低品位硫化礦重金屬淋濾及其環(huán)境影響評(píng)價(jià)

王小莉 卞孝東 毛香菊

摘 要：本文采用靜態(tài)淋濾式的試驗(yàn)研究黑龍江某銅礦集中開采區(qū)礦山礦石中重金屬在不同條件下的溶出規(guī)律和特性，特別選擇黑龍江某銅礦的低品位硫化礦樣品進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明，該樣品酸中和能力很強(qiáng)、含碳酸鹽礦物較多；淋濾實(shí)驗(yàn)中滲濾液pH值的檢測(cè)也表明，該樣品中重金屬的遷移環(huán)境為堿性；隨著淋濾液pH值的升高，礦樣重金屬的浸出率先降后升，當(dāng)pH=6時(shí)趨于穩(wěn)定；隨著淋濾溫度的升高，礦樣重金屬的浸出率逐漸升高，當(dāng)T=35℃時(shí)趨于穩(wěn)定；在常年雨水（pH=5～6）的淋濾作用下，該地區(qū)的低品位硫化礦中重金屬元素雖然有一定濃度水平的溶出，但重金屬遷移的環(huán)境為不利的堿性條件，故而重金屬溶出的濃度水平總體偏低。根據(jù)本文的試驗(yàn)結(jié)果，初步推斷低品位硫化礦的堆積對(duì)周圍環(huán)境潛在的污染威脅程度很低，基本可以忽略不計(jì)。

關(guān)鍵詞：重金屬；淋濾；環(huán)境影響評(píng)價(jià)；遷移規(guī)律

中圖分類號(hào)：X753；TD926.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）16-0142-04

Heavy Metal Leaching of Low Grade Sulfide Ore and Its

Environmental Impact Assessment

WANG Xiaoli1 BIAN Xiaodong2 MAOXiangju3

Abstract： In this paper， the leaching law and characteristics of heavy metals in the mine ore of a copper mine in Heilongjiang were studied by static leaching test， and the low grade sulfide ore samples of a copper mine in Heilongjiang are specially selected. The results showed that， its acid neutralization ability was very strong， with more carbonate minerals； the pH value test of the leachate also showed that， the heavy metals were migrating in a alkaline environment； with the increase of pH， the leaching of heavy metals in samples was “down to up”， and tended to be stable at pH of 6； with the increase of the leaching temperature， leaching of heavy metals in the samples was increasing， and tended to be stable at 35℃. The heavy metal elements in the low grade sulfide ore of this area were dissolved in a certain concentration level， but the environment of heavy metal migration was unfavorable alkaline conditions， so the concentration level of heavy metals dissolved was generally low under the leaching of rainwater （pH=5 to 6）. Based on the results of this paper， it was preliminarily deduced that the threat of low-grade sulfide deposits to the surrounding environment was very low and could be ignored.

Keywords： heavy metal；leaching；environmental impact assessment （EIA）；migration characters

黑龍江某地區(qū)屬于寒溫帶大陸性山地季風(fēng)氣候，全年平均氣溫為5～7℃，最高氣溫可達(dá)32℃，最低氣溫在為-20～43℃；降雨集中在7月至9月上旬，年平均降雨量約為500mm，蒸發(fā)量1 050mm。初雪一般在10月中旬，終雪在翌年3月下旬至4月上旬[1]。

該地區(qū)是酸雨高發(fā)區(qū)，降雨的pH值較低。據(jù)1991—2012年的降雨監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)資料[2]顯示，該地區(qū)降雨的pH值為4.5～6.5，一般為5～6。為了充分了解黑龍江某地區(qū)低品位硫化礦重金屬在自然降雨條件下的溶出規(guī)律和特性，本文根據(jù)低品位礦區(qū)面積小，巖礦石粒度大小不一等特點(diǎn)，采用室內(nèi)模擬試驗(yàn)（靜態(tài)淋濾試驗(yàn)）測(cè)定低品位硫化礦在不同條件下重金屬自由遷移到淋濾液中的含量，探討低品位硫化礦的堆積對(duì)周圍環(huán)境造成的潛在影響，為礦區(qū)環(huán)境影響評(píng)估提供試驗(yàn)依據(jù)，研究成果對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 低品位硫化礦樣品的采集

低品位硫化礦樣品采自黑龍江某銅礦集中開采區(qū)，采樣密度為1件/m2，采樣深度為30～50cm，在低品位礦石堆場(chǎng)重點(diǎn)布設(shè)采樣線3條，每個(gè)點(diǎn)各采2kg左右的樣品，網(wǎng)格布點(diǎn)采樣總計(jì)約60kg。

1.2 低品位硫化礦樣品前處理與分析

將采集的樣品經(jīng)自然風(fēng)干，用瑪瑙研缽研磨，分別過10、30、80目和200目篩，每份樣品保留300g，置于陰涼處保存。

采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）和Multi EA5000元素分析儀測(cè)定其中重金屬及硫元素的含量。結(jié)果見表1。

采用日本理學(xué)D/MAX1200型X射線粉晶衍射儀（測(cè)試條件：Cu靶，Ni片濾波，掃描范圍2[θ]=5゜～65゜，采用的電壓為40kV，電流40mA，掃描速度1゜/min）分析其礦物組成；采用梅特勒SevenCompact?pH計(jì)測(cè)定低品位硫化礦的pH值（測(cè)試條件：室溫20～25℃，相對(duì)濕度小于70%；測(cè)試方法：稱取8.00g淋濾樣品，移取20.00mL去離子水，分別裝入100mL錐形瓶中混合攪拌2min，靜置30min，測(cè)定溶液的pH值[3]），以及不同條件下靜態(tài)淋濾試驗(yàn)中低品位硫化礦樣品滲濾液的pH值（測(cè)試條件：室溫20～25℃，相對(duì)濕度小于70%）。

1.3 靜態(tài)淋濾試驗(yàn)研究

1.3.1 淋濾液酸度淋濾試驗(yàn)。采用去離子蒸餾水、0.1mol/L的稀硝酸和1.0mol/L的稀硝酸，配制出pH值為3、4、5、6和7的淋濾液各500ml備用；分別稱取10、30目和80目的低品位硫化礦各100g，以1∶1∶1等比例均勻混合配制淋濾樣品。采用50mL移液管準(zhǔn)確移取不同pH值（pH為3、4、5、6和7）的淋濾液50mL，采用電子天平準(zhǔn)確稱取5份5.000 0g的低品位硫化礦樣品，分別裝入100mL的錐形瓶中，放置水浴恒溫振蕩器（溫度25℃）中振蕩8h，然后靜置16h，快速過濾，單分出5mL濾液（測(cè)pH值用）后，加入0.72ml硝酸酸化，置于4℃的冰箱中保存。

1.3.2 淋濾溫度淋濾試驗(yàn)。采用去離子蒸餾水、0.1mol/L的稀硝酸和1.0mol/L的稀硝酸，配制出pH=6的淋濾液500mL備用；稱取10、30目和80目的低品位硫化礦各50g，以1∶1∶1等比例均勻混合配制淋濾樣品。采用50mL移液管準(zhǔn)確移取pH=6的淋濾液50mL，采用電子天平準(zhǔn)確稱取3份5.0000g的低品位硫化礦樣品，分別裝入100mL錐形瓶中，放置水浴恒溫振蕩器（溫度分別為0、25℃和35℃）中振蕩8h，然后靜置16h，快速過濾，單分出5mL濾液（測(cè)pH值用）后，加入0.72ml硝酸酸化，置于4℃的冰箱中保存。

用XSERIES2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定金屬元素Ni、Cu、Pb、Zn、Cd和Mo的含量；用AFS-8330雙道原子熒光光度計(jì)測(cè)定金屬元素As、Hg的含量；用UV1902PC紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定金屬元素Cr6+的含量。分析試劑采用優(yōu)級(jí)純，水為去離子純水；采用的檢測(cè)方法依據(jù)有《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》（GB 8538—2016）和《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法金屬指標(biāo)》（GB/T 5750.6—2006）。

2 結(jié)果分析

2.1 低品位硫化礦的物相分析

本區(qū)低品位硫化礦的分析結(jié)果見圖1。結(jié)果顯示，樣品的主要礦物組成為石英、斜綠泥石、方解石（XRD半定量含量為11%）和鈉長(zhǎng)石和白云母[4]，即其主要成分是Si、Al、K及Na的氧化物和Ca的碳酸鹽化物。由此可知，低品位硫化礦具有較強(qiáng)的酸中和能力，其產(chǎn)堿潛力較大。

2.2 低品位硫化礦和滲濾液的pH值

本區(qū)低品位硫化礦pH值的測(cè)定結(jié)果為9.11，不同試驗(yàn)條件下滲濾液的pH值測(cè)定結(jié)果見表2和表3。其中，在淋濾液pH為3、4、5、6和7，淋濾溫度T=25℃；淋濾液pH=6，淋濾溫度T為0、25℃和35℃的試驗(yàn)條件下，低品位硫化礦樣品的滲濾液pH值范圍為7.33～8.32。由此可知，樣品中的重金屬元素的遷移環(huán)境為堿性。

2.3 淋濾液酸度對(duì)低品位硫化礦中重金屬元素釋放的影響

淋濾液酸度對(duì)低品位硫化礦中重金屬元素釋放的影響見圖2和圖3。

從圖2可知，淋濾液酸度對(duì)低品位硫化礦中Cd、Pb、Zn、Ni、Cr和Hg淋出率的趨勢(shì)基本一致，都是隨著淋濾液pH值的增大，淋出率增大，當(dāng)pH=6時(shí)，各元素的淋出率趨于穩(wěn)定。

從圖3可知，淋濾液中Cu的含量較低，Cu元素的溶出和pH值呈正相關(guān)關(guān)系。由于淋濾樣品具有很強(qiáng)的酸中和能力，不利于Cu的溶出和遷移，故而隨著淋濾液pH值由3升高到7，Cu的溶出量呈逐漸升高的趨勢(shì)，但總量很少；其中，低品位硫化礦中Mo和As的溶出總量也很少，并在pH=6時(shí)趨于穩(wěn)定。

2.4 淋濾溫度對(duì)低品位硫化礦中重金屬元素釋放的影響

淋濾溫度對(duì)低品位硫化礦中重金屬元素釋放的影響見圖4和圖5。

從圖4可知，隨著淋濾溫度的升高，低品位硫化礦中重金屬元素Cd、Pb、Ni和Cr的浸出率特征是逐漸增大的，而Zn和Hg的則是先升后降。

從圖5可知，隨著淋濾溫度的升高，低品位硫化礦中Mo的溶出量是逐漸升高的，Cu和As的溶出量是先升高，然后在淋濾溫度為25℃時(shí)趨于穩(wěn)定。其中，Cu、Mo和As的溶出總量也很少。

3 結(jié)論

靜態(tài)淋濾試驗(yàn)研究結(jié)果表明：黑龍江某銅礦山中的低品位硫化礦（LH-002）含碳酸鹽礦物較多、酸中和能力很強(qiáng)；滲濾液的pH值范圍為7.33～8.32，低品位硫化礦的重金屬遷移環(huán)境為堿性，不利于重金屬的遷移[5-7]；隨著淋濾液pH值由3升高到7，樣品重金屬浸出率先降后升，最后在淋濾液pH=6時(shí)達(dá)到穩(wěn)定；隨著淋濾溫度由0℃升高到35℃，樣品的重金屬浸出率特征是逐漸升高，最后在淋濾溫度T=35℃時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。

綜上可知，該地區(qū)的低品位硫化礦，在常年雨水（pH=5～6）的淋濾作用下，重金屬元素雖然有一定濃度水平的溶出，但重金屬遷移的環(huán)境為不利的堿性條件，故而重金屬溶出的濃度水平總體偏低。根據(jù)本文的試驗(yàn)結(jié)果，初步推斷低品位礦石堆場(chǎng)中硫化礦的堆積對(duì)周圍環(huán)境潛在污染威脅程度較低，基本可以忽略不計(jì)。2017年，黑龍江某銅礦集中開采區(qū)項(xiàng)目組在該礦區(qū)發(fā)現(xiàn)富鍶礦泉水[8]。優(yōu)質(zhì)礦泉水資源的發(fā)現(xiàn)，輔助性驗(yàn)證了本文的試驗(yàn)結(jié)論。而本文試驗(yàn)研究的成果也為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供了重要試驗(yàn)依據(jù)，具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。

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