磷尾矿充填对地下水毒性影响的研究

杨昌志

摘  要：为了考察磷尾矿充填井下后，充填体在地下水的浸泡下，对地下水环境的污染情况，以贵州省瓮福磷矿用于井下充填材料，采集不同配比的充填体进行《固体废物 浸出毒性浸出方法 水平振荡法》HJ 557-2009检测。根据检测结果，利用模糊综合评价法，分析评价不同配比的充填体对地下水的污染程度。评价结果表明，不同配比充填体的浸出液对地下水的污染程度不同，合适的配比可以把污染控制在Ⅱ类水标准以内，但充填体对地下水污染程度达到Ⅳ类水的可能极小;不会将地下水污染至Ⅴ类水。

关键词：磷尾矿;充填体;毒性浸出;地下水

中图分类号：TD926.4 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）24-0059-03

Abstract： In order to investigate the pollution of groundwater caused by the filling body of phosphate tailings under the immersion of groundwater， Wengfu Phosphate Mine in Guizhou Province was used as underground filling material， and the fillings with different ratios were collected and then tested by "Solid Waste-Extraction Procedure for Leaching Toxicity-Horizontal Vibration Method HJ 557-2009". According to the test results， the degree of groundwater pollution caused by filling bodies with different ratios is analyzed and evaluated by using fuzzy comprehensive evaluation method. The evaluation results show that the degrees of groundwater pollution caused by the leaching solution of different filling bodiesare different， and the appropriate proportion can control the pollution within the standard of type Ⅱ water， but the pollution degree of filling body to groundwater is very small， therefore it will not pollute the groundwater to class V water.

Keywords： phosphate tailings; filling body; toxic leaching; groundwater

前言

瓮福磷矿是我国的主要磷矿基地之一，随着瓮福磷矿可露天开采的磷矿石枯竭，地采将成为主要的开采方式。比较其他采矿方法，充填采矿法可以极大提高矿石回采率，同时可以减少矿石的贫化率，降低选矿成本和选矿难度。应用充填采矿技术，其能够实现废弃物的有效回填，其将开采出来的很多废弃物都重新回填到了地表下面[1]。因此，充填采矿已成为一种高效的开采方法，在目前地采中得到广泛应用[2]。充填体填充到井下后，由于地下水的浸泡，充填体中的有害成分会溶解，如果浓度高，可能对地下水造成污染。

模糊综合评价是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些边界不清、不易定量的因素定量化，进行综合评价的一种方法[3]。瓮福磷矿采用的是磷尾矿加生产废石和水泥进行充填，对不同组分的磷尾矿充填体，采用《固体废物 浸出毒性浸出方法 水平振荡法》HJ 557-2009进行检测，对检测结果进行模糊综合评价法，评价充填后对地下水环境的污染程度，为环保管理提供参考。

1 试验部分

1.1 原料性质

磷尾矿中主要的矿物为白云石，其次为氟磷灰石，另外含有少量的石英;主要化学成分为碳酸盐、磷酸盐和硅酸盐，以及少量的三氧化二铁和氧化铝等。贵州瓮福磷矿提供生产数据，尾矿中碳酸盐、CaO和MgO质量分数较高，除此以外还含有一定量的P2O5和SiO2，重金属等毒性成份占比极低。

1.2 主要试剂及仪器设备

722G可见分光光度计，PRODIGY7感应耦合等离子体原子发射光谱仪，pHS-3C酸度计，频率可调的往复式水平振荡装置，天平，0.45μm微孔滤膜。

1.3 分析方法

电感耦合等离子体发射光谱法，微波消解/原子荧光法，二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法，二苯碳酰二肼分光光度法，离子选择电极。

1.4 磷尾矿浸出试验

磷尾矿中，除了主要成份碳酸盐、磷酸盐外，还存在Cu、Pb、Zn、Cd等多种重金属元素，为确定磷尾矿充填后，受到地表水或地下水浸沥时，充填体中重金属元素和氟化物等污染物浸出情况，对污染地表水及地下水的风险，采用《固体废物 浸出毒性浸出方法 水平振荡法》HJ 557-2009進行检测，检测结果如表1。

从表1可以看出，如果不采取措施，直接将尾矿充填至井下，尾矿中的重金属、氟化物等污染物，在受到地下水浸泡后，会扩散至地下水，污染地下水。

1.5 充填体浸出试验

充填是将磷尾矿、生产废石和水泥，按一定配比，搅拌均匀后充填至井下。由于不同配比强度不一样，所以生产现场往往会根据需要，配制不同比例的充填体，根据现场水泥、磷尾矿和废石不同配比，取6个充填体样，具体配比如表2。

对上述充填体取样，置于充填模具盒，充填模具盒为0.1m×0.1m×0.1m的立方盒。待28天至30天的时间（实验按28天）后，取出充填体，将其破碎，使样品颗粒全部通过3mm孔径的筛，取100g，置于2L提取瓶，加入1L浸提剂，参照固体废物毒性浸出方法（HJ 557-2009），在相同温度条件下浸泡。浸泡完成后所有浸泡液经0.45μm微孔滤膜，进行3次分析测定，取平均值，试验结果列于表3。

2 充填体毒性浸出模糊综合评价

2.1 模糊关系矩阵

将6个充填体毒性浸出溶液检测结果的模糊关系矩阵分别记为T1、T2、T3、T4、T5、T6，计算出6个检测结果的模

糊关系矩阵。

2.2 评价因素的权重确定

由于各污染因素的重要程度不同，因此，对每个因素Ti赋予一个相应的权重Fi（i=1，i=2，...i=n），构成权重集F。根据地下水分类标准，Ⅲ类标准化学组份含量中等，主要适用于集中式生活饮用水水源及工农业用水，因此选取地下水Ⅲ类标准为水质标准浓度。采用强制决定（FD）法，对指标的重要性进行两两比较，重要的得1分，不重要的得0分，无可比性和同等重要的各0.5分。由此，可以得出评价因素的权重集F为：

F1={6.19%，9.05%，13.33%，12.38%，3.33%，3.33%，8.10%，4.29%，10.95%，9.05%，3.33%，3.33%，6.19%，7.14%}

F2={6.19%，6.19%，13.33%，12.38%，5.24%，2.86%，9.05%，2.86%，10.95%，7.14%，2.86%，2.86%，9.05%，9.05%}

F3={6.19%，7.14%，13.33%，12.38%，5.24%，2.86%，9.05%，2.86%，10.95%，6.19%，2.86%，2.86%，8.10%，10.00%}

F4={6.19%，9.05%，12.38%，13.33%，5.24%，2.86%，8.10%，2.86%，10.95%，6.19%，2.86%，2.86%，7.14%，10.00%}

F5={6.19%，6.19%，12.38%，13.33%，5.24%，2.86%，10.95%，2.86%，9.05%，8.10%，2.86%，2.86%，7.14%，9.05%}

F6={6.19%，9.05%，12.38%，13.33%，5.24%，2.86%，10.00%，2.86%，9.05%，7.14%，2.86%，2.86%，8.10%，10.95%}

由评价因素权重集可看出，磷尾矿充填体毒性浸出水的主要污染物是铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）和氟化物，四者的污染影响权重接近50%。

2.3 综合评价各污染因素

权重集F已计算出结果，则向量F作为权重系数，与检测结果的模糊关系矩阵T，可以建立毒性浸出溶液的模糊综合评价的数学模型。

根据模糊综合评价模型A=FT，将评价因素的权重集F，以及各毒性浸出溶液检测的模糊关系矩阵T，代入其中，通过计算，得到各毒性浸出溶液的模糊综合评价集，结果见表4。

根据表4的评价结果，磷尾矿的充填体进入井下，经过地下水的浸泡，其毒性污染物进入地下水后，对地下水的污染影响较小，污染程度主要在Ⅱ类水和Ⅲ类水。

3 结论

（1）由充填体毒性浸出检测结果可知，参照固体废物毒性浸出方法（HJ 557-2009），6个充填体浸出溶液的pH均呈中性。

（2）充填体制备时加入了水泥，水泥呈强碱性，使绝大部分重金属离子形成沉淀，无法析出。同时与水发生化学反应，生成水化硅酸钙，能有效将重金属沉淀胶着在一起，大大降低重金属的含量。

（3）按充填体3和充填体4的配比，可以从很大程度上控制充填体浸泡对地下水环境的影响，基本上把污染控制在Ⅱ类水标准以内。

（4）充填体对地下水污染程度达到Ⅳ类水的可能极小;不会将地下水污染至Ⅴ类水。

参考文献：

[1]董占军，韩明龙.地下金属矿充填采矿技术分析[J].科学技术创新，2018（14）：152.

[2]周爱民.有色矿山采礦技术新进展[J].采矿技术，2003，6（3）：1-7.

[3]李凤义，聂文波，陈维新，等.模糊数学在充填开采方法中的应用[J].采矿技术，20014，14（1）：21-23.