钨是元素周期表第VI副族过渡金属元素,广泛存在于地壳岩石和天然水体中。钨具有优良的金属性,长久以来被认为是一种无毒无害的元素而用作铅等有毒重金属的替代品,因而在现代工业生产和军事领域应用广泛。直至最近20年,涉钨健康安全事件的相继披露使钨的毒理性及其健康和环境效应成为研究热点。当前,环境中钨的来源研究集中于地下水系统中含钨矿物的溶解、火山活动、干旱碱性湖泊的蒸发浓缩等天然过程,但来源于地热系统的钨及其环境地球化学行为则鲜有研究。本研究选取腾冲地区典型水热型地热区（热海、瑞滇、邦腊掌）为研究区,以地热水中的钨为研究对象,分析了腾冲上述典型地热水系统中钨的来源及其赋存特征,并在系统研究钨在水-矿物界面的地球化学行为的基础上,重点讨论了钨在地热环境中的迁移、形态转化和富集过程。针对富钨地热水在排泄过程中对作为地热区周边地区饮用水源的其他类型天然水体的潜在污染,制备了一种从化学结构看有利于有效去除水中钨的铁基阴离子粘土（鳞镁铁矿;Fe-Mg-NO3-LDH）,并通过室内实验客观评价了其去除地热水中钨的效果,以期在今后为消除或最小化地热来源钨的负面环境效应做出贡献。论文主要研究内容和结果概述如下:1.基于地热水水化学-同位素特征探讨了各地热区地热水的成因及其溶解组分物源。研究区中性/弱碱性地热水分布于热海、瑞滇和邦腊掌,酸性地热水仅分布于热海。热海酸性地热水的水化学类型主要为Na（·Ca）-SO4和Na-SO4·Cl型,热海中性/偏碱性地热水及瑞滇地热水主要为Na-Cl、Na-Cl·HCO3和Na-HCO3·Cl型,而邦腊掌地热水则以Na-HCO3·SO4和Na-HCO3型为主。各地热区地热水中主要水化学组分的分布具有明显规律。对于宏量组分,热海酸性地热水中富Ca2+、SO42-而贫Na+、Cl-,无HCO3-,热海中性/弱碱性地热水和瑞滇地热水中富Na+、Cl-和HCO3-而贫Ca2+和SO42-,邦腊掌地热水则富Na+和HCO3-,贫Ca2+和Cl-;Mg2+在不同类型地热水中含量相差不大,且变化趋势不明显。特征组分中,热海酸性地热水中As、F、Li、Rb、Cs含量均为最低,热海中性/弱碱性地热水中Li、Rb、Cs含量最高,瑞滇地热水中Li含量最高,邦腊掌地热水中则F含量最高,Si在不同类型地热水中含量相差不大。氢氧同位素特征表明,研究区地热水均主要源于当地大气降水入渗补给,热海中性/弱碱性地热水样品氧偏移较为明显,指示该地热水接受岩浆流体的补给。邦腊掌地热水样品中硫酸盐/硫化物的硫同位素比偏离出岩浆硫歧化产物中硫同位素分馏的区域外,指示该地热水未受到岩浆流体的补给。地热水中各组分与Cl-的相关分析表明热海和瑞滇地热区深部存在与围岩达完全平衡且富Cl-、Na+、K+、F-、As、Li、Rb、Cs等组分的母地热流体,该母地热流体在升流过程中经绝热冷却、传导冷却、与浅层地下冷水混合或以上过程的组合最终出露地表而形成中、碱性热泉。如地热流体在升流过程中发生绝热冷却,自其中分离出的富H2S地热蒸汽可在近地表加热上层滞水,同时地热蒸汽中的H2S在浅部偏氧化环境中被氧化而产生SO42-和H+——热海酸性泉即为上述成因。邦腊掌地热水则可能因不存在岩浆热源或虽有岩浆热源但未受到岩浆流体影响,因而在地热系统深部并未形成母地热流体;这样,邦腊掌地热水中的化学组分是高热流背景下深循环的入渗成因水强烈淋滤热储围岩的结果（当然各化学组分的含量也不可避免地要受到浅层地下水混合的影响）。2.辨识了地热水中钨的地球化学起源,分析了其在地热水环境中的迁移和蓄积规律。研究区地热水中钨浓度变化范围为0.2～265.9μg/L（平均值为66.1μg/L）,远高于一般地表水和地下冷水;与酸性地热水相比,中、碱性地热水更有利于钨的富集——地热流体物源及其形成机制是钨在地热水中分布规律的决定性因素。热海是具有岩浆热源的地热系统,其地热水中Na、Cl、As、Li、Rb、Cs等组分与钨具有明显的正相关关系,说明钨与上述组分同为偏保守组分,具有相似的地球化学行为;而Mg、Ca、SO42-、Si等组分与钨之间无明显相关性,这与热储内相关水热蚀变矿物的沉淀或富Mg、Ca浅层地下水的混合有关。邦腊掌地热水中钨与其他化学组分间无明显相关性,这是由于各化学组分的主要来源为地热水在深循环过程中与围岩间的水-岩相互作用,其浓度受到围岩岩性及其孔隙度/裂隙率与矿物组成、水-岩作用程度、与浅层冷水混合比例等多重因素的影响。钨和相关化学组分的水文地球化学研究表明岩浆水的补给可能是热海地热水中钨的主要来源之一,但钨含量与热储温度的的正相关关系则说明热海、瑞滇和邦腊掌地热水与围岩发生的水-岩相互作用对地热水中的钨具有普遍贡献。研究区地热水中W/Mo比值在42～218之间,远高于一般天然水体,说明地热水中钨较钼更为保守,在迁移过程中其浓度一般不受含钨矿物溶度积常数的控制。然而,研究区热泉口沉积物中钨的含量变化范围为0.3～990.5 ppm（平均值94.5 ppm）,酸性热泉口沉积物的钨含量总体上远高于中、碱性热泉口,原因为酸性地热水中的钨易以氧化钨的形式沉淀,或被热泉沉积物中的含铁矿物所吸附。相比之下,中、碱性条件下地热水中的钨相对保守（相对难以沉淀或被吸附）,因此可随热泉流动至较远处乃至汇入地热区地表水体中。3.识别了地热水中钨的存在形态及其影响因素,探讨了钨的不同形态间的转化规律。地热水中钨的存在形态包括单体钨酸盐、多聚钨酸盐和硫代钨酸盐,上述形态随p H、总钨浓度、离子强度、硫化物浓度等水环境条件的改变而发生相互转化。p H是控制地热水中多聚钨酸盐稳定存在的主要因素:小于6.2时,单体钨酸根离子即可发生聚合形成多聚钨酸根离子;随p H降低,WO42-、HW6O215-、W10O324-先后成为地热水中钨的主要形态;在极酸条件下（p H≈1）,地热水中钨转化为氧化钨（WO3·H2O）发生沉淀。总钨浓度对多聚钨酸盐形成和转化的影响为:地热水中总钨浓度较低时,不利于单体钨酸根离子的聚合,仅在p H较低的条件下W10O324-才可成为钨的首要存在形态;随着总钨浓度的升高,多聚钨酸盐的种类及其在总钨中的百分比也随之增加。地热水离子强度对多聚钨酸盐的影响则相对较小,仅表现为在特定p H范围内不同类型多聚钨酸盐在总钨中百分比的变化。硫化物浓度和S（II）/W比是控制地热水中硫代钨酸盐形成的关键因素:地热水中S（II）/W比大于100时,单体钨酸根离子才会发生硫代反应而形成硫代钨酸盐,随S（II）/W比增大,硫代钨酸盐在总钨中的百分比及其硫代程度均相应升高。p H对硫代钨酸盐的影响同样不容忽视:钨酸根离子仅在2～10的p H范围内发生硫代反应而转化为硫代钨酸盐,4～6是硫代钨酸盐形成的最佳p H范围。4.研究了钨酸盐和硫代钨酸盐在水-含铁矿物界面的地球化学行为,分析了热泉口及其流径上沉积物中的典型含铁矿物对地热系统来源钨的环境地球化学归宿的影响。钨在热泉口及其流径上的分布特征（包括在热泉水和热泉沉积物中的分布特征）表明地热系统来源钨在随热泉排出地表后易被泉口及其流径上沉积物中的含铁矿物吸附,并由此蓄积在地热区地表环境中。但地热水中不同形态钨在各类含铁矿物上的吸附亲和力不尽相同,相对难以被含铁矿物吸附的钨的形态可保留在地热水中,并可能随其一同排入热泉区下游作为居民饮用水源的其他类型天然水体。为此,本研究设计并开展了铁的典型硫化物矿物（黄铁矿）和典型氧化物矿物（针铁矿）吸附水中钨酸盐(WO42-)和硫代钨酸盐(WS42-)的批实验,以深入理解钨的不同形态在地热区地表环境内的地球化学行为。结果表明针铁矿对水中钨的不同形态的吸附能力强于黄铁矿,且两种矿物均对WS42-的吸附能力强于对WO42-。两种矿物吸附WO42-和WS42-的反应动力学实验结果表明吸附速率主要受控于化学吸附过程,等温吸附实验则表明较高的温度利于吸附的发生。p H对两种矿物吸附钨具有一定影响,具体表现为:随p H升高,两种矿物对WO42-和WS42-的吸附效率先增大后减小,p H在5左右时达到峰值,较低p H条件下WO42-和WS42-发生的形态转化和较高p H条件下OH-的竞争吸附是p H影响含铁矿物吸附钨的主要原因,且后者影响更为显著。综上,对于硫化物含量和S（-II）/W较低的中-碱性热泉而言,如泉口和流径上热泉沉积物中的含铁矿物以铁的硫化物矿物为主,地热系统来源钨具备更大的污染地热区下游地表水体的潜力。5.利用NO3-插层鳞镁铁矿（Fe-Mg-NO3-LDH）开展了系统除钨实验,分析了p H值及地热水中主要共存阴离子对其除钨性能的影响,探讨了NO3-插层鳞镁铁矿的除钨机理。钨在地热水中的迁移和蓄积特征表明,地热系统来源钨对热泉附近沉积物和土壤以及热泉所汇入地表水体均可造成污染,当被污染地表水体为地热区或其周边区域居民的饮用水源时,其负面环境-健康效应不容忽视。本研究利用铁与钨亲和力较强的特点,制备了新型铁基阴离子粘土（NO3-插层鳞镁铁矿）,用以去除地热水中的钨。NO3-插层鳞镁铁矿（Fe-Mg-NO3-LDH）去除钨的批实验表明其对溶液中钨的最大吸附量可达69.0 mg/g;吸附动力学实验数据与Lagergren准二级动力学模型具有较好拟合关系,表明该反应体系中吸附速率主要受到化学吸附过程的控制。等温吸附实验结果表明溶液中的钨主要以与层板Fe络合的形式被Fe-Mg-NO3-LDH单层吸附,且高温有利于促进吸附反应。Fe-Mg-NO3-LDH具有良好的p H缓冲效应,在p H为3～11范围内仍能保持稳定的除钨能力。共存阴离子竞争吸附实验表明地热水中普遍存在的SO42-对除钨效率的影响最为明显,而HCO3-和Cl-对除钨影响甚微。Fe-Mg-NO3-LDH在反应前后的表征指示其除钨机理主要包括层间离子交换和表面络合。