金屬礦山開采中重金屬污染對生態環境的影響

閆海祥，賀 騰

（山東省煤田地質局第二勘探隊，山東 濟寧 272000）

礦產資源是指經過地質成礦作用形成的，天然賦存于地殼內部或地表埋藏于地下或出露于地表，呈固態、液態或氣態的，并具有開發利用價值的礦物或有用元素的集合體。現階段我國95%的能源、80%上的工業原料及70%的農業生產資料都來自于礦產資源的供給。目前我國已發現礦產173種，包括：能源礦產13種、金屬礦產59種、非金屬礦產95種、水氣礦產6種。已探明的礦產資源總量約占全球的12%，居世界第三位。

近年來，隨著市場需求的增加，我國礦山的開采速度持續加快。在礦山開采活動中，因受技術條件和經濟因素影響，許多開采單位進行了不合理的開發，對礦山生態環境造成了一定的破壞[1]。以金屬礦山為例，在開采過程中，地層中的金屬礦物會伴隨開采過程暴露在地表環境中，除大量堆積在地表的廢料外，在空氣的氧化作用下，金屬物質會發生化學變化，從而通過各種形式破壞生態環境。

重金屬是指密度大于4.5g/cm3的金屬。在化學周期表中原子序數超過23位的元素中，有54種密度大于4.5g/cm3的天然金屬元素，它們都屬于重金屬，包括金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等。在環境污染方面，重金屬主要是指汞（水銀）、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。重金屬非常難以被生物降解，在食物鏈的生物放大作用下成千百倍的富集，最后進入人體。當人體內重金屬超過一定量濃度，便會對人體的蛋白質結構產生不可逆的改變，造成慢性中毒等嚴重影響[2]。礦石中的重金屬會伴隨礦山開采活動進入大氣和土壤中，造成重金屬污染。在無法被生物降解的背景下，最終影響人類的生命安全。

本文以此為基礎，研究金屬礦山開采中，重金屬污染對生態環境的影響，分析重金屬污染產生的主要原因，為后續改善生態環境提供理論依據。

1 占用和破壞礦山周圍土地資源

在金屬礦山的開采工作中，不同的開采階段對生態環境的破壞程度不同，但其中在各個環節中，均可以對土地資源進行占用和破壞。

分析金屬礦山開采的全流程，在對土地資源占用的問題上，主要分為兩個破壞階段：首先是建設礦山開采場地，會占用大量土地進行物料的堆放，尤其是廢棄材料的堆放問題，會將礦產資源中的重金屬物質帶入到土壤中，造成土地的破壞。其次是在礦產資源運輸過程中，需要建設大量的物資運輸通道，為加快礦產資源的轉運，可能會直接對地表的植被進行砍伐。綜合礦山開采的全過程，金屬資源的開發利用會產生大量的重金屬粉塵，一旦其進入地表或者空氣中，會嚴重影響該區域的生態環境，具體破壞形態如下圖1所示[3]。

圖1 金屬礦產資源堆放情況

根據圖中內容所示，該狀態為礦山開采過程中物資的堆放，由于礦產資源的開發過程較快，需要將開發的資源先存放在場地內，再由車輛進行運輸。金屬資源內部包含的不穩定化學元素會對土壤造成嚴重破壞，如硫化物等，會在空氣中產生化學變化，經過大氣降水轉化為酸雨，造成生態環境的二次破壞。

2 局部地區形成酸雨氣候

酸性廢水是重金屬污染危害中最主要的環境問題之一，在大量堆放金屬礦產資源下，裸露狀態下的含硫礦物質，在經過空氣的氧化作用下，形成酸性氣體，通過大氣的蒸發作用，在降水過程中重新回到地表，造成土壤的二次污染。具體表現為：礦坑中的酸性廢水在含有大量的酸性物質基礎上，經過地表水的徑流作用，轉存至地下水中，一方面能夠在大氣降水的流通環節中產生酸雨氣候，另一方面為地下水的硫化程度增加，導致土壤酸性化。針對酸雨形成的條件和具體流程，分析重金屬污染對局部生態環境的影響，具體如圖2所示。

圖2 酸雨形成過程示意圖

根據圖中內容所示，在金屬礦體中包含大量的硫化物質，受廢棄石料和尾礦的堆積作用影響，當金屬資源沒有被回收的情況下，能夠和空氣相結合形成硫酸。而在酸性條件下，各類有毒有害的金屬物質，會更加容易地在雨水中被淋溶出來，參與到大氣降水環節中，形成局部的酸雨氣候[4]。

3 改變和制約生物多樣性發展

動植物的生長和繁衍需要穩定的生態環境，在金屬礦山開采過程中，對森林資源的破壞和土壤條件的改變，在一定程度上會改變區域的生態環境。如森林的覆蓋面積減少會造成局部溫度變化，以及濕度變化。而森林資源的破壞不單單只局限在土地破壞中，由于金屬礦山的重金屬元素過多，在其不斷地累積作用下，會造成土地的次生鹽化，如膏鹽類礦床的開發。統計某省金屬礦山開發過程中，生物生存環境的變化情況，分析其對生物多樣性的改變，具體如下圖3所示[5]。

圖3 生物生存環境變化與多樣性的內在聯系

根據圖中內容所示，在植物的生長發育過程中，過量地吸收重金屬物質，在超過一定濃度范圍時，會發生植物生態的變化。其中Cu元素和Zn元素會對植物的生長起到抑制作用，且在高濃度的重金屬元素下，土壤的活性酶也會存在抑制作用。而生物賴以生存的環境在被破壞的情況下，會有物種絕跡的危險，難以保證生物的多樣性發展[6]。

4 嚴重污染區域水資源

為保證金屬礦山開采的有效性，在開采過程中需要使用大量的水資源，一般情況下開發部門會直接采用地下水進行礦產清洗，而這些水資源被利用后，會包含多種金屬污染成分。

一些開發商為了減少經濟投入或者加快開發進程，不會對污染的水資源進行清潔，而是直接排放到地表中，造成開發區域內的水體污染。水體具有流動性，在重金屬物質被排放其中后，一些金屬元素會和水分子進行結合，增加水體的氧化程度。如鐵元素在孔隙水中最活躍，其不僅以Fe2+的形式存在，甚至會以Fe3+的形式呈現，而一旦其暴露在水體中，會加快水體的氧化速度，造成金屬礦山的氧化現象，具體如下圖4所示[7]。

圖4 鐵元素對水體的氧化變化現象

根據圖中內容所示，隨著鐵元素的不斷增加和分解，水體的氧化速度會逐漸增加，過濃的水體氧化程度會造成水體富營養化。

水作為生命活動的源泉，我國水資源分布本身就存在嚴重不均現象，一旦出現局部地區的水體污染，會進一步加劇水資源的利用困難程度。

5 農作物重金屬含量超標

重金屬元素能夠多種途徑下對人體產生影響，分析重金屬污染對生態環境的破壞作用，能夠降低宏亮元素對生物和人體的負面影響。基本上重金屬元素會在土壤和植物的作用下，以及土壤和水的相互作用下，對人體產生傷害，因此分析重金屬對植物的破壞作用，能夠在一定程度上改善污染地區的生存條件。

在金屬礦山開采過程中國，對礦山廢棄用水的排放，除了一部分流入地下水外，會有一部分用水被再次利用，進行農作物的灌溉。不論是哪一種方式，金屬元素是不能被降解的，因此會一直以化學形態存留在土壤和水體中，而金屬元素的長期存在，會影響農作物的生長，在幼苗生長過程中出現枯死現象，而存活下來的農作物會存在重金屬含量超標問題。分析不同重金屬元素對水稻的生長全周期影響，以Mg、K和P金屬元素為例，對生長的不同階段進行金屬含量測定，對比不同金屬元素污染土壤下水稻的生長情況，具體如下圖5所示。

圖5 不同金屬元素對水稻生長的影響作用

根據圖中內容所示，在含有金屬元素的土壤中，無論是哪一種金屬元素，均會導致水稻減產甚至死亡現象。而通過水稻中重金屬質量分數的檢測，發現在污染土地中的水稻金屬質量分數存留倍數，超過了國家規定的標準至少30倍以上。礦山開采過程中產生的重金屬污染問題，是一個綜合的生態破壞結構，會在多方面的條件下進行重組融合，嚴重制約區域內的生態系統健康發展，必須進行強有力的管理[8]。

6 結語

金屬礦山開采過程中產生的生態問題，會在不斷地遷移變化過程中產生各種嚴重的后果，直接影響到人們的生產生活，應該引起人們的足夠重視。本文就現階段金屬礦山開采過程中的重金屬污染現象，從五個方面著手分析了其對生態環境的影響。由于篇幅所限，在此次研究過程中，沒有對不同的破壞問題提出解決措施，存在不足之處。后續研究中會針對此現象，更深層地研究重金屬污染對環境的制約作用，以提出生態環境治理的相關手段，為礦區的生態環境恢復提供理論依據。