铜尾矿中的污染源分析及其安全处置方法研究

李建勇

(山西晋新科源环保科技有限公司，山西 太原 030024)

引 言

我国地缘辽阔，拥有非常丰富的矿产资源，这些珍贵的矿产资源为我国社会经济发展做出了非常重要的贡献[1]。随着我国国民经济的快速发展，我国每年开采的矿产资源数量越来越多。但是矿产资源在开发利用过程中，会伴随着产生大量的尾矿，一般情况下尾矿都是直接堆放在尾矿库中[2]。受冶炼技术水平限制，尾矿中包含的重金属通常都没有得以开发利用，而是直接随尾矿一起丢弃[3]。在长时间的堆放过程中，重金属会逐渐渗透到土壤和地下水中，对周围的生态环境造成重要的不良影响[4]。近年来，我国对生态环境保护的要求越来越高，社会对生态环境问题的关注程度同样有所提升。因此，有必要分析尾矿对周围环境造成的污染，在此基础上提出针对性的治理措施，尽可能降低尾矿的不良影响，同时提升尾矿的有效利用率[5-6]。本文以铜尾矿对周边环境的影响为例，对尾矿中包含的污染源进行了详细的分析，并提出安全处置方法。

1 铜尾矿样品采集及处理

1.1 铜尾矿样品的采集与预处理

某铜尾矿堆场位于一条小溪旁，距离大约为200 m。当前阶段此堆场的长度和宽度分别约为200 m和10 m，高度约为30 m，初步估计堆积的铜尾矿质量达到10万t左右。该铜尾矿堆场的存在对周边环境造成了严重威胁，因此需要对其进行分析和研究，在此基础提出相应的安全处置措施，以改善周围的生态环境。首先，需要对铜尾矿堆场周边的土壤进行采样，为了更加真实地反映铜尾矿的情况，在采样时遵循随机的原则。在整个铜尾矿堆场周围半径150 m范围内随机选取10个采样点。将采集得到的样品进行充分混合，再进行自然风干，然后搅拌均匀，将其进行彻底粉碎，要求达到120目(0.125 mm)以下。将制得的样品放在105 ℃的烤箱内烘烤60 min，然后将其空冷至室温，进一步搅拌均匀，装袋备用。

1.2 实验设备及其工作条件

通过AA-9000型原子吸收光谱仪对尾矿中的金属元素进行检测。各种重金属元素检测条件为：Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Mn元素的检测波长分别为324.71 nm、213.87 nm、283.32 nm、228.81 nm、357.92 nm、232.01 nm、279.53 nm；所有元素的狭缝、灯电流和燃烧高度全部分别设置为0.2 mm、3 mA、10 mm；火焰类型方面，除Cr和Mn分别为复燃焰和略贫燃焰外，其他元素的火焰类型全部为贫燃焰。为了进一步分析铜尾矿的化合物组分，对铜尾矿开展了常量分析工作，通过这项工作能够检测到铜尾矿中含量超过0.1%的组分。对于不同的组分需要采用不同的方法进行测定，采用的方法主要包括重量法、容量法、分光光度法和原子吸收光谱法。为了提升实验结果的可靠性，在化合物检测时共开展2组实验，最终的结果取两组实验的平均值。实验过程的正确性和严谨性会对实验结果产生决定性的影响，所以在开展相关实验过程中，严格按照有关检测标准完成所有的实验工作，以确保结果精度。

2 铜尾矿检验实验结果及讨论

2.1 铜尾矿中的主要化合物组分

按照上文所述的实验分析方法，可以获得铜尾矿中的主要化合物组分，结果如表1所示。由表1中数据可以看出，铜尾矿中的主要化合物为铁、硅和铝的氧化物，其中，Fe2O3、SiO2、Al2O3的质量分数分别达到了27.655%、25.35%、15.495%。其次为磷和钙的化合物，P2O5和CaO的质量分数分别为4.27%和3.155%。以上这些化合物主要为硅酸盐和磷酸盐等类，单独从化合物对土壤造成的污染角度出发，以上这些含量相对较高的化合物，在常规的环境下具有相对较高的稳定性，氧化物不容易发生分解融化等现象。因此认为这些化合物不会对土壤、地下水和空气造成比较严重的污染问题。MgO、TiO2、MnO的含量相对较低，同样不会对土壤构成较大的威胁。

表1 铜尾矿中的主要化合物组分分析结果(%)

2.2 铜尾矿中主要元素含量

基于AA-9000型原子吸收光谱仪，并采用合适的实验条件，可以有效地对尾矿中的金属元素种类及其含量进行检测，结果如表2所示。表2中还给出了该地区土壤中的自然背景值，以便与铜尾矿附近土壤中的元素含量进行比较。所谓自然背景值指的是没有受到铜尾矿污染的土壤中包含的各种金属含量。由表2中数据可知，与本地区的自然背景值相比，铜尾矿附近土壤中的Cu、As、Ni、Cd元素的含量都相对较高，而Zn、Pb、Cr元素的含量相对较低。

表2 铜尾矿中主要元素类型及其含量(mg/kg)

2.3 铜尾矿中包含的主要污染源分析

基于以上实验结果可知，铜尾矿中除了包含大量Fe、Si、Al等这些稳定的元素氧化物外，还包含有很多其他的重金属元素，如，Cu、Zn、Pb、As、Ni、Cr、Cd。稳定的氧化物虽然不会对土壤构成污染的威胁，但是这些重金属元素会对土壤及地下水造成严重的污染。某些重金属元素虽然在常规条件下是以化合物的形式存在，但是在酸性条件下，这些金属元素非常容易从氧化物中析出，从而污染周边的环境。

将表2中各元素含量与国家土壤环境质量标准相比较，发现Cu的含量是自然背景值的18.69倍，远远超过国家土壤二级标准和三级标准，其中，二级标准和三级标准中Cu的含量分别不得超过100 mg/kg和400 mg/kg，可见，Cu元素是铜尾矿中非常重要的污染源；As和Cd元素含量分别为对应自然背景值的2.33倍和4倍，可见As和Cd元素同样是铜尾矿中重要的污染源；Ni元素含量只是比自然背景值略高，所以认为该元素是铜尾矿中的次要污染源；而Zn、Pb、Cr三种元素的含量比自然背景值相对更低，说明这三种元素不是铜尾矿的主要污染源。

3 铜尾矿污染安全处置方法研究

综上所述，铜尾矿如果不对其进行处理，直接堆放在尾矿堆场中，时间长久后尾矿中包含的重金属元素会渗透到土壤和地下水中，对土壤和地下水造成严重污染，进而威胁到附近居民的身体健康。尤其是Cu、As、Cd元素，通过检测发现其含量相对非常高。具体而言，查阅资料并结合笔者的实践经验，认为可以通过下述几种处置方法来降低铜尾矿的污染程度。

3.1 铜尾矿再选

铜矿资源属于不可再生资源，随着铜矿资源开采的不断进行，地壳中的存储量也会随之快速降低。基于检测结果可以发现，铜尾矿中还包含有大量的Cu元素，其含量是其他地区Cu元素含量的18.69倍。此外，还包含有多种其他重金属元素。因此，对铜尾矿进行再选是未来发展的重要方向，通过尾矿再选不仅能够提升铜资源以及其他重金属资源的利用率，同时还可以显著降低尾矿中Cu、As和Cd元素的含量，进而缓解其对生态环境造成的不利影响。如，可以通过最新的“微生物堆浸-电萃取-电积”提炼方法，对铜尾矿中的Cu元素进行提取。

3.2 利用铜尾矿加工制作建筑材料

铜尾矿作为一种资源，如果直接丢弃会造成资源的浪费，我国学者在利用铜尾矿加工制作建筑材料方面进行了积极的探索和尝试。利用尾矿成功制成了砂、水泥、砖块、路面材料等多种类型的建筑材料，并在实践中取得了较好的应用效果。这种铜尾矿的处置方式也是比较好的选择。

3.3 铜尾矿废弃地复垦技术

已有大量的理论和实践经验表明，通过在尾矿土壤中种植特殊的植物，植物的根系能够有效富集土壤中包含的重金属元素，通过这样的措施能解决尾矿对土壤造成的重金属污染问题。如，丝茅草、芭茅草、无叶节节草等植物对于降低铜尾矿土壤中的重金属具有非常好的效果，在技术上完全是可行的。与其他铜尾矿治理方式相比较而言，通过废弃地复垦技术具有明显的优势，属于最好的治理方法，应该优先推广使用。因为这种方式不仅有效降低了土壤中的重金属含量，同时通过种植大量植物，有效恢复了相关区域的生态环境，还可以起到改善大气质量的效果。铜尾矿废弃地复垦技术的成本也很低，能够为相关企业和政府部门节省大量的治理资金。

4 结语

受技术水平限制，在进行铜资源开发利用时，铜尾矿中通常会包含有大量的重金属元素，这些重金属元素会对周围环境造成非常不利的影响。对某尾矿堆场周边土壤进行采集，分析了土壤中重金属元素的含量情况。发现，铜尾矿中的主要污染源为Cu、As和Cd元素，这些元素在土壤中的含量与本地区自然背景值相比高出好多倍。提出了铜尾矿污染安全处置方法，主要包括铜尾矿再选、利用铜尾矿加工制作建筑材料、铜尾矿废弃地复垦。通过采用上述处置方法不仅能够对铜尾矿进行有效利用，同时能够显著降低其对周围环境构成的威胁。