含重金屬離子的鉛鋅礦尾礦廢水危害及治理研究

何建軍，繆?；?/p>

（福建金東礦業(yè)股份有限公司，福建 三明 365000）

含重金屬離子的鉛鋅礦尾礦廢水危害及治理研究

何建軍，繆?；?/p>

（福建金東礦業(yè)股份有限公司，福建 三明 365000）

金屬礦山的開采與選礦廠選別礦石的實(shí)施過程都會(huì)產(chǎn)生體積龐大的廢渣與廢水，本文以含重金屬離子的鉛鋅礦尾礦廢水為主要研究對(duì)象，首先分析了重金屬元素給自然生態(tài)環(huán)境、自然資源、人居環(huán)境、人體等帶來的嚴(yán)重危害，然后詳細(xì)闡述了含重金屬離子的鉛鋅礦尾礦廢水的治理方法，以降低尾礦廢水中重金屬的含量。

重金屬離子；鉛鋅礦尾廢水；危害；廢水治理

我國水資源總量超過2.8萬億m3，人均占有量卻不足220 m3，在世界上的排名在100位以后，因此我國屬于缺水型國家。我國水資源的時(shí)間和空間分布不均，時(shí)間上夏秋多、冬春少，地域上南方多、北方少，山區(qū)多、平原少，與我國生產(chǎn)力布局不相匹配。隨著我國工業(yè)化和城市化的快速推進(jìn)，水資源需求量快速增加，水資源供需矛盾日益突出[1]。城市化的高速發(fā)展導(dǎo)致我國許多湖泊、水系面積逐年減少，工業(yè)污水、生活污水超標(biāo)排放破壞了原有的自然水環(huán)境，導(dǎo)致動(dòng)植物種類減少、生物鏈遭到破壞、種群穩(wěn)定性降低。水生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，人工修復(fù)強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致水體的自凈能力減弱，水環(huán)境容量降低[2]。在淡水資源日益緊缺的時(shí)代背景下，防止水環(huán)境遭到污染與破壞，加強(qiáng)對(duì)水資源的保護(hù)力度，防治在城市化與工業(yè)化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的水污染，采取有效措施改善水生態(tài)與水環(huán)境，是環(huán)境生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容[3]。從工藝流程來看，金屬礦山的開采與選礦廠選別礦石的實(shí)施過程都會(huì)產(chǎn)生體積龐大的廢渣與廢水，選礦廠尾礦通常是由細(xì)泥沙與水混合而成的低濃度、細(xì)粒度漿料，選礦工藝排出的細(xì)泥沙與水中通常含有重金屬離子，重金屬離子若是處理不當(dāng)而直接排放，就會(huì)造成土壤、水體與大氣污染，其最終會(huì)通過各種途徑進(jìn)入人體，對(duì)人體的健康產(chǎn)生極大的安全隱患。

1 重金屬的危害

一般來說，重金屬是指比重大于5、原子量大于55的金屬[4]。從環(huán)境污染方面來看，重金屬主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷，就重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害而言，重金屬在水體流動(dòng)作用下滲透進(jìn)入土壤環(huán)境中，植物的根部在吸收土壤中養(yǎng)分的同時(shí)將土壤中含有的重金屬也吸入植物體內(nèi)，重金屬元素在植物體內(nèi)富集，會(huì)直接影響植物的生長發(fā)育。以鉛污染為例，鉛是土壤污染較普遍的元素，礦山附近土壤含鉛量高達(dá)1 500 cm/kg。隨著我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的快速發(fā)展，“三廢”中的鉛也大量進(jìn)入農(nóng)田，在土壤中易與有機(jī)物結(jié)合，不易溶解，其大多處于表土層，表土鉛在土壤中幾乎不向下移動(dòng)[5]。植物對(duì)鉛的吸收與積累，受制于環(huán)境中鉛的濃度、土壤條件、植物的葉片大小和形狀等，植物吸收的鉛主要累積在根部，只有少數(shù)轉(zhuǎn)移到地上部分，積累在根、莖和葉內(nèi)的鉛，會(huì)影響植物的生長發(fā)育，使植物受害。鉛對(duì)植物的危害表現(xiàn)為葉綠素下降，阻礙植物的呼吸及光合作用。谷類作物吸鉛量較大，但多數(shù)集中在根部，莖稈次之，籽實(shí)較少。因此，鉛污染的土壤所生產(chǎn)的禾谷類莖稈不易作飼料。

就重金屬對(duì)人體的危害而言，重金屬一旦通過飲水、飲食、呼吸或是直接接觸的途徑進(jìn)入人體，就會(huì)極大地?fù)p壞身體的正常功能。重金屬不像其他毒素可以在肝臟分解代謝，然后排出體外，其一旦被食入到人體，就會(huì)在人體內(nèi)發(fā)生沉積與累積，無論通過何種方式，這些重金屬都只會(huì)在人體中發(fā)生一些形態(tài)變化，重金屬極易積存在大腦、腎臟等器官，一旦超標(biāo)，易引起基因突變，影響細(xì)胞遺傳，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生畸胎或誘發(fā)癌癥。例如，汞在食入后直接沉入肝臟，對(duì)大腦視力神經(jīng)破壞極大，如果每升天然水中含0.01 mg汞，這些水一旦飲用就會(huì)引起強(qiáng)烈中毒，含有微量的汞飲用水，長期食用會(huì)引起蓄積性中毒。人體不慎食入重金屬鉻，會(huì)造成四肢麻木，精神異常；食入砷會(huì)使皮膚色素沉著，導(dǎo)致異常角質(zhì)化；食入鎘會(huì)導(dǎo)致高血壓，引起心腦血管疾病，破壞骨鈣，引起腎功能失調(diào)。鉛是重金屬污染中毒性較大的一種，是一種作用于人體各個(gè)系統(tǒng)和器官的毒物，能與體內(nèi)的一系列蛋白質(zhì)、酶和氨基酸內(nèi)的官能團(tuán)絡(luò)合，干擾機(jī)體多方面的生化和生理活動(dòng)，對(duì)全身器官產(chǎn)生危害。鉛一旦進(jìn)入人體很難排除，它會(huì)直接傷害人的腦細(xì)胞，特別是胎兒的神經(jīng)板，可造成先天大腦溝回淺，智力低下；對(duì)老年人來說，會(huì)造成癡呆、腦死亡等[6]。

2 含重金屬離子的廢水治理方法

鉛鋅在自然界里特別在原生礦床中共生極為密切。它們具有共同的成礦物質(zhì)來源和十分相似的地球化學(xué)行為，有類似的外層電子結(jié)構(gòu)，都具有強(qiáng)烈的親硫性，并形成相同的易溶絡(luò)合物。目前，主要有以下五種治理含重金屬離子廢水的方法。

2.1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是針對(duì)鉛鋅礦尾礦廢水中的陰陽離子，向尾礦廢水中添加某種化學(xué)物質(zhì)，使得該種化學(xué)物質(zhì)能夠與尾礦廢水中的重金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成難溶于水體的沉淀物，在廢水中析出，以降低尾礦廢水中的重金屬含量與濃度。在處理鉛鋅礦尾礦廢水時(shí)，由于鉛鋅礦的尾礦廢水通常是堿性，因此在使用化學(xué)沉淀法對(duì)廢水進(jìn)行處理時(shí)通常會(huì)向廢水中添加酸性物質(zhì)對(duì)其進(jìn)行中和，然后通過酸性物質(zhì)，如煙道氣等，與尾礦廢水中的重金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)沉淀，可以將廢水中的重金屬離子分離析出，降低廢水中的重金屬濃度。在化學(xué)沉淀法工藝實(shí)施過程中，需要注意不同的重金屬離子，其發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生沉淀都需要最佳的酸堿度值，過高或者過低的酸堿度值都會(huì)影響重金屬離子的析出效果，進(jìn)而影響廢水處理的效用。因此，在運(yùn)用化學(xué)沉淀法時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制廢水中的酸堿度值，以防止廢水中沉淀的氫氧化物重新發(fā)生溶解生成重金屬離子。

2.2 吸附法

吸附法，顧名思義是通過吸附的方式將鉛鋅礦尾礦廢水中的重金屬離子吸附出來，使其與廢水產(chǎn)生分離，從而降低廢水中重金屬的含量。常見的吸附法是借助固體吸附劑的物理吸附與化學(xué)吸附性能，分離廢水與重金屬元素，盡可能地將重金屬回收利用，目前常用的固體吸附劑包括有機(jī)復(fù)合材料、單寧類等。在采用吸附法進(jìn)行尾礦廢水處理時(shí)，需要注意不同的重金屬元素，其在同一種固體吸附劑下所產(chǎn)生的吸附效果是不同的，因此應(yīng)當(dāng)針對(duì)尾礦水中含有的重金屬元素，選擇適宜的固體吸附劑，同時(shí)還需考慮吸附劑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與實(shí)用價(jià)值，以降低尾礦廢水的處理成本。

2.3 氣浮法

氣浮法的工作原理是依托尾礦廢水中顆粒的疏水性，在氣浮池中向尾礦廢水通入一定量的氣泡，使得尾礦廢水中的重金屬離子能夠吸附在氣泡上，然后隨著氣泡的上浮，尾礦廢水中的重金屬離子就會(huì)相應(yīng)地浮出廢水表面，氣泡與重金屬離子的上浮會(huì)使廢水水體、重金屬離子、泡沫三者之間形成相互分層的泡沫層，工藝施工人員只需收集上層的重金屬離子泡沫即可實(shí)現(xiàn)尾礦廢水與重金屬離子的分離。

2.4 氧化還原法

把溶解于廢水中的重金屬元素，經(jīng)過氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無毒無害的新物質(zhì)，這種廢水的處理方法被稱為氧化還原法。在氧化還原反應(yīng)中，有毒有害的重金屬元素有時(shí)是作為還原劑的，這時(shí)需要外加氧化劑，如空氣、臭氧、氯氣、漂白粉、次氯酸鈉等。當(dāng)有毒有害物質(zhì)作為氧化劑時(shí)，需要外加還原劑，如硫酸亞鐵、氯化亞鐵、鋅粉等。如果通電電解，則電解時(shí)陽極是一種氧化劑，陰極是一種還原劑。金屬還原法是向廢水中投加還原性較強(qiáng)的金屬單質(zhì)，將水中富有氧化性的重金屬離子還原成單質(zhì)金屬析出，投加的金屬則被氧化成離子進(jìn)入水中，析出的重金屬可以得到充分的回收利用。

2.5 膜分離法

膜分離法是當(dāng)前尾礦廢水處理的重要方法與熱點(diǎn)研究方向，其分為氣膜法與液膜法兩大類。氣膜法的工作原理為通過外界（高壓泵）向尾礦廢水施加高強(qiáng)度壓力，充分利用疏水性膜兩側(cè)的重金屬濃度差作為膜間傳質(zhì)動(dòng)力，使得廢水中的重金屬離子在高壓作用下不斷由疏水性膜的一測(cè)向另一側(cè)擠壓滲透，而廢水中的其他成分則滯留在疏水性膜的滲透?jìng)?cè)。廢水中的重金屬不斷在疏水性膜的另一側(cè)富集并通過吸收液使重金屬發(fā)生不可逆化的化學(xué)反應(yīng)，從而形成重金屬與廢水的分離，提取出高濃度重金屬漿體。液膜法的工作原理與氣膜法類似，不同之處在于液膜法所使用的反滲透膜無需具有疏水性。膜分離法工藝流程簡(jiǎn)單，近年來隨著反滲透膜的致密性逐漸提高，膜分離法在尾礦廢水處理中逐漸得到廣泛應(yīng)用。

3 結(jié)語

鉛鋅礦是富含金屬元素鉛和鋅的礦產(chǎn)，鉛鋅用途廣泛，可用于電氣工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、軍事工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、輕工業(yè)和醫(yī)藥業(yè)等領(lǐng)域。鉛鋅礦在選礦工藝下形成的廢水通常含有許多重金屬元素，這些含有重金屬離子的廢水需要進(jìn)行嚴(yán)格治理，檢測(cè)達(dá)標(biāo)之后才能排放到自然環(huán)境中，以減少對(duì)大氣、土壤、水系等自然生態(tài)環(huán)境的不可逆轉(zhuǎn)的污染與破壞。

1 楊清偉，束文圣，林 周，等.鉛鋅礦廢水重金屬對(duì)土壤-水稻的復(fù)合污染及生態(tài)影響評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（4）：385-390.

2 彭再華，蔣素芳，葉從新，等.錫鐵山鉛鋅礦尾礦廢水凈化回用研究[J].湖南有色金屬，2016，32（2）：62-64.

3 鄧敬石，張宗華，陳家棟.淺談含重金屬離子的鉛鋅礦尾礦廢水危害及治理[J].云南冶金，2002，31（2）：20-22.

4 陳家棟，潘協(xié)文，胡厚勤.某鉛鋅礦高鉛高pH值尾礦廢水治理[J].有色金屬，2002，（2）：108-110.121.

5 董麗芳.淺談金屬礦山選礦尾礦及廢水處理[J].云南冶金，2001，（2）：61-64.

6 鄭雅杰，彭振華.鉛鋅礦選礦廢水的處理及循環(huán)利用[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，（3）：468-473.

Study on Hazard and Treatment of Lead - Zinc Mine Tailings Wastewater Containing Heavy Metal Ions

He Jianjun, Miao Haihua
(Fujian Jindong Mining Co., Ltd., Sanming 365000, China)

The implementation process of mining and ore dressing ore mines will produce a large volume of waste residue and wastewater, the lead-zinc tailings wastewater containing heavy metal ion as the main research object, firstly analyzed the heavy metal harm to the natural ecological environment, natural resources, environment and human caused, then elaborated the treatment method of lead zinc tailing wastewater containing heavy metal ions, in order to reduce the content of heavy metals in the tailings wastewater.

heavy metal ions; lead and zinc tailings wastewater; harm; wastewater treatment

X751

A

1008-9500(2017)10-0038-03

2017-09-13

；何建軍（1985-），男，新疆新源人，工程師，研究方向：鉛鋅礦浮選、廢水綜合利用。