有色金属矿山重金属污染评价研究

有色金属矿山重金属污染评价研究

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吴 超1

,廖国礼

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(1.中南大学资源与安全工程学院, 湖南长沙 410083;2.中国安全生产科学研究院, 北京 100029)

摘 要:以湖南某铅锌矿山为研究对象,在对矿区水体和土壤进行了取样、化验和分析的基础上,对矿山的重金属污染迁移规律进行了深入研究,并对矿区重金属污染进行了系统的评价。通过对采矿活动重金属污染的事故树分析,认为尾矿库是矿山重金属污染环境

的主要场所。并建立了尾矿重金属离子随AMD 迁移的数学模型,对其进行了定量分析。根据采矿活动不同工序的重金属污染特性,将矿区划分为4个不同的污染片区,各片区土壤重金属污染程度递降的顺序为:尾矿污染区污染>精矿运输污染区污染>污风沉降污染区污染>坑道废水污染区污染,其中尾矿库是重金属向环境迁移最主要的场所,矿山治理和控制重金属污染重点应放在尾矿污染区。依据环境风险评价理论和方法,建立了矿区重金属生态风险评价指标体系。通过对研究区重金属污染程度、重金属毒性响应系数和生态危害系数的计算,得出了研究区土壤不同片区的生态风险指数,其风险级别属重污染级。最后就如何治理和控制有色金属矿山重金属污染问题提出了一些建议。关键词:有色金属矿山;重金属;污染;迁移;评价

1 前 言

人类在对矿产资源进行开发与利用时,不可避免地带来许多环境和灾害问题,其中重金属污染是矿产资源开发引起的主要环境问题之一。本课题通过对有色金属矿山重金属污染的状况进行调查、分析和系统的评价,为矿山重金属污染控制和治理提供理论依据,从而减少矿产资源开发重金属对人类的危害。

由于受时间、课题性质和项目经费等的限制,研究中不太可能对不同矿种、不同地区的所有矿山进行取样、调查和分析。为了尽可能使研究工作做到 多快好省 ,研究选取了一个具有代表性的有色金属矿山作为研究对象;同时考虑到重金属污染是一个长期的过程,如果矿山过去有重金属取样、调查的历史数据,这更有利于重金属污染评价研究。基于以上原因,本课题选取湖南某铅锌矿作为重点研究对象。该矿山开采历史、开采规模、地理位置和采矿方法在有色金属矿山中十分具有典型性和代表性,对该矿山重金属污染的深入研究所取得的成果在一定程度上也反映了其它有色金属矿山重金属污染状

况,因此,其研究成果对矿产资源开发重金属污染控制和治理,减少矿产资源开发重金属对人类的危害具有现实意义。

2 研究内容

本研究以环境地球化学、矿物学、污染生态学、环境化学、流体力学和统计学等多学科理论为指导,在选择的有色金属矿山,采用野外考察采样、实验室化验分析测试与数理统计相结合的方法,探索典型有色金属矿山重金属污染的释放迁移规律及其对矿区环境污染状况的评价研究。根据所取得大量的重金属污染原始数据,应用密切值法、火用值评价法、模糊数学和灰色聚类方法等现代评价理论与技术对矿山重金属污染进行了系统的评价,以充分掌握相关有色金属矿山重金属污染的信息。应用地下渗流理论、多孔介质水动力弥散理论等,对尾矿中重金属通过尾矿废水(AMD )在土壤中的迁移规律进行了探索,并建立了尾矿废水中重金属向土壤迁移的数学模型,对尾矿废水重金属释放迁移规律进行了定量分析。应用MATLAB 等数学软件完成统计分析与数据处理。本课题取得的主要研究成果详见参考

ISS N 1671-2900CN 43-1347/TD 采矿技术 第6卷 第3期M i n i ng T echno logy ,V o.l 6,N o .3

2006年9月

Sep .2006

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基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:50474050)和教育部博士点专项基金资助项目(批准号:20040533011).

文献[1~13]。

2.1 样品采集、处理与分析

通过调查矿区的地理位置、当地气候和矿业活动污染区的污染历史和污染治理情况,对矿区污染试样的观察、测试、统计,配合化学多元素分析、单矿物化学分析、化学物相分析和电子探针微区分析等研究手段,掌握了该矿山矿石的矿物组成和矿物元素组成。这些数据是研究重金属污染不可缺少的基础资料。在采样分析中特别重视对尾矿的化学元素、矿物组成和特征进行了研究。通过对矿区土壤和水体重金属污染采样、处理和分析的方法和调查结果,按有色金属矿产资源开发的不同工序将矿区土壤划分为4种不同的污染类型。

2.2 矿山重金属污染的机理研究

通过对研究矿山采矿活动过程的分析,应用事故树对其重金属污染顶上事件进行了计算,分析结果认为尾矿库是采矿活动中重金属进入环境的主要场所。由于有色金属矿产资源品位普遍不高,共、伴生元素多,采矿活动产生的尾矿量相当大,重金属污染基本上是通过尾矿向环境缓慢释放。

在对尾矿主要矿物成分的物理和化学性质进行分析的基础上,建立了尾矿主要矿物FeS、Fe1-x S和Fe7S8一系列的化学反应方程。这些尾矿矿物通过一系列的化学反应,将释放一定量的H+、Fe x+、SO42-及其它金属离子,并进入尾矿的孔隙水中,同时释放的酸性溶液又加速硫化物及其它尾矿矿物的氧化和溶解,从而使更多的重金属元素从尾矿中释放迁移出来。这是尾矿中重金属释放迁移的关键。接下来的金属迁移还受一系列复杂的沉淀-水解作用 …… 此处隐藏：4845字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……