相山鈾礦尾礦污染機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究

張德富 呂婷婷 盧濤 郭秋霞

(1.江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000；2.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013；3.贛州市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江西 贛州 341000；4.貴州省紫云自治縣狗場中學(xué)，貴州 安順 550800)

0 引言

相山尾礦庫位于江西省樂安縣公溪鎮(zhèn)蓮塘與崇仁縣馬安鎮(zhèn)潭源村交界處，自1973年開始投入使用，設(shè)計(jì)庫容量為1900萬m3，存放尾砂約5800 萬t，屬三級(jí)庫，庫區(qū)匯水面積1.63km2。礦區(qū)地形屬中～低山區(qū)，三面環(huán)山，庫型為山谷型，相對(duì)高差約150m。尾礦庫附近有水冶廠，721 礦部距離尾礦庫和水冶廠約7km。礦石在選冶過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的尾礦砂和尾礦漿，通常情況下處理1t 鈾礦石，大約會(huì)產(chǎn)生1.1～1.2t 的尾礦砂和尾礦漿，開采過程中“三廢”的產(chǎn)生量巨大。尾礦砂和尾礦漿中含有的放射性元素U、Th 及重金屬元素Mn、Fe、Cd、Ni、Zn、Cu 等會(huì)隨水流遷移進(jìn)入到環(huán)境中，最終在土壤中沉淀，污染土壤并毒害農(nóng)作物，危害人類健康。

1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)所用樣品為2016年7月14日取自相山尾礦庫的尾砂，將樣品分為兩組，一組為砂樣，樣品編號(hào)為160714-WKB-1，鈾的含量為625μg/g；另一組為黏土樣，樣品編號(hào)為160714-WKB-3，鈾的含量為736μg/g；在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)室溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將樣品粉碎、過篩至200 目，分別用去離子水、濃度為2.5%、5%、7.5%的硫酸放置在25℃恒溫水浴鍋中浸泡10d，期間每天用磁力攪拌器攪拌30 分鐘，之后，離心分離出上清液和渣樣，渣樣則用所對(duì)應(yīng)的浸泡溶液清洗，渣樣烘干保存，送實(shí)驗(yàn)室檢測浸泡后渣樣的成分。在實(shí)驗(yàn)過程中同時(shí)測定浸出液的pH 值、Eh 值。

2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及藥劑

2.1 試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備

FA2004 電子天平秤(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)、SHA-B 恒溫振蕩器(常州國華電器有限公司)、DK-98-ⅡA 電熱恒溫水浴鍋(天津市泰斯特儀器有限公司)、101-1AB 電熱鼓風(fēng)干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)、HC-2518 高速離心機(jī)(安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司)、YL-040S超聲波清洗機(jī)(深圳市歌能清洗設(shè)備有限公司)、PHS-3CpH 計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)、10mL 移液管、250mL 錐形瓶、10mL 離心管、燒杯、量筒、錐形瓶等。

2.2 試驗(yàn)所用主要試劑

去離子水、98%濃硫酸。

3 實(shí)驗(yàn)過程

(1)砂樣，黏土樣各稱取4 份樣品，每份樣品50g，分別放入250mL 的錐形瓶中，分別對(duì)應(yīng)加入100mL 去離子水、濃度為2.5%、5%和7.5%的硫酸進(jìn)行浸泡。(2)放置在25℃恒溫水浴鍋中保溫浸泡10d。(3)期間每天用恒溫振蕩器振蕩30min，靜置后，用pH 計(jì)測量Ph 及Eh。(4)用離心機(jī)離心分離出上清液和渣樣，渣樣用所對(duì)應(yīng)的浸泡液清洗3～5 遍。(5)最后渣樣放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中在60℃下干燥24h，保存送樣。

4 結(jié)果及討論

4.1 Eh、pH變化

砂樣在去離子水的淋浸下，浸出液pH 值變化幅度為6.67～8.04；在2.5%H2SO4淋浸下，浸出液pH值變化幅度為0.62～2.68；在5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值變化幅度為0.25～1.05；在7.5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值變化幅度為0.03～0.54。黏土樣在去離子水的淋浸下，浸出液pH 值變化幅度為6.78～8.37；在2.5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值變化幅度為3.28～6.07；在5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值變化幅度為0.7～1.97；在7.5%H2SO4淋浸下，浸出液pH 值變化幅度為0.27～0.96。

浸出液的pH 值在0～7d 內(nèi)緩慢上升，7～9d 內(nèi)略微下降，然后趨于穩(wěn)定。pH 值緩慢上升的原因可能是鈾尾礦樣中含有的碳酸鹽或石灰等堿性物質(zhì)與H2SO4發(fā)生中和反應(yīng)，pH 值略微下降的原因可能是尾礦砂內(nèi)包裹的FeS2等硫化物被H2SO4酸化溶解。

Eh 代表氧化還原電位，電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負(fù)則表示溶液顯示出還原性，除了去離子水顯示為還原性外，其余溶液均顯示為氧化性，Eh 隨著時(shí)間緩慢變小，最后趨于穩(wěn)定，與pH 的變化趨勢大致相反。

砂樣和黏土樣在相同的浸泡液下pH 值變化也有所不同。去離子水浸出液pH 值基本相同，在相同酸性浸泡溶液中，黏土樣浸泡溶液的pH 值要比砂樣大，原因可能是黏土樣中含有更多的碳酸鹽或石灰等堿性物質(zhì)，以及黏土樣的顆粒更小，與H2SO4接觸的表面積大，使得與H2SO4的作用更加強(qiáng)烈，可以中和更多的H2SO4。

4.2 U元素變化

砂樣分別用去離子水、濃度為2.5%、5%及7.5%的H2SO4浸泡(表1)，鈾的浸出率隨著H2SO4濃度的增加而增大，去離子水對(duì)鈾的浸出效果相當(dāng)微弱，浸出率僅為0.7%左右，在誤差范圍內(nèi)可認(rèn)為不變；濃度為5%和7.5%的H2SO4對(duì)U 的浸出效果明顯好于去離子水和濃度為2.5%的H2SO4，且兩者對(duì)鈾的浸出率相差不大，推測濃度為5%的H2SO4對(duì)鈾浸出達(dá)到最佳效果。

相同浸泡液下，黏土樣中鈾的浸出率要高于砂樣，這可能由于黏土顆粒更小更容易與H2SO4反應(yīng)，反應(yīng)速率更快。鈾的浸出率沒有達(dá)到百分之百，推測尾砂中的鈾以難浸鈾礦物或被脈石礦物包裹的形式存在，化學(xué)反應(yīng)緩慢，浸出較困難。為加快鈾的浸出速率，提高鈾的浸出率，我們后期將設(shè)計(jì)在5%H2SO4最佳浸出濃度下，加入不同濃度的氧化劑，探索氧化劑對(duì)鈾浸出行為的影響。

表1 在不同濃度H2SO4浸泡下鈾的浸出率

5 結(jié)語

通過對(duì)尾礦庫尾砂污染機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究，我們可以得到以下結(jié)論：(1)浸出液的pH 值在0～7d 內(nèi)緩慢上升，7～9d 內(nèi)略微下降，然后趨于穩(wěn)定。pH 值緩慢上升的原因可能是鈾尾礦樣中含有的碳酸鹽或石灰等堿性物質(zhì)與H2SO4發(fā)生中和反應(yīng)，pH 值略微下降的原因可能是尾礦砂內(nèi)包裹的FeS2等硫化物被H2SO4酸化溶解。(2)相同酸性浸泡溶液中，黏土樣浸泡溶液的pH 值要比砂樣浸泡溶液pH 值大，可反映出黏土對(duì)重金屬元素的浸出效果更好。(3)U 的浸出率隨著H2SO4濃度的增加而增大，濃度為5%和7.5%的H2SO4對(duì)U 浸出效果相差不大，推測濃度為5%的H2SO4對(duì)U 的浸出效果達(dá)到最佳。