利比里亚邦矿铁矿矿石、废石及尾砂淋滤试验分析

徐 忠，何世达

（中南勘察基础工程有限公司，湖北 武汉 430081）

矿区的开采和废石、尾砂外排活动，使采区周围矿石、废石和尾砂露天堆放于地表，经长期的日照风吹雨淋，堆放露天的矿石、废石和尾砂被雨水冲刷，易有部分有害的矿物质被溶解于雨水，造成当地水质污染，进而影响地下水环境污染。地下水是否受到污染和污染的程度，受很多环境因素的制约和影响，淋滤试验就是通过模拟雨水冲刷浸蚀堆放露天的矿石、废石和尾砂，研究淋滤后水质与淋滤污染的关系及其危害。

1 试验目的

为了查明矿山开采废石、矿山、尾砂受大气降水、地表流冲刷后污染成分析入水体的可能性，勘查项目部现场采集分析样品，即矿石两组、废石六组、尾砂二组，共计十组，进行室内淋滤试验，淋滤试验由我公司协同中国地质大学（武汉）资环学院中心试验室完成，试验目的是分析和试验地表水和地下水水质和污染性及岩石、废石、尾矿的淋滤性参数。

2 淋滤试验方法

本次模拟淋滤试验方法是通过蒸馏水模拟雨水反复冲刷铁矿石、废石、尾矿，收集冲刷矿后的淋滤水，通过分析淋滤前后淋滤水的化学成份变化情况，进而研究利比里亚共和国邦州邦山脉铁矿矿石、废石、尾矿经降雨淋滤对环境带来的影响，采取一些措施减少对地下水的污染。

试验要求矿石、废石、尾砂的密实度为不经压实的自然堆积状态，模拟降雨在废石中的运移过程，分析矿石、废石、尾砂受雨水的浸蚀情况，进而分析淋滤污染物对地下水环境的影响。

样品的加工及试验准备。试验前将矿石、废石、尾砂样品过5mm筛，剔除其中沙砾及植物碎片等。采用PMMA管做成柱状淋滤器，用长度为1.2m、直径20cm的PMMA管，上端开口，下端封闭并开侧孔，填满测试样品后固定在架子上（见图1）。在底部开侧孔上方分别内置安放1层滤纸和1层过滤网，侧孔流水处放置接淋滤水的玻璃容器。

图1 淋滤试验装置

本次淋滤试验采用蒸馏水作为试验前初始用水，水中各元素含量均为零；本次采集的淋滤水样用滴定法、原子吸收、色谱仪进行化学分析，通过对淋滤水样进行水质全分析，选择PH值、总 碱 度、总 硬 度、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Cl-、、铜、锌、铅、镉、铬、镍、耗氧量、矿化度等24项组分进行对比分析。

3 淋滤试验机理

岩石化学成份中某成份含量的高低和其溶解度的大小以及各种物理化学作用，是该组分淋失的首要条件；岩石中水分运动的存在，则是淋滤的必要条件。由于离子有随水移动的特点，如果有水分下移，就会发生淋滤。淋滤试验正是创造水分从颗粒中自上而下流动的必要条件，通过溶解、水解、碳酸化、硝化、阳离子交替吸附、物理性冲刷等物理化学作用，使各类物质从颗粒中转移到淋滤液中，再对淋滤液进行分析试验，得出各组分含量或特性值，以获得岩石、废石、尾矿的淋滤性参数，分析评价矿区的开采和废石、尾砂外排活动经多年长期风化分解及雨水淋滤对环境造成的影响。淋滤作用主要方式有：

（1）水解：颗粒中的CaO与水发生水解反应，化学反应方程式为：

（2）溶解：如硅酸盐类中的钙离子弱溶于水，化学反应方程式为：

（3）硝化作用：水中亚硝酸根主要是矿石、废石、尾砂颗粒表面氨氮组分在有氧条件下通过硝化反应转化而来的，化学反应方程式如下：

（4）碳酸化作用：碳酸化作用是淋滤液中碳酸氢根分解成碳酸根导致碳酸氢根含量降低，酸化作用而使pH增高的。化学反应方程式如下：

（5）阳离子交替吸附作用：阳离子的吸附作用决于离子价，离子吸附能力越强，其相对原子质量越小，按吸附能强弱的顺序为 ：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。

如Pb是雨水通过淋滤的作用完成阳离子交替吸附的，Pb的相对原子质量较大，吸附能力较弱，因此Pb易被水中其他的相对原子质量小的阳离子（如Fe3+、H+）发生置换反应，使Pb通过淋滤浸蚀被水带走，导致淋滤液中Pb的含量增加。

（6）物理作用冲刷：Fe离子、Mn离子成份的淋滤主要是物理性冲刷作用的结果，主要原因是本次试验用水为蒸馏水，蒸馏水不含Fe离子、Mn离子，它们的含量为零，导致离子增量较高。

由于本次淋滤试验采用蒸馏水进行试验，各成份的初始值为零，会导致初期易溶盐成份的淋失量较大，后期淋滤易溶盐成份增量降低。

4 淋滤试验结果分析

4.1 试验结果统计

根据本次对废石、矿山、尾砂共10组试样进行试验报告，各组分及特性值的增量统计见下表。

表1 利比里亚邦矿矿石、废矿、尾砂淋滤试验结果统计表mg/L

4.2 试验结果分析

通过淋滤试验揭示了利比里亚邦矿铁矿石、废石、尾砂的淋滤量。试验表明：淋滤在相同试验条件下，24种测试成份的淋滤溶出量相差较大。按按元素成分和污染性可分为一般组分和重金属组分，一般组分又可按淋滤增量的大小不同，可分为强淋溶成份、弱淋溶成份、综合性成份3类，根据淋滤溶出量分述如下：

（1）重金属铜、锌、铅、镉、铬、镍的淋滤增量为0mg/L～0.0401mg/L，水溶性较差，溶解出的离子质量浓度低，表明离子随水迁移性较差，淋滤水中的重金属含量基本要小于国家饮用水标准。

（2）强淋溶组分包括 ：阳离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+，淋滤增量为0mg/L～38.13mg/L；阴离子淋滤增量为0mg/L～67.12mg/L，弱淋溶组分包括：Fe离子淋滤增量一般为0mg/L～0.777mg/L、Mn离子淋滤增量一般为0mg/L～0.0202mg/L。

（3）综合性组分包括：总硬度为7.51mg/L～17.52mg/L，矿化度淋滤增量一般为46.78mg/L～117.85mg/L，耗氧量淋滤增量一般为0.79mg/L～1.35mg/L，增量微小，pH为6.74～9.94，略有增加。

试验表明，矿山废石、矿石、尾矿中的各种物质成份在大气降水、地表流水的淋滤作用下未见影响环境的物质成份析出。