利比里亞邦礦鐵礦礦石、廢石及尾砂淋濾試驗分析

徐 忠，何世達(dá)

（中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430081）

礦區(qū)的開采和廢石、尾砂外排活動，使采區(qū)周圍礦石、廢石和尾砂露天堆放于地表，經(jīng)長期的日照風(fēng)吹雨淋，堆放露天的礦石、廢石和尾砂被雨水沖刷，易有部分有害的礦物質(zhì)被溶解于雨水，造成當(dāng)?shù)厮|(zhì)污染，進(jìn)而影響地下水環(huán)境污染。地下水是否受到污染和污染的程度，受很多環(huán)境因素的制約和影響，淋濾試驗就是通過模擬雨水沖刷浸蝕堆放露天的礦石、廢石和尾砂，研究淋濾后水質(zhì)與淋濾污染的關(guān)系及其危害。

1 試驗?zāi)康?/h2>

為了查明礦山開采廢石、礦山、尾砂受大氣降水、地表流沖刷后污染成分析入水體的可能性，勘查項目部現(xiàn)場采集分析樣品，即礦石兩組、廢石六組、尾砂二組，共計十組，進(jìn)行室內(nèi)淋濾試驗，淋濾試驗由我公司協(xié)同中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）資環(huán)學(xué)院中心試驗室完成，試驗?zāi)康氖欠治龊驮囼灥乇硭偷叵滤|(zhì)和污染性及巖石、廢石、尾礦的淋濾性參數(shù)。

2 淋濾試驗方法

本次模擬淋濾試驗方法是通過蒸餾水模擬雨水反復(fù)沖刷鐵礦石、廢石、尾礦，收集沖刷礦后的淋濾水，通過分析淋濾前后淋濾水的化學(xué)成份變化情況，進(jìn)而研究利比里亞共和國邦州邦山脈鐵礦礦石、廢石、尾礦經(jīng)降雨淋濾對環(huán)境帶來的影響，采取一些措施減少對地下水的污染。

試驗要求礦石、廢石、尾砂的密實度為不經(jīng)壓實的自然堆積狀態(tài)，模擬降雨在廢石中的運移過程，分析礦石、廢石、尾砂受雨水的浸蝕情況，進(jìn)而分析淋濾污染物對地下水環(huán)境的影響。

樣品的加工及試驗準(zhǔn)備。試驗前將礦石、廢石、尾砂樣品過5mm篩，剔除其中沙礫及植物碎片等。采用PMMA管做成柱狀淋濾器，用長度為1.2m、直徑20cm的PMMA管，上端開口，下端封閉并開側(cè)孔，填滿測試樣品后固定在架子上（見圖1）。在底部開側(cè)孔上方分別內(nèi)置安放1層濾紙和1層過濾網(wǎng)，側(cè)孔流水處放置接淋濾水的玻璃容器。

圖1 淋濾試驗裝置

本次淋濾試驗采用蒸餾水作為試驗前初始用水，水中各元素含量均為零；本次采集的淋濾水樣用滴定法、原子吸收、色譜儀進(jìn)行化學(xué)分析，通過對淋濾水樣進(jìn)行水質(zhì)全分析，選擇PH值、總 堿 度、總 硬 度、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Cl-、、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、鎳、耗氧量、礦化度等24項組分進(jìn)行對比分析。

3 淋濾試驗機(jī)理

巖石化學(xué)成份中某成份含量的高低和其溶解度的大小以及各種物理化學(xué)作用，是該組分淋失的首要條件；巖石中水分運動的存在，則是淋濾的必要條件。由于離子有隨水移動的特點，如果有水分下移，就會發(fā)生淋濾。淋濾試驗正是創(chuàng)造水分從顆粒中自上而下流動的必要條件，通過溶解、水解、碳酸化、硝化、陽離子交替吸附、物理性沖刷等物理化學(xué)作用，使各類物質(zhì)從顆粒中轉(zhuǎn)移到淋濾液中，再對淋濾液進(jìn)行分析試驗，得出各組分含量或特性值，以獲得巖石、廢石、尾礦的淋濾性參數(shù)，分析評價礦區(qū)的開采和廢石、尾砂外排活動經(jīng)多年長期風(fēng)化分解及雨水淋濾對環(huán)境造成的影響。淋濾作用主要方式有：

（1）水解：顆粒中的CaO與水發(fā)生水解反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式為：

（2）溶解：如硅酸鹽類中的鈣離子弱溶于水，化學(xué)反應(yīng)方程式為：

（3）硝化作用：水中亞硝酸根主要是礦石、廢石、尾砂顆粒表面氨氮組分在有氧條件下通過硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化而來的，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

（4）碳酸化作用：碳酸化作用是淋濾液中碳酸氫根分解成碳酸根導(dǎo)致碳酸氫根含量降低，酸化作用而使pH增高的。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

（5）陽離子交替吸附作用：陽離子的吸附作用決于離子價，離子吸附能力越強，其相對原子質(zhì)量越小，按吸附能強弱的順序為 ：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。

如Pb是雨水通過淋濾的作用完成陽離子交替吸附的，Pb的相對原子質(zhì)量較大，吸附能力較弱，因此Pb易被水中其他的相對原子質(zhì)量小的陽離子（如Fe3+、H+）發(fā)生置換反應(yīng)，使Pb通過淋濾浸蝕被水帶走，導(dǎo)致淋濾液中Pb的含量增加。

（6）物理作用沖刷：Fe離子、Mn離子成份的淋濾主要是物理性沖刷作用的結(jié)果，主要原因是本次試驗用水為蒸餾水，蒸餾水不含F(xiàn)e離子、Mn離子，它們的含量為零，導(dǎo)致離子增量較高。

由于本次淋濾試驗采用蒸餾水進(jìn)行試驗，各成份的初始值為零，會導(dǎo)致初期易溶鹽成份的淋失量較大，后期淋濾易溶鹽成份增量降低。

4 淋濾試驗結(jié)果分析

4.1 試驗結(jié)果統(tǒng)計

根據(jù)本次對廢石、礦山、尾砂共10組試樣進(jìn)行試驗報告，各組分及特性值的增量統(tǒng)計見下表。

表1 利比里亞邦礦礦石、廢礦、尾砂淋濾試驗結(jié)果統(tǒng)計表mg/L

4.2 試驗結(jié)果分析

通過淋濾試驗揭示了利比里亞邦礦鐵礦石、廢石、尾砂的淋濾量。試驗表明：淋濾在相同試驗條件下，24種測試成份的淋濾溶出量相差較大。按按元素成分和污染性可分為一般組分和重金屬組分，一般組分又可按淋濾增量的大小不同，可分為強淋溶成份、弱淋溶成份、綜合性成份3類，根據(jù)淋濾溶出量分述如下：

（1）重金屬銅、鋅、鉛、鎘、鉻、鎳的淋濾增量為0mg/L～0.0401mg/L，水溶性較差，溶解出的離子質(zhì)量濃度低，表明離子隨水遷移性較差，淋濾水中的重金屬含量基本要小于國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）強淋溶組分包括 ：陽離子K+、Na+、Ca2+、Mg2+，淋濾增量為0mg/L～38.13mg/L；陰離子淋濾增量為0mg/L～67.12mg/L，弱淋溶組分包括：Fe離子淋濾增量一般為0mg/L～0.777mg/L、Mn離子淋濾增量一般為0mg/L～0.0202mg/L。

（3）綜合性組分包括：總硬度為7.51mg/L～17.52mg/L，礦化度淋濾增量一般為46.78mg/L～117.85mg/L，耗氧量淋濾增量一般為0.79mg/L～1.35mg/L，增量微小，pH為6.74～9.94，略有增加。

試驗表明，礦山廢石、礦石、尾礦中的各種物質(zhì)成份在大氣降水、地表流水的淋濾作用下未見影響環(huán)境的物質(zhì)成份析出。