某铅锌尾矿渣浸出毒性的鉴别和处置方式
2022-10-21崔丹
崔 丹
(1.郴州市产商品质量监督检验所,湖南 郴州 423000;2.国家有色贵重金属产品质量监督检验中心(湖南),湖南 郴州 423000;3.国家石墨产品质量监督检验中心,湖南 郴州 423000)
湖南省郴州市是著名的有色金属之乡,矿产资源丰富,享有矿晶之都的美誉,同时也是中国国际矿物宝石博览会永久举办地,矿产储量在全国名列前茅。目前,在郴州发现的矿种数以百计,预计价值超万亿。但高额利益背后是巨大的隐患,这些矿山的存在导致了尾矿的日益增长,给大自然带来了沉重的负担。尾矿是选矿厂将矿石粉碎,选取“有用组分”后的固体废料,这些固废物具有二次资源与环境污染的双重性,如果这些固废物处置不当,会对资源、环境、生态和安全形成重大威胁[1-5]。近些年来,尾矿渣等废渣的处置和回收方式花样百出,对高速公路尾矿渣进行翻挖后采用掺加水泥和土壤固化剂等进行改性后回填[6];利用矿冶废渣中某些矿物特性如表面吸附效应、沉淀效应等处理废水[7];内循环生物法处理炼油厂碱渣[8];微波-超声波强化处理高效提锌[9]等,这些方法都有实践的可能性。总而言之,尾矿渣中的有价金属元素可以进一步冶炼回收、硅酸盐成分可以生产水泥熟料,另外尾矿渣还可以作为填充料用于道路路基或者进行井下采场回填[10-12]。因此,加强尾矿渣的监管、提高有效处置尾矿渣的能力是环境保护的一项重要工作,而尾矿渣浸出毒性的鉴别是这项工作的依据[13,14]。
我国制定了标准《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)[15],其中标准规定的《固体废物-浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299-2007)[16]是一种相对快速操作便捷的浸出方法,本文采用此方法对尾矿渣的浸出毒性进行了评价,并确定了安全的处置方式。
1 实验部分
1.1 尾矿渣主要成分
试验渣样用EDX-7000波长色散型X射线荧光光谱仪进行分析,主要元素含量如表1所示:
表1 尾矿渣主要元素含量/%
从表1看出,尾矿渣中主要元素是Ca、Fe、Si,而且金属元素Fe占24%左右,Zn、Mn和Pb占比超过2%,Cu、Ni和Ag较少,均小于1%。
用D2 Phaser X射线衍射仪对渣样进行分析,结果如图1所示。
图1 尾矿渣X射线衍射图谱
从图1可以看出,尾矿渣中主要成分为白云石、石英及富铁锌锰矿,另外还存在铁、锰、铜尖晶石矿物族。这些金属元素在酸浸条件下都可以溶出,因此,对环境造成污染的铅、锰、锌、铜等重金属元素必须要进行浸出毒性分析来鉴定其危害程度。
1.2 浸出毒性测定
1.2.1 浸出方法
试剂:硫酸(优质纯),硝酸(优质纯)。
铜、锌、镉、铅、铁、锰、砷标准储备液1000PPM,国家有色金属及电子材料分析测试中心。
仪器与工作条件:翻转式振荡器,湖南昊德仪器设备有限公司。
中学地理课堂教学以及学生学习的成败,在于地理课堂教学的活力,活力十足的教学课堂,直接影响着学生地理知识思维能力成果的优劣,在地理教学中,结合学生原有的地理水平和生活实际,不仅可以有利于降低许多地理问题的难度,使学生能充分理解,而且还可以避免许多学生在地理学习中的误区,使学生形成正确的地理思维。还可以降低他们对地理恐惧的心理,增强学生学好地理的自信心,真正的达到了地理课堂教学中学习活力的提升的目的。
电感耦合等离子体发射光谱仪,赛默飞世尔科技(中国)有限公司iCAP6300,ICP-AES仪工作条件见表2。
表2 ICP-AES工作条件
浸提剂:配制少许浓硝酸与浓硫酸质量比为1∶2的混酸,然后将混酸滴加到去离子水中调节pH为3.20左右。除非特别说明,实验用水为符合标准所要求的纯水。
浸出方法:尾矿渣浸出毒性浸出方法按硫酸硝酸法[16]进行处理,分别称取两份150g干渣样置于2L提取瓶中,按照液固比10∶1的比例,加入浸提剂。盖紧瓶盖后固定于翻转式振荡器上,调节适当的转速在室温下振荡20h。振荡完毕后过滤并收集浸出液。
1.2.2 浸出毒性测定
金属混合标准溶液配制:
混合标准溶液采用铜、锌、镉、铅、铁、锰、砷7种单元素标准储备液用2%HNO3逐级稀释而成。各元素浓度见表3。
表3 混合标准溶液中各元素浓度
各元素的分析谱线选择时要选择线性关系好,干扰谱峰小及稳定性高的谱线。具体分析谱线波长选择见表4。
表4 测定元素谱线波长及检出限
各元素的拟合曲线:
各元素的拟合曲线见图2和图3,线性方程及相关系数见表5。
图2 As元素和Cd元素的拟合曲线
图3 Cu、Fe、Pb、Zn和Mn元素的拟合曲线
表5 各元素线性方程和相关系数
2 浸出毒性结果
尾矿渣浸出液中测定的对环境有害的金属离子主要有Mn、Cu、Zn、Cd、As、Fe、Pb。浸出液成分测定结果如表6所示。
表6 尾矿渣浸出液中各金属含量
浸出结果与光谱分析结果显示,尾矿渣中锰的浸出量最高,而铁的含量较高,浸出量却比较低。锌、铅的含量相近,是铁含量的10%左右,浸出量却比铁高,可能是尾矿渣渣中可溶性锰所占比例较高,可溶性铁所占比例较小所致。
3 尾矿渣毒性评价及安全处置方式
工业固体废物根据其浸出毒性大小可以分为危险废物和一般工业废物两类。其浸出毒性鉴别标准见表7。
表7 浸出毒性鉴别标准
依据表7的结果,尾矿渣浸出液中的有害元素含量均低于国标[15]规定浓度值,也低于工业废物标准《污水综合排放标准》(GB8978-1996)[17]中第Ⅰ类污染物的最高允许排放浓度,因此本文选取的尾矿渣属于第Ⅰ类工业固体废物。填埋方法按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)[18]规定的第Ⅰ类工业固体废物进行填埋处理,处置场为Ⅰ类场,填埋要求除达到一般工业固体废物处置场标准外应优先选用废弃的采矿坑、塌陷区。
4 结论
(1)铅锌尾矿渣中主要元素为钙、铁、硅等,但铅、锌、锰等金属元素含量均超过2%。尾矿渣中的主要矿相为白云石、石英及富铁锌锰矿。该铅锌尾矿渣中的碱性氧化物及硅酸盐相可以替代水泥、混凝土部分原料进行利用,一些铅化合物分离后可以再利用,另外铁含量也比较高,可以进一步冶炼回收。
(2)分析了铅锌尾矿渣的浸出毒性结果,确定其填埋处理方式。结果表明该尾矿渣属于第Ⅰ类工业固体废物,填埋处置场为Ⅰ类场。
(3)环境污染日益严重,尾渣问题不容小觑。对尾渣进行有价值的回收不仅可以缓解资源匮乏提高产业经济效益,更能减轻青山绿水的负担。