海南省某金礦土壤污染特征分析

李隋 王飛 張宏濤

摘要：為探究氰化鈉冶煉工藝下，規(guī)范化生產(chǎn)的金礦企業(yè)礦區(qū)土壤的污染情況及分布規(guī)律，本文進行了礦石化學元素檢測和礦區(qū)土壤采樣分析。結(jié)果表明：（1）礦區(qū)土壤污染主要為重金屬砷、鎘、汞的污染；除汞外，土壤重金屬砷、鎘超標的原因主要由礦石選冶造成。（2）礦區(qū)周邊土壤重金屬污染受風力影響范圍有限，主要分布在礦區(qū)內(nèi)部；部分重金屬砷、鎘可以隨地表水遷移至較遠處。

關(guān)鍵詞：金礦；土壤環(huán)境；重金屬；海南省

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）03-0063-04

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.037

Abstract： In order to explore the pollution range and distribution of soil in the gold mining area under standardized production of sodium cyanide smelting process， the chemical elements detection and soil sampling analysis of the gold mine were carried out. The results show that：（1） Soil pollution is mainly contaminated by heavy metals as arsenic， cadmium and mercury， and the reasons for excessive arsenic and cadmium in soil are mainly caused by ore dressing and metallurgy. （2） the heavy metal pollution of soil around the mining area is limited by wind force， mainly distributed within the mining area. A small amount of heavy metals， such as arsenic and cadmium ，can migrate to the distance with the surface water.

Key words： Gold mine；Soil environment；Heavy metal； Hainan Province

對礦區(qū)土壤污染狀況進行調(diào)查，保證礦區(qū)土壤的用地安全，是我國“土十條”政策的重要方面[1]。海南省中西部金礦帶是海南省重要的金礦開采區(qū)域，以此地某金礦為例進行土壤污染狀況的研究，具有實際意義。我國黃金提取主要用汞和氰化鈉。土法煉金，會產(chǎn)生大量的汞污染，由于汞的生物持久性和潛伏性[2]，會對環(huán)境產(chǎn)生長期的持續(xù)性影響，2000年以后我國全面停止混汞法煉金。目前，金礦企業(yè)多使用氰化鈉煉金，雖氰化物含有劇毒，但已有文獻[3]表示使用含氯藥劑等方法可以使氰化物污染的去除率達到99%。氰化物的影響是即刻發(fā)作的，在陽光下就會自然分解[4-5]。該金礦2002年以前民采對礦體局部進行了破環(huán)性開采，2002年才開始對該礦山進行規(guī)范化管理[6]。在地表水和地下水監(jiān)測資料中均未發(fā)現(xiàn)氰化物超標現(xiàn)象，故本文重點探討金礦區(qū)重金屬污染狀況。礦石的采集、運輸、堆放過程產(chǎn)生的粉塵和黃金冶煉過程中產(chǎn)生的煙塵會在風力作用下飄散[7]，從而擴大重金屬污染土壤的范圍；礦區(qū)周邊的地表水攜帶污染物進行遷移，也是重金屬污染土壤范圍擴大的重要原因[8]；土壤微生物的搬移、轉(zhuǎn)運等也可能造成重金屬的遷移[9-10]?？傊?，金礦冶選過程產(chǎn)生的粉塵、固體廢物、廢水等，往往攜帶有大量的重金屬[11]，若處置不當，會通過自然降解、淋濾等作用遷移到土壤-地下水環(huán)境中[12]，富含重金屬污染物的土壤則會通過食物鏈進入人體內(nèi)富集，直接或間接危害人類生命安全[13-14]。

因此，為了解金礦區(qū)域土壤污染的程度與范圍，總結(jié)土壤污染特征，對本礦區(qū)礦井、選礦廠、尾礦庫三個區(qū)域內(nèi)及周邊的土壤均進行了布點采樣分析。土壤污染調(diào)查分析結(jié)果可作為今后土地管理與規(guī)劃的依據(jù)，也為本區(qū)域同類型冶選工藝的金礦土壤污染分布特征提供了參考。

1 礦區(qū)基本情況介紹

1.1 礦區(qū)自然背景簡介

所研究礦區(qū)位于海南省區(qū)域性近東西向昌江—南閭深大斷裂（西段）與北東向戈枕斷裂帶的交接復合部位，屬戈枕金礦成礦帶北東段的北西側(cè)[15]。土壤主要是由沙頁巖、花崗巖、石灰?guī)r等發(fā)育而成的磚紅壤，結(jié)構(gòu)疏松?；鶐r一般較淺，覆土層大多約在1m左右。地表水流排泄良好，在尾礦庫所在西北向溝谷（季節(jié)性溪流）主要為瀉洪、排澇灌溉功能，山谷下游小溪寬2-3m，水深0.5m左右，有斷流現(xiàn)象，其旱季流量分別為2.65-4.36L/s，雨季可達567L/s。礦區(qū)500m范圍內(nèi)主要有芒果樹、橡膠林、甘蔗等經(jīng)濟作物。

1.2 礦區(qū)各功能單元介紹及主要污染物

礦區(qū)主要分成選礦廠區(qū)域、尾礦庫區(qū)域和礦井區(qū)域三個單元（見圖1），各功能單元具體描述如下：（1）礦井區(qū)域主要進行原礦采集，采用淺孔留礦的采礦方法，礦石采集過程產(chǎn)生了大量的廢石，調(diào)查期間已停止作業(yè)。礦井西南側(cè)為一座廢石堆。（2）選礦廠區(qū)域主要進行礦石的篩選與冶煉，冶煉工藝為酸洗-金泥干燥-鋅粉置換-金泥熔煉-澆鑄金錠。選礦廠區(qū)域分布一條礦脈，調(diào)查期間，正在進行露天采礦作業(yè)，為目前主要的生產(chǎn)區(qū)域，周圍堆積大量的廢石。（3）尾礦庫位于選礦廠東北面約300m的山谷內(nèi)，呈西北向東南走向狹窄的長條狀，尾礦成份為礦石、石灰、氰化物，礦渣經(jīng)活性炭吸附后加漂白粉處理，排到尾礦庫堆存。經(jīng)過對該金礦工藝流程的了解，對礦石伴生化學元素和尾礦庫礦渣進行重金屬分析，認為產(chǎn)生重金屬污染物的來源主要為廢棄礦石以及尾礦庫礦渣。對礦石進行化學元素光譜分析的結(jié)果見表1，對尾礦庫礦渣的重金屬分析見表3。

2 礦區(qū)土壤污染狀況分布

2.1 點位的布設(shè)及監(jiān)測依據(jù)

采用網(wǎng)格布點法選取一定量具有代表性的采樣點，進行土壤樣品的測試與分析，是國內(nèi)獲取土壤重金屬的分布信息和規(guī)律最常見的方法[16]。本文的布點方案綜合考慮金礦各功能區(qū)及其地形條件，分區(qū)布點，圍繞各功能單元，總體按輻射狀或網(wǎng)狀布設(shè)土壤采樣點。對礦區(qū)采集的53個土壤樣品進行了pH和8種重金屬（鎘、汞、砷、銅、鉛、鋅、鎳、鉻）的監(jiān)測，分析超標重金屬和其分布范圍及規(guī)律。

具體采樣點位分布見圖2～圖4。

2.2 礦區(qū)重金屬含量及分布

根據(jù)實驗室監(jiān)測結(jié)果，尾礦渣中重金屬砷、鎘含量較高，濃度分別為：2790 mg/kg和9.39 mg/kg（見表3）。對尾礦庫中礦渣中砷、鎘、鉛的形態(tài)分析，表明尾礦渣中砷和鉛主要以可還原態(tài)存在，而鎘主要以水溶態(tài)存在（見表2）。

李海燕等[17]對海南島農(nóng)田土壤重金屬進行了研究分析，認為重金屬元素Hg、Cd、Cr、Pb和As的質(zhì)量含量平均值均低于國家（GB15618-1995）Ⅱ級標準， As元素在東方市、三亞市、瓊中縣等地區(qū)具有高的背景值。本區(qū)域砷具有較高的背景值與其作為礦石伴生元素有關(guān)。綜合分析認為可近似將GB15618-1995II類土壤質(zhì)量標準作為評價土壤重金屬污染的依據(jù)。

由表3可以看出：土壤污染的重金屬元素主要為砷、鎘和汞。

（1）砷污染分布的范圍最廣，大量分布于礦井、選礦廠內(nèi)部。最大值為位于礦井廢石堆S43點位處的952 mg/kg；距礦區(qū)最遠的土壤超標點位位于尾礦庫下游約700m處的S1，濃度為54.8 mg/kg。（2）鎘污染程度略小于砷，鎘污染區(qū)域均存在砷污染。除點位S17外鎘污染均分布在礦區(qū)內(nèi)部，最大值為位于礦井廢石堆S43點位處的3.47 mg/kg。（3）汞污染僅存在于選礦廠內(nèi)部，且均為表層土壤污染。另外，汞污染區(qū)域均存在鎘、砷污染。

2.3 土壤污染的分布規(guī)律

由上文分析可知，土壤環(huán)境中污染主要為重金屬砷、鎘、汞污染，且重金屬砷的污染范圍最廣，存在重金屬鎘、汞污染的區(qū)域均存在重金屬砷污染。本文試圖通過對礦區(qū)土壤重金屬As含量的分析，探究礦區(qū)土壤污染狀況的分布規(guī)律。選取礦井區(qū)域、選礦廠區(qū)域及尾礦庫區(qū)域中的一些大致位于同一直線上的點位，對其重金屬檢測結(jié)果進行分析。結(jié)果表明重金屬濃度隨與礦區(qū)的距離增加而遞減，重金屬污染多集中在礦區(qū)內(nèi)部（見圖5～圖7）。

選取選礦廠內(nèi)部的土壤采樣點兼地下水監(jiān)測井（S25/MW2），對其垂直深度As的分布進行分析（見圖8）。結(jié)果顯示，重金屬濃度隨深度增加而降低，重金屬污染多集中在表層土壤。

3 結(jié)論

通過對金礦企業(yè)礦區(qū)土壤污染程度及分布規(guī)律的探究，得出以下結(jié)論：

（1）礦區(qū)土壤污染主要為重金屬砷、鎘、汞的污染，存在鎘、汞污染的區(qū)域均存在重金屬砷污染，砷和鎘的污染程度偏高。

（2）尾礦庫礦渣中砷、鎘含量較高，說明礦區(qū)土壤中砷、鎘污染與礦石冶選有關(guān)；礦石的元素分析中并未出現(xiàn)重金屬汞，在尾礦渣中檢出的重金屬汞含量也較低，由于重金屬汞不易降解，礦區(qū)土壤汞超標原因可能與民采時期土法煉金有關(guān)。

（3）尾礦庫礦渣中檢測出含有較高濃度的重金屬砷和鎘，形態(tài)分析表示砷有水溶態(tài)，但主要以可還原態(tài)存在，而鎘主要以水溶態(tài)形式存在，說明該兩種重金屬會隨水流遷移。

（4）以重金屬砷的含量分布為研究對象，總結(jié)土壤污染分布規(guī)律，結(jié)果顯示：平面上，濃度隨與礦區(qū)的距離增加而遞減；垂向上，濃度隨深度增加而降低。

（5）礦區(qū)土壤超標點位多集中在礦區(qū)內(nèi)部，且多為表層土壤受到污染；而沿河道尾礦庫下游約700m處（S1）存在土壤重金屬超標現(xiàn)象。表明：該礦區(qū)重金屬污染受風力影響范圍有限，但污染物會隨地表水遷移至較遠處。

參考文獻

[1]郭修平，郭慶海.“土十條”與土壤污染治理[J]. 生態(tài)經(jīng)濟（中文版），2016，32（2）：10-13.

[2]化玉謹，張敏英，陳明等.煉金區(qū)土壤中汞形態(tài)分布及其生物有效性[J].環(huán)境化學，2015，（2）：234-240.

[3]邱小平，雒昆利.我國金礦生產(chǎn)中的氰化物與環(huán)境保護[J].西安科技大學學報，1997，（4）：345-348.

[4]張宏華，王罡，張志明.某金礦廢水中氰化物的自然降解及其環(huán)境影響分析[J].浙江工業(yè)大學學報，2012，40（3）：299-302.

[5]李社紅，鄭寶山，朱建明等.金礦尾礦渣及其污染土壤中氰化物的分布及自然降解[J].環(huán)境科學，2001，22（3）：126-128.

[6]海南環(huán)境科技經(jīng)濟發(fā)展公司，東方市紅泉十八隊金礦區(qū)（V1礦脈）采選工程環(huán)境影響報告書[Z].2001.

[7]P. Quevauviller， G. Rauret， H. Muntau， et al. Evaluation of a sequential extraction procedure for the determination of extractable trace metal contents in sediments[J]. Fresenius Journal of Analytical Chemistry， 1994， 349（12）：808-814.

[8]Moreno J L， Garcia C， Landi L， et al. The ecological dose value （ED50） for assessing Cd toxicity on ATP content and dehydrogenase and urease activities of soil.[J]. Soil Biology & Biochemistry， 2001， 33（4）：483-489.

[9]王學鋒，楊艷琴.土壤-植物系統(tǒng)重金屬形態(tài)分析和生物有效性研究進展[J].化工環(huán)保，2004， 24（1）：24-28.

[10] ?ador I C， Vale C， Catarino F. Accumulation of Zn， Pb， Cu， Cr and Ni in Sediments Between Roots of the Tagus Estuary Salt Marshes， Portugal[J]. Estuarine Coastal & Shelf Science， 1996， 42（3）：393-403.

[11] 陳小敏，朱?；ⅲ瑮钗牡?密云水庫上游金礦區(qū)土壤重金屬空間分布、來源及污染評價[J].環(huán)境化學，2015，34（12）：2248-2256.

[12]Stigliani W M. Global Perspectives and Risk Assessment[M].Biogeodynamics of Pollutants in Soils and Sediments. Springer Berlin Heidelberg， 1995：331-343.

[13] 王存龍， 龐緒貴， 楊麗原等. 土壤重金屬生態(tài)危害評價：以典型金礦區(qū)為例[J]. 地球化學， 2013， 42（6）：557-566.

[14] Stigliani W M. Global Perspectives and Risk Assessment[J]. 1995.

[15] 丁式江.海南島中西部金礦集中區(qū)斷裂構(gòu)造的分形研究[J]. 地學前緣，2004，11（1）：189-194.

[16] 文磊.大悟縣白云金礦礦區(qū)土壤重金屬污染狀況評價研究[D].武漢：武漢工程大學，2016.

[17] 李福燕，李許明，楊帆等.海南島農(nóng)田土壤重金屬污染的評價及其來源分析[J].海南大學學報（自然科學版）自然科學版，2013，31（3）：211-217.

收稿日期：2018-02-05

作者簡介：李隋（1981-），男，工程師，研究方向為場地風險評價與修復。