有色金属矿采选业土壤污染影响范围研究

任 锋，徐国栋，何新春

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 前言

2016年5月，国务院印发《土壤污染防治行动计划》(以下简称《土十条》)。有色金属矿采选业是《土十条》中规定的土壤污染重点行业，其对土壤产生的污染主要是重金属污染。《土十条》明确提出“深入开展土壤环境质量调查。在现有相关调查基础上，以农用地和重点行业企业用地为重点，开展土壤污染状况详查”[1]。土壤污染详查是一项重要的国情调查，是保障《土十条》全面实施的重要基础性工作。本文对有色金属矿采选业土壤污染影响范围进行研究，分析有色金属矿采选行业对土壤污染影响的途径和因素，对不同土壤污染的途径采用资料分析与经验判断相结合的方法，考虑不同条件下的影响并给出土壤污染影响范围，为全国土壤污染状况详查工作提供技术支撑。

2 有色金属矿采选业污染土壤的途径

有色金属矿采选业对土壤造成污染的途径主要有大气沉降、地表产流和事故。

2.1 大气沉降

大气沉降是矿区重金属传播的主要途径之一，重金属可依附大气沉降以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降水进入周围土壤。有色金属矿采选业通过大气途径污染土壤的来源包括：①矿山开采扬尘污染(露天

矿开采爆破扬尘、原矿废石场运输扬尘、废石卸载扬尘、地下采矿污风排风井)；②场外原矿运输扬尘；③精矿运输道路遗洒；④选矿厂废气有组织排放；⑤尾矿库和废石场扬尘。

2.2 地表产流

地表产流是指大气降水汇入沟渠、河流、湖泊、水库等之前沿地表地势形成的漫流。随着降雨进入废石场和尾矿库，废石和尾矿中的重金属通过废石和尾矿的空隙下渗进入土壤或地表产流；含重金属的废水可以通过地表产流进入下游水文系统或下渗到地下水，径流携带重金属进入流经的土壤，以及使用纳污河流进行灌溉，从而造成土壤污染。

2.3 事故

发生过溃坝和山洪的矿区，尾砂淹没区会造成土壤污染。

3 有色金属矿采选业土壤污染影响范围

3.1 大气沉降的影响范围

大气中的重金属污染物在迁移过程中受到各种因素的影响，主要因素是风和湍流、天气形势和地理形势。污染物可自排放源向下风向迁移，也可随空气中的铅直对流运动使污染物升到高空而扩散。

章明奎[2]通过45d的试验，对距离铅锌矿区1 000、500、100m的3个采样点分别收集样点区域的大气重金属沉降量，发现沉降物中均含有一定量的重金属，含量与铅锌矿的距离呈反比。黄泽宏[3]等研究表明：铅锌矿周边土壤中重金属空间分布是有一定规律的。总体而言，重金属含量与样点距铅锌矿的距离成反比，区域污染呈现出以污染源为中心向四周逐步扩散的趋势。距污染源近，采矿产生的粉尘较大，土壤中的重金属累积程度也较高[4]。矿山所处地区的风向也是一个重要影响因素，不少重金属通过大气干湿沉降的方式进入土壤环境，影响土壤表层重金属含量[5]。

由以上研究成果可知，铅锌矿区周边土壤的污染程度及浓度分布情况与当地的气象条件、地势地貌等有一定的关系。

3.1.1 矿山开采扬尘

(1)露天采矿场。露天采矿场产生大气污染的主要作业包括：露天矿无轨设备铲、装、运产生的扬尘，露天矿的爆破烟尘。露天采矿场作业扬尘对周围大气环境影响及颗粒物大气沉降对土壤环境的影响相关因素包括：露天采矿场的类型(山坡型、深凹型等)、采矿规模、采矿设备、采矿道路布局、采矿作业管理、区域水文地质条件、区域气象条件等。

欧阳明等[6]研究结果表明，露天矿无组织粉尘主要来自运输道路扬尘，其次为采场和堆场扬尘。露天采场被剥离表面本身作为一个无组织源强，对周边大气及土壤环境的影响可采用《环境影响预测评价 大气环境》估算模式及大气环境防护距离模式计算确定，不同规模、不同类型的矿山在不同的地区，影响范围均不同。通常露天采场对土壤污染影响范围可控制在采场周边500m。

(2)地下采矿。通过通风设备排至地表的污风是井下矿山开采对外界大气环境和土壤环境产生影响的主要源头。井下采矿污风井排风具有排风量大、颗粒物浓度较低和低空排风等特点。污风井作为固定大气污染源，可采用《环境影响预测评价 大气环境》估算模式及进一步预测模式对污染物最大落地浓度进行计算。

由于污风井排风颗粒物浓度低(通常<10mg/m3)、风量大，地下矿山项目环境影响评价中，一般不预测污风井排风对周边大气环境影响。根据项目经验，地下采矿对土壤污染影响范围可控制在污风井周边500m。

3.1.2 场外原矿运输扬尘及精矿运输道路遗洒

目前，我国有色金属矿采坑外原矿运输形式多为：小型矿山多采用汽车运输；大型矿山原矿石经粗碎后通过封闭的皮带转运机传送。选矿精矿多采用汽车运输。

原矿、选矿精矿汽车运输，运输道路扬尘影响范围与运输道路条件、运输车辆密封条件、区域降雨条件等有关。按照《扬尘源颗粒物排放清单编制技术指南(试行)》[7]，非铺装道路颗粒物排放系数约4 000g/km，铺装道路颗粒物排放系数约658g/km。采用《环境影响预测评价 大气环境》大气环境防护距离模式，可计算出道路两侧的影响控制范围，估算道路原矿和精矿运输对土壤影响范围为道路两侧100m。

3.1.3 选矿厂废气

选矿厂主要废气污染源为破碎、筛分、转运工段产生的颗粒物，按照工程设计均会设置通风除尘设施，通过高于15m的排气筒外排，满足污染物排放标准要求(采选颗粒物浓度小于80mg/m3)。

影响选矿厂废气对周围土壤污染影响范围和程度的因素包括：①选矿厂规模；②原矿中重金属的含量；③选矿厂排气筒的数量、高度及污染物排放速率；④选矿厂周围的温度、风速等外部气象条件。

根据多个有色金属矿山采选工程环评项目经验，采用《环境影响评价技术导则 大气环境》中的估算模式进行预测，计算颗粒物最大地面浓度占标率(Pmax)和地面浓度达标准限值10%时的最远距离(D10%)，选矿厂废气排放对周围大气环境及土壤环境(大气沉降作用)影响范围较小，一般可控制在污染源周边500m。

3.1.4 尾矿库及排土场扬尘

(1)尾矿库扬尘。尾矿库干滩、坝坡扬尘影响范围与多种因素有关，包括：尾矿库堆场的工艺、尾砂粒度、尾矿库堆存高度、采取的防尘措施(控制干滩湿度、防尘胶结剂、防尘铺网、固定边坡复垦等)、所在区域气象条件、地形条件等。

尾矿库起尘量与降雨量和风速有密切关系。降雨量越少，尾矿越干燥，起尘量越大，扬尘进入周围土壤的量也增加。风速越大，尾矿库起尘量越大，扬尘扩散范围变远，尾矿库对周围土壤中污染影响也变大，根据实验确定的尾矿库扬尘的启动风速一般大于3m/s。

选取两个尾矿库项目，环评中尾矿库扬尘影响范围计算结果见表1。

表1 尾矿库项目环评中扬尘影响范围

根据《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB 18599- 2001)，发布修改单前提出的有色金属尾矿库卫生防护距离为500m；以及参考表1尾矿库环评项目卫生防护距离计算结果，确定尾矿库大气扬尘对土壤污染影响范围为尾矿库周边500m。

(2)排土场扬尘。由于排土场废石粒径大，排土场堆砌后很难产生扬尘，排土场固定坡面将进行覆土绿化。废石倾倒过程中会产生局部的扬尘污染，污染范围较小，可通过有效的排土管理将污染范围控制在排土场堆砌范围内。

3.1.5 大气沉降土壤污染影响范围

根据以上分析，有色金属矿采选业大气沉降造成的土壤污染影响范围见表2。其中，有色金属矿山规模的划分按照国土资源部国土资发 [2004] 208 号文《关于调整部分矿种矿山生产建设规模标准的通知》确定；开采年限参考《环境风险评估技术指南 粗铅冶炼企业环境风险等级划分》；降雨量按照湿润地区(年降雨量大于800mm)、半湿润地区(年降雨量400～800mm)、半干旱和干旱地区(年降雨量小于400mm)划分。

3.2 地表产流的影响范围

矿山开采通过地表产流对土壤的污染影响，主要是由于水体中重金属的释放、迁移与累积，以及使用纳污河流灌溉。由于河水流动，河流的沉淀自净作用使得沿河重金属含量自矿区出水口沿地表产流方向总体呈现下降趋势，地表水体沿岸土壤重金属含量有着从矿区到下游递减的趋势。

河流中重金属的浓度影响着沿岸土壤中重金属的含量，而重金属在河流中的迁移转化过程是多种过程及反应综合作用的结果，因此地表产流对土壤影响范围的影响因素较多。主要从以下几个方面进行分析。

3.2.1 地表产流对土壤污染范围的影响因素

(1)河流沿岸是否使用纳污河流进行农田灌溉。地表产流对土壤环境的影响，一定程度上来自于用矿区纳污河流进行农田灌溉产生的土壤重金属累计影响。周永章等对河流沿岸土壤对上游矿山及矿山开发的环境地球化学响应研究表明，河流沿岸土壤污染带的分布与近20多年来的洪水淹没区和引水灌溉区有高度的一致性；引水灌溉造成的农田污染程度相对较轻，隐伏性较大；洪水淹没过的农田污染程度较重[8]。

表2 有色金属矿采选业大气沉降影响范围 km

(2)矿山类型。于量等研究结果表明[9]颗粒物对重金属的吸附量随pH升高而增大，pH值较低时，重金属以溶解态随河流迁移的距离较远。

金属硫化矿矿山开采过程中，采矿废石及尾矿暴露于大气中使其中的硫化物矿物氧化并形成酸性废水，水体具有较低的pH值并且可富集可溶性的重金属元素对矿区下游河流及土壤造成污染影响。不同类型矿山所产生的环境问题不同，污染途径不同；氧化物型金属矿山最重要的污染途径是大气沉降，硫化物型矿山最重要的污染途径是通过地表产流[10]。

因此考虑矿石种类的不同,分硫化物型矿山和氧化物型矿山给出不同的污染影响范围。

(3)矿山规模、降雨量、开采年限。面源污染是污染物在降水和径流冲刷左右下汇入受纳水体引起的水体污染。地表产流对土壤影响范围与面源污染的强度有直接的关系。面源污染的强度与矿山规模、降雨量相关。矿山类型、降雨量等因素会影响地表产流中重金属的浓度以及在下游地表水体沿岸沉积在土壤中的重金属含量，以及影响范围。矿山开采年限与其污染治理水平有着密切的关系，从而影响面源污染的强度。因此影响范围划定时考虑矿山规模、降雨量、开采年限的影响。

(4)地表水流量。黄岁梁等研究水流紊动条件对重金属吸附影响实验结果表明[11]：水流紊动强度较小时，吸附速率小，产生吸附的主要载体为悬浮泥沙；紊动强度大时，由于底泥发生悬浮，底泥与悬浮泥沙不断交换，共同对重金属进行吸附，因此水相重金属污染物浓度下降的速率、幅度、达到稳定的时间均会显著增大或延长。影响水流紊动的因素比较多，用地表水流量来反映这一因素。地表水流量根据《环境影响评价技术导则 地面水环境》(HJ/T2.3- 93)中关于地面水域规模的划分来确定。

3.2.2 地表产流对土壤影响范围确定

使用纳污河流进行灌溉的区域受影响的土壤范围相对较大，影响区域范围与灌溉区域有关。可以调查使用纳污河流河水进行灌溉的区域范围来确定土壤污染影响范围。

不使用纳污河流进行农田灌溉的地区按照垂直河流流向和平行河流流向分别确定影响范围。

(1)垂直河流流向的影响范围。地表产流中的重金属在河水的浸润作用下发生侧向迁移，进入沿岸土壤中。污染物在包气带中以垂向运移为主，因此垂直河流流向上，通过河水浸润作用对沿岸土壤污染的影响范围很小，远远小于由于洪水淹没造成污染影响的区域。宋书巧的研究表明[12]，矿山下游土壤污染程度与洪水淹没频率密切相关，经常受淹的耕地，土壤污染程度重，重金属普遍超标，仅被洪水淹没过一次的耕地，土壤污染程度相对较轻。

因此对垂直河流流向的土壤污染影响范围，与区域历史洪水位淹没区域密切相关，其影响范围划定为河流两岸最大洪水淹没线两侧范围。

(2)平行河流流向的影响范围。矿山下游地表产流流向方向上地表产流对土壤污染的影响范围，考虑水体中重金属污染物达到地表水Ⅲ类水质标准时的距离。

大宝山矿区地处广东翁源与曲江交界处，是广东省大型露天开采的综合性现代化矿山，也是我国有色金属的重要原料基地之一。以大宝山矿现有的矿产资源保有储量来看，硫、钼矿均为大型矿山，铜矿为中型矿山，是一座多金属硫化物伴生矿床，开采时间大于50年。该地区多年平均降雨量1 380.6～2 640.3mm，横石水文站多年平均流量为1 073m3/s。根据张嘉颖对大宝山矿区横石河流域重金属污染及其生态评价研究[13]，在尾矿库下游17km处的地表水仍超过地表水Ⅲ类水质标准。

我国著名的大厂矿田，锡的储量位居全国第一，铅锌的保有储量名列全国前茅，锑的保有储量居世界第二位，被誉为我国的“锡都”。以大厂矿田现有的矿产资源保有储量来看，锡、锌矿均为大型矿山，铅、锑矿为中型矿山。锡主要以氧化锡存在，铅、锌、锑主要以硫化物存在，开采时间大于50年。刁江位于大厂矿区下游，流域年均降雨量为1 600mm，多年平均径流量马垅站106m3/s。根据宋书巧对广西刁江流域矿山开发的环境响应与资源环境一体化研究[12]，在尾矿库下游13km处的地表水可以达到地表水Ⅲ类水质标准。

根据上述研究成果，对多雨地区、开采年限大于15年的大型硫化物型有色金属矿山，地表产流对平行河流流向的影响范围划定为距离河流最近的工业场地下游20km的范围。

有色金属矿采选土壤污染影响范围划定为5km，其它条件下的矿山，影响范围根据3.2.1所述影响因素进行调整。

3.2.3 地表产流的影响范围

根据以上分析，有色金属矿采选业地表产流造成的土壤污染影响范围如下。

(1)使用纳污水体进行农田灌溉的地区，其影响范围为使用纳污河流进行灌溉的区域范围。

(2)不使用纳污河流进行农田灌溉的地区，其影响范围见表3。

表3 有色金属矿采选业地表产流调查范围 km

3.3 事故条件下的影响范围

矿区周边由于溃坝或洪水，被尾砂淹没过的土壤污染程度较重。溃坝后尾矿在沟道、河谷中堆积，随着水流的冲刷，污染不断释放，其污染范围应与当地的最大洪水位相关。因此，发生过尾矿库溃坝的矿山，土壤污染影响范围为尾砂覆盖范围，并可延长至下游河道。

4 结语

按有色金属采选业特点识别出主要土壤污染途径，通过查阅文献、工作经验判断相结合的方式，提出基于大气沉降、地表产流为基础的有色金属矿采选行业土壤污染影响范围识别原则与方法，给出影响范围，为土壤污染状况详查工作提供技术支撑。

[参考文献]

[2] 章明奎，刘兆云，周 翠．铅锌矿区附近大气沉降对蔬菜中重金属积累的影响[J]．浙江大学学报：农业与生命科学版，2010，36(2)：221-229.

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[4] 邓超冰，李丽和，王双飞，等．典型铅锌矿区水田土壤重金属污染特征[J]．农业环境科学学报，2009，28(11)：2297-2301，108.

[5] 周晓铁，孙世群，何祥亮，等．某冶炼厂周边农田土壤重金属污染特性分析及评价[J]．四川环境，2008，27(5)：19-23.

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[7] 环境保护部.环境保护部公告 [2014]第92号《关于发布《大气可吸入颗粒物一次源排放清单编制技术指南(试行)》等5项技术指南的公告》[EB/OL]. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/201501/t 20150107_293955.htm.

[8] 周永章，宋书巧，杨志军，等.河流沿岸土壤对上游矿山及矿山开发的环境地球化学响应——以广西刁江流域为例[J].地质通报，2005，24(10～11):945-951.

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[11] 黄岁梁，万兆惠．河流重金属迁移转化数学模型研究综述[J].泥沙研究，1995,(4)：42-49．

[12] 宋书巧.矿山开发的环境响应与资源环境一体化研究——以广西刁江流域为例[D].广州：中山大学博士学位论文，2004.

[13] 张嘉颖.大宝山矿区横石河流域重金属污染及其生态评价[D].广州：中山大学硕士学位论文,2009.