西藏玉龍銅礦含銅尾礦的環(huán)境影響及二次利用研究

孫 沖，蘇慶平，李虹麗，陳鐵爻

（1.西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司安全環(huán)保部，西藏 昌都 854000；2.成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610059）

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西藏玉龍銅礦含銅尾礦的環(huán)境影響及二次利用研究

孫 沖1，蘇慶平2，李虹麗2，陳鐵爻2

（1.西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司安全環(huán)保部，西藏 昌都 854000；2.成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610059）

以玉龍銅礦含銅尾礦為研究對象，通過實地調(diào)查取樣、尾礦毒性鑒別、以及尾礦堆場土壤和水樣的測試，證明該尾礦為第一類工業(yè)固體廢物，可以直接堆存或填埋。采用物相分析證明尾礦中仍含有大量氧化銅礦物，使用硫酸浸取工藝可回收該尾礦中80%的銅，實現(xiàn)了環(huán)境保護和資源利用的“雙贏”目的。

含銅尾礦；環(huán)境調(diào)查；環(huán)境評價；物相分析；資源利用

西藏玉龍銅礦是目前我國最大的斑巖型銅礦，金屬儲量達650萬t，礦帶控制遠景儲量為1 300萬t［1］，它的開發(fā)對我國社會主義經(jīng)濟和西藏工業(yè)發(fā)展具有深遠的意義。該礦除含有豐富的銅、鐵、鉬等有價金屬外，還伴生有微量的鉛、鋅、鎘、鉻、鎳、錳、砷等有害元素，對環(huán)境可能造成不良影響。礦山采用露天開采，第一層為覆土層，刨開覆土露出鐵帽，鐵帽主要由褐鐵礦組成，其中全鐵含量可高達70%以上，鐵帽下即為銅礦床，主要由氧化銅和硫化銅礦物構(gòu)成，第三層為硫化鉬礦，具有極大的經(jīng)濟開發(fā)價值［2，3］。

目前礦山已進入初期試生產(chǎn)階段，由此產(chǎn)生了大量的選礦尾礦（含銅尾礦和含鐵尾礦），并分別自然堆積于礦山溝谷中。為配合相應(yīng)尾礦庫的建設(shè)和礦山的環(huán)境保護，開展了尾礦堆場的環(huán)境調(diào)查和評價，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果進行了含銅尾礦的二次利用研究，為玉龍銅礦的環(huán)境保護和合理開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 含銅尾礦的環(huán)境調(diào)查

1.1 礦山環(huán)境概況

玉龍銅礦礦區(qū)位于青藏高原東南部金沙江與瀾滄江之間的寧靜山脈北段，山脈、山系多呈北西-南東方向排列，地形切割程度中等至強烈，海拔標高4 100～5 245m，相對高差700m以上，植被為灌木和高山草甸。礦區(qū)內(nèi)地形切割強烈，相對高差大，溝谷發(fā)育充分。玉龍礦區(qū)屬大陸性半干旱高寒氣候，具有夏季氣候溫和濕潤、冬季氣候干燥寒冷、空氣稀薄、日照充足、年溫差小、日溫差大、干濕季節(jié)明顯等特征。礦區(qū)位于高原寒冷地區(qū)，氣候多變，全年無絕對的無雪、無霜月份。每年10月下旬至來年5月份為冰凍期，全年雨水量較小，以混合態(tài)陣型降雨為主。

1.2 尾礦堆場及樣品采集

玉龍銅礦床在地質(zhì)結(jié)構(gòu)上呈似層狀礦體，突出地表現(xiàn)出多次氧化成礦作用的疊加而造成的復(fù)雜剖面分帶［2］，可分為氧化淋濾帶、次生氧化物富集帶、次生硫化物富集帶和原生硫化物礦石帶。

目前礦山開采主要以氧化淋濾帶為主，氧化淋濾帶在地表以鐵帽形式存在，鐵帽的主要礦物成分是褐鐵礦，在地下一定深處也存在氧化和酸性溶液淋濾原生礦石而形成的氧化淋濾帶。次生氧化富集帶以堆積大量粘土礦物為特征，礦石礦物組成以黑銅礦、孔雀石、藍銅礦、硅孔雀石為主，尚見自然銅、赤銅礦、戴氏赤銅礦。

玉龍銅礦正處于試生產(chǎn)階段，開采了數(shù)十萬t氧化銅礦石，通過手選，選出富礦用作酸浸工藝的原料，選余物即作為尾礦，暫時堆存于礦區(qū)溝谷內(nèi)（尾礦庫正在建設(shè)中）。該尾礦堆屬于自然堆放，日曬雨淋，對環(huán)境有一定危害，是試驗研究的主要對象。

在整個礦堆（200m×15m×30m）均勻采取9個試樣，每樣5 kg，混勻，風(fēng)干，粉碎至1.65mm，作為試驗樣品，用以完成銅尾礦堆場的毒性鑒別及動態(tài)淋濾試驗；在1.65mm試驗樣品中再分取0.2 kg，進一步粉碎至0.12mm以下，作為分析樣品，完成銅尾礦礦石的化學(xué)成分分析、物相分析和雜質(zhì)有害元素分析。并在堆場上游和下游1.5m處分取2個土壤樣，風(fēng)干，粉碎至0.12mm以下，用作分析樣品。另在溝內(nèi)礦堆上下游各1m左右分取2個水樣，遠離礦堆（1 km左右）上下游再分取2個水樣，考察水中微量有害物質(zhì)的釋出情況。

1.3 銅尾礦組成及環(huán)境影響

使用化學(xué)分析和儀器分析方法測定尾礦試樣，結(jié)果見表1、表2。該礦石組成與原礦中的組成基本類似，主要是以硅、鋁為主的硅酸鹽，礦石中銅、鐵含量明顯較高。此外，礦石中P2O5含量較高，礦石中部分元素以磷酸鹽形式存在。從環(huán)境的角度來看，以硅酸鹽、磷酸鹽組成的礦物結(jié)構(gòu)都很穩(wěn)定，在常溫、常壓的環(huán)境條件下，不易發(fā)生溶化、分解、游離等現(xiàn)象，不會對環(huán)境產(chǎn)生污染危害。

表1 低品位氧化銅礦石的常量組分 %

表2 銅礦石中痕量組分分析結(jié)果

礦石中大部分有害金屬元素含量較高，若直接對比，都遠遠高于國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準值》［4］。然而，這些元素在礦石中都是以穩(wěn)定礦物結(jié)構(gòu)形式存在，在常規(guī)條件下大多數(shù)礦物都非常穩(wěn)定，不易對環(huán)境產(chǎn)生直接污染。

對所取土壤樣和水樣測定結(jié)果見表3、表4。由表3可見，銅礦堆場附近土壤中只有銅含量略大于國家一級土壤標準［4］，證明低品位銅礦堆場附近土壤具有輕度銅污染；堆場附近土壤中含Cd質(zhì)量較高，甚至高于國家三級土壤標準，根據(jù)銅礦石中痕量元素分析結(jié)果（表2），說明礦石本身Cd的含量較高，對堆場周邊環(huán)境具有較大的污染能力；表中上游土樣有害元素含量普遍大于下游土樣含量，說明上游土壤中有害成分的污染主要來源于礦山本身。在礦山開采過程中，氣體流動帶起粉塵、雨水及地表水不斷沖刷開采區(qū)表面、搬運礦石粉塵向山下運動，致使這些粉塵在礦堆附近土壤中逐漸聚集，引起土壤中Cd的含量不斷增高。

表3 銅礦堆場附近土壤樣品分析結(jié)果對照 mg／kg

表4 銅礦堆場附近水樣分析結(jié)果 mg／L

表4給出了各取樣點水質(zhì)分析數(shù)據(jù)，結(jié)果均未超出國家污水排放標準［5］，證明低品位銅礦堆場的存在并未對下游地表水造成污染。銅礦堆場附近土壤中Cd雖然超出國家標準限值，但表4數(shù)據(jù)證明，銅礦堆場附近水樣中并未檢出Cd的存在，說明礦石及土壤中Cd都以穩(wěn)定的礦物形式存在，在天然水（pH＝6～9）的淋濾作用下不會析出，對環(huán)境水體沒有污染。

1.4 尾礦的毒性鑒別與影響評價

為確定銅尾礦堆對礦山環(huán)境產(chǎn)生的影響，進一步完成了固體廢物毒性鑒別試驗［6，7］，結(jié)果見表5?？梢?，不管采用混合酸浸法還是蒸餾水浸法，尾礦中所有有害元素均大大低于危險廢物鑒別標準［8］限值，對環(huán)境沒有危害。對照污水排放標準［5］，銅尾礦的浸出溶液除pH值略微偏低外，其它金屬離子濃度均低于標準限值，屬于一般工業(yè)廢物，可按一般工業(yè)廢物進行堆存或填埋［9］。

2 銅尾礦的二次利用

銅尾礦是公司進行工業(yè)化試驗的臨時產(chǎn)物，堆場是暫時性的。雖然通過鑒定，該堆場短期堆存不會對環(huán)境產(chǎn)生危害，但長期存放仍存在環(huán)境污染風(fēng)險。由礦堆化學(xué)成分分析（表2）結(jié)果可知，銅尾礦中仍含有一些有用物質(zhì)，特別是銅含量高達2.62%，具有很高的經(jīng)濟再利用價值。根據(jù)上述情況，含銅尾礦的安全處置以綜合利用為主，在處置過程中合理利用資源，減少污染物的產(chǎn)生，增加礦山經(jīng)濟效益，實行環(huán)境效益和經(jīng)濟效益雙贏的目標。

表5 銅尾礦毒性鑒別試驗

2.1 銅尾礦的物相分析

物相分析是對礦石中某種元素的各種存在形式的分析。含銅礦物具有多種存在形式，利用這些礦物在不同溶劑中的溶解度差別，用不同溶劑分別將各種礦物溶出并進行銅元素的測定［10，11］，進而獲得銅礦石中各種含銅礦物的存在形式。圖1是銅尾礦的物相分析流程圖。

圖1 銅尾礦物相分析流程圖

按此流程獲得銅尾礦的礦物物相分布見表6。

表6 銅尾礦的礦物物相分布 %

2.2 尾礦中銅的回收

由表6銅尾礦的物相分析數(shù)據(jù)可知，銅尾礦的主要由自由氧化銅（2.10%）和結(jié)合氧化銅（0.44%）組成，二者即占礦石中總含銅量的96.18%；而次生硫化銅和原生硫化銅的百分含量很低，且僅占礦石中總含銅量的3.82%。因此，可以確定銅尾礦堆中銅主要以氧化銅形式存在，可以直接采用稀硫酸浸取工藝回收尾礦中的銅。

稀硫酸浸取氧化銅礦工藝是目前廣泛使用的濕法冶金工藝。參照文獻［12］對本尾礦進行的工藝條件試驗證明，稀硫酸浸取工藝適用于銅尾礦堆場中銅的提取，最佳工藝參數(shù)應(yīng)控制在：硫酸濃度4%～5%，固液比1∶3～1∶4，浸取時間60～90 min，總銅回收率可達78%，自由氧化銅回收率達98%。

3 結(jié) 論

西藏玉龍銅礦手選尾礦長期堆存，可能對礦山環(huán)境造成污染。本文通過實地調(diào)查、采樣測定、分析評價等方法考察了銅尾礦對礦山環(huán)境的影響，結(jié)果證明該尾礦屬于第一類工業(yè)固體廢物，對礦山環(huán)境沒有影響，可以直接堆存和填埋；采用物相分析證明銅尾礦中主要以氧化銅為主，使用稀硫酸浸取工藝可使尾礦中80%的銅得到回收，在保護環(huán)境的同時，為企業(yè)獲得可喜的經(jīng)濟效益。

［1］商理堂.西藏礦產(chǎn)品加工現(xiàn)狀及其發(fā)展探討［J］.冶金礦山設(shè)計與建設(shè)，1999，31（4）：14-17.

［2］陳建平，王成善，唐菊興，等.西藏玉龍銅礦床次生氧化富集作用機制［J］.地質(zhì)學(xué)報，1998，72（2）：153-160.

［3］程敦摸，周滿庚，關(guān)本羨.西藏玉龍斑巖銅礦床中銅鐵礦的成因［J］.礦物學(xué)報，1982，（3）：213-215.

［4］GB15618-1995，土壤環(huán)境質(zhì)量標準［S］.

［5］GB8978-1996，污水綜合排放標準［S］.

［6］HJ／T299-2007，固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法［S］.

［7］HJ557-2010，固體廢物浸出毒性浸出方法-水平振蕩法［S］.

［8］GB5085-2007，危險廢物鑒別標準［S］.

［9］GB18599-2001，一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準［S］.

［10］北京礦冶研究院.化學(xué)物相分析［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1992.

［11］言炎.何謂（物）相分析［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)，2004，（3）：167.

［12］劉小平，劉炳貴.氧化銅礦攪拌酸浸試驗研究［J］.礦冶工程，2004，24（6）：51-52.

The Study on the Environmental Influences and Reutilization of Tailings with Copper from Tibet Yulong Copper Mine

SUN Chong1，SU Qing-ping2，LI Hong-li2，CHEN Tie-yao2
（1.Environment Protection Section of Tibet Yulong Copper Incorporated Company，Changdu 854000，China；2.The College of Material and Chemical Engineering，Chengdu University Technology，Chengdu 610059，China）

This paper takes Tailings with copper from Yulong copper Mine as the object of study.Through field investigation and sampling，tailings’toxicity indentification and tests of soil and water from tailings storage yard，the results was proved that the tailings belong to the first class of industrial solid waste，which can be directly stacked or landfilled.Phase analysis was employed to prove that a lot of copper oxide minerals existed in the tailings.80%of copper in the tailings could be recyled by adopting the sulfuric acid leaching process，realizing the“Win-Win”purpose of environmental protection and resource utilization.

tailings with copper；environmental protection；environmental assessment；phase analysis；resource utilization

X822.5

A

1003-5540（2015）01-0064-04

2014-10-20

孫 沖（1987-），男，工程師，主要從事安全環(huán)保管理工作。