銅礦尾庫(kù)對(duì)礦區(qū)環(huán)境的危害及其治理研究進(jìn)展

(湖南省江華瑤族自治縣環(huán)境保護(hù)局 湖南 永州 425500)

銅礦尾庫(kù)對(duì)礦區(qū)環(huán)境的危害及其治理研究進(jìn)展

趙瑩

(湖南省江華瑤族自治縣環(huán)境保護(hù)局湖南永州425500)

闡述了銅礦尾庫(kù)對(duì)環(huán)境的主要污染形式，針對(duì)銅礦尾庫(kù)對(duì)銅礦資源的浪費(fèi)以及環(huán)境的污染，分別對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)目前尾礦庫(kù)資源的綜合利用情況，銅礦尾礦庫(kù)區(qū)的生態(tài)修復(fù)進(jìn)行了綜述。

銅礦；尾礦庫(kù)；綜合利用；生態(tài)修復(fù)

一、前言

銅礦資源不僅是人類生存、發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。我國(guó)作為一個(gè)銅礦資源較缺乏的國(guó)家，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展對(duì)銅礦的需求量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國(guó)銅礦儲(chǔ)量為2836萬噸，2013、2014年的銅礦砂及其精礦進(jìn)口量分別達(dá)到了1007、1181萬噸。

針對(duì)巨大的市場(chǎng)缺口，我國(guó)對(duì)銅礦的開采量不斷增加，也導(dǎo)致大量尾礦的堆積。尾礦庫(kù)不合理處理，會(huì)對(duì)金屬資源、礦區(qū)環(huán)境及周邊人民的生活帶來負(fù)面影響。

二、銅礦尾庫(kù)的主要污染形式

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有銅尾礦庫(kù)1500余座，堆積尾礦總量達(dá)50多億噸，占用耕地2.6萬km2，而且每年仍排放尾礦5億多噸[1]。這些尾礦若得不到及時(shí)妥善的處理，將以大氣、土壤、水體污染等形式給礦區(qū)的帶來諸多負(fù)面影響。

(一)大氣污染。在金屬礦產(chǎn)資源開發(fā)活動(dòng)如開礦、選礦、冶煉的過程中，礦石中的大量重金屬元素和SO2等有害氣體會(huì)伴隨著礦塵、廢氣等直接進(jìn)入礦區(qū)及其周邊地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)各礦山尾礦200目含量在50%以下的為28.57%，占50%-70%的為42.86%，占70%以上的為28.57%[2]。因此，礦區(qū)的粉塵污染往往非常嚴(yán)重，在干燥的大風(fēng)季節(jié)便會(huì)砂塵飛揚(yáng)，落砂范圍有時(shí)可達(dá)千米之外。

(二)土壤和水體。相比于大氣污染，礦區(qū)的土壤和水體的污染更具有潛伏性和隱蔽性，并且治理成本更高，治理周期更長(zhǎng)，一旦污染很難恢復(fù)。

金屬礦區(qū)土壤中重金屬多為致癌或致突變性的有毒重金屬，如Pb、Cd、As、Cr等。尾礦區(qū)的細(xì)粒廢石和尾礦渣經(jīng)過長(zhǎng)期露天堆放，會(huì)隨著雨水、地表徑流滲入到土壤之中，這些有害物質(zhì)、放射性物質(zhì)在土壤中不易被微生物降解，經(jīng)過吸附、溶解、沉淀、絡(luò)合等過程在土壤中不斷積累，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)引起土壤酸化、鹽漬化，改變土壤微生物的多樣性，導(dǎo)致土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化，影響農(nóng)作物、森林的生長(zhǎng)。

張翔等人[2]對(duì)四川彭州銅尾礦沙的重金屬含量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果顯示Cu的有效態(tài)高達(dá)290mg/kg，遠(yuǎn)超過土壤中正常值，嚴(yán)重影響植物的正常發(fā)育。陳文韜等人對(duì)某銅礦尾礦庫(kù)的周邊土壤和水體中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr五種重金屬的含量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示該尾礦區(qū)的礦渣經(jīng)過長(zhǎng)期堆放，雨水的淋洗沖刷以及風(fēng)化，引起尾礦庫(kù)周邊土壤中和水體中大范圍的重金屬污染。

三、銅尾礦的綜合利用

我國(guó)的銅礦多為低品位礦山，平均品位大約為0.077%，湖南省內(nèi)的銅礦山更是如此，越是低品位的銅礦所產(chǎn)生的尾礦也越多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，低品位銅礦每產(chǎn)出1t礦產(chǎn)銅就會(huì)有400t廢石和尾礦產(chǎn)生，因此尾礦的綜合利用顯得格外重要。銅尾礦的綜合利用主要包括兩方面：一是尾礦再選，再回收有用礦物；二是尾礦的直接應(yīng)用，使其成為二次資源。

(一)二次選礦回收金屬。降低銅礦廢渣中重金屬的含量是減輕銅礦尾庫(kù)中的重金屬對(duì)環(huán)境的影響的核心。銅礦尾礦含銅為0.02%-0.1%，大量有用成分例如Ni、Co、Fe、Ag、Au等金屬損失在尾礦中。

對(duì)銅礦尾礦進(jìn)行二次選礦和冶煉是回收尾礦中有價(jià)金屬，并降低銅礦廢渣中重金屬的含量的有效方法，在國(guó)內(nèi)已有許多成功的案例。例如德興銅礦尾礦中含銅、銀、金，經(jīng)再選加工獲得含Cu22%-24%的銅精礦，銅中礦加工廠一年回收銅9.2t、硫l000t、金33.4kg，產(chǎn)值1300萬元，為德興銅礦高標(biāo)準(zhǔn)利用銅尾礦開創(chuàng)了良好前景。安慶銅礦尾礦中含銅0.119%、含鐵11%，該礦對(duì)尾礦中銅、鐵資源進(jìn)行了綜合回收，獲得含銅16.94%的銅精礦和含鐵63%的鐵精礦。

(二)尾礦直接利用。目前尾礦的利用主要分為對(duì)礦采空區(qū)進(jìn)行充填和直接利用，其中，尾礦的直接利用是指不經(jīng)過再選及回收，對(duì)銅尾礦資源進(jìn)行分選，制備具有高附加值的功能或結(jié)構(gòu)材料。

德興銅礦所制備的地面磚表面層抗壓強(qiáng)度為50～60MPa，底層抗壓強(qiáng)度為20～30MPa，均達(dá)到國(guó)家混凝土路面磚的合格品標(biāo)準(zhǔn)。馮啟明等人制備出制品干燥容重僅為頁(yè)巖實(shí)心磚的1/2～2/3、抗壓強(qiáng)度達(dá)到3.6～10.4MPa的低能耗環(huán)保型墻體材料。

四、銅尾礦庫(kù)區(qū)的生態(tài)恢復(fù)

礦區(qū)重金屬污染不僅指Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ag、Sn等，從毒性的角度看還包括As、Al、Se等元素。尾礦礦區(qū)廢棄地的土壤含有各種重金屬，其含量可達(dá)到國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的幾十倍甚至幾百倍。目前治理土壤重金屬污染主要有以下三種途徑：一是改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)；二是改變種植制度，避免重金屬通過食物鏈影響生物和人體健康；三是利用生物或工程技術(shù)方法從土壤中去除重金屬，降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性。從治理類型的角度可以劃分為化學(xué)修復(fù)、植被修復(fù)、微生物修復(fù)三種修復(fù)方式。

(一)化學(xué)修復(fù)。化學(xué)修復(fù)是指利用化學(xué)萃取劑、改良劑、抑制劑等化學(xué)溶劑，使重金屬在土壤中的水溶性、遷移性和生物毒性降低，通過氧化還原、沉淀、吸附、催化、水解和拮抗等作用降解污染物或?qū)⒏叨疚廴疚镛D(zhuǎn)化為低毒性或移動(dòng)性較低的化學(xué)形態(tài)。最常見的化學(xué)修復(fù)法是土壤改良劑法和萃取淋洗法。

改良劑法是將重金屬滯留于土壤中，通過增加土壤有機(jī)質(zhì)、陽(yáng)離子代換量以及黏粒的含量，改變pH、Eh和電導(dǎo)等理化性質(zhì)，使得土壤中的重金屬發(fā)生氧化、沉淀、還原、吸附、抑制和拮抗作用，增加土壤團(tuán)聚性，降低土壤中重金屬的遷移性、生物有效性，以及土壤中重金屬的毒性，從而減小土壤中的重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害。

土壤淋洗技術(shù)是將水或含有沖洗助劑的螯合劑、酸/堿溶液、絡(luò)合劑、表面活性劑、無機(jī)溶劑等淋洗劑注入到污染土壤或沉積物中，通過水力學(xué)或機(jī)械攪動(dòng)土壤顆粒，使污染物與土壤顆粒分離的過程。該技術(shù)的關(guān)鍵是既能提取各種形態(tài)的重金屬，又不破壞土壤結(jié)構(gòu)淋洗液。

(二)植被修復(fù)。植物修復(fù)是成本最小的修復(fù)技術(shù)之一，其原理是利用某些植物能忍耐和超量富集某種或某幾種重金屬的特性來吸收、轉(zhuǎn)移土壤中的重金屬，從而達(dá)到清潔污染土壤的目的。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的超積累植物約500種，廣泛分布于植物界的45個(gè)科，湖南省境內(nèi)已發(fā)現(xiàn)許多具有超重金屬積累的植物。研究表明海洲香薷由于其生物量大，根系能超積累Cu，植株Cu總積累較高的特點(diǎn)可用于Cu污染土壤的植物修復(fù)；陳同斌等人在湖南常德發(fā)現(xiàn)的鳳尾蕨屬植物蜈蚣草、中科院韋朝陽(yáng)等人在湖南發(fā)現(xiàn)的大葉井口邊草具有顯著的As積累能力。

(三)微生物修復(fù)。微生物學(xué)修復(fù)法是利用微生物的生命代謝活動(dòng)對(duì)這些重金屬的需求，來對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行吸收、沉淀、氧化還原等作用，從而改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，降低環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無害，從而使污染的土壤部分地或完全地恢復(fù)到原始狀態(tài)。相比化學(xué)修復(fù)，微生物修復(fù)具有成本低廉、修復(fù)徹底等優(yōu)點(diǎn)。但是其局限性在于微生物有些情況下不能將污染物全部去除；

四、結(jié)語(yǔ)

本文基于我國(guó)“發(fā)展礦業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)綠色礦業(yè)”的思路，針對(duì)湖南省省內(nèi)銅礦產(chǎn)資源匱乏，低品位、共伴生礦產(chǎn)多的特點(diǎn)和銅礦尾庫(kù)產(chǎn)量大、污染嚴(yán)重的問題，對(duì)銅礦尾庫(kù)對(duì)礦區(qū)環(huán)境的影響方式、銅礦尾庫(kù)綜合利用方式、礦區(qū)環(huán)境修復(fù)方法進(jìn)行了總結(jié)介紹。提高銅礦的開采效率、倡導(dǎo)銅礦尾庫(kù)的綜合處理、大力開展礦山環(huán)境修復(fù)，對(duì)提高湖南省銅礦資源綜合利用水平和環(huán)境質(zhì)量，使礦產(chǎn)資源可持續(xù)發(fā)展、自然環(huán)境得到有效保護(hù)具有重要意義。

[1]王蘋,董風(fēng)芝.某銅礦尾礦的綜合利用[J].金屬礦山,2010,(405):177-179.

[2]張翔.彭州銅尾礦植被特征及尾礦沙對(duì)白車軸草生長(zhǎng)發(fā)育的影響[D].成都:四川師范大學(xué),2007.

趙瑩(1984-)，女，助理工程師，本科，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)和執(zhí)法工作。