歷史遺留場(chǎng)地黃金堆浸尾渣周邊土壤及地下水污染狀況研究

姜久寧

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038)

0 前言

20世紀(jì)60年代,我國(guó)引進(jìn)氰化提金技術(shù),目前全國(guó)85%以上的成品金生產(chǎn)企業(yè)都采用氰化提金工藝[1]。氰化提金工藝具有操作簡(jiǎn)單、金回收率高、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)[2]。在90年代初國(guó)家鼓勵(lì)興辦實(shí)體經(jīng)濟(jì)的歷史背景下,部分個(gè)體小規(guī)模黃金堆浸企業(yè)通過(guò)堆浸工藝獲得粗放型經(jīng)濟(jì)效益,但是產(chǎn)生了大量含劇毒氰化物的尾渣。氰化物屬于劇毒物質(zhì),會(huì)與人體內(nèi)高鐵細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合,生成氰化高鐵細(xì)胞色素氧化酶而失去傳遞氧的功能,從而使細(xì)胞受到麻痹而造成人的窒息死亡[3]。此外,重金屬污染具有普遍性、隱蔽性和不可逆性,對(duì)人體健康具有顯著威脅[4]。遺留的氰渣成為歷史遺留污染源,造成的環(huán)境問(wèn)題日益凸顯[5]。因此,為防止堆浸尾渣污染環(huán)境,加強(qiáng)氰化尾渣管理,須研究歷史遺堆浸尾渣的污染特征[6]。

本研究選擇甘肅、新疆兩地共計(jì)三處歷史遺留黃金堆浸尾渣場(chǎng)地作為研究對(duì)象,關(guān)注主要污染物氰化物及重金屬的分布。依據(jù)《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.1—2019)等導(dǎo)則規(guī)范,對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行走訪調(diào)查、樣品采集檢測(cè),充分了解該場(chǎng)地主要污染物種類及污染范圍,為土壤環(huán)境污染防治提供有力支撐。

1 材料與方法

1.1 場(chǎng)地概況

現(xiàn)場(chǎng)地均已停產(chǎn)多年,研究對(duì)象主要為歷史遺留黃金堆浸尾渣及周邊土壤。甘肅A場(chǎng)地堆浸尾渣69處,堆浸尾渣面積162 319 m2,方量約797 033 m3。甘肅B場(chǎng)地內(nèi)堆浸尾渣4處,堆浸尾渣面積10 500 m2,方量約50 000 m3。新疆C場(chǎng)地內(nèi)堆浸尾渣92處,堆浸尾渣面積6 340 000 m2,方量約2 400 000 m3。A、B、C場(chǎng)地采用的黃金提取工藝流程為:將含金礦破碎后運(yùn)至堆浸場(chǎng)按一定方式堆積成為礦堆,然后在礦堆表面噴灑氰化鈉溶液,浸出劑從上至下均勻滲濾通過(guò)固定礦堆,使金進(jìn)人浸出液中,滲濾浸出所得貴液中的金含量常較低,需采用活性炭吸附回收金和銀(一般用4～5個(gè)活性炭柱富集金和銀),載金炭解吸所得貴液送電積得到成品金。脫金和銀后的貧液經(jīng)調(diào)整濃度和pH值后返回礦堆進(jìn)行滲濾浸出。原輔材料主要為氰化鈉、石灰等[7]。

A場(chǎng)地礦區(qū)地下水主要?jiǎng)澐譃榈谒南邓缮r類孔隙水和中泥盆統(tǒng)碎屑巖類孔隙裂隙水兩類。B場(chǎng)地區(qū)域揭露的地層有粉土、角礫和表層卵石,皆為強(qiáng)透水層,區(qū)域基巖為隔水底板,地下水主要分布于角礫和卵石層中,屬孔隙潛水。C場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)地層簡(jiǎn)單,僅出露下石炭統(tǒng)南明水組地層及第四系殘坡積層,地下水水位較淺,埋深0.1～0.3 m。

三場(chǎng)地內(nèi)礦山采場(chǎng)大面積裸露,大量的尾渣堆體溝壑縱橫,尾渣堆體上寸草不生,整個(gè)礦區(qū)水土流失和植被破壞嚴(yán)重(圖1)。

圖1 A、B、C三場(chǎng)地現(xiàn)狀圖

1.2 污染識(shí)別

A、B、C場(chǎng)地在生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的黃金堆浸尾渣長(zhǎng)時(shí)間堆放,在大氣降水、地表徑流的作用下,造成周圍土壤、地下水污染,潛在污染物為氰化物、Hg、Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr6+、Ni等[8]。

1.3 樣品采集

為了研究黃金堆浸尾渣周邊土壤及地下水污染狀況,分別采集三個(gè)場(chǎng)地內(nèi)的堆浸尾渣、土壤、地下水樣品[9]。根據(jù)場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件、生產(chǎn)工藝資料、現(xiàn)場(chǎng)踏勘和人員訪談等資料,三個(gè)場(chǎng)地的堆浸尾渣采樣參照《危險(xiǎn)廢物鑒別技術(shù)規(guī)范》(HJ298)規(guī)定,本次重點(diǎn)評(píng)估在受到地表水或地下水浸瀝情況下堆浸尾渣中污染物的浸出情況。周邊土壤采樣參照《建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.1—2019)、《建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控和修復(fù)監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 25.2—2019)和《土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 166—2004)規(guī)定,本次重點(diǎn)研究堆浸尾渣周邊土壤中的污染物分布。地下水采樣參照《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 164—2004)導(dǎo)則,本次重點(diǎn)研究堆浸尾渣下游地下水中污染物濃度情況。

1.4 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和分析方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況及相關(guān)資料,堆浸尾渣檢測(cè)指標(biāo)為:參照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJ/T 299—2007),浸出液檢測(cè)項(xiàng)目為Hg、Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr6+、Ni;參照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》(HJ 557—2010),浸出液檢測(cè)項(xiàng)目為氰化物、Hg、Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr6+、Ni。土壤樣品檢測(cè)指標(biāo)為:《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)要求的45項(xiàng)基本項(xiàng)目以及鋅、氰化物。地下水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為:理化指標(biāo)(11項(xiàng))、重金屬(10項(xiàng))、VOCs(26項(xiàng))、SVOCs(10項(xiàng))、氰化物。樣品檢測(cè)分析方法均參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法。

1.5 評(píng)價(jià)方法

堆浸尾渣的酸浸與水浸結(jié)果分別應(yīng)與《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 腐蝕性鑒別》(GB 5085.1—2007)、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)第一類污染物最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比;土壤的檢測(cè)指標(biāo)應(yīng)與GB 36600—2018中第二類用地土壤篩選值及該區(qū)域未受人為擾動(dòng)的土壤對(duì)照點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比;地下水檢測(cè)指標(biāo)與《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)規(guī)定的所在地水域功能類別相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,同時(shí)分析污染物在堆浸尾渣及周邊土壤及地下水的分布情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 堆浸尾渣檢測(cè)結(jié)果

堆浸尾渣酸浸和水浸檢測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。

表1 A、B、C地塊堆浸尾渣酸浸及水浸砷元素檢測(cè)結(jié)果

表2 A、B、C地塊堆浸尾渣水浸總氰化物檢測(cè)結(jié)果

A場(chǎng)地選取69份堆浸尾渣進(jìn)行酸浸和水浸,所有樣品酸浸結(jié)果顯示砷元素均有檢出,其他檢測(cè)因子均未檢出,所有樣品浸出液的檢測(cè)因子均未超過(guò)鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB5085.1—2007);所有樣品水浸結(jié)果顯示砷元素均有檢出,其他檢測(cè)因子均未檢出,所有樣品的檢測(cè)因子均未超過(guò)GB 8978—1996第一類污染物最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)。

B場(chǎng)地選取23份堆浸尾渣進(jìn)行酸浸和水浸,酸浸結(jié)果顯示砷元素檢出率為91.30%,其他檢測(cè)因子均未檢出,所有樣品浸出液的檢測(cè)因子均未超過(guò)鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB 5085.1—2007);水浸結(jié)果中砷元素檢出率為82.6%,總氰化物(以CN-計(jì))檢出率為34.78%,其他檢測(cè)因子均未檢出,砷元素存在超過(guò)GB 8978—1996第一類污染物最高允許排放標(biāo)準(zhǔn)(0.5 mg/L)的樣品,超標(biāo)率為26.08%,其他檢測(cè)因子均未超標(biāo)。

C場(chǎng)地選取103份堆浸尾渣按照進(jìn)行酸浸和水浸。酸浸結(jié)果顯示砷元素均有檢出,其他檢測(cè)因子均未檢出,所有樣品浸出液的檢測(cè)因子均未超過(guò)鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB 5085.1—2007);水浸結(jié)果砷元素檢出率為86.40%,總氰化物(以CN-計(jì))檢出率為83.49%,其他檢測(cè)因子均未檢出。有1份樣品浸出液總氰化物含量(以CN-計(jì))超標(biāo)準(zhǔn)值(0.5 mg/L),超標(biāo)率0.97%,該樣品位于堆浸尾渣的最底部。

三個(gè)場(chǎng)地歷史遺留黃金堆浸尾渣195份樣品的檢測(cè)結(jié)果表明,所有樣品的砷元素含量均未超過(guò)鑒別標(biāo)準(zhǔn)。191份樣品水浸試驗(yàn)結(jié)果檢出總氰化物(以CN-計(jì))、Cu、As、Cd、Zn、Pb、Ni因子,其中砷超標(biāo)明顯,與金礦中伴生砷、銅、鋅等元素有關(guān)。為了解原礦重金屬伴生情況,收集A場(chǎng)地礦區(qū)礦石元素資料,多元素定量分析砷元素含量為0.49%,這表明礦石中砷背景含量較高?？偳杌?以CN-計(jì))僅在堆浸尾渣底部存在殘留,與開(kāi)采過(guò)程中使用氰化鈉有關(guān),大部分堆存的黃金堆浸尾渣中氰化物經(jīng)過(guò)多年的自然分解,含量降低。

2.2 土壤檢測(cè)結(jié)果

A、B、C三個(gè)場(chǎng)地的土場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖2 A、B、C三場(chǎng)地土壤試驗(yàn)樣品和對(duì)照樣品濃度

A場(chǎng)地選取112份土壤試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測(cè),在礦區(qū)周邊未受人為擾動(dòng)區(qū)域取4份土壤樣品作為對(duì)照樣。對(duì)照點(diǎn)樣品檢測(cè)因子檢測(cè)值均低于GB 36600—2018第二類用地土壤篩選值。試驗(yàn)樣品檢測(cè)結(jié)果中,砷含量超標(biāo)率為52.67%,其他因子均未超標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),砷含量最小值為8.9 mg/kg,最大值為1 758 mg/kg,最大超標(biāo)28.3倍,平均值為148.34 mg/kg。

B場(chǎng)地選取242份土壤試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測(cè),在礦區(qū)周邊未受人為擾動(dòng)區(qū)域取3個(gè)土壤樣品作為對(duì)照樣。對(duì)照點(diǎn)樣品檢測(cè)因子檢測(cè)值均低于GB 36600—2018第二類用地土壤篩選值。試驗(yàn)樣品檢測(cè)結(jié)果中,砷含量超標(biāo)率為60.74%,其他因子均未超標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),砷含量最小值為9.05 mg/kg,最大值為5 580 mg/kg,最大超標(biāo)92倍,平均值為720.79 mg/kg。

C場(chǎng)地選取115份土壤試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測(cè),在礦區(qū)周邊未受人為擾動(dòng)區(qū)域取5個(gè)土壤樣品作為對(duì)照樣。對(duì)照點(diǎn)樣品檢測(cè)因子檢測(cè)值均低于GB 36600—2018第二類用地土壤篩選值;試驗(yàn)樣品檢測(cè)結(jié)果中,砷含量超標(biāo)率為44.34%,其他因子均未超標(biāo)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),砷含量最小值為5.85 mg/kg,最大值為16 963 mg/kg,最大超標(biāo)281.72倍,平均值為1 427.12 mg/kg。

綜上所述,A、B、C三個(gè)場(chǎng)地對(duì)照點(diǎn)均為礦區(qū)周邊未受人為擾動(dòng)區(qū)域的點(diǎn)位,其砷元素均未超標(biāo)。三個(gè)場(chǎng)地堆浸尾渣下部及周邊的砷含量明顯偏高,這是因?yàn)榍杌呀峤鹕a(chǎn)過(guò)程金礦伴生砷含量高,隨著時(shí)間的推移,經(jīng)過(guò)雨水沖刷及滲濾液的作用,尾渣底部及附近的土壤、地下水遭受到砷元素污染有關(guān)。

2.3 地下水檢測(cè)結(jié)果

A、B、C三個(gè)場(chǎng)地的地下水檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 A、B、C地塊地下水中砷元素檢測(cè)結(jié)果

A場(chǎng)地共布設(shè)24個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn),1個(gè)對(duì)照點(diǎn)。對(duì)照點(diǎn)檢測(cè)元素均未超過(guò)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn);5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的砷含量超標(biāo),超標(biāo)率為20.83%,超標(biāo)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于堆浸尾渣堆放處地勢(shì)較低區(qū)域。

B場(chǎng)地共布設(shè)3個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn),1個(gè)對(duì)照點(diǎn),監(jiān)測(cè)點(diǎn)和對(duì)照點(diǎn)檢測(cè)因子均未超標(biāo),3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的砷元素均有檢出,對(duì)照點(diǎn)的砷元素未檢出。

C場(chǎng)地共布設(shè)15個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn),1個(gè)對(duì)照點(diǎn)。其中4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)砷元素含量超標(biāo),超標(biāo)率為26.67%,其他因子均未超標(biāo)。

A、B、C三場(chǎng)地對(duì)照點(diǎn)均位于礦區(qū)水文單元地下水上游,周邊無(wú)采開(kāi)采跡象,其檢測(cè)因子均未超標(biāo)。A、B、C三場(chǎng)地地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)中氰化物均未檢出,重金屬砷有檢出,存在點(diǎn)位超標(biāo)現(xiàn)象。這是因?yàn)槎呀苍邪樯V中砷含量高,隨著時(shí)間的推移,經(jīng)過(guò)雨水沖刷及滲濾液的作用,下滲到地下水中。

3 結(jié)論

以甘肅、新疆兩地三處歷史遺留黃金堆浸尾渣場(chǎng)地作為分析對(duì)象,研究了黃金堆浸尾渣及周邊土壤、地下水的污染狀況。研究共采集195份黃金堆浸尾渣樣品,其中191份試驗(yàn)樣品水浸結(jié)果檢出總氰化物(以CN-計(jì))、Cu、As、Cd、Zn、Pb、Ni因子,其中砷超標(biāo)明顯與金礦中伴生砷、銅、鋅等元素有關(guān),金礦石中砷背景含量較高?？偳杌?以CN-計(jì))在堆浸尾渣底部存在殘留,與開(kāi)采過(guò)程中使用氰化鈉有關(guān),氰化物經(jīng)過(guò)多年的自然分解,含量已降低。

三場(chǎng)地共計(jì)采集土壤試驗(yàn)樣品469份,土壤對(duì)照點(diǎn)樣品12份,對(duì)照點(diǎn)檢測(cè)因子均未超標(biāo),土壤試驗(yàn)樣品中砷元素超標(biāo)率54.80%,其他檢測(cè)元素均未超標(biāo)。堆浸尾渣下部及周邊土壤中砷元素含量明顯偏高,這是因?yàn)榍杌呀峤鹕a(chǎn)過(guò)程金礦伴生砷含量高,隨著時(shí)間的推移,經(jīng)過(guò)雨水沖刷及滲濾液的作用,渣堆底層及附近的土壤遭受到重金屬砷元素污染。

三場(chǎng)地共計(jì)采集地下水試驗(yàn)樣品42份,地下水對(duì)照點(diǎn)樣品3份,對(duì)照點(diǎn)檢測(cè)因子均未超標(biāo)。其中重金屬砷有檢出,存在點(diǎn)位超標(biāo)的情況。這與堆浸尾渣中伴生礦中砷含量高,隨著時(shí)間的推移,經(jīng)過(guò)雨水沖刷及滲濾液的作用,砷下滲到地下水中有關(guān)。