硫化矿尾矿酸性矿山废水污染及释酸能力预测评价方法

第24卷第2期2009年6月广州环境科学GUANGZHOUENVIRONMENTALSCIENCESVo1．24，No．2Jun．200937硫化矿尾矿酸性矿山废水污染及释酸能力预测评价方法王飞雷良奇l'黄军平。卢友月(桂林工学院资源与环境工程系，广西桂林541004；广西地质工程中心重点实验室，广西桂林541004；中国石油大学(北京)资源与信息学院，北京102249)摘要酸性矿山废水是全球矿山面临的最严重的环境问题之一。文章介绍了评价硫化物尾矿产酸潜力的2种方法，即静态溶浸测试和动态淋滤测试。静态溶浸测试包括酸碱估算法和净酸生成法2种。还探讨了2种方法所存在的问题和局限性，并对进一步的研究进提出了设想。关键词酸性矿山废水硫化物尾矿产酸潜力淋溶实验1硫化矿尾矿酸性矿山废水与矿山环境污染对于金属矿山，不论是露天开采的还是地下开采的，所产生的废石和选冶尾矿中含有一定量的硫化物，由于氧化作用，暴露于大气中的硫化物矿物(如黄铁矿和磁黄铁矿)氧化形成酸性矿山废水(AcidMineDrainage，AMD)，当硫化矿尾矿的成酸潜势超过了自身和环境中和／缓冲容量时，就可以释放出酸性矿山废水，导致矿区和周边地区的水污染。同时在AMD的作用下会导致金属的释放速度大大快于自然的风化过程，在较低pH值条件下，水体明显地富集可溶性的Fe、Mn2+~Ca2~、M、A1、SO42_离子及重金属元素(Pb、cu、Ni、co、As、Cd等)，造成水体的重金属污染。AMD污染及其引起的重金属污染在很多国家和地区都造成了严重的环境问题。加拿大曾对几百年前关闭的部分矿山酸性废水的产生和持续时间进行调查，结果表明：截至1988年，共调查108座废矿，其中21座仍在大量渗漏酸性废水，废水中离子浓度超出该国饮用水标准数1O倍，地下水和土壤受到严重污染[11。墨西哥SantaMariadeLaPaz的Ag—Pb—zn—Cu—Au矿带上，约200a的矿山开发导致100km土地受到污染，尾矿中的重金属平均含量为：Cu400mg，l(g、Zn2000mg，kg、As4000mg，kg、Cd30mg／l【g和Pb3000mg，l(g，土壤表层中zn、As、Pb的富集分别达5000、6600、2700mgg，附近蔬菜叶中Cd和Pb含量分别超出正常水平的20倍和50倍[21。我国绝大部分金属矿山为原生硫化物矿床，遗弃的大量硫化物废石，经过风化、淋溶，极易形成酸性矿山废水，例如江西德兴铜矿、武山铜矿、银山铅锌矿、浙江遂昌金矿、安徽南山铁矿、向山铁矿、铜官山铜矿、江苏梅山铁矿、湖南七宝山铜锌矿、湘潭锰矿等。德兴铜矿是我国最大的斑岩型铜矿，为典型的硫化金属矿，其特点是矿体埋藏浅，易于露天开采。因此在开采过程中要抛弃大量的含硫化物废石，其中主要为黄铁矿。在高温多雨和微生物的催化作用下，废石中硫化物强烈风化，形成大量的含金属离子的酸性矿山废水，长期从废石场流出，造成下游大坞河受到严重污染[31。周建民等对广东大宝山矿矿区周围尾矿、土壤／沉积物中重金属的总量和化学形态进行了详细研究，结果表明：该矿区周围土壤污染是以cu—zn、As、cd和Ph为主的多金属复合污染。金属矿山开采所产生的大量酸性矿山废水及尾矿堆的风化和淋滤过程中流失的有毒有害重金属元素是矿区及其周围地区生态环境污染的最主要问题，引起了广泛关注。2硫化矿尾矿AMD预防／控制的重要性由于受介质缓冲容量的影响，AMD通常发生在硫化矿固废物堆放后一段时期，并且一旦发生其对环境的影响可持续到矿山关闭后很长一段时期[51，因此AMD是一种延缓性(化学定时炸弹)和持续性的注：广西自然科学基金(编号：桂科回0731023)及广西研究生教育创新计划资助项目(2008105960818M14)收稿日期：2009一O1—07，修改稿收到Et期：2009—04～2738广州环境科学24卷2期地球化学灾害。这就决定了AMD治理的长期性和高投人陛。在澳洲，每年仅花费在矿山地管理的潜在产酸废弃物的费用约为6千万澳元，废弃矿山地治理费用估计为10万澳元／hm瑚。另据Feasby等估计，加拿大固废酸水排放责任总费用介于20亿～50亿加元之间(在加拿大，矿山生产70亿t金属矿和工业矿物尾矿，以及60亿t废弃岩石中，分别约有15亿和7．5亿吨可产酸)[71。自上世纪40年代以来，国外对酸眭矿山废水的成因和防治进行了大量的研究。上世纪70年代，我国也开始积极采用各种方法对矿山酸性废水进行治理。目前主要有中和法、覆盖隔离技术、人工湿地处理技术、微生物法等01。这些治理技术大多为低效率、高成本，属末端治理技术，而在源头控制可以保证低成本，高效率，这就要求对硫化矿尾矿释酸能力进行预测评价。3硫化矿尾矿AMD危险预测评价技术对硫化矿尾矿AMD进行预测评价，目前国际上主要采用如下