不同矿区中的金属矿含量测定研究

程 铮

（辽宁省第四地质大队有限责任公司，辽宁 阜新 123000）

近年来，随着采矿业的快速发展和矿产勘查程度的逐年提高，主要开发和使用易开采，露天和浅矿。国内外的科学家已将注意力转向寻找隐藏的矿床，深山洞中的矿体金属矿的重要勘探目标，其中区域勘探是最重要的，具有理论，实践和经济意义。这次研究的区域，位于研究区域山脉南部的西坡上[1]。该区域位于大新安山脉中南部的成矿带的西南边缘。燕山火山活动和岩浆侵入活动很强，使其成为多金属矿化的有利地点。多金属矿区的地质条件艰巨，植被发达，第四纪覆盖范围广。该地区以前的地质调查可以忽略不计，而地球物理和地球化学调查较少，单一地球物理和地球化学勘探方法的局限性。在对过去的地质数据进行系统分析的基础上，结合研究区的地质，地球化学和地球物理特征，提出一种综合的理化勘探方法[2]。

1 实验材料与方法

（1）研究区概况。测试区域位于岭南中，低海拔3001068.09m的 东 经113.40至113.43， 北 纬24.30至24.36。山脉从北到南，北高南低。采矿区的结构单元是矿山隆起区，高度为400m～800m。该地区主要是侵蚀的浮雕结构。该矿床位于南北脊之间的小型斜向盆地中，主要开采铜硫矿石，铅锌矿石以及少量的锰，铯，钨，金和其他金属。该地区属亚热带季风气候，全年温暖多雨，年平均气温为16.8℃，年平均降雨量为1,673mm[3]。

（2）金属矿采集与测定。根据不同区域内的金属矿不同，将矿区分为6个部分，分别是：露天铜矿，露天铁矿，里武垃圾填埋场，内部垃圾填埋场，采石场尾矿和生产生活区。基线情况如表1所示。从每个区域随机选择6个样本，总共36个样本。取5点表土样品，厚度为0cm～2cm。清除杂物后，采用4点法取5千克，将其放入带拉链的塑料袋中，然后送回实验室。将样品风干后，将其通过2mm尼龙筛磨碎以进行分析。采样点的分布如图1所示。

图1 金属矿产采集点

表1 矿山不同样品采集分布

参照前人对矿山地质金属矿性质侧测定，总钾采用熔融火焰氢氧化钠的光度法，总氮用凯氏蒸馏法测定氮，速效磷采用HCl-HSO双重酸浸法，速效钾采用NHAc火焰浸出法，碱性氮采用碱性水解扩散法。使用德国标准pH计（Sartorius）PB-10（土壤：水-1：2.5）测量土壤的pH值，并通过重铬酸钾（国家标准GB7857287方法）测定有机物的含量。）。用HF-HCl与4-HNO3消化所有地质重金属Cu，Mn，Cr，Zn，Pb和Cd，然后用美国制造的LeemanLabsProfile多通道电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）测定状态。数据符合Excel2003和SPSS19，用于处理和分析。

2 结果与分析

（1）不同功能区土壤重金属含量。矿区各个功能区土壤中的重金属含量。其中，土壤中的铜含量按降序排列：露天铜矿（1894mg/kg），高底垦尾矿场（1447mg/kg），露天铁矿（1441mg/kg），内部垃圾填埋场（1172mg/kg），利武垃圾填埋场（1024mg/kg），工业和居民区（642mg/kg），因为铜矿和铁矿石的露天开采是主要的采矿区域，主要用于矿石的开采，开采和加工，土壤中铜含量最高。从沟渠到露天矿场的尾矿堆中，土壤中的锰含量最高（达1661mg/kg），其余各点基本相同。土壤中锌，铅和镉等重金属元素的含量表示为露天铁矿＞尾矿场＞垃圾填埋场＞露天铜矿＞工业和居民区。1389 973，分别为11.31mg/kg。这主要是由于缺乏有价值的优质矿石，土壤和岩石所致。铁加工，铜加工和冶炼产生的炉渣被堆放起来，并在两个垃圾填埋场和一个尾矿堆中进行处理。铁矿石开采区和垃圾场中土壤的铜含量低于铜矿的裸露山区，但其他相关矿石已被开采并丢弃。铜的选择过程会影响钢筋的活性，并且与铜矿的露天矿相比，土壤中该成分的含量显著增加。尾矿堆土壤中的Mn和Cr含量最高（分别为1661和1746.01mg/kg）。这可能是由于以下事实：这两个元素不容易受到采矿和冶金过程的影响，并且它们中的大量残留在扔入尾矿库的炉渣中。

（2）不同土壤重金属含量的相关性。表2显示了矿区土壤中6种重金属元素的相关性分析。表2表明，矿区内土壤中的铜含量与Zn和Cd含量呈极显着正相关，而与土壤中Pb含量则呈显着正相关。这是由于三种元素Cu，Zn和Pb的化学性质相似。所用的铜选择工艺酸性糖浆还可以释放一些重金属元素。浓缩后的废液与炉渣一起保留或倾倒在采矿区的废弃土地和尾矿周围，这也可能导致这种关联。土壤中的锰含量与其他五个元素没有显着相关性。土壤中的镉含量与土壤中的铅含量呈显着相关。对6种重金属元素的主要成分分析表明，3个特征值均大于1，相应的特征值累积份额达到86.389。在6种重金属元素Cu，Zn，Pb和Cd属于同一类型中，其成分1载荷分别为0.796、0.810、0.803和0.772，表明这4种元素具有一定的同源性。Cr对主成分2的负荷大，为0.81。Mn对组分3（0.853）的负载较高。主成分分析的特征值和贡献因子如表3所示。Cu，Zn，Pb和Cd均为硫元素，它们均与S2具有很强的络合能力。

表2 土壤重金属含量相关系数

（3）土壤性状对重金属含量的影响。有关矿区不同功能区中土壤的物理和化学性质，请参见表3。所有土壤的pH值都是高酸性的。内部垃圾填埋场的最低土壤pH值仅为2.24。尾矿储存设施，工业和住宅用房以及工业和住宅区均远离采矿和冶金工业的主要区域。因此它们更接近中立。在铜矿的露天矿区，有机物含量最高（36.98g/kg），在铁矿的露天矿区中最低（9.56g/kg）。其他四个区域大部分相似，土壤中的氮，磷和钾含量没有明显的规律，可能与土壤的性质和环境有关。

铜矿区和铁矿区的土壤主要由粘土和沙子组成，其粉体含量约为总量的20%。对这两个垃圾场的比较表明，由于堆积和老化时间的原因，内部垃圾场的寿命比Livu垃圾场更长。面积超过10a，所以含沙量达到49，最近在这里挖出Livu垃圾场并将其倾倒，其粒度分布与露天矿大致相同。荔芜市的排污阳离子交换容量最高，达到34.94cmol/L，内部的最低排污容量为13.28cmol/L。

表3显示了矿区土壤中重金属含量与土壤理化性质之间的相关性分析。可以看出，土壤中的总磷含量与有效磷和重金属之间没有显着相关性。土壤中的总钾含量与重金属元素含量之间的相关性也不显着，土壤中的有效钾含量与土壤中的Mn和Cr含量分别具有极显着的相关性。土壤中的总氮含量与土壤中的Cu和Cd含量呈极显着负相关，而土壤中的碱性氮含量与Mn含量呈极显着负相关。土壤的PH值极为重要，并且分别与土壤中的Mn和Cr含量显着相关，而与土壤中的Cu和Cd的含量显着负相关。

表3 矿区不同功能区土壤理化性质

3 结语

（1）矿区土壤中的铜含量从高到低依次表示为露天矿区＞尾矿场＞场区＞生产生活区。在从沟渠到采石场的尾矿堆中观察到最高的Mn含量，而其他地方基本相同。元素Pb，Zn，Cd和Cr的含量也主要表示为露天矿区＞尾矿场＞垃圾填埋场＞生产生活区，这与区域功能和土壤组成有关。

（2）六种类型的重金属元素可分为三类：Cu，Pb，Zn和Cr是一类，而Mn和Cd是另外两类。影响Cu的因素是土壤有机质，土壤pH值，沙含量和土壤中总氮含量（负相关，在下面用“一”表示）；影响锌的因素有：土壤中的沙子含量，土壤中的粘土含量（一）。影响铅含量的因素有：土壤中的沙子含量，土壤中的粘土含量（一）；锰会影响土壤的pH值和有效钾，泥沙含量，碱性氮（一）和沙含量（一）;镉受土壤影响。

（3）矿区土壤中的Cu，Pb，Zn和其他重金属元素可能是由于人类活动（例如采矿和冶炼）引起的，导致结合的矿石成分进入土壤并随着环境变化而逐渐积累。而不是原矿中稳定的重金属。