鉛(Pb)是最具毒性的重金屬之一，可引發多種嚴重疾病，其在環境中的行為需要深入研究（Yuan et al., 2016; Zhu et al., 2018）。雖然鉛是重點監測的危害人體健康物質之一，但其在眾多工業過程中的廣泛應用（Astilleros et al., 2010）仍存在污染風險。人類活動產生的鉛污染物主要以方解石(PbSO₄)的形式存在于環境中，2010年中國鉛排放量的23.4%來自此（Liang and Mao, 2014）。工業產生的方解石具有潛在的環境污染風險（Xu et al., 2017），主要存在于各種廢物中，如浸出殘留物和廢舊汽車電池，這常常導致沉積物和土壤中的鉛污染（Jensen et al., 2006; Schr?der-Wolthoorn et al., 2008; Zárate-Gutiérrez and Lapidus, 2014）。方解石也是低溫熱液礦床中的常見礦物，是熱液Pb²⁺在氧化帶中與Zn²⁺反應生成硫化鋅(PbS)后的產物（Antao, 2012; Li et al., 2018）。

硫酸鈣（石膏和硬石膏）是最常見的無機化合物之一，在許多工業過程中具有較高的結垢潛力，例如有色金屬濕法冶金、燃煤電廠煙氣中SO₂的去除、地熱能生產、海水淡化以及天然氣和石油生產（Shen et al., 2019）。例如，在重金屬濕法冶金過程中，硬石膏(CaSO₄)的沉淀會干擾生產過程并降低產品質量（Zeng and Wang, 2011）。作為沉積巖形成的礦物，石膏(CaSO₄·2H₂O)和硬石膏可以通過溶解-重結晶機制有效去除溶解的金屬離子，主要是Pb²⁺（Sharpe and Cork, 2006; Astilleros et al., 2010; Gracia et al., 2011; Morales et al., 2014; Li et al., 2018）。通過促進方解石的沉淀，石膏（溶解度積K_sp = 10^–4.48）和硬石膏（K_sp = 10^–4.36）可以從嚴重污染的水中有效去除Pb（Freyer and Voigt, 2003; Astilleros et al., 2010; Morales et al., 2014）。例如，石膏在室溫下可以與Pb溶液反應，將其濃度降至<4?mg/L（Astilleros et al., 2010）。經過一個月的相互作用后，所有溶液都達到了石膏和方解石的平衡狀態。當初始Pb濃度為100和1000?mg/L時，主要通過石膏的快速溶解和方解石的同時結晶來去除Pb（Astilleros et al., 2010; Morales et al., 2013）。去除效率與溶解的硫酸鈣（石膏和硬石膏）的反應性密切相關，這些硫酸鈣會向水中釋放SO₄^2?與Pb²⁺反應，同時也受到硫酸鉛沉淀物化學穩定性的影響（Godelitsas and Astilleros, 2010）。

自然界中記錄到的含鉛硬石膏主要存在于高溫熱液礦床（尤其是矽卡巖礦床和一些斑巖銅礦床）、變質的大規模硫化物礦床以及高度氧化（風化）的鉛礦床中。在意大利南部的廢棄Mastricarro重晶石礦（Bloise et al., 2023）、阿根廷一個舊垃圾場的冶煉殘渣（Scherger et al., 2024a）以及瑞典一處鋅浸出殘渣中都檢測到了共存的方解石和石膏/硬石膏（Ciszewski et al., 2025）。因此，從環境和地球化學的角度全面理解鉛在硫酸鹽和天然水之間的遷移、轉化和分布至關重要。雖然模擬方法是研究固溶體-水溶液（SS-AS）系統相互作用的有效手段，但缺乏熱力學數據常常帶來挑戰。溶解度是SS-AS系統中相平衡的決定性因素。盡管學者們已經研究了純硫酸鈣（石膏和硬石膏）和方解石的溶解度和溶解性質，但對于(Ca,Pb)SO₄相（包括含鉛石膏(Pb-gypsum)、含鉛硬石膏(Pb-anhydrite)和含鈣方解石(Ca-anglesite)的實驗研究仍然有限。(Ca,Pb)SO₄相的溶解和重結晶對鉛的環境循環有重要影響，但由于缺乏短期和長期實驗以及復雜的固溶體溶解機制，其物理化學性質仍不夠清楚。

因此，本研究的目的是確定(Ca,Pb)SO₄相在SS-AS系統中的熱力學參數并研究其反應路徑。具體來說，制備了含鉛硬石膏、含鈣方解石及其混合物（Pb/(Ca?+?Pb)摩爾比X_PbSO4范圍為0.000至1.000），并在25?°C的水溶液中于初始pH值3.00、5.70和9.00下進行360天的溶解實驗。監測了水溶液的pH值以及Ca²⁺、Pb²⁺和SO₄^2?濃度，并觀察了溶解和重結晶過程中的礦物相變化。繪制了(Ca_1?xPb_x)SO₄·nH₂O固溶體（硬石膏-方解石系統和石膏-方解石系統）的Lippmann圖，以研究SS-AS系統中的溶解路徑并評估含鉛硫酸鹽礦物在水環境中的穩定性。