金属矿山开采中重金属污染对生态环境的影响

闫海祥，贺 腾

（山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁 272000）

矿产资源是指经过地质成矿作用形成的，天然赋存于地壳内部或地表埋藏于地下或出露于地表，呈固态、液态或气态的，并具有开发利用价值的矿物或有用元素的集合体。现阶段我国95%的能源、80%上的工业原料及70%的农业生产资料都来自于矿产资源的供给。目前我国已发现矿产173种，包括：能源矿产13种、金属矿产59种、非金属矿产95种、水气矿产6种。已探明的矿产资源总量约占全球的12%，居世界第三位。

近年来，随着市场需求的增加，我国矿山的开采速度持续加快。在矿山开采活动中，因受技术条件和经济因素影响，许多开采单位进行了不合理的开发，对矿山生态环境造成了一定的破坏[1]。以金属矿山为例，在开采过程中，地层中的金属矿物会伴随开采过程暴露在地表环境中，除大量堆积在地表的废料外，在空气的氧化作用下，金属物质会发生化学变化，从而通过各种形式破坏生态环境。

重金属是指密度大于4.5g/cm3的金属。在化学周期表中原子序数超过23位的元素中，有54种密度大于4.5g/cm3的天然金属元素，它们都属于重金属，包括金、银、铜、铁、汞、铅、镉等。在环境污染方面，重金属主要是指汞（水银）、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。重金属非常难以被生物降解，在食物链的生物放大作用下成千百倍的富集，最后进入人体。当人体内重金属超过一定量浓度，便会对人体的蛋白质结构产生不可逆的改变，造成慢性中毒等严重影响[2]。矿石中的重金属会伴随矿山开采活动进入大气和土壤中，造成重金属污染。在无法被生物降解的背景下，最终影响人类的生命安全。

本文以此为基础，研究金属矿山开采中，重金属污染对生态环境的影响，分析重金属污染产生的主要原因，为后续改善生态环境提供理论依据。

1 占用和破坏矿山周围土地资源

在金属矿山的开采工作中，不同的开采阶段对生态环境的破坏程度不同，但其中在各个环节中，均可以对土地资源进行占用和破坏。

分析金属矿山开采的全流程，在对土地资源占用的问题上，主要分为两个破坏阶段：首先是建设矿山开采场地，会占用大量土地进行物料的堆放，尤其是废弃材料的堆放问题，会将矿产资源中的重金属物质带入到土壤中，造成土地的破坏。其次是在矿产资源运输过程中，需要建设大量的物资运输通道，为加快矿产资源的转运，可能会直接对地表的植被进行砍伐。综合矿山开采的全过程，金属资源的开发利用会产生大量的重金属粉尘，一旦其进入地表或者空气中，会严重影响该区域的生态环境，具体破坏形态如下图1所示[3]。

图1 金属矿产资源堆放情况

根据图中内容所示，该状态为矿山开采过程中物资的堆放，由于矿产资源的开发过程较快，需要将开发的资源先存放在场地内，再由车辆进行运输。金属资源内部包含的不稳定化学元素会对土壤造成严重破坏，如硫化物等，会在空气中产生化学变化，经过大气降水转化为酸雨，造成生态环境的二次破坏。

2 局部地区形成酸雨气候

酸性废水是重金属污染危害中最主要的环境问题之一，在大量堆放金属矿产资源下，裸露状态下的含硫矿物质，在经过空气的氧化作用下，形成酸性气体，通过大气的蒸发作用，在降水过程中重新回到地表，造成土壤的二次污染。具体表现为：矿坑中的酸性废水在含有大量的酸性物质基础上，经过地表水的径流作用，转存至地下水中，一方面能够在大气降水的流通环节中产生酸雨气候，另一方面为地下水的硫化程度增加，导致土壤酸性化。针对酸雨形成的条件和具体流程，分析重金属污染对局部生态环境的影响，具体如图2所示。

图2 酸雨形成过程示意图

根据图中内容所示，在金属矿体中包含大量的硫化物质，受废弃石料和尾矿的堆积作用影响，当金属资源没有被回收的情况下，能够和空气相结合形成硫酸。而在酸性条件下，各类有毒有害的金属物质，会更加容易地在雨水中被淋溶出来，参与到大气降水环节中，形成局部的酸雨气候[4]。

3 改变和制约生物多样性发展

动植物的生长和繁衍需要稳定的生态环境，在金属矿山开采过程中，对森林资源的破坏和土壤条件的改变，在一定程度上会改变区域的生态环境。如森林的覆盖面积减少会造成局部温度变化，以及湿度变化。而森林资源的破坏不单单只局限在土地破坏中，由于金属矿山的重金属元素过多，在其不断地累积作用下，会造成土地的次生盐化，如膏盐类矿床的开发。统计某省金属矿山开发过程中，生物生存环境的变化情况，分析其对生物多样性的改变，具体如下图3所示[5]。

图3 生物生存环境变化与多样性的内在联系

根据图中内容所示，在植物的生长发育过程中，过量地吸收重金属物质，在超过一定浓度范围时，会发生植物生态的变化。其中Cu元素和Zn元素会对植物的生长起到抑制作用，且在高浓度的重金属元素下，土壤的活性酶也会存在抑制作用。而生物赖以生存的环境在被破坏的情况下，会有物种绝迹的危险，难以保证生物的多样性发展[6]。

4 严重污染区域水资源

为保证金属矿山开采的有效性，在开采过程中需要使用大量的水资源，一般情况下开发部门会直接采用地下水进行矿产清洗，而这些水资源被利用后，会包含多种金属污染成分。

一些开发商为了减少经济投入或者加快开发进程，不会对污染的水资源进行清洁，而是直接排放到地表中，造成开发区域内的水体污染。水体具有流动性，在重金属物质被排放其中后，一些金属元素会和水分子进行结合，增加水体的氧化程度。如铁元素在孔隙水中最活跃，其不仅以Fe2+的形式存在，甚至会以Fe3+的形式呈现，而一旦其暴露在水体中，会加快水体的氧化速度，造成金属矿山的氧化现象，具体如下图4所示[7]。

图4 铁元素对水体的氧化变化现象

根据图中内容所示，随着铁元素的不断增加和分解，水体的氧化速度会逐渐增加，过浓的水体氧化程度会造成水体富营养化。

水作为生命活动的源泉，我国水资源分布本身就存在严重不均现象，一旦出现局部地区的水体污染，会进一步加剧水资源的利用困难程度。

5 农作物重金属含量超标

重金属元素能够多种途径下对人体产生影响，分析重金属污染对生态环境的破坏作用，能够降低宏亮元素对生物和人体的负面影响。基本上重金属元素会在土壤和植物的作用下，以及土壤和水的相互作用下，对人体产生伤害，因此分析重金属对植物的破坏作用，能够在一定程度上改善污染地区的生存条件。

在金属矿山开采过程中国，对矿山废弃用水的排放，除了一部分流入地下水外，会有一部分用水被再次利用，进行农作物的灌溉。不论是哪一种方式，金属元素是不能被降解的，因此会一直以化学形态存留在土壤和水体中，而金属元素的长期存在，会影响农作物的生长，在幼苗生长过程中出现枯死现象，而存活下来的农作物会存在重金属含量超标问题。分析不同重金属元素对水稻的生长全周期影响，以Mg、K和P金属元素为例，对生长的不同阶段进行金属含量测定，对比不同金属元素污染土壤下水稻的生长情况，具体如下图5所示。

图5 不同金属元素对水稻生长的影响作用

根据图中内容所示，在含有金属元素的土壤中，无论是哪一种金属元素，均会导致水稻减产甚至死亡现象。而通过水稻中重金属质量分数的检测，发现在污染土地中的水稻金属质量分数存留倍数，超过了国家规定的标准至少30倍以上。矿山开采过程中产生的重金属污染问题，是一个综合的生态破坏结构，会在多方面的条件下进行重组融合，严重制约区域内的生态系统健康发展，必须进行强有力的管理[8]。

6 结语

金属矿山开采过程中产生的生态问题，会在不断地迁移变化过程中产生各种严重的后果，直接影响到人们的生产生活，应该引起人们的足够重视。本文就现阶段金属矿山开采过程中的重金属污染现象，从五个方面着手分析了其对生态环境的影响。由于篇幅所限，在此次研究过程中，没有对不同的破坏问题提出解决措施，存在不足之处。后续研究中会针对此现象，更深层地研究重金属污染对环境的制约作用，以提出生态环境治理的相关手段，为矿区的生态环境恢复提供理论依据。