金矿尾矿渣及其污染土壤中氰化物的分布及自然降解.pdf

金矿尾矿渣及其污染土壤中氰化物的分布及自然降解 李社红,郑宝山,朱建明,王滨滨中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵阳 550002 ,E2mail lishehong sohu1 com 摘要某金矿1995年发生尾矿坝垮坝事件,富含氰化物的尾矿渣对农田和河流造成严重污染.事故3年、4年后, 分别对废弃尾矿坝内和被污染农田内的土壤和沉积物中氰化物的水平和垂直剖面上的分布进行了采样分析.结 果表明,氰化物在土壤剖面中自然降解速度大大慢于在天然水体中的降解速度;土壤剖面中氰化物的运移行为 类似于土壤中易溶盐的迁移行为.在干旱、 半干旱气候条件下,剖面中的氰化物可在土壤表面盐壳中高度富集, 即使在4年后其浓度仍可高于新鲜尾矿浆中氰化物的浓度.土壤剖面中的粘质层可部分阻隔氰化物向潜水中运 移,其结果又可导致粘质层中氰化物的高度富集.根据土壤中氰化物的自然降解特点,对垮坝引起的土壤污染给 出了相应的防治措施. 关键词金矿废渣;氰化物分布;土壤污染 中图分类号 X13113 文献标识码A 文章编号02502330120010320320126 基金项目国家 “九五” 科技攻关项目 96 29152082 06 作者简介李社红1973～ , 男,博士研究生,主要研究方向为 资源开发与环境保护. 收稿日期2000207213 The Distribution and Natural Degradation of Cyanide in Goldmine Waste2 solid and Polluted Soil Li Shehong , Zheng Baoshan , Zhu Jianming , Wang BinbinState Key Lab1of Environ1Geochemistry , Institute of Geochemistry , Chinese Academy of Sciences , Guiyang 550002 ,China E2mail lishehong sohu1 com Abstract The farmland and river were seriouslypolluted by cyanide because one goldmine tailing dam collapsed in 199513 and 4 years after the accident , the cyanide distribution in the pollutedfarmland and the abandoned tailing damwas studied1The re2 sults indicated that natural degradationof cyanide in soil section was slower than in natural water body1The cyanide transference in soil section was similar to freely soluble salts1In arid and semiarid area , cyanide can be highly enriched in the salt shell which content degrading 4 years even higher than the fresh tailing slurry1One side the viscidity layer in the soil section can partly prevent cyanide transference to groundwater , on the other side the result can cause the cyanide highly enrich in the vis2 cidity layer1According to character of cyanide natural degradation in soil the measurement of prevention and cure soil pollution by goldmine tailing dam collapsing was brought forward1 Keywordsgoldmine tailing; cqyanide distribution; soil pollution 有关氰化物在尾矿坝及河流中的静态、 动态降解 以及应用氰化物降解试验预测金矿灾害性排放氰化物 的环境影响研究表明,废水氰化物对河流的影响是局 部、 短暂而急性的[1～3].谢志勇等曾对温湿气候条件 下,堆浸池浸金矿废渣中氰化物的含量及环境影响作 过研究[4].但在干旱、 半干旱气候条件下全泥氰化尾矿 坝灾害性排放氰化物对土壤的影响、 被污染土壤中氰 化物的降解情况、 废弃的尾矿坝中氰化物的降解情况 以及对周围环境的长期影响状况鲜见报道. 1 样品采集及测定方法 笔者于1998年、1999年连续2年,对被污染的土地 停耕2年后,1997年又开始种植玉米地土壤中氰化物 进行采样分析,样点分布见图1.另外对该金矿1995年 垮弃的尾矿坝内1994年的尾矿浆,1995、1996年的尾矿 浆,1997、1998年的尾矿浆进行了废渣样的采集. 所采集的土壤、 废渣样品中氰化物的分析方法称 取10g土壤样废渣样适量少称于500ml蒸馏瓶中,加 100ml水,1ml 10 乙酸锌,10ml 15 酒石酸溶液,用5ml 1 氢氧化钠溶液作为吸收液,蒸馏到50ml.馏出液用 异烟酸2吡唑啉酮比色法 CN - 小于1μgg- 1或硝酸银 滴定法 CN - 大于1μgg- 1进行分析测定[5]. 2 结果及讨论 211 尾矿坝中氰化物的含量分布 1999208在某金矿不同年份的尾矿坝内采集尾矿 第22卷第3期 2001年5月 环 境 科 学 ENVIRONMENTAL SCIENCE Vol.22 ,No.3 May ,2001 砂样,分析其氰化物的含量,结果见表1.该矿1995年 垮塌废弃尾矿坝内氰化物的垂直含量分布见图2. 图1 某金矿垮坝污染农田内采样点位置示意图 Fig.1 Sketch of sampling sites 表1 1999年采集的某金矿尾矿渣中氰化物含量Π μgg- 1 Table 1 Cyanide contents of 1999 sampling from the goldmine tailing 样号样品位置CN-含量 CN99082411995、1996年尾矿坝内尾矿砂32189 CN99082421997、1998年尾矿坝内尾矿砂8160 CN9908243 1995年垮塌坝内的1994年尾矿 浆表层0～5cm尾矿砂 25150 CN9908244 1995年垮塌坝内的1994年尾矿 浆表层下5～15cm尾矿砂 37156 CN9908245 1995年垮塌坝内的1994年尾矿 浆表层下15～30cm尾矿砂 49180 CN9908246 1995年垮塌坝内的1994年尾矿 浆表层下30～45cm尾矿砂 47175 CN9908247 1995年垮塌坝内的1994年尾矿 浆表层下45～50cm尾矿砂 69131 CN9908248 1994尾矿浆、1995年垮塌坝内表 层绿、 白色盐壳 279101 AX99082511999年新鲜尾矿砂70155 图2 1999年某金矿1995年垮坝内氰化物分布 Fig.2 Distribution of cyanide of 1999 sampling from the goldmine tailing dam collapsed 由表1、 图2可以看到 1尾矿坝表层由于光照及与氧接触较充分,从上 层向下,废渣中氰化物的含量一般呈增高的趋势. 2该金矿1995年废弃尾矿坝中氰化物自然降解 4年后,其上层废渣中氰化物含量仍高达25μgg- 1,在 距表层45cm以下的尾矿砂中氰化物的含量与1999年 某金矿新鲜的尾矿砂中氰化物的含量差不多,为70μg g- 1左右,与废水中氰化物的自然降解速度比较[3 ,4],金 矿固体废弃物中氰化物的降解速度要缓慢得多.可见 由于全泥氰化尾矿坝内尾矿砂颗粒细小,相互间结合 较致密,内部氧化条件较差,氰化物难于分解,因此全 泥氰化法提金尾矿浆中氰化物光靠自然氧化分解很难 达到环境要求,应该在生产的同时就将氰化物处理到 排放标准以下. 3一般尾矿坝表层氰化物含量较低,但该金矿尾 矿坝表面有一层绿色、 白色的盐壳,其氰化物的含量高 达279μgg- 1,远高于新鲜尾矿浆中氰化物的含量,这 是由于尾矿坝内残留物中所含溶解性氰化物及其它盐 类的水分在毛细作用下运移到表层后,在新疆这种干 旱、 半干旱气候条件下迅速挥发干,形成富含氰化物的 盐壳,这是干旱、 半干旱气候条件下的特有景象. 212 被污染土壤中氰化物的含量分布 1998、1999连续2年在1995年3月被该金矿垮塌 尾矿砂污染的玉米地里采集土壤样样点位置见图1 , 其氰化物的含量及该区未被污染褐色土壤中氰化物含 量见表2. 表2 某金矿1995年被污染土地在1998及 1999年氰化物含量分布Π μgg- 1 Table 2 Cyanide concentration of samplesfrom polluted soils 1998年土壤样号CN-含量1999年土壤样号CN-含量 E981016101319E990824101040 E981016201180E990824201053 E981016301194E990824301033 E981016401764E990824401172 E981016501875E990824501459 E981016601916E990824601416 E990824701211 E990824801475 E990824901231 E9810161011652E9908241001116 E9810161111194E9908241101495 E9810161201430E9908241201073 E9810161301791E9908241301036 E9810161401264E9908241401053 1998平均含量016891999年平均含量01205 该区未被污染表层褐色土壤CN-含量01085 另外,1999年在E9的位置采集了一个土壤垂直 剖面,该土壤剖面中氰化物的含量变化情况见表3. 可以看到某金矿1995年被垮塌尾矿坝污染土地 7213期环 境 科 学 内氰化物有如下分布特征 1 1995年被全泥氰化尾矿砂污染的土地里,1999 年比1998年氰化物含量要低得多,说明被污染土壤中 氰化物的自然降解明显.但经过4年的自然降解,土壤 中氰化物的含量 0 1205μgg- 1仍远远超过了该区未受 污染土壤中氰化物的平均含量 0 1085μgg- 1 , 说明被 污染土壤中氰化物的自然降解速度非常缓慢. 2被污染土壤剖面中氰化物的变化趋势与天然 未被污染土壤中氰化物的变化趋势也有明显差别.天 然土壤中氰化物的形成主要与生物活动有关,含氮的 植物体在土壤中经生物分解能生成氰化物,氰化物也 是某些真菌及细菌的代谢产物,研究表明土壤中氰化 物的含量与腐殖质含量成正比[6],因此氰化物在土壤 剖面中的分布集中于表层,从表层向下,氰化物含量应 该呈降低的趋势,表4显示了未被污染土壤剖面中 氰化物的含量变化特征.而某金矿被污染土壤剖面中 表3 1999208某金矿下游被污染玉米地土壤垂直剖面中CN-含量Π μgg- 1 Table 3 Cyanide concentration of Vertical section of polluted soils planted corn 样号剖面深度Πcm土壤层描述CN- Π μ gg- 1 E99082490s0～15黄色细粉状,无粘度,植物根系很发育01178 E99082491s15～30黄色细粉状,无粘度,植物根系较发育01119 E99082492s30～45黑褐色土壤,粘性强,植物根系不发育11352 E99082493s45～60黑褐色土壤,粘性强,植物根系不发育01224 E99082494s60～80黑褐色土壤,粘性强,植物根系不发育01198 表4 北京西郊天然植被下的山地淋溶褐色土壤层中 氰化物含量1 Π μ gg- 1 Table 4 Cyanide contents of control soils from Beijing 地形与植被土壤层Πcm氰化物含量 0～1501077 海拔800m山坡阴坡天然灌丛15～32 32以下01022 海拔800m山坡0～1501048 阳坡天然灌丛15～3001017 0～1001028 海拔600m山坡灌丛10～2301008 23以下 0～1001023 海拔300m山坡鹅10～2601012 耳枥大叶菠萝林26～4501009 72～8201003 0～1001130 海拔80m山坡人工油松林40～5001126 60～7501117 1 北京大学地理系资料,1974 氰化物含量呈高 低 高 低变化趋势,显示了氰化 物在土壤内迁移变化过程中,土壤剖面中的黑褐色粘 质土壤层可部分阻隔氰化物向潜水中的运移,其结果 又导致了粘质土壤层中氰化物的高度富集.而在表层 黄色细粉沙状土壤中,氰化物在新疆这种干旱、 半干旱 气候条件下也可被富集,显示了土壤剖面中氰化物的 运移行为类似于土壤中易溶盐的迁移行为. 3 结语 由前面的讨论知道,尾矿堆及被污染土壤中氰化 物的自然降解速度非常缓慢,被氰化物污染的土壤成 为环境中的二次污染源,对地表环境、 土地利用和地面 水、 地下水有长期潜在危害,因此全泥氰化尾矿浆在生 产的同时就应对其氰化物进行处理达标,并应极力避 免类似于金矿尾矿坝崩塌这类灾害性事故的出现.当 出现这类事故时,应首先围堵,避免尾矿进入河流、 湖 泊,进而使用大量碱性氧化物如漂白粉喷洒分解氰 化物.此后可以对被污染的土地定期进行深翻,使表层 土壤充分接触氧气和光照,加速氰化物的分解,减少对 地下水的污染.在此过程中对当地土壤剖面和地下水、 地面水中氰化物的监测是十分必要的. 参考文献 1 李社红,郑宝山.金矿废水中氰化物的自然降解及其环境 影响研究.环境科学,2000 , 213 ,110～112. 2 李社红,郑宝山.某金矿氰化物灾害性排放的环境影响预 测.环境科学,2000 ,216 ,69～72. 3 Zaranyika M F et al. Cyanide ion concentration in the effluent from two gold mines in Zimbabwe and in a stream receiving efflu2 ent from one of the goldmines. J. Environ. Sci. Health , 1994 , A297 1295～1303. 4 谢志勇,胡焕新,汪平.黄石市区小金矿选冶氰化物污染 对环境的影响.环境科学与技术, 1995 , 1 29～32. 5 城乡建设环境保护部环境保护局.环境监测分析方法. 北京中国环境科学出版社. 1986 , 310～312. 6 陈静生,邓宝山,陶澍,程承旗编著.环境地球化学.北 京海洋出版社, 1990. 317～324. 821环 境 科 学22卷