，呈弱碱性；而湿润河流三角洲地下水的pH值为中性。江汉平原的高砷地下水以HCO3Ca型为主；大同盆地、河套盆地和银川盆地高砷地下水主要为HCO3Na型；而珠江三角洲高砷地下水为ClNa型。高砷地下水中氧化还原电位低，处于还原环境。总体上，SO2-4和NO-3质量浓度较低。其中，江汉平原SO2-4质量浓度最低，河套盆地NO-3质量浓度最低。此外，铁与砷之间的相关性并不显著。在珠江三角洲，铁、锰质量浓度最高，但砷质量浓度相对较低；而大同盆地高砷地下水中铁、锰质量浓度最低，但砷质量浓度相对较高。
（2）在高砷地下水系统中发生了不同程度的风化作用、阳离子交换吸附作用和还原作用。河套盆地、大同盆地、呼和浩特盆地和银川盆地地下水均位于全球平均硅酸盐风化区；江汉平原地下水位于全球平均碳酸岩风化区附近；而珠江三角洲地下水位于蒸发岩风化区附近。相对而言，河套盆地和呼和浩特盆地地下水中阳离子交换吸附程度高，而银川盆地和江汉平原阳离子交换吸附程度较低。高砷地下水中发生了反硝化作用、脱硫酸作用以及铁、锰氧化物还原过程。在较强还原条件的河套盆地和呼和浩特盆地，铁、锰质量浓度较低的原因可能与SO2-4质量浓度有关。还原环境中较高质量浓度SO2-4还原产生的S2-限制了铁、锰在地下水中的积累。在河套盆地和呼和浩特盆地，黄铁矿沉淀可能是控制地下水中铁、砷质量浓度的一个重要过程。在江汉平原，铁/锰氧化物矿物的还原性溶解和Fe（Ⅱ）的再吸附是地下水中主要的水文地球化学过程。此外，在地下水pH值较高的干旱内陆盆地，吸附态砷的解吸附也是一个重要的富砷过程。
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