安徽銅陵某廢棄金屬礦山礦化圍巖酸性水污染分析

單士鋒

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊，安徽 銅陵 244033)

0 前言

安徽省礦產(chǎn)資源豐富，探明黑色金屬、有色金屬、貴金屬、硫鐵礦等礦產(chǎn)地400余處[1]，多為富硫礦產(chǎn)，礦石中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金屬元素豐度較高。礦山開采使得硫化礦物暴露于外界大氣中，發(fā)生水氧反應(yīng)形成酸性礦山廢水(Acid Mine Drainage，AMD)[2]。研究表明，礦山酸性廢水的形成與金屬硫化礦物關(guān)系密切，硫化鐵礦物的氧化過程就是礦山酸性水的形成過程[3]。在硫化鐵的氧化過程中，形成硫酸、硫酸鐵，它們又進一步使礦石中的金屬生成硫酸鹽類，從而生成含多種金屬離子的酸性廢水[4]。

近年來國內(nèi)外學者著手源頭控制礦山酸性水產(chǎn)生[5]，采用物理包封法、硫化礦物鈍化處理法等直接控制污染源[6]，因此，精準識別污染源是礦山酸性水治理的首要前提。作者在礦山環(huán)境調(diào)查中發(fā)現(xiàn)酸性廢水污染源除遺留礦體及剝離含礦廢石外，礦化圍巖也是礦山酸性廢水重要污染源，且易被忽視[7]。

1 礦山概況

該礦山為金、鉛鋅多金屬礦山，始建于1976年，采用露天和井下聯(lián)合開采，至2008年礦山關(guān)停。礦山形成一個露采坑及+115 m、+95 m兩個采礦巷道。礦山礦化圍巖裸露地表形成巖質(zhì)邊坡，地下采空區(qū)未充填，地表及巷道內(nèi)長期滲流酸性廢水，礦山生態(tài)環(huán)境破壞嚴重。

礦區(qū)出露泥盆系至二疊系地層，地層巖性如下：

泥盆系上統(tǒng)五通組(D3w)：巖性為灰白、淺灰色綠色厚～巨厚層石英巖狀砂巖，夾灰紫、灰黃色石英砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖互層。石炭系下統(tǒng)高驪山組(C1g)：巖性為層狀細砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁巖互層、夾赤鐵礦質(zhì)頁巖，下部為細粒石英砂巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)頁巖，是礦體主要賦礦層位。

中、上統(tǒng)黃龍與船山組(C2+3)：巖性為灰白色巨厚層狀粗粉晶白云巖。

二疊系下統(tǒng)棲霞組(P1q)：下段巖性為灰-灰黑色厚層狀泥晶-細粉晶灰?guī)r，上段巖性為深灰色厚層泥晶-細粉晶灰?guī)r及條帶狀細粉晶灰?guī)r組成，夾硅質(zhì)巖。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以F4斷層構(gòu)造為主，F(xiàn)4為逆沖斷層，呈倒“S”形自北北西轉(zhuǎn)為近東西橫切礦區(qū)中部，斷面隨走向變化由向北東東變?yōu)橄虮蔽魑髟俎D(zhuǎn)向北北東傾斜，傾角30°～55°，斷層下盤為五通組或高驪山組，中上石炭統(tǒng)或棲霞組逆沖其上。斷層構(gòu)造帶中地層破碎，發(fā)育張性裂隙，是區(qū)內(nèi)主要導礦容礦構(gòu)造。

礦區(qū)內(nèi)查明硫鐵礦礦體2個，氧化鉛鋅礦體3個，均賦存于下石炭統(tǒng)高驪山組地層中，受高驪山組地層控制。頂板為高驪山組泥巖、炭質(zhì)頁巖，底板為粉砂巖、砂頁巖或細砂巖，局部與五通組石英砂巖直接接觸(見圖1)。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)剖面圖

2 礦化圍巖特征

2.1 巖性特征

石炭系下統(tǒng)高驪山組為賦礦層位，也是礦體頂?shù)装鍑鷰r。受F4斷層影響，普遍發(fā)育黃鐵礦細脈及裂隙構(gòu)造，以一組近直立張性裂隙最為發(fā)育，一般傾向北，傾角70°～80°，切穿層理面(見圖2)，多充填黃鐵礦細脈，脈寬一般1～100 mm不等，局部裂隙貫通，形成裂隙帶，帶寬可達30 cm。

區(qū)內(nèi)裂隙發(fā)育有另一組裂隙構(gòu)造，裂隙傾向西，傾角30°左右，該組裂隙一般緊閉，裂隙面多充填鐵質(zhì)薄膜(見圖3)。

2.2 礦化特征

圍巖體內(nèi)礦化以硫鐵礦礦化為主，硫鐵礦呈細脈狀分布于高驪山粉砂巖內(nèi)，主要礦石礦物有黃鐵礦、黃銅礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、毒砂等；脈石礦物有方解石、石英、高嶺石、綠泥石和重晶石。

根據(jù)礦石全分析顯示，礦石中含有S、Fe、Pb、Zn、Cu、Au、Ag、Mo、Co、Ni、Cr、Tl、Ti、Ga、Ba、F、As、V、Sb、Th、Ln等20余種元素。

圖2 C1g地層裂隙構(gòu)造素描圖

圖3 C1g地層內(nèi)裂隙構(gòu)造及黃鐵礦脈(Py)

3 礦化圍巖酸性水污染分析

本次工作對礦化圍巖邊坡區(qū)水系進行pH值測試，雨后pH值變化測試，酸性水水質(zhì)分析，下游土污染測試分析，探討酸性水產(chǎn)生過程及對下游水土體污染情況。

3.1 pH值分析

礦化圍巖地表水pH分析選擇雨停后一天，在礦化圍巖區(qū)不同部位，選擇不同類型地表水共測定14件樣品(見表1)。結(jié)果顯示：7件坡面滲水pH在2.0～4.5之間，5件徑流水pH在2.5～5.5之間，2件積存水pH均為2.0，表明流經(jīng)礦化圍巖區(qū)降水都呈現(xiàn)強酸性。

3.2 pH值變化分析

自降雨結(jié)束，監(jiān)測礦化圍巖區(qū)地表水pH值，測試C1、C2點水樣，其中C1樣品處為粉末狀黃鐵礦細脈礦化，C2樣品處為致密條帶狀黃鐵礦細脈。

表1 圍巖地表水pH值測定結(jié)果表

從pH值變化圖(圖4)來看，C1點水樣在1 d時間內(nèi)pH值達2.0，C2點水樣在4 d時間pH值達2.0。表明流經(jīng)礦化圍巖的地表水均會達到強酸性，酸化速率與礦石構(gòu)造相關(guān)，粉末狀礦石較致密狀礦石更易產(chǎn)生酸性水[8]。

3.3 水質(zhì)分析

本次工作取礦化圍巖區(qū)地表水2件樣品(S001、S005)，并取非礦化圍巖區(qū)地表水1件(S002)進行水質(zhì)分析(見表2)。其中pH、Cu、Pb、Zn、Cd、As、Hg、Cr、硫酸鹽指標與《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)進行比對，其余指標與《地下水質(zhì)量標準》(GB 14848—2017)進行比對。

圖4 礦化圍巖區(qū)地表水pH值監(jiān)測變化圖

結(jié)果顯示，礦化圍巖區(qū)水樣pH、Cu、Pb、Zn、TFe、Cd、Mn、Ni、Cr(六價)、硫酸鹽均超出標準限值，其中Cu達到4.2～6.75 mg/L，Cd達到0.422～0.730 mg/L，硫酸鹽達到981～1 144.07 mg/L，而非礦化圍巖區(qū)地表水水質(zhì)未超出標準限值。

表2 地表水分析測試數(shù)據(jù)(mg/L)

3.4 下游土壤的污染

對酸性水流經(jīng)下游土壤進行測試分析(T01)，并與未污染區(qū)土樣(T03)進行對照。結(jié)果顯示，酸性水流經(jīng)區(qū)土壤中As、Pb超出《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風險管控標準》(GB36600—2017)篩選值，其As、Cd、Pb、Cu、Zn、Hg較對照樣有明顯升高(表3)。

表3 下游土壤樣品分析結(jié)果(mg/kg)

4 結(jié)論

該礦山以往酸性水治理主要針對地下遺留礦體及采空區(qū)，忽視了對礦化圍巖的產(chǎn)酸能力的評價，造成酸性水治理的失敗。從調(diào)查結(jié)果來看，礦體圍巖中發(fā)育大量黃鐵礦細脈，這些礦化細脈中含有黃鐵礦、黃銅礦等硫化礦物，在與外界空氣接觸過程中發(fā)生水氧反應(yīng)，生產(chǎn)酸性水并析出重金屬元素。從降雨后圍巖區(qū)地表水pH值分析來看，流經(jīng)礦化圍巖區(qū)降水在1～4 d即可產(chǎn)生pH接近2的酸性水，同時酸性水中重金屬元素及硫酸鹽嚴重超標，酸性水對下游水體及土壤造成重金屬污染。因此，在礦山治理過程中，除應(yīng)對遺留礦體進行產(chǎn)酸調(diào)查外，需加強對礦化圍巖產(chǎn)酸能力的調(diào)查。在礦山酸性水治理中，有效判別酸性水污染源，采取物理、化學技術(shù)手段，隔絕污染源氧化環(huán)境，才能實現(xiàn)酸性水源頭控制及治理的目的。