銻礦尾礦庫重金屬污染特征分析

張 靖，仇昕昕，李南錕

(1.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160；2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心，北京 100012)

我國是銻資源儲量大國，目前世界上知名的大型銻礦床有54個(gè)，我國擁有15個(gè)，且我國現(xiàn)已探明的大型、超大型銻礦床儲量占全國總儲量的81%[1]。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國銻資源遍布全國18個(gè)省、自治區(qū)，但資源卻相對集中，主要分布于湖南、廣西、西藏、云南、貴州和甘肅等省和自治區(qū)，其中湖南省和廣西壯族自治區(qū)的資源儲量較高[2-3]。

任杰等[4]研究表明，從全球銻污染發(fā)展和形成規(guī)律來看，人為驅(qū)動是其時(shí)空分布和遷移的主要原因之一，冶煉廠和尾礦釋放的銻主要通過礦區(qū)周邊的河流(水體和懸浮顆粒)發(fā)生遠(yuǎn)距離輸送，在礦區(qū)周邊形成濃度較高的銻累積甚至污染區(qū)域。近幾年，尾礦庫突發(fā)環(huán)境事件頻發(fā)，泄漏尾礦進(jìn)入河流，極易造成跨市、跨省，甚至跨國污染，可能導(dǎo)致影響飲用水源地，影響生態(tài)環(huán)境和人群健康。2015年11月，隴南市西和縣某銻礦尾礦庫泄露，污染區(qū)域跨甘肅、陜西、四川三省，造成了水體污染、土壤污染、經(jīng)濟(jì)損失等一系列重大環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問題。因此，研究銻礦尾礦庫污染特征，分析其大氣、水、土壤等環(huán)境影響，具有重要的意義。

1 銻尾礦現(xiàn)狀

1.1 銻尾礦產(chǎn)生系數(shù)

銻礦石的選礦方法有手選、重選、重介質(zhì)選、浮選等。目前，浮選是輝銻礦主要的選礦方法，我國銻礦選礦工藝廣泛采用聯(lián)合流程。

銻選礦過程產(chǎn)生的固體廢物主要是銻尾礦。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析湖南、廣西等地銻礦采選企業(yè)的數(shù)據(jù)資料，銻尾礦產(chǎn)生系數(shù)(即每噸銻礦石經(jīng)過選礦后產(chǎn)生的尾礦量)一般為0.96～0.97 t/t 原礦，主要受礦山生產(chǎn)規(guī)模、礦石品位、選礦工藝等因素影響，具體見表1。

表1 銻尾礦產(chǎn)生系數(shù)Table 1 Production coefficient of antimony tailings

1.2 銻尾礦貯存現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全國共有34座銻礦尾礦庫，主要分布在湖南、貴州、江西、云南、廣西、西藏等省、自治區(qū)，其中湖南省有16座銻礦尾礦庫，約占全國銻礦尾礦庫的47%(具體見圖1)。全國銻尾礦貯存量約962萬m3。其中，湖南省銻尾礦貯存量約629萬m3，占全國貯存量的65.38%；貴州省銻尾礦貯存量約73萬m3，占全國貯存量的7.59%。

圖1 全國銻礦尾礦庫主要分布情況Fig.1 Main distribution of antimony tailings ponds in China

2 銻礦尾礦庫重金屬污染特征及環(huán)境影響分析

2.1 銻礦尾礦庫重金屬污染特征

1)銻尾礦主要成分

根據(jù)收集到的湖南、貴州、廣西等銻礦采選企業(yè)的銻尾礦數(shù)據(jù)資料，銻尾礦成分以SiO2、Al2O3、CaO3等為主，雖然經(jīng)過了選礦作用，尾礦中的成礦及共伴生元素含量仍普遍較高，具體見表2。

表2 銻尾礦化學(xué)成分組成表Table 2 Chemical compositions of antimony tailings

采樣收集4個(gè)典型銻礦采選企業(yè)的銻尾礦，分析其重金屬組分，結(jié)果表明，銻尾礦中主要的重金屬包括Sb、As、Zn等，具體見表3。

表3 銻尾礦中重金屬實(shí)測結(jié)果Table 3 Measured results of heavy metals in antimony tailings /(mg·kg-1)

2)銻尾礦固廢屬性

銻尾礦未列入《國家危險(xiǎn)廢物名錄(2021版)》，因此，需通過對銻尾礦進(jìn)行鑒別判定其固廢屬性。采樣收集4個(gè)典型銻礦采選企業(yè)的銻尾礦，按照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJ/T 299—2007)進(jìn)行浸出，結(jié)果表明，4個(gè)典型銻礦采選企業(yè)的銻尾礦浸出液指標(biāo)均低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》(GB 5085.3—2007)表1中的濃度限值，銻尾礦不屬于危險(xiǎn)廢物。進(jìn)一步按《固體廢物 浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》(HJ 557—2010)有關(guān)要求進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，企業(yè)B的As、企業(yè)C的Zn、企業(yè)D的As、Zn等浸出濃度均超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級排放標(biāo)準(zhǔn)；企業(yè)A各項(xiàng)指標(biāo)均低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級排放標(biāo)準(zhǔn)。浸出毒性(水平振蕩法)測試結(jié)果見表4。

表4 銻尾礦浸出毒性(水平振蕩法)測試結(jié)果Table 4 Test results of leaching toxicity of antimony tailings /(mg·L-1)

綜上，銻尾礦不屬于危險(xiǎn)廢物；需進(jìn)一步按《固體廢物 浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》(HJ 557—2010)判定是否屬于第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物。

3)銻礦尾礦庫重金屬污染特征

采樣收集4個(gè)典型銻礦采選企業(yè)的尾礦庫廢水，采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法評價(jià)，檢測結(jié)果表明，所有企業(yè)的Sb均存在超標(biāo)現(xiàn)象，且企業(yè)A尾礦庫廢水中As的濃度接近標(biāo)準(zhǔn)限值；4家企業(yè)其余檢測因子均滿足《錫、銻、汞工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 30770—2014)表2排放限值要求，具體見表5。

表5 銻礦尾礦庫廢水實(shí)測結(jié)果Table 5 Measured results of wastewater from antimony mine tailings pond /(mg·L-1)

綜上，銻礦尾礦庫廢水中主要的重金屬污染因子有Sb、As等。

同時(shí)，采樣收集企業(yè)A尾礦庫滲濾液及處理后滲濾液外排水進(jìn)行檢測分析，采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法評價(jià)，結(jié)果表明，銻礦尾礦庫滲濾液外排水中Sb超過《錫、銻、汞工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 30770—2014)表2標(biāo)準(zhǔn)限值。具體見表6。

表6 銻礦尾礦庫滲濾液實(shí)測結(jié)果Table 6 Measured results of leachate from antimony tailings pond /(mg·L-1)

綜上，銻礦尾礦庫滲濾液中主要的重金屬污染因子為Sb、As等。

采樣收集A尾礦庫周邊土壤樣本，采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法評價(jià)，檢測結(jié)果表明，BJS1的3個(gè)樣品均存在As超標(biāo)現(xiàn)象，其余監(jiān)測因子均滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量 建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018)中“第二類用地”篩選值要求，具體見表7。

表7 尾礦庫土壤環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果Table 7 Monitoring results of soil environmental quality status of tailings pond /(mg·kg-1)

2.2 銻礦尾礦庫環(huán)境影響分析

1)大氣環(huán)境影響

銻礦尾礦庫釋放的重金屬污染物先通過風(fēng)力擴(kuò)散進(jìn)入周圍大氣環(huán)境，再經(jīng)氣流擴(kuò)散向區(qū)域大范圍遷移，最后經(jīng)大氣沉降進(jìn)入土壤環(huán)境。風(fēng)向主導(dǎo)重金屬污染物在大氣中進(jìn)行水平方向遷移擴(kuò)散，風(fēng)力則主導(dǎo)重金屬污染物遷移的距離。在低風(fēng)速大氣條件下，污染物遷移的影響范圍變小，但重金屬污染物初始濃度值很高。劉琛[5]研究表明：山谷型尾礦庫的揚(yáng)塵污染范圍不會很廣，但局部尾礦塵濃度較高。我國銻礦尾礦庫主要為山谷型尾礦庫，在風(fēng)力侵蝕作用下，銻礦尾礦庫產(chǎn)生的揚(yáng)塵對周邊環(huán)境空氣會造成Sb、As、Zn等重金屬污染影響。

2)水環(huán)境影響

朱靜等[6]研究表明，受銻污染的水環(huán)境基本分布在礦區(qū)及其周邊區(qū)域，湖南錫礦山周邊水體呈中性至弱堿性，水樣中礦化度和硬度均較高，銻濃度為4.851～29.423 mg/L，平均值為10.065 mg/L，最高超標(biāo)倍數(shù)為5 884倍。溫冰[7]研究表明，湖南錫礦山典型銻礦區(qū)水環(huán)境中銻含量普遍較高且分布范圍較廣，其中地表水體銻含量為0.18～8.12 mg/L，平均值為3.64 mg/L；不同賦存巖層中地下水銻含量普遍較高，地下水中銻含量為0.015～47.4 mg/L，平均值為4.56 mg/L。銻礦尾礦庫廢水如不收集或收集后未經(jīng)處理通過地面漫流進(jìn)入地表水體，將會造成地表河流Sb、As的重金屬污染。此外，若銻礦尾礦庫在建設(shè)時(shí)，沒有進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，對比方案選擇庫址，且沒有進(jìn)行必要的防滲措施，銻礦尾礦庫滲濾液可能會從庫底滲漏進(jìn)入地下水，對地下水環(huán)境產(chǎn)生Sb、As等重金屬污染影響，且具有隱蔽性，不易發(fā)現(xiàn)。

3)土壤環(huán)境影響

土壤中重金屬污染已成為一個(gè)區(qū)域性環(huán)境問題，礦山開采和選冶、廢棄(尾)礦渣的堆放已成為礦山環(huán)境銻、砷的一個(gè)主要來源[8]。李航彬等[9]研究表明，冷水江、桃江、安化等銻礦區(qū)土壤中銻含量平均值分別為592.68、855.63和618.42 mg/kg，分別超過區(qū)域土壤背景值199倍、287倍和208倍。礦區(qū)及尾礦庫周邊土壤受到污染的途徑主要有大氣沉降、地面漫流及入滲等，根據(jù)收集到的銻礦采選企業(yè)周邊土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合銻尾礦主要重金屬成分，結(jié)果表明銻礦尾礦庫周邊土壤呈弱堿性，存在Sb、As、Zn等重金屬污染影響。

綜上，在一定條件下，銻礦尾礦庫對環(huán)境空氣、地表水、地下水和土壤等環(huán)境存在重金屬污染影響，具體見表8。

表8 銻礦尾礦庫環(huán)境影響主要途徑和污染因子Table 8 Main environmental impact ways and pollution factors of antimony mine tailings pond

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，全國共有34座銻礦尾礦庫，主要分布在湖南、貴州、江西、云南、廣西、西藏等省、自治區(qū)，銻尾礦堆存量約962萬m3。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析湖南、廣西等地銻礦采選企業(yè)的數(shù)據(jù)資料，銻尾礦產(chǎn)生系數(shù)一般為0.96～0.97 t/t 原礦。通過采樣檢測、收集資料等方式，對銻尾礦主要成分及其屬性、銻礦尾礦庫廢水、周邊土壤等監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法評價(jià)，結(jié)果表明銻礦尾礦庫主要重金屬污染因子為Sb、As、Zn。

3.2 建議

銻礦尾礦庫可以通過揚(yáng)塵、地面漫流、廢水泄露及滲漏等途徑造成大氣、地表水、地下水、土壤等環(huán)境重金屬污染。在大氣環(huán)境污染防治方面，建議在干灘采用抑塵劑、灑水或堆積壩復(fù)墾等措施防治揚(yáng)塵。在水環(huán)境污染防治方面，建議尾礦庫滲濾液和庫內(nèi)澄清水經(jīng)化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法等方法處理后，全部泵送至選礦廠循環(huán)使用，不外排；在尾礦庫周邊設(shè)置地下水質(zhì)監(jiān)控井，定期監(jiān)測，及時(shí)掌握礦區(qū)地下水水質(zhì)動態(tài)變化。在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控方面，建議有條件的尾礦庫，可在初期壩下游一定距離處設(shè)截滲墻；在尾礦庫值班室旁設(shè)置應(yīng)急物資庫房；在尾礦輸送管線低洼處設(shè)置事故應(yīng)急池。