不同礦區(qū)中的金屬礦含量測(cè)定研究

程 錚

（遼寧省第四地質(zhì)大隊(duì)有限責(zé)任公司，遼寧 阜新 123000）

近年來，隨著采礦業(yè)的快速發(fā)展和礦產(chǎn)勘查程度的逐年提高，主要開發(fā)和使用易開采，露天和淺礦。國內(nèi)外的科學(xué)家已將注意力轉(zhuǎn)向?qū)ふ译[藏的礦床，深山洞中的礦體金屬礦的重要勘探目標(biāo)，其中區(qū)域勘探是最重要的，具有理論，實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)意義。這次研究的區(qū)域，位于研究區(qū)域山脈南部的西坡上[1]。該區(qū)域位于大新安山脈中南部的成礦帶的西南邊緣。燕山火山活動(dòng)和巖漿侵入活動(dòng)很強(qiáng)，使其成為多金屬礦化的有利地點(diǎn)。多金屬礦區(qū)的地質(zhì)條件艱巨，植被發(fā)達(dá)，第四紀(jì)覆蓋范圍廣。該地區(qū)以前的地質(zhì)調(diào)查可以忽略不計(jì)，而地球物理和地球化學(xué)調(diào)查較少，單一地球物理和地球化學(xué)勘探方法的局限性。在對(duì)過去的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)，地球化學(xué)和地球物理特征，提出一種綜合的理化勘探方法[2]。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

（1）研究區(qū)概況。測(cè)試區(qū)域位于嶺南中，低海拔3001068.09m的 東 經(jīng)113.40至113.43， 北 緯24.30至24.36。山脈從北到南，北高南低。采礦區(qū)的結(jié)構(gòu)單元是礦山隆起區(qū)，高度為400m～800m。該地區(qū)主要是侵蝕的浮雕結(jié)構(gòu)。該礦床位于南北脊之間的小型斜向盆地中，主要開采銅硫礦石，鉛鋅礦石以及少量的錳，銫，鎢，金和其他金屬。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，全年溫暖多雨，年平均氣溫為16.8℃，年平均降雨量為1,673mm[3]。

（2）金屬礦采集與測(cè)定。根據(jù)不同區(qū)域內(nèi)的金屬礦不同，將礦區(qū)分為6個(gè)部分，分別是：露天銅礦，露天鐵礦，里武垃圾填埋場(chǎng)，內(nèi)部垃圾填埋場(chǎng)，采石場(chǎng)尾礦和生產(chǎn)生活區(qū)?；€情況如表1所示。從每個(gè)區(qū)域隨機(jī)選擇6個(gè)樣本，總共36個(gè)樣本。取5點(diǎn)表土樣品，厚度為0cm～2cm。清除雜物后，采用4點(diǎn)法取5千克，將其放入帶拉鏈的塑料袋中，然后送回實(shí)驗(yàn)室。將樣品風(fēng)干后，將其通過2mm尼龍篩磨碎以進(jìn)行分析。采樣點(diǎn)的分布如圖1所示。

圖1 金屬礦產(chǎn)采集點(diǎn)

表1 礦山不同樣品采集分布

參照前人對(duì)礦山地質(zhì)金屬礦性質(zhì)側(cè)測(cè)定，總鉀采用熔融火焰氫氧化鈉的光度法，總氮用凱氏蒸餾法測(cè)定氮，速效磷采用HCl-HSO雙重酸浸法，速效鉀采用NHAc火焰浸出法，堿性氮采用堿性水解擴(kuò)散法。使用德國標(biāo)準(zhǔn)pH計(jì)（Sartorius）PB-10（土壤：水-1：2.5）測(cè)量土壤的pH值，并通過重鉻酸鉀（國家標(biāo)準(zhǔn)GB7857287方法）測(cè)定有機(jī)物的含量。）。用HF-HCl與4-HNO3消化所有地質(zhì)重金屬Cu，Mn，Cr，Zn，Pb和Cd，然后用美國制造的LeemanLabsProfile多通道電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES）測(cè)定狀態(tài)。數(shù)據(jù)符合Excel2003和SPSS19，用于處理和分析。

2 結(jié)果與分析

（1）不同功能區(qū)土壤重金屬含量。礦區(qū)各個(gè)功能區(qū)土壤中的重金屬含量。其中，土壤中的銅含量按降序排列：露天銅礦（1894mg/kg），高底墾尾礦場(chǎng)（1447mg/kg），露天鐵礦（1441mg/kg），內(nèi)部垃圾填埋場(chǎng)（1172mg/kg），利武垃圾填埋場(chǎng)（1024mg/kg），工業(yè)和居民區(qū)（642mg/kg），因?yàn)殂~礦和鐵礦石的露天開采是主要的采礦區(qū)域，主要用于礦石的開采，開采和加工，土壤中銅含量最高。從溝渠到露天礦場(chǎng)的尾礦堆中，土壤中的錳含量最高（達(dá)1661mg/kg），其余各點(diǎn)基本相同。土壤中鋅，鉛和鎘等重金屬元素的含量表示為露天鐵礦＞尾礦場(chǎng)＞垃圾填埋場(chǎng)＞露天銅礦＞工業(yè)和居民區(qū)。1389 973，分別為11.31mg/kg。這主要是由于缺乏有價(jià)值的優(yōu)質(zhì)礦石，土壤和巖石所致。鐵加工，銅加工和冶煉產(chǎn)生的爐渣被堆放起來，并在兩個(gè)垃圾填埋場(chǎng)和一個(gè)尾礦堆中進(jìn)行處理。鐵礦石開采區(qū)和垃圾場(chǎng)中土壤的銅含量低于銅礦的裸露山區(qū)，但其他相關(guān)礦石已被開采并丟棄。銅的選擇過程會(huì)影響鋼筋的活性，并且與銅礦的露天礦相比，土壤中該成分的含量顯著增加。尾礦堆土壤中的Mn和Cr含量最高（分別為1661和1746.01mg/kg）。這可能是由于以下事實(shí)：這兩個(gè)元素不容易受到采礦和冶金過程的影響，并且它們中的大量殘留在扔入尾礦庫的爐渣中。

（2）不同土壤重金屬含量的相關(guān)性。表2顯示了礦區(qū)土壤中6種重金屬元素的相關(guān)性分析。表2表明，礦區(qū)內(nèi)土壤中的銅含量與Zn和Cd含量呈極顯著正相關(guān)，而與土壤中Pb含量則呈顯著正相關(guān)。這是由于三種元素Cu，Zn和Pb的化學(xué)性質(zhì)相似。所用的銅選擇工藝酸性糖漿還可以釋放一些重金屬元素。濃縮后的廢液與爐渣一起保留或傾倒在采礦區(qū)的廢棄土地和尾礦周圍，這也可能導(dǎo)致這種關(guān)聯(lián)。土壤中的錳含量與其他五個(gè)元素沒有顯著相關(guān)性。土壤中的鎘含量與土壤中的鉛含量呈顯著相關(guān)。對(duì)6種重金屬元素的主要成分分析表明，3個(gè)特征值均大于1，相應(yīng)的特征值累積份額達(dá)到86.389。在6種重金屬元素Cu，Zn，Pb和Cd屬于同一類型中，其成分1載荷分別為0.796、0.810、0.803和0.772，表明這4種元素具有一定的同源性。Cr對(duì)主成分2的負(fù)荷大，為0.81。Mn對(duì)組分3（0.853）的負(fù)載較高。主成分分析的特征值和貢獻(xiàn)因子如表3所示。Cu，Zn，Pb和Cd均為硫元素，它們均與S2具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力。

表2 土壤重金屬含量相關(guān)系數(shù)

（3）土壤性狀對(duì)重金屬含量的影響。有關(guān)礦區(qū)不同功能區(qū)中土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，請(qǐng)參見表3。所有土壤的pH值都是高酸性的。內(nèi)部垃圾填埋場(chǎng)的最低土壤pH值僅為2.24。尾礦儲(chǔ)存設(shè)施，工業(yè)和住宅用房以及工業(yè)和住宅區(qū)均遠(yuǎn)離采礦和冶金工業(yè)的主要區(qū)域。因此它們更接近中立。在銅礦的露天礦區(qū)，有機(jī)物含量最高（36.98g/kg），在鐵礦的露天礦區(qū)中最低（9.56g/kg）。其他四個(gè)區(qū)域大部分相似，土壤中的氮，磷和鉀含量沒有明顯的規(guī)律，可能與土壤的性質(zhì)和環(huán)境有關(guān)。

銅礦區(qū)和鐵礦區(qū)的土壤主要由粘土和沙子組成，其粉體含量約為總量的20%。對(duì)這兩個(gè)垃圾場(chǎng)的比較表明，由于堆積和老化時(shí)間的原因，內(nèi)部垃圾場(chǎng)的壽命比Livu垃圾場(chǎng)更長。面積超過10a，所以含沙量達(dá)到49，最近在這里挖出Livu垃圾場(chǎng)并將其傾倒，其粒度分布與露天礦大致相同。荔蕪市的排污陽離子交換容量最高，達(dá)到34.94cmol/L，內(nèi)部的最低排污容量為13.28cmol/L。

表3顯示了礦區(qū)土壤中重金屬含量與土壤理化性質(zhì)之間的相關(guān)性分析。可以看出，土壤中的總磷含量與有效磷和重金屬之間沒有顯著相關(guān)性。土壤中的總鉀含量與重金屬元素含量之間的相關(guān)性也不顯著，土壤中的有效鉀含量與土壤中的Mn和Cr含量分別具有極顯著的相關(guān)性。土壤中的總氮含量與土壤中的Cu和Cd含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，而土壤中的堿性氮含量與Mn含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。土壤的PH值極為重要，并且分別與土壤中的Mn和Cr含量顯著相關(guān)，而與土壤中的Cu和Cd的含量顯著負(fù)相關(guān)。

表3 礦區(qū)不同功能區(qū)土壤理化性質(zhì)

3 結(jié)語

（1）礦區(qū)土壤中的銅含量從高到低依次表示為露天礦區(qū)＞尾礦場(chǎng)＞場(chǎng)區(qū)＞生產(chǎn)生活區(qū)。在從溝渠到采石場(chǎng)的尾礦堆中觀察到最高的Mn含量，而其他地方基本相同。元素Pb，Zn，Cd和Cr的含量也主要表示為露天礦區(qū)＞尾礦場(chǎng)＞垃圾填埋場(chǎng)＞生產(chǎn)生活區(qū)，這與區(qū)域功能和土壤組成有關(guān)。

（2）六種類型的重金屬元素可分為三類：Cu，Pb，Zn和Cr是一類，而Mn和Cd是另外兩類。影響Cu的因素是土壤有機(jī)質(zhì)，土壤pH值，沙含量和土壤中總氮含量（負(fù)相關(guān)，在下面用“一”表示）；影響鋅的因素有：土壤中的沙子含量，土壤中的粘土含量（一）。影響鉛含量的因素有：土壤中的沙子含量，土壤中的粘土含量（一）；錳會(huì)影響土壤的pH值和有效鉀，泥沙含量，堿性氮（一）和沙含量（一）;鎘受土壤影響。

（3）礦區(qū)土壤中的Cu，Pb，Zn和其他重金屬元素可能是由于人類活動(dòng)（例如采礦和冶煉）引起的，導(dǎo)致結(jié)合的礦石成分進(jìn)入土壤并隨著環(huán)境變化而逐漸積累。而不是原礦中穩(wěn)定的重金屬。