有色金属矿山重金属迁移规律与污染评价探究

有色金属矿山重金属迁移规律与污染评价探究

申丹丹

世纪鑫海（天津）环境科技股份有限公司 天津市 300385

摘要：人类进步的过程中，对于矿产资源量的需要求不断提升，同时对矿产的种类需求也不断提高。近几年，由于大规模矿产资源的开发，导致环境污染问题突出，基于此本文以文献对比法和理论分析法，针对典型有色金属矿山的重金属迁移规律进行了分析，并依据相关的环境风险评价理论对相关研究模型的建立及应用进行了说明。

关键词：有色金属；矿山重金属；迁移规律；污染评价

土壤是自然环境系统中一个很重要的子系统，其受污染具有不可逆性、隐蔽性和后果的严重性，土壤污染不但会影响其本身的理化性质，而且直接影响到地下水及植物生长，最终危害到人体的健康。重金属的污染问题早在20世纪70年代就引起国内外广泛的关注。近年来我国许多省份对农用土壤及污灌区土壤的重金属含量及迁移规律进行了大量的调查和分析，由于土壤投入物资中污染元素的种类和量的变化，使得不同土壤受到污染的可变性增加。随着核工业的发展，矿山的开采和应用所引起的环境污染问题日益受到人们的重视^[1]。

矿产资源的开发利用必然会带来对于环境的污染和相关的灾害问题，重金属污染就是其中比较常见的环境问题。典型有色金属矿因在地理位置、开采规模和方法上具有一定的代表性，同时还具有一定的历史可追溯性，在关于矿山重金属迁移规律的研究上可以取得更具价值的研究成果，因此以典型性有色金属矿山为对象进行针对重金属污染控制和治理研究具有极强的现实意义。本文以某铅锌矿的相关数据作为研究重点，对典型有色金属矿山的重金属迁移规律与污染评价进行研究。

1研究内容

此次研究是基于矿物学、环境化学、统计学、流体力学和污染生态学等学科理论，对典型有色金属矿山进行考察采样，通过结合实验室化学分析与数理统计的方法，深入了解典型有色金属矿山的重金属污污释放迁移规律，并就其对环境的实际污染状况进行评价研究。采样、处理、分析：基于金属矿区所在的地理位置和当地气候条件以及矿区的污染历史及治理情况，利用化学多无素分析、化学物相分析等手段对矿区的污染试样进行观察、测试和统计，以此对矿山的矿物组成元素进行详细了解，并形成相关研究的最基础资料。在相关数据信息中，尾矿的化学元素及组成特证是需要重点关注的内容，因此需要加强这一部分的采样分析工作。采样过程中，按照有色金属矿产开发的工序对矿区土壤进行4种类型的划分。通过对该金属矿区的采矿活动过程的分析和计算，认为重金属环境地主要场所是该矿区的尾矿库。通过分析发现，尾矿经过化学反应后释放出的主要是H⁺、Fe^x+、 -等成分和一些其他的金属离子，同时还会向尾矿孔隙水中释放酸性溶液，以此进一步加速硫化物基他矿物质的氧化和溶角，使更多的重金属元素得到释放，加大污染的程度^[2-3]。

重金属迁移的数字模型研究：在矿山重金属迁移中，尾矿废水（AMD）是使其污染不断扩大的关键，因此针对重金属迁移的数字模型也是针对AMD使重金属向土壤迁移的数学模型。尾矿中的硫化物经过氧化后，使AMD酸化，再通过AMD在土壤中多孔介质中的流体力学过程及化学反应及分子扩散过程，开启示了各种重金属化合物在酸性环境下发生一系列的化学反应。该数学模型考虑到了AMD在土壤孔隙中的流动速度和方向上的不同而导致其在渗透时出现弥散现象，因此基于地下渗流理论，并结合了多孔介质的水动力弥散理论，最终形成了AMD重金属迁移的数学模型。通过数学模型，以尾矿氧化机理为依据计算出土壤中的重金属的浓度，可以对尾矿重金属污染程度的量化规律进行深入了解。

矿山重金属污染评价研究：该矿区的重金属污染非常严重，以Pb、Zn的污染最为突出。土壤中重金属无素的变异系数保持在55%-171%之间，各种元素的含量差距可达43-511倍，由此可见矿区生产对该地区的土壤化学组成形成了极大的影响。

根据对矿区污染片区的划分，对4个不同区域的土壤重金属污染程度比较得出的结果是坑道废水污染区<污风沉降污染区<精矿运输污染区<尾矿污染区，相关的梅罗综合指数评价分别为8.99、9.76、65.54、177.60。根据相关污染综合评价指数可以看出矿区生产活动已对周边环境造成了严重的土壤重金属污染，而尾矿成为重金属污染的重灾区，由此也提示了相关人员应将污染控制和治理的重点放在尾矿污染区。重金属在被释放进河流后，会自然沉降、滞留，因此出现了重金属浓度随河流的流向越向下流重金属的含量越低^[4]。

2矿区环境重金属污染综合评价

通过对矿区大气、水体、土壤的重金属污染进行综合评价认为该矿区总体的重金属污染情况较为严重。目前，该矿区的重金属Pb、Zn、Cd、As含量已超过环境标准上限的1.34、3.02、13.75、11.56倍，而通过模型计算显示经过10年的时间，该矿区的尾矿周边土壤环境中的重金属含量还会不断增加，重金属Pb、Zn、Cd、As在土壤中的含量将分别达到目前的1.335、1.191、1.866、2.710倍。因此，如不及时采取有效的污染控制和治理手段，必将造成该矿区严重的重金属污染，并严重威胁到周边环境及居民的正常生活，甚至可能出现该区域内大面积的人员重金属中毒事件

^[5]。

3矿山重金属污染风险评价及控制措施

结合该区域重金属污染的程度和毒性响庆系数的计算，探讨了其生态危害系数，利用计算机软年MATLAV对相关数据进行了大量的整合，由此对该矿区不同类型土壤的生态风险指数ERI进行了计算，得出该区域的总体环境质量处于较差的状态，重金属风险很高，尤其是精矿运输污染区的ERI呈现出极高的状态。

基于以上研究取得的数据，提出了一系列控制和治理环境重金属污染的建议，即提高对重金属污染的认识，重视其危害性，通过加强科研投入和采用矿山环境影响评价体系，制定相关的治理政策，鼓励民营资本加入到尾矿的回收利用工作中，以此减少尾矿的重金属释放量，达到有效控制重金属污染的目的。

4结束语

根据以上对典型性有色金属矿山的重金属迁移规律与污染评价研究，得出以下结论：

1. 有色金属矿产的开发利用必然伴随着矿区的环境受到重金属污染的困扰。各种不同的土壤重金属元素之间存在浓度的正相关性，说明元素污染的来源和程度具有相似性。

（2）井下坑道废水是导到矿区河流形成严重污染的主要原因。同于重金属在进行河流后会形成沉降和滞留，因此河流的重金属浓度会随河流的流向逐渐下降。

（3）尾矿库是导到重金属污染的高危区域，在尾矿库区域内，各种重金属成分发生一系列化学反应，并形成了向地表环境进行迁移的污染机制。因此，需加强对尾矿的综合回收，控制尾矿的重金属排放^[6]。

（4）在典型性有色金属矿山中，重金属的迁移与尾矿中受硫化物氧化形成的酸化尾矿废水（AMD）密切相关。AMD通过土壤的多孔介质流体力学过程，依据水力学原理，对重金属在土壤中的迁移提供了可能性。

参考文献

[1]韦光，贺基文，胡欣欣.典型有色金属矿山重金属迁移规律与污染评价研究[J].世界有色金属，2017(06):54-55.

[2]罗根华，饶猛刚，王帅，陈婷婷.煤矸石-土壤混合基质对小白菜生长的影响及Pb迁移规律[J].地球与环境，2015，43(01):14-20.

[3]李娟.高硫煤矸石废弃地重金属污染特征及其迁移规律研究[D].中国矿业大学(北京)，2012.

[4]张晶，胡宝群，冯继光.某铀矿山尾矿坝周边水土的重金属迁移规律研究[J].能源研究与管理，2011(01):27-29.

[5]周元祥.安徽铜陵典型尾矿库地球化学和环境地球化学效应[D].合肥工业大学，2009.

[6]胡瑞霞，高柏，胡宝群，冯继光.某铀矿山尾矿堆积区周边土壤中重金属迁移规律初探[J].铀矿冶，2009，28(01):15-17.