安徽銅陵典型尾礦庫地球化學(xué)和環(huán)境地球化學(xué)效應(yīng).pdf

1、金屬礦山尾礦庫是亟待開發(fā)利用的土地資源，也是潛在的環(huán)境污染源。如何開發(fā)利用尾礦庫，減少環(huán)境污染，是目前國際上普遍關(guān)注的問題。本文對銅陵地區(qū)幾個(gè)典型尾礦庫的地球化學(xué)特征進(jìn)行了研究，通過實(shí)地采樣分析和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)?zāi)M，探討了尾礦庫重金屬遷移和分布規(guī)律以及環(huán)境效應(yīng)，并提出了尾礦庫復(fù)墾的對策。為尾礦庫的復(fù)墾提供理論根據(jù)。
　　 研究區(qū)銅尾礦的酸中和能力強(qiáng)。浸取水的初始pH對尾礦重金屬的溶出幾乎沒有影響。金屬元素的初始溶出速率有一定差異，一

2、般為Zn>Pb>Mn>Cu>Ni>Cr>As>Hg。由于水中酸度被很快中和，pH值上升，使已溶出的重金屬離子發(fā)生二次反應(yīng)，生成金屬氫氧化物或絡(luò)合物沉淀析出，最終水中的離子總量趨于穩(wěn)定。本次工作獲得了不同重金屬元素的浸出濃度變化的數(shù)學(xué)模型；
　　 風(fēng)化后尾砂殘余重金屬含量的變化與堆積時(shí)間成正比。尾砂中金屬礦物風(fēng)化釋放出的金屬離子在自然降水作用下緩慢向下淋濾。由于不同層位尾砂的含氧量不同，尾砂的風(fēng)化氧化程度不同。不同元素淋濾遷移速度

3、不同。部分重金屬元素可能會(huì)在50-60cm深度產(chǎn)生二次富集。相比較而言，尾砂中Cu、As、Hg、Cd、Pb的向下遷移速度較快。經(jīng)過二十多年的淋濾，淺層尾砂中的這些元素明顯下降；Zn、Cr的淋濾速度略慢于前四種元素；不論尾砂中Co、Ni的基本上是同步變化；Mn相對比較穩(wěn)定；值得注意的是，雖然尾砂中孔隙水呈中性偏堿性，但是Pb的遷移速率比預(yù)期要快。
　　 長期風(fēng)化氧化后尾礦庫尾砂殘余重金屬含量的空間分布有明顯差異。尾砂在風(fēng)化氧化過程

4、中釋放出的金屬離子不僅向下遷移，也隨地表徑流和潛水流動(dòng)在水平方向產(chǎn)生一定遷移。金屬離子的淋濾量及遷移速度與風(fēng)化氧化程度、降水時(shí)間和降水量有關(guān)，也與浸水時(shí)間有著密切關(guān)系，處于徑流通道上的表層尾砂金屬含量明顯降低；尾礦庫邊緣的尾砂粒度較粗，雖然堆積時(shí)間較長，各層位尾砂中的重金屬含量還是明顯高于其他點(diǎn)。而地勢最低的點(diǎn)，Zn、As、Cd等在尾砂表層二次沉積，形成局部富集，下層尾砂中也出現(xiàn)了二次向下遷移的峰值。
　　 楊山?jīng)_尾礦庫尾砂經(jīng)過

5、20多年的風(fēng)化氧化和淋濾作用，110cm以內(nèi)尾砂中的重金屬元素的易于淋濾部分大多被淋失，Cu、Mn、Pb、As、Hg、Nj、Co、Cr以殘?jiān)鼞B(tài)為主要賦存形式，所占比例均>35％；其次為鐵錳氧化態(tài)；Zn、Cd則以鐵錳還原態(tài)為主，其次為殘?jiān)鼞B(tài)。表層尾砂中元素的鐵錳氧化態(tài)的含量均較高：Ni、Co的強(qiáng)有機(jī)態(tài)所占比例較高。相對而言，林沖尾礦庫尾砂經(jīng)過更長時(shí)間的風(fēng)化淋濾和植物改造，除表層尾砂由于植物富集造成少數(shù)元素含量增高，以及60cm處少數(shù)元素出

6、現(xiàn)二次富集現(xiàn)象以外，150cm以上大多數(shù)金屬元素含量已經(jīng)趨于穩(wěn)定，變化幅度很?。徽谑褂弥械南嗨脊任驳V庫尾砂元素含量垂向變化大?？梢娢驳V庫尾砂經(jīng)長期堆存后和復(fù)墾后，重金屬含量下降幅度大，殘留的重金屬元素多以鐵錳氧化態(tài)、強(qiáng)有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)形式存在，對環(huán)境的危害大幅度減小。
　　 尾礦庫復(fù)墾對重金屬元素分布和遷移的影響十分明顯，僅僅恢復(fù)植被的楊山?jīng)_尾礦庫，由于草基本上不采收，影響的是其根系能夠到達(dá)的區(qū)域，一部分元素被草吸收，最后隨著草

7、枯萎殘留在表層，造成表層尾砂中該元素的異常升高；對于大規(guī)模耕作復(fù)墾的林沖尾礦庫，經(jīng)過多年翻耕、施肥，尾砂中含氧量增加，有機(jī)質(zhì)含量增加，微生物活動(dòng)增強(qiáng)，尾砂的風(fēng)化氧化速度提高。重金屬元素含量也明顯下降，只是作物落葉造成個(gè)別元素表層元素含量相對于下層略微升高。因此，大規(guī)模耕作對尾礦庫尾砂的改性作用很大，而僅表面植草只能減少揚(yáng)沙危害，并不能從根本上改變尾砂性狀，還可能造成部分元素表面富集，影響尾礦庫的進(jìn)一步改造和復(fù)墾。
　　 研究表明

8、：相思谷尾礦庫泄露的水和尾砂對相思河水質(zhì)沒有產(chǎn)生大的影響，相思河水質(zhì)仍能滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-88)中Ⅳ類水的要求，可以用于農(nóng)灌。但必須澄清后再灌溉，淤積在河底的大量尾砂在汛期可能對沿河低洼地區(qū)的土壤產(chǎn)生一定影響。風(fēng)凰山尾礦庫下風(fēng)向500m范圍內(nèi)的土壤均不同程度的受到尾礦庫揚(yáng)塵的影響。離尾礦庫距離越近，其受到的影響也就越大，即土壤中重金屬總量越高。
　　 尾礦庫泄露水和露采區(qū)揚(yáng)塵共同影響區(qū)域，各污染源對土壤重金屬

9、含量增加的貢獻(xiàn)可以根據(jù)其擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行理論模擬和分離，計(jì)算出各自的貢獻(xiàn)。計(jì)算結(jié)果表明：該露采區(qū)揚(yáng)塵影響明顯的范圍約為半徑300米，二者對不同金屬元素的貢獻(xiàn)有所不同。該區(qū)域在汛期有時(shí)處于淹沒狀態(tài)，洪水和攜帶的尾砂對該區(qū)域土壤有一定影響。通過對不同位置土壤中重金屬賦存狀態(tài)的分析，發(fā)現(xiàn)重金屬元素的離子交換態(tài)含量隨著離露采區(qū)的距離增加而明顯降低。處于離子狀態(tài)較易隨水遷移，所以殘留在土壤中的含量很少；腐殖酸結(jié)合態(tài)含量同樣普遍偏低；各點(diǎn)金屬的鐵錳氧化

10、態(tài)占了較大比重。
　　 實(shí)驗(yàn)證明：在連續(xù)酸性降雨條件下，尾砂覆蓋土壤中尾砂釋放的重金屬可以影響到70cm深度。金屬離子在土壤中的遷移速率不同。遷移過程中部分金屬離子被吸附在土壤中，故短期對地下水的影響并不是很大，但是Hg、Pb的影響不可忽視。對淋出液和不同部位土壤中重金屬含量的比較分析可知，不同金屬在土壤中遷移、吸附的量差別很大。尾礦中含量較高的Cu的溶出量和遷移的速度并不大；Pb、Hg的遷移能力則相對較強(qiáng)，能夠大部分被淋濾遷移

11、出來，可能引起地下水環(huán)境的污染，應(yīng)予以重視。Cr的遷移能力比較弱，不容易下滲到淺層地下水中，但易造成土壤Cr污染。Zn的遷移能力較強(qiáng)，土壤對其吸附作用也較強(qiáng)，導(dǎo)致土壤和淋出液中的Zn含量普遍升高。
　　 種子發(fā)芽毒性試驗(yàn)結(jié)果表明：尾砂中重金屬元素對葉類蔬菜種子的發(fā)芽率影響也不大，均能取得較好發(fā)芽率，尾礦砂上種植林木和經(jīng)濟(jì)作物是可行的。在尾礦砂中加入土壤、EDTA或PAM改良后，能夠改變尾砂層的結(jié)構(gòu)，提高其保水、保肥能力。試驗(yàn)配土

12、添加EDTA或PAM后，植物生長狀態(tài)良好。經(jīng)對比測試，PAM性能較好，能夠有效抑制植物對Cu、Pb、Zn的吸收。而且保水保肥性能良好。
　　 尾礦庫的復(fù)墾工作應(yīng)分階段逐步進(jìn)行。首先采取一定工程措施強(qiáng)化重金屬元素的氧化淋濾；然后由邊緣向中心逐步推進(jìn)進(jìn)行初期植被恢復(fù)；在尾礦庫閉庫的前5-10年以種植草本和木本植物為主，目的的抑制揚(yáng)沙，改良土壤；10年以后根據(jù)土壤中重金屬含量的變化可以逐步種植經(jīng)濟(jì)作物。尾礦庫邊緣區(qū)域尾砂粒徑較大，金屬