铜矿尾库对矿区环境的危害及其治理研究进展

2017-04-06 06:40
福建质量管理 2017年20期
关键词:尾矿库铜矿尾矿

(湖南省江华瑶族自治县环境保护局 湖南 永州 425500)

铜矿尾库对矿区环境的危害及其治理研究进展

赵莹

(湖南省江华瑶族自治县环境保护局湖南永州425500)

阐述了铜矿尾库对环境的主要污染形式,针对铜矿尾库对铜矿资源的浪费以及环境的污染,分别对我国国内目前尾矿库资源的综合利用情况,铜矿尾矿库区的生态修复进行了综述。

铜矿;尾矿库;综合利用;生态修复

一、前言

铜矿资源不仅是人类生存、发展的重要物质基础,也是社会经济发展的重要支柱。我国作为一个铜矿资源较缺乏的国家,随着工业的迅猛发展对铜矿的需求量巨大。据统计,2014年我国铜矿储量为2836万吨,2013、2014年的铜矿砂及其精矿进口量分别达到了1007、1181万吨。

针对巨大的市场缺口,我国对铜矿的开采量不断增加,也导致大量尾矿的堆积。尾矿库不合理处理,会对金属资源、矿区环境及周边人民的生活带来负面影响。

二、铜矿尾库的主要污染形式

据统计,我国现有铜尾矿库1500余座,堆积尾矿总量达50多亿吨,占用耕地2.6万km2,而且每年仍排放尾矿5亿多吨[1]。这些尾矿若得不到及时妥善的处理,将以大气、土壤、水体污染等形式给矿区的带来诸多负面影响。

(一)大气污染。在金属矿产资源开发活动如开矿、选矿、冶炼的过程中,矿石中的大量重金属元素和SO2等有害气体会伴随着矿尘、废气等直接进入矿区及其周边地区。据统计,我国各矿山尾矿200目含量在50%以下的为28.57%,占50%-70%的为42.86%,占70%以上的为28.57%[2]。因此,矿区的粉尘污染往往非常严重,在干燥的大风季节便会砂尘飞扬,落砂范围有时可达千米之外。

(二)土壤和水体。相比于大气污染,矿区的土壤和水体的污染更具有潜伏性和隐蔽性,并且治理成本更高,治理周期更长,一旦污染很难恢复。

金属矿区土壤中重金属多为致癌或致突变性的有毒重金属,如Pb、Cd、As、Cr等。尾矿区的细粒废石和尾矿渣经过长期露天堆放,会随着雨水、地表径流渗入到土壤之中,这些有害物质、放射性物质在土壤中不易被微生物降解,经过吸附、溶解、沉淀、络合等过程在土壤中不断积累,当达到一定程度时就会引起土壤酸化、盐渍化,改变土壤微生物的多样性,导致土壤质量严重退化,影响农作物、森林的生长。

张翔等人[2]对四川彭州铜尾矿沙的重金属含量进行了检测,结果显示Cu的有效态高达290mg/kg,远超过土壤中正常值,严重影响植物的正常发育。陈文韬等人对某铜矿尾矿库的周边土壤和水体中Cu、Zn、Pb、Cd、Cr五种重金属的含量进行了评价。结果显示该尾矿区的矿渣经过长期堆放,雨水的淋洗冲刷以及风化,引起尾矿库周边土壤中和水体中大范围的重金属污染。

三、铜尾矿的综合利用

我国的铜矿多为低品位矿山,平均品位大约为0.077%,湖南省内的铜矿山更是如此,越是低品位的铜矿所产生的尾矿也越多,据统计,低品位铜矿每产出1t矿产铜就会有400t废石和尾矿产生,因此尾矿的综合利用显得格外重要。铜尾矿的综合利用主要包括两方面:一是尾矿再选,再回收有用矿物;二是尾矿的直接应用,使其成为二次资源。

(一)二次选矿回收金属。降低铜矿废渣中重金属的含量是减轻铜矿尾库中的重金属对环境的影响的核心。铜矿尾矿含铜为0.02%-0.1%,大量有用成分例如Ni、Co、Fe、Ag、Au等金属损失在尾矿中。

对铜矿尾矿进行二次选矿和冶炼是回收尾矿中有价金属,并降低铜矿废渣中重金属的含量的有效方法,在国内已有许多成功的案例。例如德兴铜矿尾矿中含铜、银、金,经再选加工获得含Cu22%-24%的铜精矿,铜中矿加工厂一年回收铜9.2t、硫l000t、金33.4kg,产值1300万元,为德兴铜矿高标准利用铜尾矿开创了良好前景。安庆铜矿尾矿中含铜0.119%、含铁11%,该矿对尾矿中铜、铁资源进行了综合回收,获得含铜16.94%的铜精矿和含铁63%的铁精矿。

(二)尾矿直接利用。目前尾矿的利用主要分为对矿采空区进行充填和直接利用,其中,尾矿的直接利用是指不经过再选及回收,对铜尾矿资源进行分选,制备具有高附加值的功能或结构材料。

德兴铜矿所制备的地面砖表面层抗压强度为50~60MPa,底层抗压强度为20~30MPa,均达到国家混凝土路面砖的合格品标准。冯启明等人制备出制品干燥容重仅为页岩实心砖的1/2~2/3、抗压强度达到3.6~10.4MPa的低能耗环保型墙体材料。

四、铜尾矿库区的生态恢复

矿区重金属污染不仅指Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ag、Sn等,从毒性的角度看还包括As、Al、Se等元素。尾矿矿区废弃地的土壤含有各种重金属,其含量可达到国家三级标准的几十倍甚至几百倍。目前治理土壤重金属污染主要有以下三种途径:一是改变重金属在土壤中的存在形态;二是改变种植制度,避免重金属通过食物链影响生物和人体健康;三是利用生物或工程技术方法从土壤中去除重金属,降低其在环境中的迁移性和生物可利用性。从治理类型的角度可以划分为化学修复、植被修复、微生物修复三种修复方式。

(一)化学修复。化学修复是指利用化学萃取剂、改良剂、抑制剂等化学溶剂,使重金属在土壤中的水溶性、迁移性和生物毒性降低,通过氧化还原、沉淀、吸附、催化、水解和拮抗等作用降解污染物或将高毒污染物转化为低毒性或移动性较低的化学形态。最常见的化学修复法是土壤改良剂法和萃取淋洗法。

改良剂法是将重金属滞留于土壤中,通过增加土壤有机质、阳离子代换量以及黏粒的含量,改变pH、Eh和电导等理化性质,使得土壤中的重金属发生氧化、沉淀、还原、吸附、抑制和拮抗作用,增加土壤团聚性,降低土壤中重金属的迁移性、生物有效性,以及土壤中重金属的毒性,从而减小土壤中的重金属对生态环境的危害。

土壤淋洗技术是将水或含有冲洗助剂的螯合剂、酸/碱溶液、络合剂、表面活性剂、无机溶剂等淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中,通过水力学或机械搅动土壤颗粒,使污染物与土壤颗粒分离的过程。该技术的关键是既能提取各种形态的重金属,又不破坏土壤结构淋洗液。

(二)植被修复。植物修复是成本最小的修复技术之一,其原理是利用某些植物能忍耐和超量富集某种或某几种重金属的特性来吸收、转移土壤中的重金属,从而达到清洁污染土壤的目的。目前已经发现的超积累植物约500种,广泛分布于植物界的45个科,湖南省境内已发现许多具有超重金属积累的植物。研究表明海洲香薷由于其生物量大,根系能超积累Cu,植株Cu总积累较高的特点可用于Cu污染土壤的植物修复;陈同斌等人在湖南常德发现的凤尾蕨属植物蜈蚣草、中科院韦朝阳等人在湖南发现的大叶井口边草具有显著的As积累能力。

(三)微生物修复。微生物学修复法是利用微生物的生命代谢活动对这些重金属的需求,来对土壤中的重金属进行吸收、沉淀、氧化还原等作用,从而改变重金属在土壤中的化学形态,降低环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害,从而使污染的土壤部分地或完全地恢复到原始状态。相比化学修复,微生物修复具有成本低廉、修复彻底等优点。但是其局限性在于微生物有些情况下不能将污染物全部去除;

四、结语

本文基于我国“发展矿业循环经济,建设绿色矿业”的思路,针对湖南省省内铜矿产资源匮乏,低品位、共伴生矿产多的特点和铜矿尾库产量大、污染严重的问题,对铜矿尾库对矿区环境的影响方式、铜矿尾库综合利用方式、矿区环境修复方法进行了总结介绍。提高铜矿的开采效率、倡导铜矿尾库的综合处理、大力开展矿山环境修复,对提高湖南省铜矿资源综合利用水平和环境质量,使矿产资源可持续发展、自然环境得到有效保护具有重要意义。

[1]王苹,董风芝.某铜矿尾矿的综合利用[J].金属矿山,2010,(405):177-179.

[2]张翔.彭州铜尾矿植被特征及尾矿沙对白车轴草生长发育的影响[D].成都:四川师范大学,2007.

赵莹(1984-),女,助理工程师,本科,主要从事环境监测和执法工作。

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