历史遗留场地黄金堆浸尾渣周边土壤及地下水污染状况研究

姜久宁

(中国恩菲工程技术有限公司, 北京 100038)

0 前言

20世纪60年代,我国引进氰化提金技术,目前全国85%以上的成品金生产企业都采用氰化提金工艺[1]。氰化提金工艺具有操作简单、金回收率高、处理成本低等优点[2]。在90年代初国家鼓励兴办实体经济的历史背景下,部分个体小规模黄金堆浸企业通过堆浸工艺获得粗放型经济效益,但是产生了大量含剧毒氰化物的尾渣。氰化物属于剧毒物质,会与人体内高铁细胞色素氧化酶结合,生成氰化高铁细胞色素氧化酶而失去传递氧的功能,从而使细胞受到麻痹而造成人的窒息死亡[3]。此外,重金属污染具有普遍性、隐蔽性和不可逆性,对人体健康具有显著威胁[4]。遗留的氰渣成为历史遗留污染源,造成的环境问题日益凸显[5]。因此,为防止堆浸尾渣污染环境,加强氰化尾渣管理,须研究历史遗堆浸尾渣的污染特征[6]。

本研究选择甘肃、新疆两地共计三处历史遗留黄金堆浸尾渣场地作为研究对象,关注主要污染物氰化物及重金属的分布。依据《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ 25.1—2019)等导则规范,对场地进行走访调查、样品采集检测,充分了解该场地主要污染物种类及污染范围,为土壤环境污染防治提供有力支撑。

1 材料与方法

1.1 场地概况

现场地均已停产多年,研究对象主要为历史遗留黄金堆浸尾渣及周边土壤。甘肃A场地堆浸尾渣69处,堆浸尾渣面积162 319 m2,方量约797 033 m3。甘肃B场地内堆浸尾渣4处,堆浸尾渣面积10 500 m2,方量约50 000 m3。新疆C场地内堆浸尾渣92处,堆浸尾渣面积6 340 000 m2,方量约2 400 000 m3。A、B、C场地采用的黄金提取工艺流程为:将含金矿破碎后运至堆浸场按一定方式堆积成为矿堆,然后在矿堆表面喷洒氰化钠溶液,浸出剂从上至下均匀渗滤通过固定矿堆,使金进人浸出液中,渗滤浸出所得贵液中的金含量常较低,需采用活性炭吸附回收金和银(一般用4～5个活性炭柱富集金和银),载金炭解吸所得贵液送电积得到成品金。脱金和银后的贫液经调整浓度和pH值后返回矿堆进行渗滤浸出。原辅材料主要为氰化钠、石灰等[7]。

A场地矿区地下水主要划分为第四系松散岩类孔隙水和中泥盆统碎屑岩类孔隙裂隙水两类。B场地区域揭露的地层有粉土、角砾和表层卵石,皆为强透水层,区域基岩为隔水底板,地下水主要分布于角砾和卵石层中,属孔隙潜水。C场地区域内地层简单,仅出露下石炭统南明水组地层及第四系残坡积层,地下水水位较浅,埋深0.1～0.3 m。

三场地内矿山采场大面积裸露,大量的尾渣堆体沟壑纵横,尾渣堆体上寸草不生,整个矿区水土流失和植被破坏严重(图1)。

图1 A、B、C三场地现状图

1.2 污染识别

A、B、C场地在生产过程产生的黄金堆浸尾渣长时间堆放,在大气降水、地表径流的作用下,造成周围土壤、地下水污染,潜在污染物为氰化物、Hg、Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr6+、Ni等[8]。

1.3 样品采集

为了研究黄金堆浸尾渣周边土壤及地下水污染状况,分别采集三个场地内的堆浸尾渣、土壤、地下水样品[9]。根据场地的水文地质条件、生产工艺资料、现场踏勘和人员访谈等资料,三个场地的堆浸尾渣采样参照《危险废物鉴别技术规范》(HJ298)规定,本次重点评估在受到地表水或地下水浸沥情况下堆浸尾渣中污染物的浸出情况。周边土壤采样参照《建设用地土壤污染状况调查技术导则》(HJ 25.1—2019)、《建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则》(HJ 25.2—2019)和《土壤环境监测技术规范》(HJ/T 166—2004)规定,本次重点研究堆浸尾渣周边土壤中的污染物分布。地下水采样参照《地下水环境监测技术规范》(HJ/T 164—2004)导则,本次重点研究堆浸尾渣下游地下水中污染物浓度情况。

1.4 监测项目和分析方法

根据现场调查情况及相关资料,堆浸尾渣检测指标为:参照《固体废物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》(HJ/T 299—2007),浸出液检测项目为Hg、Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr6+、Ni;参照《固体废物 浸出毒性浸出方法 水平振荡法》(HJ 557—2010),浸出液检测项目为氰化物、Hg、Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr6+、Ni。土壤样品检测指标为:《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)要求的45项基本项目以及锌、氰化物。地下水监测项目为:理化指标(11项)、重金属(10项)、VOCs(26项)、SVOCs(10项)、氰化物。样品检测分析方法均参考国家标准测试方法、行业标准方法。

1.5 评价方法

堆浸尾渣的酸浸与水浸结果分别应与《危险废物鉴别标准 腐蚀性鉴别》(GB 5085.1—2007)、《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)第一类污染物最高允许排放标准相应指标进行对比;土壤的检测指标应与GB 36600—2018中第二类用地土壤筛选值及该区域未受人为扰动的土壤对照点指标进行对比;地下水检测指标与《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)规定的所在地水域功能类别相应指标进行对比,同时分析污染物在堆浸尾渣及周边土壤及地下水的分布情况。

2 结果与讨论

2.1 堆浸尾渣检测结果

堆浸尾渣酸浸和水浸检测结果分别见表1和表2。

表1 A、B、C地块堆浸尾渣酸浸及水浸砷元素检测结果

表2 A、B、C地块堆浸尾渣水浸总氰化物检测结果

A场地选取69份堆浸尾渣进行酸浸和水浸,所有样品酸浸结果显示砷元素均有检出,其他检测因子均未检出,所有样品浸出液的检测因子均未超过鉴别标准(GB5085.1—2007);所有样品水浸结果显示砷元素均有检出,其他检测因子均未检出,所有样品的检测因子均未超过GB 8978—1996第一类污染物最高允许排放标准。

B场地选取23份堆浸尾渣进行酸浸和水浸,酸浸结果显示砷元素检出率为91.30%,其他检测因子均未检出,所有样品浸出液的检测因子均未超过鉴别标准(GB 5085.1—2007);水浸结果中砷元素检出率为82.6%,总氰化物(以CN-计)检出率为34.78%,其他检测因子均未检出,砷元素存在超过GB 8978—1996第一类污染物最高允许排放标准(0.5 mg/L)的样品,超标率为26.08%,其他检测因子均未超标。

C场地选取103份堆浸尾渣按照进行酸浸和水浸。酸浸结果显示砷元素均有检出,其他检测因子均未检出,所有样品浸出液的检测因子均未超过鉴别标准(GB 5085.1—2007);水浸结果砷元素检出率为86.40%,总氰化物(以CN-计)检出率为83.49%,其他检测因子均未检出。有1份样品浸出液总氰化物含量(以CN-计)超标准值(0.5 mg/L),超标率0.97%,该样品位于堆浸尾渣的最底部。

三个场地历史遗留黄金堆浸尾渣195份样品的检测结果表明,所有样品的砷元素含量均未超过鉴别标准。191份样品水浸试验结果检出总氰化物(以CN-计)、Cu、As、Cd、Zn、Pb、Ni因子,其中砷超标明显,与金矿中伴生砷、铜、锌等元素有关。为了解原矿重金属伴生情况,收集A场地矿区矿石元素资料,多元素定量分析砷元素含量为0.49%,这表明矿石中砷背景含量较高。总氰化物(以CN-计)仅在堆浸尾渣底部存在残留,与开采过程中使用氰化钠有关,大部分堆存的黄金堆浸尾渣中氰化物经过多年的自然分解,含量降低。

2.2 土壤检测结果

A、B、C三个场地的土场检测结果如图2所示。

图2 A、B、C三场地土壤试验样品和对照样品浓度

A场地选取112份土壤试验样品进行检测,在矿区周边未受人为扰动区域取4份土壤样品作为对照样。对照点样品检测因子检测值均低于GB 36600—2018第二类用地土壤筛选值。试验样品检测结果中,砷含量超标率为52.67%,其他因子均未超标。经统计,砷含量最小值为8.9 mg/kg,最大值为1 758 mg/kg,最大超标28.3倍,平均值为148.34 mg/kg。

B场地选取242份土壤试验样品进行检测,在矿区周边未受人为扰动区域取3个土壤样品作为对照样。对照点样品检测因子检测值均低于GB 36600—2018第二类用地土壤筛选值。试验样品检测结果中,砷含量超标率为60.74%,其他因子均未超标。经统计,砷含量最小值为9.05 mg/kg,最大值为5 580 mg/kg,最大超标92倍,平均值为720.79 mg/kg。

C场地选取115份土壤试验样品进行检测,在矿区周边未受人为扰动区域取5个土壤样品作为对照样。对照点样品检测因子检测值均低于GB 36600—2018第二类用地土壤筛选值;试验样品检测结果中,砷含量超标率为44.34%,其他因子均未超标。经统计,砷含量最小值为5.85 mg/kg,最大值为16 963 mg/kg,最大超标281.72倍,平均值为1 427.12 mg/kg。

综上所述,A、B、C三个场地对照点均为矿区周边未受人为扰动区域的点位,其砷元素均未超标。三个场地堆浸尾渣下部及周边的砷含量明显偏高,这是因为氰化堆浸提金生产过程金矿伴生砷含量高,随着时间的推移,经过雨水冲刷及渗滤液的作用,尾渣底部及附近的土壤、地下水遭受到砷元素污染有关。

2.3 地下水检测结果

A、B、C三个场地的地下水检测结果见表3。

表3 A、B、C地块地下水中砷元素检测结果

A场地共布设24个地下水监测点,1个对照点。对照点检测元素均未超过《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)Ⅲ类标准;5个监测点的砷含量超标,超标率为20.83%,超标监测点位于堆浸尾渣堆放处地势较低区域。

B场地共布设3个地下水监测点,1个对照点,监测点和对照点检测因子均未超标,3个监测点的砷元素均有检出,对照点的砷元素未检出。

C场地共布设15个地下水监测点,1个对照点。其中4个监测点砷元素含量超标,超标率为26.67%,其他因子均未超标。

A、B、C三场地对照点均位于矿区水文单元地下水上游,周边无采开采迹象,其检测因子均未超标。A、B、C三场地地下水监测点中氰化物均未检出,重金属砷有检出,存在点位超标现象。这是因为堆浸尾渣中伴生矿中砷含量高,随着时间的推移,经过雨水冲刷及渗滤液的作用,下渗到地下水中。

3 结论

以甘肃、新疆两地三处历史遗留黄金堆浸尾渣场地作为分析对象,研究了黄金堆浸尾渣及周边土壤、地下水的污染状况。研究共采集195份黄金堆浸尾渣样品,其中191份试验样品水浸结果检出总氰化物(以CN-计)、Cu、As、Cd、Zn、Pb、Ni因子,其中砷超标明显与金矿中伴生砷、铜、锌等元素有关,金矿石中砷背景含量较高。总氰化物(以CN-计)在堆浸尾渣底部存在残留,与开采过程中使用氰化钠有关,氰化物经过多年的自然分解,含量已降低。

三场地共计采集土壤试验样品469份,土壤对照点样品12份,对照点检测因子均未超标,土壤试验样品中砷元素超标率54.80%,其他检测元素均未超标。堆浸尾渣下部及周边土壤中砷元素含量明显偏高,这是因为氰化堆浸提金生产过程金矿伴生砷含量高,随着时间的推移,经过雨水冲刷及渗滤液的作用,渣堆底层及附近的土壤遭受到重金属砷元素污染。

三场地共计采集地下水试验样品42份,地下水对照点样品3份,对照点检测因子均未超标。其中重金属砷有检出,存在点位超标的情况。这与堆浸尾渣中伴生矿中砷含量高,随着时间的推移,经过雨水冲刷及渗滤液的作用,砷下渗到地下水中有关。