汞礦區(qū)尾礦渣的淋濾特征研究

吳鵬盛，施澤明,2，王新宇,2，林勇征，王 京，林 清，王 洋

(1. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059； 2. 地學(xué)核技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059)

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汞礦區(qū)尾礦渣的淋濾特征研究

吳鵬盛1，施澤明1,2，王新宇1,2，林勇征1，王 京1，林 清1，王 洋1

(1. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059； 2. 地學(xué)核技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610059)

通過(guò)對(duì)比不同初始pH值的淋濾液中各重金屬元素的含量，以及隨著淋濾實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行重金屬淋出量的變化趨勢(shì)，研究尾礦中重金屬淋出量跟淋濾液初始pH值之間的關(guān)系。結(jié)果顯示：不同的樣品中的某種元素存在最佳的淋濾液初始pH值，即在某種特定的初始pH值的淋濾下，該種元素能最大限度的被淋出。As、Pb兩種元素更容易在酸性條件下發(fā)生遷移，而Cr元素則更容易在中性環(huán)境下淋出。此外，大多數(shù)元素能在前兩次淋濾中大量淋出，獲得極大值或者最大值，由于實(shí)驗(yàn)次數(shù)的限值在后期并未出現(xiàn)穩(wěn)定的變化規(guī)律。

尾礦渣；淋濾；重金屬

1 材料與方法

1.1樣品采集與處理

爐渣和廢石的采集，采用隨機(jī)取樣法。對(duì)露天堆放的爐渣堆，去掉其表層厚約5 cm風(fēng)化層后，隨機(jī)采取3～5處1 kg爐渣，均勻混合后用4分法從中選取1 kg爐渣，代表該點(diǎn)的混合樣品。廢石樣品是隨機(jī)揀取的、堆填于河床及河流兩岸的廢石。通過(guò)實(shí)地踏勘和前期資料的研究，與2015年9月份采集淋濾所需樣品。樣品采集必須具有代表性，采集當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期大量堆放的，對(duì)生態(tài)環(huán)境能造成潛在危害的，歷史淵源較清楚的[1]。以此為前提我們共采集4個(gè)礦渣堆的5個(gè)樣品，其中7號(hào)礦渣堆采集兩個(gè)樣品用作對(duì)比分析，其余礦渣堆各采集一個(gè)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

本次淋濾實(shí)驗(yàn)采用動(dòng)態(tài)定量淋濾的方法，即在相同時(shí)間內(nèi)添加等量初始淋濾液，此外為研究不同初始pH值對(duì)樣品中重金屬的淋出影響，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乇硭膶?shí)際情況設(shè)計(jì)了pH初始值分別為4、7、9的初始淋濾液。本次實(shí)驗(yàn)持續(xù)了480 h，淋出液的收集的間隔時(shí)間為24 h，淋出液要馬上測(cè)定pH和氧化還原電位，并在離心管加入2%的HNO3保存，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用ICP-MS分析測(cè)試各個(gè)重金屬元素的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1淋出液的pH與電導(dǎo)率特征

淋出液的pH值特征見(jiàn)圖1。

圖1 淋出液的pH值特征

從圖1中可以看出：無(wú)論初始淋濾液的pH為何值，淋出液的pH值始終介于7～9之間，結(jié)合前人研究發(fā)現(xiàn)淋濾過(guò)程中硫化物礦物與水反應(yīng)產(chǎn)生的酸性排水(AMD)含有較高的H+濃度，可降低淋出液pH值，使其呈酸性，但由于研究區(qū)基巖以碳酸鹽巖為主，水巖反應(yīng)過(guò)程中可產(chǎn)生大量OH-，由此帶來(lái)的中和反應(yīng)大大減小了淋出液中H+濃度，所以淋出液pH均位于7～9附近，呈堿性[2]。另外，無(wú)論是何種pH的初始液淋濾樣品，一種樣品的淋出液pH值始終處于一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因還需要進(jìn)一步查明。

2.2淋出液的電導(dǎo)率特征

電導(dǎo)率是間接推測(cè)溶液中離子成分總質(zhì)量濃度(全鹽量)的指標(biāo)。由圖2可以看出：71和76號(hào)樣品淋出液中含鹽量較高，其中初始pH值為9的淋出液中鹽度含量高于其他兩種初始pH值的淋出液中的含鹽量。第2幅圖中初始pH值為9的淋液中電導(dǎo)率值卻遠(yuǎn)低于其他兩種，但無(wú)論初始pH值為多少，隨著淋濾實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行電導(dǎo)率值是慢慢降低的，說(shuō)明樣品中的礦物質(zhì)含量在不斷減少[3]。03、08、09這3個(gè)樣品淋出液的電導(dǎo)率要低于71和76號(hào)樣品的淋出液，且03、08這兩種樣品的淋出液中初始pH值9 的淋濾液的電導(dǎo)率要低于初始值為4和7 的淋濾液，說(shuō)明在堿性環(huán)境下該種尾礦中的礦物質(zhì)不容易淋出。而71和76兩種樣品初始pH值為4的淋濾液的電導(dǎo)率卻低于其余兩種，說(shuō)明該尾礦中的礦物質(zhì)更容易在堿性條件下淋出。

圖2 淋出液的電導(dǎo)率特征

2.3淋出液重金屬濃度特征

不同pH值的淋濾液會(huì)影響樣品中重金屬的淋出量，因此通過(guò)分析各種淋出液中重金屬濃度特征可以得知樣品中重金屬的淋濾特征以及初始液pH值對(duì)重金屬淋出量的影響[4]。淋出液中各重金屬平均含量特征見(jiàn)圖3。

圖3 淋出液中各重金屬平均含量特征

從圖3中可以看出：對(duì)于71號(hào)樣品來(lái)說(shuō)初始pH值越大所淋出的重金屬總量越大，說(shuō)明對(duì)于該樣品在堿性溶液的淋濾下重金屬容易發(fā)生遷移活動(dòng)。而09號(hào)樣品卻呈相反的趨勢(shì)，初始淋濾液pH值越低淋出的重金屬含量越大[5]。所以初始pH值對(duì)淋出液中重金屬含量的影響不能簡(jiǎn)單的歸納為單一的趨勢(shì)性，實(shí)驗(yàn)表明：不同的樣品有其最適宜的淋濾初始pH值，即對(duì)于某一種樣品而言存在一種最適宜的初始pH值使得該樣品的淋出液中重金屬含量達(dá)到最大值。

3 結(jié) 論

通過(guò)20天共20次的淋濾實(shí)驗(yàn)獲得了萬(wàn)山4個(gè)尾礦堆中重金屬的淋濾特征，現(xiàn)總結(jié)如下：

1) 初始pH值為4、7、9的3種淋濾液經(jīng)過(guò)一天的淋濾后，pH值均介于7～9之間，說(shuō)明尾礦樣品中存在大量的堿性物質(zhì)；

2) 隨著淋濾試驗(yàn)的進(jìn)行樣品中的礦物質(zhì)含量是不斷減少；

3) 對(duì)于某種樣品存在最適宜的初始pH值使得該樣品中的重金屬得到最大量的遷移，并不能簡(jiǎn)單地歸結(jié)為隨著初始pH值的變化而變化；

4) 對(duì)于同種樣品而言某種元素也存在最適宜的初始pH值使得在該pH淋濾液的淋濾下得到該元素的最大淋出量；

5) 相對(duì)于Cr元素而言，淋出液中Cr的淋出量隨時(shí)間的推移反而增加，不同于其他元素的趨勢(shì)。

[1] 周珊珊. 四川漢源鉛鋅礦區(qū)環(huán)境地球化學(xué)特征[D]. 成都：成都理工大學(xué), 2014.

[2] 吳鵬盛, 施澤明, 王新宇, 等. 烏斯河鉛鋅礦重金屬淋濾特征[J]. 科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力, 2016(2): 113-115.

[3] 趙峰華. 煤中有害微量元素分布賦存機(jī)制及燃煤產(chǎn)物淋濾實(shí)驗(yàn)研究[D]. 北京: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué), 1997.

[4] 曹云全, 張雙圣, 劉漢湖, 等. 煤矸石中重金屬動(dòng)態(tài)淋濾和靜態(tài)浸泡溶出特征研究[J]. 河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(1):76-80.

[5] 宋黨育, 秦勇,張軍營(yíng),等. 煤及其燃燒產(chǎn)物中有害痕量元素的淋濾特性研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005(9):1195-1201.

AStudyonLeachingCharacteristicsofTailingsinMercuryMine

WU Pengsheng1, SHI Zeming1,2, WANG Xinyu1,2, LIN Yongzheng1, WANG Jing1, LIN Qing1, WANG Yang1

(1.CollegeofEarthSciences,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 2.EarthScienceandNuclearTechnologyLaboratoryofSichuanProvinceChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

By comparing the contents of heavy metal elements in leaching liquor with different initial pH values, we know the trend of heavy metal leaching with leaching experiments, the relationship between the leaching amount of heavy metals and the initial pH value of leaching solution relationship. The results show that there is an optimum initial pH value of leaching solution in a certain sample in different samples. The element can be leached out to the maximum extent under the leaching of a certain initial pH value. The factors (As and Pb) are more likely to migrate under acidic conditions while Cr is more likely to leach out in a neutral environment. In addition, most of the elements in the first two leaching is a large number of leaching to obtain maximum or maximum. We think the number of experiments in the late limit does not appear to be stable changes in law.

Tailings; Leaching; Heavy metals

2016-06-04

萬(wàn)源市優(yōu)質(zhì)特色農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)

吳鵬盛(1992-)，男，甘肅武威人，在讀碩士研究生，研究方向：環(huán)境地球化學(xué)，手機(jī)：15680715532，E-mail:790128655@qq.com.

X753

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.032