氰渣無害化充填對地下水的環境效應模擬試驗研究

程偉鳳，蘭馨輝，崔崇龍，翟菊彬，李家瑋

(長春黃金研究院有限公司)

引 言

氰化提金技術具有流程簡單、易操作等特點，在黃金生產領域一直占據主導地位[1-2]。目前，絕大多數黃金冶煉廠仍然使用氰化提金技術[3]。據《中國資源綜合利用年度報告》，中國氰化尾渣的年排放量較高，超過2 000萬t[4]。隨著黃金資源的不斷開采，氰化尾渣的排放量還將持續上升[5-8]。氰化尾渣中含有金、銀等貴金屬，同時殘留有大量氰化物、鉛、砷等污染物，給環境帶來了較大的危害[9-12]。

2018年3月，生態環境部正式頒布實施的HJ 943—2018 《黃金行業氰渣污染控制技術規范》(下稱“氰渣規范”)明確規定了黃金行業氰渣的多種處置和利用方式，首次提出氰渣可作為充填骨料進行井下充填或露天回填的創新思路[13-14]。本文旨在利用無害化處理的氰渣制備充填體，模擬其在地下水淋溶過程，分析氰渣充填體的地球化學特征及淋溶液中污染組分的遷移行為，探究氰渣充填體對地下水環境的影響，以及其作為井下充填材料的安全性。

1 試驗材料與方法

1.1 原 料

試驗所用氰化尾渣取自吉林某金礦，采用固液分離洗滌+OOT法進行無害化處理。總鎘、總鉛、總砷、總銅、總鋅、總鉻等重金屬元素采用HJ 766—2015 《固體廢物 金屬元素的測定 電感耦合等離子體質譜法》測定，總汞采用 HJ 702—2014 《固體廢物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法》測定，六價鉻采用 GB/T 15555.4—1995 《固體廢物 六價鉻的測定 二苯碳酰二肼分光光度法》測定，易釋放氰化物采用 HJ 484—2009 《水質 氰化物的測定 容量法和分光光度法》測定。氰化尾渣毒性浸出試驗結果見表1。

表1 氰化尾渣毒性浸出試驗結果(翻轉) mg/L

試驗用水為去離子水(模擬雨水環境)。

1.2 試驗方法

1)氰渣充填體試樣制備。采用無害化處理后的氰渣制備充填體，水泥作為膠結劑，在自制可拆卸鋼制充填模具(尺寸為200 mm×200 mm×200 mm)進行模擬充填(見圖1)。向砂漿攪拌機中依次加入一定量無害化處理后的氰渣(含水率約25 %)、水泥(強度等級32.5)和清水，灰砂比1 ∶12，充填濃度55 %。充填料在砂漿攪拌機中攪拌均勻后充入鋼制充填模具中，置于恒溫恒濕養護箱靜置養護28 d，養護完成后對充填體進行毒性浸出試驗。

圖1 自制可拆卸鋼制充填模具

2)采用破碎機將部分養護完的充填體大塊試樣破碎，一部分破碎為尺寸70 mm×70 mm×70 mm的充填體，命名為A；另一部分則破碎為粒徑-0.063 mm的樣品，命名為B。分別稱取A、B 2 組充填體試樣500 g，置于2 000 mL廣口試劑瓶中，按液固比2 ∶1加入1 000 mL去離子水密封浸泡，置于室溫條件下，浸出齡期分別設置為1 d、7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、120 d、150 d、180 d，每組試樣制作8個樣品。檢測氰渣充填體淋溶液中的總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價)、易釋放氰化物等指標。

2 結果與討論

2.1 氰渣充填體毒性浸出試驗

為考察無害化處理后氰渣在充填后是否會對地下水環境產生影響，氰渣充填體在養護28 d后，按HJ/T 299—2007 《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》進行毒性浸出試驗。毒性浸出試驗結果見表2。

表2 氰渣充填體(28 d養護期)毒性浸出試驗結果 mg/L

氰渣充填體毒性浸出試驗結果表明：毒性浸出液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價)、易釋放氰化物等指標均滿足GB/T 14848—2017 《地下水質量標準》Ⅲ類水體標準要求，達到氰渣規范中金礦石氰化尾渣回填污染控制技術要求,此時氰渣進行井下回填，充填體對地下水影響較小。

2.2 不同粒徑氰渣充填體淋溶特性

不同粒徑氰渣充填體淋溶液中污染物質量濃度變化見圖2。

圖2 氰渣充填體淋溶液中污染物質量濃度變化

由圖2可知：A、B 2組樣品淋溶液中污染物質量濃度變化均呈現出先上升后穩定的趨勢。靜態淋溶初期，淋溶液中污染物質量濃度較低，但溶出質量濃度梯度均較高，溶出速度較快，部分污染物的質量濃度出現波動。隨著浸出齡期的延長，污染物質量濃度增幅減緩，當浸出齡期達到30 d后，溶出曲線均逐漸趨于平緩，溶出速度趨于穩定。一方面，可能由于浸泡前期主要溶出的是表面吸附的離子，后期以內部離子的溶出為主。此外，在靜態淋溶初期，氰渣充填體中易溶性污染物最先被溶出，致使初期淋溶液中重金屬質量濃度較高；隨著浸出齡期的延長，易溶性污染物降至最低水平時，釋放速率隨之減慢，最終呈現趨于穩定的狀態。另一方面，在后續的淋溶過程中，氰渣充填體會強化固結，形成一個相對穩定的膠凝材料，污染物的溶出速率會逐漸減小，直至達到一個穩定的狀態。A、B 2組樣品淋溶液中總鉛、總砷、總汞、總鎘質量濃度始終較低，這與氰渣充填體中存在的總鉛、總砷、總汞、總鎘含量較低且難溶性狀態較多有關，導致淋溶液中這些污染物質量濃度始終較低。

2.3 氰渣充填體污染物釋放特性

不同浸出齡期氰渣充填體淋溶液污染物檢測結果見表3。

表3 A、B 2組樣品淋溶液污染物檢測結果

由表3可知：A、B 2組樣品淋溶液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價)、易釋放氰化物的溶出濃度均隨浸出齡期的增加而增加。浸出齡期低于30 d時，溶出速率呈快速上升趨勢，之后增加緩慢，浸出齡期達到30 d后基本趨于穩定。此外，A、B 2組樣品由于粒徑不同，B組粒徑更小，使得在靜態淋溶初期，其淋溶液中污染物質量濃度相較于A組均有不同幅度增加，說明粒徑減小后，接觸面積增加，污染物釋放量有所增加，但2組樣品淋溶液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價)、易釋放氰化物等指標質量濃度均未超過GB/T 14848—2017 《地下水質量標準》Ⅲ類水體質量標準，對充填區域地下水影響甚小。

3 結 論

1)采用滿足氰渣規范中金礦石氰化尾渣回填污染控制技術要求的氰渣進行充填，養護28 d的氰渣充填體毒性浸出液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價)、易釋放氰化物等指標均滿足GB/T 14848—2017 《地下水質量標準》Ⅲ類水體質量標準。

2)在靜態淋溶試驗中，A、B 2組樣品淋溶液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價)、易釋放氰化物等污染物的質量濃度隨浸出齡期的延長而增加，當浸出齡期達到30 d后逐漸趨于穩定。一方面，靜態淋溶前期主要溶出的是表面吸附離子及易溶性污染物，后期以內部離子的溶出為主，所以在淋溶前期污染物溶出速率較快，淋溶后期溶出速率減緩。另一方面，在后續的淋溶過程中，氰渣充填體會強化固結，形成相對穩定的膠凝材料，污染物的溶出速率會逐漸減小直至達到一個穩定的狀態。

3)在靜態淋溶試驗中，A、B 2組樣品由于粒徑不同，A組氰渣充填體尺寸為70 mm×70 mm×70 mm，B組氰渣充填體粒徑-0.063 mm，粒徑更小，使得B組樣品在靜態淋溶初期，其淋溶液中污染物質量濃度相較于A組均有不同幅度增加，說明粒徑減小后，接觸面積增加，污染物釋放量有所增加，但A、B 2組樣品淋溶液中污染物的溶出濃度仍遠低于GB/T 14848—2017 《地下水質量標準》Ⅲ類水體質量標準，對地下水質量影響甚小。