安徽銅陵典型尾礦庫地球化學和環(huán)境地球化學效應.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注的問題。本文對銅陵地區(qū)幾個典型尾礦庫的地球化學特征進行了研究，通過實地采樣分析和實驗室實驗模擬，探討了尾礦庫重金屬遷移和分布規(guī)律以及環(huán)境效應，并提出了尾礦庫復墾的對策。為尾礦庫的復墾提供理論根據(jù)。
　　 研究區(qū)銅尾礦的酸中和能力強。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，生成金屬氫氧化物或絡合物沉淀析出，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)學模型；
　　 風化后尾砂殘余重金屬含量的變化與堆積時間成正比。尾砂中金屬礦物風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的遷移速率比預期要快。
　　 長期風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化氧化程度、降水時間和降水量有關，也與浸水時間有著密切關系，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，雖然堆積時間較長，各層位尾砂中的重金屬含量還是明顯高于其他點。而地勢最低的點，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以殘渣態(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，其次為殘渣態(tài)。表層尾砂中元素的鐵錳氧化態(tài)的含量均較高：Ni、Co的強有機態(tài)所占比例較高。相對而言，林沖尾礦庫尾砂經(jīng)過更長時間的風化淋濾和植物改造，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，變化幅度很小；正在使用中的相思谷尾礦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)、強有機態(tài)和殘渣態(tài)形式存在，對環(huán)境的危害大幅度減小。
　　 尾礦庫復墾對重金屬元素分布和遷移的影響十分明顯，僅僅恢復植被的楊山?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，有機質(zhì)含量增加，微生物活動增強，尾砂的風化氧化速度提高。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，影響尾礦庫的進一步改造和復墾。
　　 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)量標準(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。風凰山尾礦庫下風向500m范圍內(nèi)的土壤均不同程度的受到尾礦庫揚塵的影響。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、含量增加的貢獻可以根據(jù)其擴散規(guī)律進行理論模擬和分離，計算出各自的貢獻。計算結果表明：該露采區(qū)揚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有所不同。該區(qū)域在汛期有時處于淹沒狀態(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；腐殖酸結合態(tài)含量同樣普遍偏低；各點金屬的鐵錳氧化

10、態(tài)占了較大比重。
　　 實驗證明：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，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，土壤對其吸附作用也較強，導致土壤和淋出液中的Zn含量普遍升高。
　　 種子發(fā)芽毒性試驗結果表明：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構，提高其保水、保肥能力。試驗配土

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。
　　 尾礦庫的復墾工作應分階段逐步進行。首先采取一定工程措施強化重金屬元素的氧化淋濾；然后由邊緣向中心逐步推進進行初期植被恢復；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)濟作物。尾礦庫邊緣區(qū)域尾砂粒徑較大，金屬