Eksperymentalny model przemian cerusytu $PbCO_{3}$ w hydroksylmimetyt $Pb_{5}(AsO_{4})_{3}OH$

Abstract

Bioavailability of $Pb$ and $A$s depends strongly on thermodynamic stability of crystalline species controlling their concentration in solutions. However, the mechanisms of transformation of more soluble cerrusite $PbCO_{3}$ into less soluble lead apatites are not well understood. In this study, the concentration of aqueous $Pb^{2+}$ and formation of secondary phases were monitored during dissolution of cerrusite $PbCO_{3}$ in the presence of $AsO_{4}{ ^{3-}}$ at various pH. XRD and SEM/EDS analyses indicate that hydroksylmimetite $Pb_{5}(AsO_{4}){3}OH$ is the only reaction product at alkaline pH. In acidic solutions the main product of cerrusite reaction with arsenate ions is more soluble and less stable shultenite $PbHAsO{4}$. Control reaction with lead ions from $Pb(NO_{3}){2}$ allows to determine a $CO{3}{^{2-}}$ substitution in the structure of lead apatites precipitating in the presence of cerrusite. Biodostępność arsenu i ołowiu zależy ściśle od stabilności termodynamicznej fazy mineralnej, warunkującej ich koncentrację w roztworze. Mechanizm transformacji dobrze rozpuszczalnego cerusytu $PbCO_{3}$ w mniej rozpuszczalny apatyt ołowiowy, nie został jednak dotychczas dobrze poznany. W niniejszej pracy badano stężenie jonów $Pb^{2+}$ w roztworze oraz produkty reakcji podczas rozpuszczania cerusytu w obecności jonów $AsO_{4}{^{3-}}$ w szerokim zakresie pH. Analizy XRD oraz SEM/EDS wykazały, że jedynym powstającym produktem reakcji w środowisku alkalicznym jest hydroksylmimetyt $Pb_{5}(AsO_{4}){3}OH$. W warunkach niskiego pH głównym produktem reakcji cerusytu z arsenianami jest łatwiej rozpuszczalny i mniej stabilny szultenit $PbHAsO{4}$. Eksperyment kontrolny, w którym źródłem jonów ołowiu był $Pb(NO_{3}){2}$ pozwolił stwierdzić występowanie podstawień jonów $CO{3}{^{2-}}$ w strukturze apatytu ołowiowego, powstającego w obecności cerusytu.