低品位硫化矿重金属淋滤及其环境影响评价

王小莉 卞孝东 毛香菊

摘 要：本文采用静态淋滤式的试验研究黑龙江某铜矿集中开采区矿山矿石中重金属在不同条件下的溶出规律和特性，特别选择黑龙江某铜矿的低品位硫化矿样品进行试验。结果表明，该样品酸中和能力很强、含碳酸盐矿物较多；淋滤实验中渗滤液pH值的检测也表明，该样品中重金属的迁移环境为碱性；随着淋滤液pH值的升高，矿样重金属的浸出率先降后升，当pH=6时趋于稳定；随着淋滤温度的升高，矿样重金属的浸出率逐渐升高，当T=35℃时趋于稳定；在常年雨水（pH=5～6）的淋滤作用下，该地区的低品位硫化矿中重金属元素虽然有一定浓度水平的溶出，但重金属迁移的环境为不利的碱性条件，故而重金属溶出的浓度水平总体偏低。根据本文的试验结果，初步推断低品位硫化矿的堆积对周围环境潜在的污染威胁程度很低，基本可以忽略不计。

关键词：重金属；淋滤；环境影响评价；迁移规律

中图分类号：X753；TD926.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0142-04

Heavy Metal Leaching of Low Grade Sulfide Ore and Its

Environmental Impact Assessment

WANG Xiaoli1 BIAN Xiaodong2 MAOXiangju3

Abstract： In this paper， the leaching law and characteristics of heavy metals in the mine ore of a copper mine in Heilongjiang were studied by static leaching test， and the low grade sulfide ore samples of a copper mine in Heilongjiang are specially selected. The results showed that， its acid neutralization ability was very strong， with more carbonate minerals； the pH value test of the leachate also showed that， the heavy metals were migrating in a alkaline environment； with the increase of pH， the leaching of heavy metals in samples was “down to up”， and tended to be stable at pH of 6； with the increase of the leaching temperature， leaching of heavy metals in the samples was increasing， and tended to be stable at 35℃. The heavy metal elements in the low grade sulfide ore of this area were dissolved in a certain concentration level， but the environment of heavy metal migration was unfavorable alkaline conditions， so the concentration level of heavy metals dissolved was generally low under the leaching of rainwater （pH=5 to 6）. Based on the results of this paper， it was preliminarily deduced that the threat of low-grade sulfide deposits to the surrounding environment was very low and could be ignored.

Keywords： heavy metal；leaching；environmental impact assessment （EIA）；migration characters

黑龍江某地区属于寒温带大陆性山地季风气候，全年平均气温为5～7℃，最高气温可达32℃，最低气温在为-20～43℃；降雨集中在7月至9月上旬，年平均降雨量约为500mm，蒸发量1 050mm。初雪一般在10月中旬，终雪在翌年3月下旬至4月上旬[1]。

该地区是酸雨高发区，降雨的pH值较低。据1991—2012年的降雨监测统计资料[2]显示，该地区降雨的pH值为4.5～6.5，一般为5～6。为了充分了解黑龙江某地区低品位硫化矿重金属在自然降雨条件下的溶出规律和特性，本文根据低品位矿区面积小，岩矿石粒度大小不一等特点，采用室内模拟试验（静态淋滤试验）测定低品位硫化矿在不同条件下重金属自由迁移到淋滤液中的含量，探讨低品位硫化矿的堆积对周围环境造成的潜在影响，为矿区环境影响评估提供试验依据，研究成果对矿区生态环境保护具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 低品位硫化矿样品的采集

低品位硫化矿样品采自黑龙江某铜矿集中开采区，采样密度为1件/m2，采样深度为30～50cm，在低品位矿石堆场重点布设采样线3条，每个点各采2kg左右的样品，网格布点采样总计约60kg。

1.2 低品位硫化矿样品前处理与分析

将采集的样品经自然风干，用玛瑙研钵研磨，分别过10、30、80目和200目筛，每份样品保留300g，置于阴凉处保存。

采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和Multi EA5000元素分析仪测定其中重金属及硫元素的含量。结果见表1。

采用日本理学D/MAX1200型X射线粉晶衍射仪（测试条件：Cu靶，Ni片滤波，扫描范围2[θ]=5゜～65゜，采用的电压为40kV，电流40mA，扫描速度1゜/min）分析其矿物组成；采用梅特勒SevenCompact?pH计测定低品位硫化矿的pH值（测试条件：室温20～25℃，相对湿度小于70%；测试方法：称取8.00g淋滤样品，移取20.00mL去离子水，分别装入100mL锥形瓶中混合搅拌2min，静置30min，测定溶液的pH值[3]），以及不同条件下静态淋滤试验中低品位硫化矿样品渗滤液的pH值（测试条件：室温20～25℃，相对湿度小于70%）。

1.3 静态淋滤试验研究

1.3.1 淋滤液酸度淋滤试验。采用去离子蒸馏水、0.1mol/L的稀硝酸和1.0mol/L的稀硝酸，配制出pH值为3、4、5、6和7的淋滤液各500ml备用；分别称取10、30目和80目的低品位硫化矿各100g，以1∶1∶1等比例均匀混合配制淋滤样品。采用50mL移液管准确移取不同pH值（pH为3、4、5、6和7）的淋滤液50mL，采用电子天平准确称取5份5.000 0g的低品位硫化矿样品，分别装入100mL的锥形瓶中，放置水浴恒温振荡器（温度25℃）中振荡8h，然后静置16h，快速过滤，单分出5mL滤液（测pH值用）后，加入0.72ml硝酸酸化，置于4℃的冰箱中保存。

1.3.2 淋滤温度淋滤试验。采用去离子蒸馏水、0.1mol/L的稀硝酸和1.0mol/L的稀硝酸，配制出pH=6的淋滤液500mL备用；称取10、30目和80目的低品位硫化矿各50g，以1∶1∶1等比例均匀混合配制淋滤样品。采用50mL移液管准确移取pH=6的淋滤液50mL，采用电子天平准确称取3份5.0000g的低品位硫化矿样品，分别装入100mL锥形瓶中，放置水浴恒温振荡器（温度分别为0、25℃和35℃）中振荡8h，然后静置16h，快速过滤，单分出5mL滤液（测pH值用）后，加入0.72ml硝酸酸化，置于4℃的冰箱中保存。

用XSERIES2电感耦合等离子体质谱仪测定金属元素Ni、Cu、Pb、Zn、Cd和Mo的含量；用AFS-8330双道原子荧光光度计测定金属元素As、Hg的含量；用UV1902PC紫外可见分光光度计测定金属元素Cr6+的含量。分析试剂采用优级纯，水为去离子纯水；采用的检测方法依据有《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水检验方法》（GB 8538—2016）和《生活饮用水标准检验方法金属指标》（GB/T 5750.6—2006）。

2 结果分析

2.1 低品位硫化矿的物相分析

本区低品位硫化矿的分析结果见图1。结果显示，样品的主要矿物组成为石英、斜绿泥石、方解石（XRD半定量含量为11%）和钠长石和白云母[4]，即其主要成分是Si、Al、K及Na的氧化物和Ca的碳酸盐化物。由此可知，低品位硫化矿具有较强的酸中和能力，其产碱潜力较大。

2.2 低品位硫化矿和渗滤液的pH值

本区低品位硫化矿pH值的测定结果为9.11，不同试验条件下渗滤液的pH值测定结果见表2和表3。其中，在淋滤液pH为3、4、5、6和7，淋滤温度T=25℃；淋滤液pH=6，淋滤温度T为0、25℃和35℃的试验条件下，低品位硫化矿样品的渗滤液pH值范围为7.33～8.32。由此可知，样品中的重金属元素的迁移环境为碱性。

2.3 淋滤液酸度对低品位硫化矿中重金属元素释放的影响

淋滤液酸度对低品位硫化矿中重金属元素释放的影響见图2和图3。

从图2可知，淋滤液酸度对低品位硫化矿中Cd、Pb、Zn、Ni、Cr和Hg淋出率的趋势基本一致，都是随着淋滤液pH值的增大，淋出率增大，当pH=6时，各元素的淋出率趋于稳定。

从图3可知，淋滤液中Cu的含量较低，Cu元素的溶出和pH值呈正相关关系。由于淋滤样品具有很强的酸中和能力，不利于Cu的溶出和迁移，故而随着淋滤液pH值由3升高到7，Cu的溶出量呈逐渐升高的趋势，但总量很少；其中，低品位硫化矿中Mo和As的溶出总量也很少，并在pH=6时趋于稳定。

2.4 淋滤温度对低品位硫化矿中重金属元素释放的影响

淋滤温度对低品位硫化矿中重金属元素释放的影响见图4和图5。

从图4可知，随着淋滤温度的升高，低品位硫化矿中重金属元素Cd、Pb、Ni和Cr的浸出率特征是逐渐增大的，而Zn和Hg的则是先升后降。

从图5可知，随着淋滤温度的升高，低品位硫化矿中Mo的溶出量是逐渐升高的，Cu和As的溶出量是先升高，然后在淋滤温度为25℃时趋于稳定。其中，Cu、Mo和As的溶出总量也很少。

3 结论

静态淋滤试验研究结果表明：黑龙江某铜矿山中的低品位硫化矿（LH-002）含碳酸盐矿物较多、酸中和能力很强；渗滤液的pH值范围为7.33～8.32，低品位硫化矿的重金属迁移环境为碱性，不利于重金属的迁移[5-7]；随着淋滤液pH值由3升高到7，样品重金属浸出率先降后升，最后在淋滤液pH=6时达到稳定；随着淋滤温度由0℃升高到35℃，样品的重金属浸出率特征是逐渐升高，最后在淋滤温度T=35℃时达到稳定。

综上可知，该地区的低品位硫化矿，在常年雨水（pH=5～6）的淋滤作用下，重金属元素虽然有一定浓度水平的溶出，但重金属迁移的环境为不利的碱性条件，故而重金属溶出的浓度水平总体偏低。根据本文的试验结果，初步推断低品位矿石堆场中硫化矿的堆积对周围环境潜在污染威胁程度较低，基本可以忽略不计。2017年，黑龙江某铜矿集中开采区项目组在该矿区发现富锶矿泉水[8]。优质矿泉水资源的发现，辅助性验证了本文的试验结论。而本文试验研究的成果也为矿区生态环境保护提供了重要试验依据，具有重要的科学指导意义。

参考文献：

[1]孙化江.黑龙江省多宝山经济开发区水文地质工程地质环境地质综合详查报告[R].多宝山：黑龙江省地矿局第一水文地质工程地质大队多宝山工区，1993.

[2]李帅，刘丹，于成龙，等.1991-2012年黑龙江省酸雨变化特征[J].气象与环境学报，2015（5）：105-111.

[3]祝荣.铜陵新桥硫铁矿采矿废石重金属淋溶实验研究[D].合肥：合肥工业大学，2006.

[4]中国科学院贵阳地球化学研究所编.矿物X射线粉晶鉴定手册[M].北京：科学出版社，1978.

[5]Holmstr?m H，Ljungberg J，?hlander B. Role of carbonates in mitigation of metal release from mining waste. Evidence from humidity cells tests[J]. Environmental Geology，1999（4）：267-280.

[6]Kelm U，Helle S. Acid leaching of malachite in synthetic mixtures of clay and zeolite-rich gangue. An experimental approach to improve the understanding of problems in heap leaching operations[J]. Applied Clay Science，2005（3）：187-198.

[7]孙建华.实验法在预测硫化矿山排土场酸水水质中的应用[J].金属矿山，1994（9）：48-52.

[8]毛香菊，卞孝东.黑龙江省黑河市罕达气镇一带发现优质矿泉水[EB/OL].（2017-11-28）[2018-05-01].http：//www.imu.cgs.gov.cn/cgkx/201711/t20171128_446008.html.