李建勇

(山西晉新科源環(huán)?？萍加邢薰荆轿?太原 030024)

引 言

我國(guó)地緣遼闊，擁有非常豐富的礦產(chǎn)資源，這些珍貴的礦產(chǎn)資源為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了非常重要的貢獻(xiàn)[1]。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)每年開(kāi)采的礦產(chǎn)資源數(shù)量越來(lái)越多。但是礦產(chǎn)資源在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，會(huì)伴隨著產(chǎn)生大量的尾礦，一般情況下尾礦都是直接堆放在尾礦庫(kù)中[2]。受冶煉技術(shù)水平限制，尾礦中包含的重金屬通常都沒(méi)有得以開(kāi)發(fā)利用，而是直接隨尾礦一起丟棄[3]。在長(zhǎng)時(shí)間的堆放過(guò)程中，重金屬會(huì)逐漸滲透到土壤和地下水中，對(duì)周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境造成重要的不良影響[4]。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注程度同樣有所提升。因此，有必要分析尾礦對(duì)周?chē)h(huán)境造成的污染，在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性的治理措施，盡可能降低尾礦的不良影響，同時(shí)提升尾礦的有效利用率[5-6]。本文以銅尾礦對(duì)周邊環(huán)境的影響為例，對(duì)尾礦中包含的污染源進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出安全處置方法。

1 銅尾礦樣品采集及處理

1.1 銅尾礦樣品的采集與預(yù)處理

某銅尾礦堆場(chǎng)位于一條小溪旁，距離大約為200 m。當(dāng)前階段此堆場(chǎng)的長(zhǎng)度和寬度分別約為200 m和10 m，高度約為30 m，初步估計(jì)堆積的銅尾礦質(zhì)量達(dá)到10萬(wàn)t左右。該銅尾礦堆場(chǎng)的存在對(duì)周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅，因此需要對(duì)其進(jìn)行分析和研究，在此基礎(chǔ)提出相應(yīng)的安全處置措施，以改善周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境。首先，需要對(duì)銅尾礦堆場(chǎng)周邊的土壤進(jìn)行采樣，為了更加真實(shí)地反映銅尾礦的情況，在采樣時(shí)遵循隨機(jī)的原則。在整個(gè)銅尾礦堆場(chǎng)周?chē)霃?50 m范圍內(nèi)隨機(jī)選取10個(gè)采樣點(diǎn)。將采集得到的樣品進(jìn)行充分混合，再進(jìn)行自然風(fēng)干，然后攪拌均勻，將其進(jìn)行徹底粉碎，要求達(dá)到120目(0.125 mm)以下。將制得的樣品放在105 ℃的烤箱內(nèi)烘烤60 min，然后將其空冷至室溫，進(jìn)一步攪拌均勻，裝袋備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其工作條件

通過(guò)AA-9000型原子吸收光譜儀對(duì)尾礦中的金屬元素進(jìn)行檢測(cè)。各種重金屬元素檢測(cè)條件為：Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Mn元素的檢測(cè)波長(zhǎng)分別為324.71 nm、213.87 nm、283.32 nm、228.81 nm、357.92 nm、232.01 nm、279.53 nm；所有元素的狹縫、燈電流和燃燒高度全部分別設(shè)置為0.2 mm、3 mA、10 mm；火焰類(lèi)型方面，除Cr和Mn分別為復(fù)燃焰和略貧燃焰外，其他元素的火焰類(lèi)型全部為貧燃焰。為了進(jìn)一步分析銅尾礦的化合物組分，對(duì)銅尾礦開(kāi)展了常量分析工作，通過(guò)這項(xiàng)工作能夠檢測(cè)到銅尾礦中含量超過(guò)0.1%的組分。對(duì)于不同的組分需要采用不同的方法進(jìn)行測(cè)定，采用的方法主要包括重量法、容量法、分光光度法和原子吸收光譜法。為了提升實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，在化合物檢測(cè)時(shí)共開(kāi)展2組實(shí)驗(yàn)，最終的結(jié)果取兩組實(shí)驗(yàn)的平均值。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的正確性和嚴(yán)謹(jǐn)性會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生決定性的影響，所以在開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格按照有關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)完成所有的實(shí)驗(yàn)工作，以確保結(jié)果精度。

2 銅尾礦檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 銅尾礦中的主要化合物組分

按照上文所述的實(shí)驗(yàn)分析方法，可以獲得銅尾礦中的主要化合物組分，結(jié)果如表1所示。由表1中數(shù)據(jù)可以看出，銅尾礦中的主要化合物為鐵、硅和鋁的氧化物，其中，F(xiàn)e2O3、SiO2、Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到了27.655%、25.35%、15.495%。其次為磷和鈣的化合物，P2O5和CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.27%和3.155%。以上這些化合物主要為硅酸鹽和磷酸鹽等類(lèi)，單獨(dú)從化合物對(duì)土壤造成的污染角度出發(fā)，以上這些含量相對(duì)較高的化合物，在常規(guī)的環(huán)境下具有相對(duì)較高的穩(wěn)定性，氧化物不容易發(fā)生分解融化等現(xiàn)象。因此認(rèn)為這些化合物不會(huì)對(duì)土壤、地下水和空氣造成比較嚴(yán)重的污染問(wèn)題。MgO、TiO2、MnO的含量相對(duì)較低，同樣不會(huì)對(duì)土壤構(gòu)成較大的威脅。

表1 銅尾礦中的主要化合物組分分析結(jié)果(%)

2.2 銅尾礦中主要元素含量

基于AA-9000型原子吸收光譜儀，并采用合適的實(shí)驗(yàn)條件，可以有效地對(duì)尾礦中的金屬元素種類(lèi)及其含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表2所示。表2中還給出了該地區(qū)土壤中的自然背景值，以便與銅尾礦附近土壤中的元素含量進(jìn)行比較。所謂自然背景值指的是沒(méi)有受到銅尾礦污染的土壤中包含的各種金屬含量。由表2中數(shù)據(jù)可知，與本地區(qū)的自然背景值相比，銅尾礦附近土壤中的Cu、As、Ni、Cd元素的含量都相對(duì)較高，而Zn、Pb、Cr元素的含量相對(duì)較低。

表2 銅尾礦中主要元素類(lèi)型及其含量(mg/kg)

2.3 銅尾礦中包含的主要污染源分析

基于以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，銅尾礦中除了包含大量Fe、Si、Al等這些穩(wěn)定的元素氧化物外，還包含有很多其他的重金屬元素，如，Cu、Zn、Pb、As、Ni、Cr、Cd。穩(wěn)定的氧化物雖然不會(huì)對(duì)土壤構(gòu)成污染的威脅，但是這些重金屬元素會(huì)對(duì)土壤及地下水造成嚴(yán)重的污染。某些重金屬元素雖然在常規(guī)條件下是以化合物的形式存在，但是在酸性條件下，這些金屬元素非常容易從氧化物中析出，從而污染周邊的環(huán)境。

將表2中各元素含量與國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，發(fā)現(xiàn)Cu的含量是自然背景值的18.69倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家土壤二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中Cu的含量分別不得超過(guò)100 mg/kg和400 mg/kg，可見(jiàn)，Cu元素是銅尾礦中非常重要的污染源；As和Cd元素含量分別為對(duì)應(yīng)自然背景值的2.33倍和4倍，可見(jiàn)As和Cd元素同樣是銅尾礦中重要的污染源；Ni元素含量只是比自然背景值略高，所以認(rèn)為該元素是銅尾礦中的次要污染源；而Zn、Pb、Cr三種元素的含量比自然背景值相對(duì)更低，說(shuō)明這三種元素不是銅尾礦的主要污染源。

3 銅尾礦污染安全處置方法研究

綜上所述，銅尾礦如果不對(duì)其進(jìn)行處理，直接堆放在尾礦堆場(chǎng)中，時(shí)間長(zhǎng)久后尾礦中包含的重金屬元素會(huì)滲透到土壤和地下水中，對(duì)土壤和地下水造成嚴(yán)重污染，進(jìn)而威脅到附近居民的身體健康。尤其是Cu、As、Cd元素，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其含量相對(duì)非常高。具體而言，查閱資料并結(jié)合筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可以通過(guò)下述幾種處置方法來(lái)降低銅尾礦的污染程度。

3.1 銅尾礦再選

銅礦資源屬于不可再生資源，隨著銅礦資源開(kāi)采的不斷進(jìn)行，地殼中的存儲(chǔ)量也會(huì)隨之快速降低。基于檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，銅尾礦中還包含有大量的Cu元素，其含量是其他地區(qū)Cu元素含量的18.69倍。此外，還包含有多種其他重金屬元素。因此，對(duì)銅尾礦進(jìn)行再選是未來(lái)發(fā)展的重要方向，通過(guò)尾礦再選不僅能夠提升銅資源以及其他重金屬資源的利用率，同時(shí)還可以顯著降低尾礦中Cu、As和Cd元素的含量，進(jìn)而緩解其對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的不利影響。如，可以通過(guò)最新的“微生物堆浸-電萃取-電積”提煉方法，對(duì)銅尾礦中的Cu元素進(jìn)行提取。

3.2 利用銅尾礦加工制作建筑材料

銅尾礦作為一種資源，如果直接丟棄會(huì)造成資源的浪費(fèi)，我國(guó)學(xué)者在利用銅尾礦加工制作建筑材料方面進(jìn)行了積極的探索和嘗試。利用尾礦成功制成了砂、水泥、磚塊、路面材料等多種類(lèi)型的建筑材料，并在實(shí)踐中取得了較好的應(yīng)用效果。這種銅尾礦的處置方式也是比較好的選擇。

3.3 銅尾礦廢棄地復(fù)墾技術(shù)

已有大量的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通過(guò)在尾礦土壤中種植特殊的植物，植物的根系能夠有效富集土壤中包含的重金屬元素，通過(guò)這樣的措施能解決尾礦對(duì)土壤造成的重金屬污染問(wèn)題。如，絲茅草、芭茅草、無(wú)葉節(jié)節(jié)草等植物對(duì)于降低銅尾礦土壤中的重金屬具有非常好的效果，在技術(shù)上完全是可行的。與其他銅尾礦治理方式相比較而言，通過(guò)廢棄地復(fù)墾技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，屬于最好的治理方法，應(yīng)該優(yōu)先推廣使用。因?yàn)檫@種方式不僅有效降低了土壤中的重金屬含量，同時(shí)通過(guò)種植大量植物，有效恢復(fù)了相關(guān)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，還可以起到改善大氣質(zhì)量的效果。銅尾礦廢棄地復(fù)墾技術(shù)的成本也很低，能夠?yàn)橄嚓P(guān)企業(yè)和政府部門(mén)節(jié)省大量的治理資金。

4 結(jié)語(yǔ)

受技術(shù)水平限制，在進(jìn)行銅資源開(kāi)發(fā)利用時(shí)，銅尾礦中通常會(huì)包含有大量的重金屬元素，這些重金屬元素會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成非常不利的影響。對(duì)某尾礦堆場(chǎng)周邊土壤進(jìn)行采集，分析了土壤中重金屬元素的含量情況。發(fā)現(xiàn)，銅尾礦中的主要污染源為Cu、As和Cd元素，這些元素在土壤中的含量與本地區(qū)自然背景值相比高出好多倍。提出了銅尾礦污染安全處置方法，主要包括銅尾礦再選、利用銅尾礦加工制作建筑材料、銅尾礦廢棄地復(fù)墾。通過(guò)采用上述處置方法不僅能夠?qū)︺~尾礦進(jìn)行有效利用，同時(shí)能夠顯著降低其對(duì)周?chē)h(huán)境構(gòu)成的威脅。