不同礦區中的金屬礦含量測定研究

程 錚

（遼寧省第四地質大隊有限責任公司，遼寧 阜新 123000）

近年來，隨著采礦業的快速發展和礦產勘查程度的逐年提高，主要開發和使用易開采，露天和淺礦。國內外的科學家已將注意力轉向尋找隱藏的礦床，深山洞中的礦體金屬礦的重要勘探目標，其中區域勘探是最重要的，具有理論，實踐和經濟意義。這次研究的區域，位于研究區域山脈南部的西坡上[1]。該區域位于大新安山脈中南部的成礦帶的西南邊緣。燕山火山活動和巖漿侵入活動很強，使其成為多金屬礦化的有利地點。多金屬礦區的地質條件艱巨，植被發達，第四紀覆蓋范圍廣。該地區以前的地質調查可以忽略不計，而地球物理和地球化學調查較少，單一地球物理和地球化學勘探方法的局限性。在對過去的地質數據進行系統分析的基礎上，結合研究區的地質，地球化學和地球物理特征，提出一種綜合的理化勘探方法[2]。

1 實驗材料與方法

（1）研究區概況。測試區域位于嶺南中，低海拔3001068.09m的 東 經113.40至113.43， 北 緯24.30至24.36。山脈從北到南，北高南低。采礦區的結構單元是礦山隆起區，高度為400m～800m。該地區主要是侵蝕的浮雕結構。該礦床位于南北脊之間的小型斜向盆地中，主要開采銅硫礦石，鉛鋅礦石以及少量的錳，銫，鎢，金和其他金屬。該地區屬亞熱帶季風氣候，全年溫暖多雨，年平均氣溫為16.8℃，年平均降雨量為1,673mm[3]。

（2）金屬礦采集與測定。根據不同區域內的金屬礦不同，將礦區分為6個部分，分別是：露天銅礦，露天鐵礦，里武垃圾填埋場，內部垃圾填埋場，采石場尾礦和生產生活區。基線情況如表1所示。從每個區域隨機選擇6個樣本，總共36個樣本。取5點表土樣品，厚度為0cm～2cm。清除雜物后，采用4點法取5千克，將其放入帶拉鏈的塑料袋中，然后送回實驗室。將樣品風干后，將其通過2mm尼龍篩磨碎以進行分析。采樣點的分布如圖1所示。

圖1 金屬礦產采集點

表1 礦山不同樣品采集分布

參照前人對礦山地質金屬礦性質側測定，總鉀采用熔融火焰氫氧化鈉的光度法，總氮用凱氏蒸餾法測定氮，速效磷采用HCl-HSO雙重酸浸法，速效鉀采用NHAc火焰浸出法，堿性氮采用堿性水解擴散法。使用德國標準pH計（Sartorius）PB-10（土壤：水-1：2.5）測量土壤的pH值，并通過重鉻酸鉀（國家標準GB7857287方法）測定有機物的含量。）。用HF-HCl與4-HNO3消化所有地質重金屬Cu，Mn，Cr，Zn，Pb和Cd，然后用美國制造的LeemanLabsProfile多通道電感耦合等離子體原子發射光譜儀（ICP-AES）測定狀態。數據符合Excel2003和SPSS19，用于處理和分析。

2 結果與分析

（1）不同功能區土壤重金屬含量。礦區各個功能區土壤中的重金屬含量。其中，土壤中的銅含量按降序排列：露天銅礦（1894mg/kg），高底墾尾礦場（1447mg/kg），露天鐵礦（1441mg/kg），內部垃圾填埋場（1172mg/kg），利武垃圾填埋場（1024mg/kg），工業和居民區（642mg/kg），因為銅礦和鐵礦石的露天開采是主要的采礦區域，主要用于礦石的開采，開采和加工，土壤中銅含量最高。從溝渠到露天礦場的尾礦堆中，土壤中的錳含量最高（達1661mg/kg），其余各點基本相同。土壤中鋅，鉛和鎘等重金屬元素的含量表示為露天鐵礦＞尾礦場＞垃圾填埋場＞露天銅礦＞工業和居民區。1389 973，分別為11.31mg/kg。這主要是由于缺乏有價值的優質礦石，土壤和巖石所致。鐵加工，銅加工和冶煉產生的爐渣被堆放起來，并在兩個垃圾填埋場和一個尾礦堆中進行處理。鐵礦石開采區和垃圾場中土壤的銅含量低于銅礦的裸露山區，但其他相關礦石已被開采并丟棄。銅的選擇過程會影響鋼筋的活性，并且與銅礦的露天礦相比，土壤中該成分的含量顯著增加。尾礦堆土壤中的Mn和Cr含量最高（分別為1661和1746.01mg/kg）。這可能是由于以下事實：這兩個元素不容易受到采礦和冶金過程的影響，并且它們中的大量殘留在扔入尾礦庫的爐渣中。

（2）不同土壤重金屬含量的相關性。表2顯示了礦區土壤中6種重金屬元素的相關性分析。表2表明，礦區內土壤中的銅含量與Zn和Cd含量呈極顯著正相關，而與土壤中Pb含量則呈顯著正相關。這是由于三種元素Cu，Zn和Pb的化學性質相似。所用的銅選擇工藝酸性糖漿還可以釋放一些重金屬元素。濃縮后的廢液與爐渣一起保留或傾倒在采礦區的廢棄土地和尾礦周圍，這也可能導致這種關聯。土壤中的錳含量與其他五個元素沒有顯著相關性。土壤中的鎘含量與土壤中的鉛含量呈顯著相關。對6種重金屬元素的主要成分分析表明，3個特征值均大于1，相應的特征值累積份額達到86.389。在6種重金屬元素Cu，Zn，Pb和Cd屬于同一類型中，其成分1載荷分別為0.796、0.810、0.803和0.772，表明這4種元素具有一定的同源性。Cr對主成分2的負荷大，為0.81。Mn對組分3（0.853）的負載較高。主成分分析的特征值和貢獻因子如表3所示。Cu，Zn，Pb和Cd均為硫元素，它們均與S2具有很強的絡合能力。

表2 土壤重金屬含量相關系數

（3）土壤性狀對重金屬含量的影響。有關礦區不同功能區中土壤的物理和化學性質，請參見表3。所有土壤的pH值都是高酸性的。內部垃圾填埋場的最低土壤pH值僅為2.24。尾礦儲存設施，工業和住宅用房以及工業和住宅區均遠離采礦和冶金工業的主要區域。因此它們更接近中立。在銅礦的露天礦區，有機物含量最高（36.98g/kg），在鐵礦的露天礦區中最低（9.56g/kg）。其他四個區域大部分相似，土壤中的氮，磷和鉀含量沒有明顯的規律，可能與土壤的性質和環境有關。

銅礦區和鐵礦區的土壤主要由粘土和沙子組成，其粉體含量約為總量的20%。對這兩個垃圾場的比較表明，由于堆積和老化時間的原因，內部垃圾場的壽命比Livu垃圾場更長。面積超過10a，所以含沙量達到49，最近在這里挖出Livu垃圾場并將其傾倒，其粒度分布與露天礦大致相同。荔蕪市的排污陽離子交換容量最高，達到34.94cmol/L，內部的最低排污容量為13.28cmol/L。

表3顯示了礦區土壤中重金屬含量與土壤理化性質之間的相關性分析。可以看出，土壤中的總磷含量與有效磷和重金屬之間沒有顯著相關性。土壤中的總鉀含量與重金屬元素含量之間的相關性也不顯著，土壤中的有效鉀含量與土壤中的Mn和Cr含量分別具有極顯著的相關性。土壤中的總氮含量與土壤中的Cu和Cd含量呈極顯著負相關，而土壤中的堿性氮含量與Mn含量呈極顯著負相關。土壤的PH值極為重要，并且分別與土壤中的Mn和Cr含量顯著相關，而與土壤中的Cu和Cd的含量顯著負相關。

表3 礦區不同功能區土壤理化性質

3 結語

（1）礦區土壤中的銅含量從高到低依次表示為露天礦區＞尾礦場＞場區＞生產生活區。在從溝渠到采石場的尾礦堆中觀察到最高的Mn含量，而其他地方基本相同。元素Pb，Zn，Cd和Cr的含量也主要表示為露天礦區＞尾礦場＞垃圾填埋場＞生產生活區，這與區域功能和土壤組成有關。

（2）六種類型的重金屬元素可分為三類：Cu，Pb，Zn和Cr是一類，而Mn和Cd是另外兩類。影響Cu的因素是土壤有機質，土壤pH值，沙含量和土壤中總氮含量（負相關，在下面用“一”表示）；影響鋅的因素有：土壤中的沙子含量，土壤中的粘土含量（一）。影響鉛含量的因素有：土壤中的沙子含量，土壤中的粘土含量（一）；錳會影響土壤的pH值和有效鉀，泥沙含量，堿性氮（一）和沙含量（一）;鎘受土壤影響。

（3）礦區土壤中的Cu，Pb，Zn和其他重金屬元素可能是由于人類活動（例如采礦和冶煉）引起的，導致結合的礦石成分進入土壤并隨著環境變化而逐漸積累。而不是原礦中穩定的重金屬。