含重金屬尾礦資源化利用研究進展

陳幫金，趙晨陽，瞿廣飛，吳豐輝，寧 平，李志順成，劉 珊，劉亮亮，李軍燕

(1.昆明理工大學 環(huán)境科學與工程學院，昆明 650500；2.冶金及化工行業(yè)廢氣資源化國家地方聯(lián)合工程研究中心，昆明 650500)

2021年正式開啟全面建設社會主義現(xiàn)代化國家新征程的中國仍將是在全球經(jīng)濟衰退后拉動經(jīng)濟增長的主要動力，作為能源和工業(yè)主要原料的礦產(chǎn)資源需求將持續(xù)增長[1]。我國礦產(chǎn)資源種類多、儲量大，隨著需求增加、低品位礦石過量開采、冶煉技術進步，大量堆積的尾礦不僅加大了礦山生態(tài)恢復難度，而且銅、砷、鉻、汞等有毒污染物經(jīng)復雜的遷移轉化后釋放到環(huán)境中，嚴重威脅礦山及周邊地區(qū)生態(tài)安全[2-3]。加強污染防治和生態(tài)建設、加大生態(tài)環(huán)境治理力度、嚴格土壤污染源頭防控、推進生態(tài)系統(tǒng)保護和修復仍將是我國生態(tài)文明建設的重點方向。

土壤是地球表層系統(tǒng)中生物多樣性最豐富、能量交換和物質(zhì)循環(huán)最活躍的生命層，是有毒污染物的緩沖帶和過濾器，但它也是有毒金屬污染物的聚集地[4]。以重金屬污染土壤修復為基礎的熱脫附[5]、淋洗[6]、電動處理[7]、微生物修復[8]等單一或聯(lián)合修復技術應用于尾礦重金屬去除將降低其綜合利用風險，以相關用土目標及標準為參考，向去除重金屬后的尾礦添加改性材料進一步使重金屬穩(wěn)定化和改善理化特性可實現(xiàn)土壤化利用，對緩解土源壓力和大量消納尾礦具有重要意義。

1 尾礦重金屬去除技術研究進展

1.1 尾礦成因與危害

采礦后的裸露剝離區(qū)、尾礦壩和廢石堆積區(qū)是礦山環(huán)境主要污染源，特別是低有機質(zhì)、高酸度以及含大量低穩(wěn)定性重金屬(鎘、銅、錳、鉛等)和氰化物的尾礦壩容易對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重破環(huán)，威脅人類健康[9-10]。尾礦重金屬常以含硫化物和氧化物形式存在，當環(huán)境酸堿條件變化時容易形成高毒物質(zhì)向環(huán)境中遷移，且不同價態(tài)、形態(tài)重金屬的遷移轉化差異顯著，受尾礦尾砂粒徑、pH、含水率等理化性質(zhì)影響較大[11-12]；大量尾礦堆積一段時間后會產(chǎn)生高溫厭氧環(huán)境，導致植物繁殖體和其他土著微生物顯著減少或死亡，生態(tài)功能難以恢復和重建[13]；此外，選礦過程中添加的有毒有害化學藥劑也是環(huán)境污染的潛在來源[14]。

尾礦庫是在初始結構初期壩和排洪系統(tǒng)的基礎上隨選礦逐步堆積加高的，我國自2001年以來，由于設計、選址不合理，加高過程中偏離設計施工、施工質(zhì)量差以及受自然因素影響等造成的潰壩和尾礦泄漏占到尾礦總事故數(shù)量的96.33%[15]。2015年甘肅隴南尾礦庫大量礦漿泄漏，造成甘肅、陜西和四川三省境內(nèi)嚴重的水污染，嚴重威脅嘉陵江流域內(nèi)的飲水安全和生態(tài)安全[16-17]。近年來，巴西發(fā)生的兩起Fund?o和Córrego do Feij?o尾礦壩潰壩是其境內(nèi)最嚴重的環(huán)境事故，引起了河段內(nèi)生物生化和形態(tài)變化，甚至礦漿在流域內(nèi)沉降造成了嚴重的持續(xù)性污染[18]。尾礦堆存除了存在潰壩、泄露及塌方等安全隱患外，還占用了大量土地資源，其中重金屬易造成難以逆轉的生態(tài)環(huán)境污染，對農(nóng)業(yè)安全產(chǎn)生難以預見的影響。

1.2 尾礦綜合利用情況

尾礦是礦石分選后殘留的典型大宗固體廢物，礦石的尾礦產(chǎn)生量可超60%，根據(jù)我國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的大中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報，2013年以來全國新增尾礦累積堆存量已超50億t，綜合利用率卻不足36%，并常年處于較低水平[19]。圖1整理了2013—2019年以來生態(tài)環(huán)境部公布的全國大中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報的相關數(shù)據(jù)，可以看出，尾礦綜合利用率呈現(xiàn)逐年降低的趨勢，這可能是與基礎設施建設密切相關的黑色金屬尾礦逐年增加，并且有色金屬尾礦利用難度大有關，多年累積下來對環(huán)境造成了不可忽視的影響?？偟膩碚f，我國歷史遺留尾礦庫風險防控任務艱巨，堆存量仍在不斷增加，降低尾礦中重金屬等污染物的浸出毒性成為綜合處理處置的必然要求。

圖1 2013—2019年全國大、中城市尾礦累積堆存及綜合利用情況Fig.1 Accumulation，stacking and comprehensive utilization of tailings in big and medium cities of China during 2013—2019

1.3 尾礦重金屬去除技術

尾礦重金屬毒性和理化特性直接影響到尾礦綜合利用率和礦山的生態(tài)重建與恢復，其中重金屬形態(tài)、含量及遷移轉化特征都是制約其資源化利用的關鍵因素。雖然已有許多材料能明顯改善尾礦理化性質(zhì)和限制重金屬向周圍環(huán)境遷移轉化，但是對于尾礦中不同金屬及類金屬的作用各不相同，復合作用下甚至可能增加其有效性，從而威脅人類健康及生態(tài)安全，重金屬去除成為尾礦資源化利用至關重要的環(huán)節(jié)。

1)熱脫附技術

熱脫附是一種通過直接或間接熱交換把污染物加熱到一定溫度后使其分離的技術，適用于處理大多數(shù)揮發(fā)性和半揮發(fā)性污染物，除了能去除多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、石油烴等有機污染物外，對汞、砷或硒去除效果較好，國外早已經(jīng)開始使用熱脫附技術修復受污染土壤[20]。根據(jù)尾礦重金屬不同形態(tài)選擇相對應的去除溫度能有效提取出不同形態(tài)的汞，添加不同材料可以減少熱處理過程中其它重金屬的浸出[21]。然而，熱脫附可能通過改變土壤有機質(zhì)、其它重金屬形態(tài)及其與有機質(zhì)的結合而提高重金屬的生物有效性和浸出毒性，使用時應衡量其生物效應。異位熱脫附技術在美國西部某農(nóng)藥廠已有處理含汞土壤規(guī)模達26 000 t的實際應用案例，根據(jù)處置規(guī)模、土壤性質(zhì)及污染濃度有不一樣的處置費用，國外對于2萬t以下的中小型場地處理成本約為860～2 600元/t，對于2萬t以上的大型場地處理成本可低至400元/t，國內(nèi)也有以滾筒式熱脫附為主的少量工程應用，處置費用約為600～2 000元/t。

2)淋洗技術

重金屬淋洗的作用機制在于利用淋洗液或化學助劑與污染物結合，通過解吸、螯合、溶解等化學作用來達到重金屬去除的目的。國內(nèi)淋洗工程技術基本是使用如圖2所示的以顆粒篩分、淋洗處理、固液分離、廢液處理以及揮發(fā)性氣體控制為主的異位化學淋洗工藝，一般情況下，淋洗也兼有清洗的作用。然而淋洗技術不宜用于細粒(粘/粉粒)含量高于25%的尾礦，根據(jù)尾礦性質(zhì)差異淋洗處理周期約為3～12個月，美國處理成本為460～3 640美元/t，歐洲處理成本為150～4 600歐元/t，平均1 180歐元/t，國內(nèi)處理成本為800～4 020元/t，國內(nèi)仍應加強高效淋洗劑和廢液處理與回收方面的工程應用研究。

圖2 含重金屬尾礦淋洗去除流程Fig.2 Leaching and removal process of heavy metal tailings

大量的無機浸出劑、螯合劑、表面活性劑、復配浸出劑、氧化還原劑等淋洗劑已有用于控制土壤重金屬污染的記錄[22]。液固比為10∶1，鹽酸淋洗25分鐘可去除67%的鋅，使用0.5 mol/L的磷酸溶液浸出120分鐘能去除24.5%的砷[23-24]，KE等[25]發(fā)現(xiàn)，使用濃度為0.1 mol/L、pH為5的檸檬酸對冶煉廠土壤重金屬的去除率為89.1% Cd、26.8% Pb、41.7% Zn、14.2% Cu，對重金屬可交換性、碳酸鹽結合態(tài)和氧化物結合態(tài)去除效果較好，離子液體和納米材料也常用作尾礦重金屬去除材料。WU等[26]使用[Hmim]SbF6和納米鐵(H/Fe)的復合物作為吸附劑對溶液中砷的去除率可達99%。雖然淋洗劑復合聯(lián)用、添加淋洗助劑等優(yōu)化措施對重金屬去除作用更加有效，但上述淋洗劑可能會導致土壤礦物質(zhì)和有機物大量流失，部分試劑較為昂貴甚至可能造成二次污染。目前正研究比酸溶液具有更高金屬提取率的螯合劑及和其它金屬鹽類聯(lián)用后能降低對pH、總氮、可交換性鈣等性質(zhì)影響，同時開發(fā)低廉綠色的螯合劑能降低淋洗成本和環(huán)境危害，進而推進淋洗技術的應用。

3)電動處理技術

傳統(tǒng)的電動處理主要是用于修復重金屬污染土壤，特別是對高黏低滲透性土壤有較好的去除效果。重金屬通常被吸附在細顆粒中，可通過電流引起電極和被污染的基質(zhì)之間的反應而有助于提取和溶解金屬離子(圖3)。Groningen的一個油漆廠最先使用電動處理技術處理了300 m3的黏土，其中Cu的去除率達99.6%，Pb的去除率達72%以上，國內(nèi)外已將其廣泛用于Ni、Zn、Cr、Cd、PAN等污染物的去除。RODRIGO等[27]發(fā)現(xiàn)在H2SO4溶液和電場2 V/cm時銅礦尾礦中錳、鋅的電遷移有所增強，其去除率分別為31.88%和17.95%。電壓梯度對金屬離子遷移濃縮有決定性的影響，可通過增加電壓梯度、電流強度和電滲透流量來強化其過程[28]。然而，金屬離子易與陰極電解反應產(chǎn)生的氫氧根離子結合沉淀，并且在陰極極化現(xiàn)象的影響下嚴重削弱了電動去除效果，脈沖電流周期性地流過陰極可減弱極化現(xiàn)象，通過影響pH和電導率來減少金屬沉淀[29-30]。大多數(shù)植物生長所需微量元素可能會在處理過程中被去除，受土壤特性、污染條件和電極配置影響的電能消耗也成為應用障礙的主要原因之一，總去除成本主要包括電極的制造和安裝、電能、人工和其他固定成本等，電動—微生物、電動—化學氧化還原、電動-植物等聯(lián)合技術的發(fā)展在提高去除效率的同時也在一定程度上能降低去除成本。

圖3 含重金屬尾礦電動處理原理Fig.3 Principle of electrokinetic treatment of heavy metal tailings

4)微生物去除技術

微生物是尾礦生物中最活躍的組分，其數(shù)量、種群組成、多樣性等構成了尾礦發(fā)育及其特點的關鍵要素，參與了系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量轉換以及重金屬遷移轉化等一系列重要生態(tài)過程，對維持尾礦重金屬穩(wěn)定性和促進礦山生態(tài)恢復有重要作用。

尾礦中土著菌種對重金屬具有較高耐受性，將其從尾礦中分離馴化后再投入到尾礦治理中是一種經(jīng)濟可行的方法，主要通過胞外絡合、沉淀以及胞內(nèi)積累等達到微生物穩(wěn)定及去除的目的。BABU等[31]將分離的耐重金屬真菌-木霉PDR-28用于尾礦修復，顯著提高了植物根系和地上部分生物量，植物根系重金屬含量分別增加了25%(Cu)、62%(Cd)，地上部分重金屬含量增加 35%(Cu)、64%(Pb)。LI等[32]從銻礦土壤中分離出抗銻細菌，研究發(fā)現(xiàn)其具有較強的銻抗性和銻氧化能力，NGUYEN等[33]也從銻污染土壤中分離得到能在營養(yǎng)有限的條件下能氧化銻的細菌，并且在厭氧和好氧條件下都對As和Sb表現(xiàn)出氧化性，對尾礦As、Sb去除具有較大的應用潛力。利用耐重金屬植物或者是超富集植物，可使土壤中重金屬活性降低，減少重金屬遷移轉化，RIZWAN等[34]研究發(fā)現(xiàn)，香絲草營養(yǎng)積累能力較強，并且對礦區(qū)重金屬表現(xiàn)出較高的耐性。與植物根系相關的一些根際微生物群落除了自身的相互作用外，還會與植物發(fā)生相互作用，雖然耐性植物能在尾礦上生長，但是接種根際微生物能顯著降低植物根際重金屬的有效性，促進植物生長和植被恢復。

由于目前大多是基于條件比較理想化的實驗室微生物研究，將其實際應用到現(xiàn)場時受復雜因素干擾可能會出現(xiàn)低效甚至無效的處理結果，因此目前國內(nèi)微生物去除技術的工程應用極少，要想達到高效去除必須融合環(huán)境工程、水利學、環(huán)境化學等多學科知識創(chuàng)造適合的修復條件。

5)多物理場強化去除技術

多物理場作為一個跨學科的研究領域，典型的應用涉及環(huán)境修復、冶金、化工等行業(yè)，電場能改變礦物顆粒的表面電荷分布，通過促進它們之間的碰撞以及晶格破壞從而改變尾礦顆粒的物相結構，同時產(chǎn)生的氧泡會擾動反應體系進一步提高浸出率[35-37]。超聲波作為濕法冶金中的輔助手段在礦石浸出過程中的應用越來越普遍，可歸于機械效應、聲空化和熱效應的超聲波能量照射能促進金屬離子脫附解吸[38]。相同條件下，超聲波浸出的金屬比常規(guī)方法能增加20%，不僅有效縮短了浸出時間和藥劑使用量，而且對有機結合態(tài)和殘渣態(tài)有一定的去除效果[39]。加熱條件下能縮短重金屬溶解時間，微波加熱離子溶液的偶極旋轉機制可以降低重金屬浸出阻力，ZHANG等[40]采用微波-超聲輔助法，在超聲波功率1 000 W、微波功率500 W、溫度95 ℃、氫氧化鈉濃度150 g/L的較優(yōu)條件下，釩的浸出率可達90%以上。體系中重金屬離子受到電場力后形成運動的帶電粒子，在與兩極垂直的磁場中會受洛倫茲力作用而引起液相旋轉，改變了電解槽中的電流分布、電位分布和功率分布，從而引起陰極沉積方向的改變，有利于消除濃差極化現(xiàn)象，LOVAS等[41]通過微波強化磁選銅礦，磁選結束后銻、砷和汞的含量有明顯降低。

尾礦細顆粒對重金屬有較強的吸附能力，熱脫附、淋洗及電動處理等技術提供給污染物遷移的動力，但一般只作用于孔隙溶液中的污染物，對殘渣態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機結合態(tài)等形態(tài)去除效率低。因此，電動-熱解吸、電動-生物技術、電動-淋洗技術以及磁場、微波、超聲波等物理場耦合強化去除過程的重金屬去除技術為尾礦無害化處理打下了堅實基礎。

2 尾礦及其資源化利用概況

大量尾礦堆存產(chǎn)生了一系列的社會、環(huán)境問題，由此對其重金屬進行去除或穩(wěn)定化處理后用于礦山空場充填[42]、建材生產(chǎn)[43]、生產(chǎn)高附加值材料[44]和再選回收[45]等資源化利用較為廣泛，也有將其制備成肥料[46]、土壤改良劑[47]，或通過加入具備促進物質(zhì)能量循環(huán)的微生物、高有機質(zhì)和含水量大的土壤改良劑改善尾礦理化性質(zhì)，從而促進尾礦植被復墾[48]。

2.1 礦山空場充填

以礦石采選尾砂、廢石等為基料混合水泥、粉煤灰等膠凝劑制備成力學性能較好的充填體回填于礦山采空區(qū)，能最大限度地提高采礦工作安全性和降低尾礦庫風險，對穩(wěn)定地下空洞、提高礦石利用率和降低礦山修復成本方面有明顯效果[49-50]。隨著新型膠凝材料的研發(fā)，膠結膏體充填法在礦山充填中有廣闊的應用前景，但其充填性能受尾礦初始含水率[51]、粒徑分布[52]和膠凝活性[53]等影響較大。目前的礦山空場充填已由傳統(tǒng)低強度、低效率的體積性充填向具有載冷、儲能、資源儲備、核廢棄物堆存等功能的功能性充填發(fā)展，并逐漸發(fā)展了集智能信息處理、反饋和智能控制為-體的礦山智能性充填，目前國內(nèi)仍是以充填體應力解析和強度設計與實際采礦技術和工藝結合的充填優(yōu)化技術為主，要想大幅度降低成本并提高充填效率，還需以更開闊的思路研發(fā)新技術。

2.2 建材生產(chǎn)

尾礦尾砂主要是含SiO2、Al2O3、CaO、MgO和Fe2O3等化學成分的粉狀物料，其組成與建材非常相似，KARHU等[54]以鉬、金、石英尾礦為原料開發(fā)了莫來石基耐火陶瓷，LYU等[55]研究發(fā)現(xiàn)，在水膠比0.45附近，尾礦配制的混凝土的抗壓強度、軸向抗拉強度、極限拉應變和壓縮彈性模量均遠高于自然配制的混凝土，而且有更為優(yōu)越的熱性能。LI 等[56]以細粒低硅鐵礦尾礦為主要原料，水化硅酸鈣凝膠和鈣礬石作為粘結劑，一定條件下固化28 d后成型磚的抗壓強度和飽和抗壓強度分別為27.2 MPa和24.3 MPa。此外，用金屬尾礦輔以膠凝材料和一定的外加劑制備成免燒磚；以高硅尾礦為骨料，添加水泥和堿激發(fā)劑后經(jīng)脫模切割和高溫蒸養(yǎng)可制作成蒸養(yǎng)磚；富含SiO2、Al2O3、Fe2O3的金屬尾礦添加一定的黏土即可進行高溫燒結制成燒結磚。受超細特征的限制，尾礦在水泥砂漿、混凝土和路基材料中的摻合率一般不高于15%，在墻體材料和礦物聚合材料方面由于產(chǎn)品質(zhì)量不高和重金屬浸出污染等原因應用推進度仍較低，目前尾礦在建材方面主要是用作水泥生料和水泥混合材，能降低燒成溫度100～150 ℃，將來也應趨利避害以實現(xiàn)資源與環(huán)境安全協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.3 生產(chǎn)高附加值材料

沸石主要是由[SiO4]4-和[AlO4]5-四面體三維網(wǎng)狀結構組成的具有微孔結構的納米無機材料，具有吸附、離子交換和催化等優(yōu)異性能，硅鋁含量相似鐵尾礦、銻尾礦等制備成沸石是國內(nèi)常見的一種高附加值利用方法[57]。PENG等[58]以天然低品位鉬礦為原料，在水熱合成過程中直接加入納米氧化鐵合成磁性沸石，吸附量高且穩(wěn)定，理論最大吸附量達204.2 mg Cd/g。一般燒制沸石所用原料硅鋁含量較高，尾礦中也含有許多助熔劑成分，赤鐵礦在燒結過程中也起到產(chǎn)氣的作用，稀土尾礦中稀土元素可以提高吸附活性且可具備吸附陰離子的能力，因此尾礦作為沸石燒結原料或輔料都具有很強的可行性。

2.4 再選回收

隨著高品位礦產(chǎn)的過度開采及冶金尾礦物性解析逐漸完全，眾多尾礦除了是金屬二次來源外還發(fā)現(xiàn)了鎵、銦、釩、鍺、硒、銣、銫等高價值元素，雖然已有許多關于尾礦有價金屬提取的研究，但是開發(fā)環(huán)境友好的回收利用技術仍是必須解決的難題。國內(nèi)已進行了大量新設備、新藥劑的研發(fā)，在濕法和熱法提取方面皆有重大突破，超聲、微波、電場等多物理場的引入也明顯提高了提取效率，常用的有價金屬提取方法有電解法、熱分解、金屬熱還原和礦石直接還原等，LI 等從含金尾礦中氯化熱處理后金回收率達85.99%，但氯化焙燒在一定程度上也會使尾礦中Cu、Pb、Zn等重金屬揮發(fā)，基于尾礦中有價金屬的結構特性和賦存形態(tài)對其進行高靶向提取是提高回收率的有效方法[59-60]。

2.5 土壤改良應用

尾礦在土壤方面的主要應用有制備元素肥料、土壤改良劑，在土壤系統(tǒng)功能改善方面具有巨大潛力。尾礦富含Zn、Cu、Mo、B、Fe等維持植物生長和發(fā)育所必需的元素，經(jīng)適當處理后可加工成土壤改良劑或微量元素肥料，能夠改善貧瘠土地營養(yǎng)狀況，并且對土壤結構和酸堿性具有很好的改良效果[61]。JING等[62]以酸提銅尾礦殘渣為原料，以殘渣∶CaO∶Na2CO3∶NaOH=1∶0.4∶0.4∶0.2在550～1 150 ℃下進行30 min熱活化后制備了硅鐵改性劑，并通過土壤培養(yǎng)和溫室盆栽試驗發(fā)現(xiàn)該改良劑能有效降低重金屬污染土壤中Cd、Cr、Pb的有效性，促進了植物生長和根內(nèi)Cd和Cr的積累。

3 尾礦土壤化利用研究

土壤是人類進行生產(chǎn)生活的基礎資源，即使我國每年土壤污染防治投入不斷增加，但是仍然面臨水土流失嚴重、耕地質(zhì)量平均等級偏低、土壤荒漠化和沙化嚴重等問題。除了上述的土地退化外，全國工礦業(yè)中礦石冶煉及其尾礦堆積過程中Cu、As、Mn、Zn、Cr、Hg等物質(zhì)的遷移轉化易產(chǎn)生不同程度的環(huán)境污染，常使周圍土壤重金屬含量遠高于背景值[63]。對全國193個城市規(guī)劃區(qū)土壤中微量元素的系統(tǒng)研究表明，已有22個城市規(guī)劃區(qū)土壤達到重度污染，5個城市規(guī)劃區(qū)土壤暴露對未成年人具有潛在風險，其污染元素以Cd、Hg、Se等重金屬為主，在以潛在酸性較強的喀斯特地貌和紅壤為主的西南地區(qū)尤為嚴重[64-65]。此外，我國礦山和重金屬污染場地生態(tài)修復中常使用的去除或更換表土的方法存在客土土源供給不足、工程量大、投資高等問題[66]。

含低濃度重金屬的尾礦是潛在的土壤源。以清潔或農(nóng)用土壤相關的有機質(zhì)、水分、容重、團粒結構以及礦物質(zhì)為目標，通過添加改性材料改善尾礦理化性質(zhì)和穩(wěn)定重金屬使其滿足相關用土標準進而實現(xiàn)土壤化利用，能有效解決尾礦在傳統(tǒng)的礦山充填、材料生產(chǎn)、再選回收等方面綜合利用率低的問題，對促進尾礦資源化利用和緩解土源壓力具有重要意義。

有機廢物及工業(yè)廢物對尾礦土壤形成有積極的影響，施用后能有效改善尾礦總有機碳含量低的問題，調(diào)節(jié)合適的pH能促進有機-礦石復合物顆粒的形成，加速土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的建立和恢復[67]。PARDO等[68]將豬糞堆肥聯(lián)合熟石灰混合到礦山類尾礦土壤中，溶解性有機碳和NKP明顯增加并在豎直方向上產(chǎn)生了一定的位移，其pH和氧化還原條件變化成功地降低了金屬的流動性，相關的浸出風險有所減少。他們的進一步研究表明，改良劑降低了尾礦土相關風險，提供的養(yǎng)分促進了植物生長，并顯著增加了土壤酶活性[69]。LU等[70]對類尾礦土壤長期施用化肥和豬糞，增大了孔隙率。DAI 等[71]在其它施肥量相等的條件下，采用秸稈、沼渣、有機肥和生物炭進行大田試驗，土壤有機碳含量和團聚體穩(wěn)定性顯著改善，表明秸稈和畜禽糞便等有機廢物對改善尾礦理化性質(zhì)方面有很大價值。

有機廢物除了對尾礦營養(yǎng)條件、孔隙率、團粒結構等理化性質(zhì)改善明顯外，在重金屬穩(wěn)定化和增加土壤生物多樣性等方面也發(fā)揮著重要作用。ALAM等[72]選取鉻礦、石英礦、錳礦等礦堆土壤，將蚯蚓糞、園林土、礦堆土壤按1∶1∶1比例混合培育后，Cd、Cr、Pb和Mn浸出量分別減少了32.5%、50.25%、44.50%和42.25%，并且降低了重金屬的生物有效性，同時也有研究表明，添加蚯蚓糞能促進尾礦作物植物中粗大根的生長，增大了植物對尾礦重金屬、高密度和酸堿度等理化基質(zhì)的抗逆性[73]。ABAD-VALLE 等[74]用橄欖固廢、城市固廢堆肥、褐煤和泥炭添加到礦山類尾礦土壤中，可移動鋅鎘含量的減量效果明顯，而且土壤呼吸、酶活性都有明顯提高，對土壤微生物功能建立和恢復有較好效果。

尾礦土壤化利用過程中除了添加有機廢物外，還常常使用生物炭、堿性或鹽類無機材料。生物炭在尾礦土壤化中具有普遍適用性，具有很高的碳含量和穩(wěn)定性，可以用于尾礦長期固碳，生物炭添加后能提高尾礦微生物酶活性和植物苗初期生長，降低植物對重金屬的吸收[75-76]。一般情況下，向尾礦中添加石灰能調(diào)節(jié)pH，但有研究表明石灰添加后尾礦中的銻更容易浸出，之后的尾礦土壤化利用應該在一定程度上限制石灰的添加并進行長期試驗[77-78]。在土壤化過程中微生物群落的建立是不可或缺的內(nèi)容，重金屬污染可以通過影響微生物生物量、多樣性和土壤酶活性來降低土壤微生物碳礦化和硝化作用[79]。此外，與植物根系相關的一些根際微生物群落除了自身的相互作用外，還會與植物發(fā)生相互作用，通過接種根際微生物或者施加有機肥能顯著降低植物根際重金屬有效性，提高土壤活性[80]。

基于大量關于尾礦土壤化的基礎研究，且隨著土壤修復及冶金技術的發(fā)展，將其應用于土壤化前期的重金屬處理過程，使其基本滿足土壤化過程中污染物的控制要求，再通過無機和有機材料改性可制備出符合農(nóng)、林、牧等種植需求和相關標準的人工土壤，是大量消納尾礦的有效途徑。然而，受尾礦成分復雜、重金屬生物毒性強、理化性質(zhì)差及資源化成本高等因素的限制，除了改善尾礦理化性質(zhì)外，重金屬等污染物的控制仍將是未來尾礦土壤化利用的研究重點。

4 結語

資源-產(chǎn)品-廢棄尾礦發(fā)展模式帶來的生態(tài)環(huán)境風險和土地資源浪費給農(nóng)業(yè)安全帶來了極大的壓力。越來越高的環(huán)保要求使傳統(tǒng)的填埋和建尾礦庫貯存的處理處置方式難以滿足污染控制和資源循環(huán)利用的可持續(xù)發(fā)展要求，雖已進行大量礦山空場充填、建材生產(chǎn)、生產(chǎn)高附加值材料及再選回收等方面的資源再利用，但受尾礦物性復雜多變、重金屬含量高、生產(chǎn)工藝復雜和社會可接受度低等限制，仍存在綜合利用率低和堆存量不斷增加的問題。與此同時，我國即使每年增加土壤污染防治投入，但仍然面臨土地質(zhì)量差、水土流失量大、土壤荒漠化和沙化嚴重等問題。

目前已在傳統(tǒng)的重金屬污染土壤修復技術的基礎上研究出眾多針對尾礦有價金屬提取及重金屬去除的方法和技術，并進行了多種聯(lián)合優(yōu)化去除技術的研發(fā)?；诘蜐舛戎亟饘傥驳V的資源化利用是提高尾礦綜合利用及無害化處理的有效方法，更是進行土壤化利用的必由之路。因此，將去除重金屬的尾礦進行改性后制備成符合相關標準和使用要求的土壤以實現(xiàn)尾礦土壤化利用，可從根本上解決尾礦大量堆存、有機固廢利用率低等問題，也為解決農(nóng)用地及礦山用土環(huán)境質(zhì)量差、資源不足等問題提供新途徑，對加強污染防治和綠色礦山建設，持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量，堅持可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。