夹沟铝土矿矿渣充填复垦的环境影响试验.pdf

第6 2 卷第4 期 2010 年11 月 有色金属 N o n f e I T O l l SM e t a l s V 0 1 ．6 2 ．N o ．4 N o v ．20l0 夹沟铝土矿矿渣充填复垦的环境影Ⅱ向试验 张志沛，董小波，蒋蕾，饶晓 西安科技大学地质- 9 环境学院，西安7 1 0 0 5 4 摘要以夹沟铝土矿矿渣为对象进行浸泡试验，测定浸出液的p H 和c r 6 ，c u “．z n “，P b “，c d 2 等的含量，对照矿区矿 坑水和地下水水质检测结果，分析充填矿渣对地下水环境的影响。浸出液各项指标测定结果均在国家标准以内，重金属离子随浸 泡时间增加而缓慢上升并趋于平衡，矿渣复垦不会对地下水环境造成二次污染。 关键词环境工程；铝土矿渣；浸泡；地下水；充填复垦；二次污染 中图分类号X 7 5 8文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 l o 0 4 0 1 2 6 0 3 中铝河南偃师夹沟铝土矿位于河南省偃师市南 东约3 0 k i n ，铁路、公路交通便利。经核查，该矿区已 探明铝土矿储量为5 0 7 ．9 万t ，目前矿区有两个国营 露天矿坑及7 个个体私营小露天矿坑，年采矿能力 为2 0 万t ，截止到2 0 0 7 年底，共采出矿石量约2 1 3 万t 。 夹沟铝土矿山在进行露天开采的和矿石洗选的 过程中产生大量的矿渣和废石。据不完全统计，露 采过程中共产生废渣1 2 6 万t ，这些废渣与露采过程 采剥的大量表土和基岩一起被充填在矿区附近干涸 的沟壑中，共充填土地0 ．1 2 3 k i n 2 ，占调查区面积的 6 ．7 ％。其中西桥沟和寨孜沟部分段已经充填复垦 后由当地农民种植上大豆等农作物。然而，此前未 有关于矿区废石、渣中的有毒有害组分对土壤和地 下水污染的研究，因此，通过采样矿渣的浸泡试验以 及对其p H 值、重金属含量的检测，分析污染物可能 最环境造成的影响并提出相应的防护措施建议。对 预防铝土矿矿渣中有毒有害元素对地下水的影响， 保护矿区生态环境以及矿区居民的生产生活安全具 有重要意义。1 。 1 矿渣石化学成分及污染地下水机理 铝土矿的主要成分是由A 1 O ，，S i O ，F e O ，， T i O 四种成分组成。其中A 1 0 3 ，S i O 和F e 0 3 三 收稿日期2 0 0 8 0 8 1 1 基金项目河南省国土资源厅地质矿产科技攻关项目 [ 2 0 0 6 ] 2 6 4 2 4 作者简介张志沛 1 9 6 1 一 ，男，河南邓州市人，教授，硕士，主要从 事地质工程、环境地质等方面教学与研究。 种成分相互消长，三者之和一般为8 0 ％～8 2 ％， T i O 和稀散元素镓 G a 等与A I O ，为正比关系。 矿区为高铝、高硅、低铁、中品位矿石。A l 0 ， 为4 1 ．5 8 ％一7 9 ．4 5 ％，平均6 7 ．1 3 ％；S i 0 2 为1 ．0 0 ％ 一2 8 ．2 0 ％，平均1 1 ．4 5 ％；F e 2 0 3 为0 ．2 0 ％一 2 2 ．7 5 ％，平均2 ．0 8 ％；T i 0 2 为1 ．1 0 ％一5 ．9 1 ％，平 均3 ．1 6 ％；C a O 为0 ．0 0 ％一4 ．9 6 ％，平均0 ．4 7 ％； M g O 为0 ．1 4 ％一4 ．8 7 ％，平均0 ．4 9 ％；K 2 0 为 0 ．0 2 ％一2 ．8 7 ％，平均0 ．6 3 ％；N a ，O 为0 ．0 4 ％一 0 ．1 9 ％，平均0 ．1 0 ％；S 为0 ．0 0 7 ％一3 ．2 9 7 ％，平均 0 ．0 7 7 ％；P 2 0 5 为0 ．0 5 4 ％一0 ．6 7 4 ％，平均 0 ．1 3 4 ％。矿区内矿石的四种主要成分A I O ，，S i O ， F e O ，，T i O 含量较高，烧失量变化较大。从化学成 分来看，一些对成分有特殊要求的项目实施时，采取 分选措施是必要的。 矿渣石被充填在矿区附近沟壑中，这些沟壑原 本作为排水渠道，地势较低。雨季来临，这些充填废 石就处在雨水及径流的浸溶中。矿山废石长期被地 下水浸泡，其中污染物随污染溶液连续不断的渗入 含水层。饱气带完全饱水，呈连续渗入形式。或饱 气带上部饱水，呈连续渗入的形式，而下部不饱水， 呈淋雨状渗入含水层，从而对地下水造成二次污染， 主要污染对象多为潜水H 。 2实验方法 2 ．1 采样及前期准备 试验所用废石样品采自于夹沟铝土矿露天矿渣 堆，采样点距5 0 3 2 国有矿坑3 0 0 m 的1 7 ’矿渣堆。 分别在距表面深0 ．5 ，2 3 m 等处，按等距离五点采 样法，每点取样3 k g ，样品汇集后在实验室内被粉碎 万方数据 第4 期张志沛等夹沟铝土矿矿渣充填复垦的环境影响试验 1 2 7 成粒径为≤1 0 r a m 的颗粒，采用“四分法弃取”缩分 至5 k g 。在1 0 5 0 C 干燥2 4 h ，装瓶后作为代表样品，以 备浸泡使用p 。。 2 ．2 浸泡试验 试验取A ，B ，C 三个平行样，各称取废石样品 2 5 0 9 ，置于2 5 0 0 m L 试剂瓶中，加蒸馏水2 5 0 0 m L ，固 水为l 1 0 。每隔6 h 搅拌1 次。至规定的浸泡时间 及时取样，每隔2 4 h 取样一次，取样前2 h 搅拌，静置 澄清后取上清液，将上清液用定量滤纸过滤，所得滤 液即为待测溶液。 3试验结果与分析 3 ．1 矿渣浸出试验结果 在试验条件下，A s 和H g 均未检测出，P b “偶尔 有检出且检出质量浓度远低于国家标准，C d 2 有2 次检出，其质量浓度远低于标准值，其余各组分的试 验结果如图1 一图4 所示。 7 ．8 7 ．6 毛7 ．4 7 ．2 _ 0246 T ／2 4 h 图1p H 值随时间变化曲线 F i g ． I V a l u eo fp Ha saf u n c t i o no ft i m e 彭臣毒眵i ●一A _ ●pB ▲一C 0246 7 y 2 4 h 图2c r 6 的质量浓度随时间变化曲线 F i g ．2 V a l u eo fC r 6 a saf u n c t i o no ft i m e 由图lp H 值．时间变化曲线可知，在总的变化 趋势上，三个平行样品的p H 值均由初期的上升到 整体呈缓慢下降趋势，并趋于稳定，最终为7 ．6 。总 体上，浸出液的p H 值变化不大，在初期呈弱碱性， 但p H 范围仍在地下水质量标准范围内，因此对地 下水影响较小。 0 ．0 6 0 ．0 4 屯O ．0 2 商 0 O 2 46 耽4 1 1 图3Z n 2 的质量浓度随时间变化曲线 F i g ．3 V a l u eo fZ n “a saf u n c t i o no ft i m e 0 ．1 7 0 ．0 8 笋 J ．0 6 屯0 ．0 4 U 0 ． 2 0 O246 7 y 2 4 h 图4C u “的质量浓度随时间变化曲线 F i 昏4 V a l u eo fC u “a saf u n c t i o no f t i m e 由图2 一图4 重金属离子质量浓度- 时间变化曲 线可知，浸溶期间三种重金属离子的质量浓度均未 超出地下水环境质量标准Ⅲ类标准限值，见表1 ， 总体上随着浸溶时间的增加，重金属离子的质量浓 度缓慢上升并趋于平稳，在考虑到重金属离子的累 积效应下，有可能对地下水产生影响。 表1样品中重金属平均质量浓度表 T a b l e1 A v e r a g ec o n t e n to fh e a v ym e t a l 3 ．2 矿区矿坑水和地下水水质 为了更准确的体现矿渣充填后对周围环境及地 下水的影响，试验过程中，在矿渣充填区设置地表 水、地下水监测点，在监测点区采集矿坑水与地下水 水样进行水质分析，并与矿渣浸出试验结果相对照。 矿坑水水质分析结果如表2 所示，除了F 一的检 出质量浓度稍微超出地表水环境质量标准Ⅲ类 标准，其他各项指标均未超标，这与浸出试验的结果 相一致。 从表3 地下水水质全分析结果来看，各项指标 ]Jl11●1Jl11_11 万方数据 1 2 8有色金属 第6 2 卷 4结论 1 夹沟铝土矿区矿渣石主要成分为A I 0 ，， S i O ，F e 0 ，，T i O ，烧失量变化较大，但矿渣中z n 2 ， C u “，P b “，C r “，A s ，H g 等重金属含量甚微，宜作充 填物充填矿坑。 2 矿渣石浸出试验中，重金属A s 和H g 均未 检测出，P b “偶尔有检出且检出质量浓度远低于国 家标准，C d “有2 次检出，其质量浓度远低于标准 参考文献 值。对矿区周围环境基本不造成影响。 3 p H 值检测偏碱性，基本符合地下水环境标 准。 4 C r 6 ，Z n 2 ，c u 2 三种重金属离子均有检 出，且随浸出时间的增加，三种重金属离子的质量浓 度缓慢上升，三组分虽满足水质标准，但应考虑到重 金属污染物的积累效应，需要对其做定期监测，防止 对地下水造成二次污染。 [ 1 ] 蒋家超，招国栋，赵由才．矿山固体废物处理与资源化[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 7 1 1 9 ． [ 2 ] 袁先乐，徐克刨．我国金属矿山固体废弃物处理与处置技术进展[ J ] ．金属矿山，2 0 0 4 ， 6 4 6 4 9 ． [ 3 ] 谢家青．湖南有色金属矿山发展现状、问题及对策建议[ J ] ．湖南有色金属，2 0 0 7 ，2 3 4 7 l 一7 4 ． [ 4 ] 黄俊雄，邓寅生，张新．煤矸石填充煤矿采空区的环境影响试验研究[ J ] ．水文地质工程地质，2 0 0 5 ， 2 6 8 7 0 ． [ 5 ] 国家环保局．水和废水监测分析方法[ M ] ．北京中国环境科学出版社，2 0 0 2 1 1 8 1 3 0 ． E n v i r o n m e n t a lI n f l u e n c eo fB a u x i t eS l a ga f t e rF i l l i n g R e c l a m a t i o ni nJ i a g o uB a u x i t eM i n eo fH e n a n ， Z H A N G Z h i - p e i 。D O N GX i a o b o ，J l A N GL e i ，R A OX i a o C o l l e g eo f G e o l o g y E n v i r o n m e n t ，X i ’a nU n i v e r s i t yo f S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，X i ’a n7 1 0 0 5 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee x p e r i m e n t so fl e a c h i n ge x t r a c t i o no ft h eb a u x i t es l a ga f t e rf i l l i n gr e c l a m a t i o na r ec o n d u c t e d ，a n dt h ep H a n dc o n t e n t so fC r 6 ，C u 2 ，Z n 2 ，P b “，C d “a r em e a s u r e d ，a n dt h ee n v i r o n m e n ti m p a c t so ft h e s ef a c t o r so nt h e g r o u n dw a t e ra r ei n v e s t i g a t e db yc o m p a r i s o nw i t ht h ec o m p o s i t i o no ft h em i n ed r a i n a g ea n dt h eu n d e r g r o u n dw a t e r ． I ti sc o n c l u d e dt h a ta l lt h e s em e a s u r e di n d e x e sa r ec o n s o n a n tw i t ht h en a t i o n a ls t a n d a r d ，a l t h o u g ht h ec o n t e n t so f t h e s eh e a v ym e t a li o n sa r es l o w l yi n c r e a s e da n dt e n d e dt ob a l a n c eu l t i m a t e l y ．A sar e s u l to ft h ee x p e r i m e n t ，t h e f i l l i n gg u l l yw i t hb a u x i t es l a gw o u l dn o tc auset h es e c o n d a r yp o l l u t i o no fu n d e r g r o u n dw a t e re n v i r o n m e n t ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；b a u x i t es l a g ；e x t r a c t i o n ；u n d e r g r o u n dw a t e r ；f i l l i n gr e c l a m a t i o n ； s e c o n d a r yp o l l u t i o n 万方数据