碳酸盐型硫化物尾矿酸化及其研究意义

第３０卷第２期２０１０年５月桂林理工大学学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ３０Ｎｏ２Ｍａｙ２０１０文章编号：１６７４－９０５７（２０１０）０２－０２６２－０５碳酸盐型硫化物尾矿酸化及其研究意义雷良奇ａ，ｂ，宋慈安ａ，ｂ，谢襄漓ｃ，李艳红ｄ，王飞ａ（桂林理工大学ａ地球科学学院；ｂ广西地质工程中心重点实验室；ｃ化学与生物工程学院；ｄ环境科学与工程学院，广西桂林５４１００４）摘要：碳酸盐型硫化物矿尾矿因富含碱性碳酸盐，其酸化（尾矿中所含的硫化物氧化并释放出酸性水）问题一直不为人们所重视。通过对桂北（及邻区）碳酸盐岩区金属硫化物矿山尾矿污染的调研后发现：碳酸盐型尾矿酸化具有遍在性；尾矿能否发生酸化不能仅根据尾矿中碱性碳酸盐的含量简单地进行判断。经初步分析表明，在尾矿酸化过程中，碳酸盐颗粒的表面所形成的次生矿物（高价铁氢氧化物及石膏等）包壳可降低尾矿中碳酸盐中和酸的有效性，此即为“富含碱性碳酸盐的硫化物尾矿仍可发生酸化”的原因之一。深入研究碳酸盐型尾矿酸化机制，对于完善硫化物尾矿ＡＭＤ的成因理论和预测评价体系，以及指导碳酸盐岩地区金属硫化物矿山ＡＭＤ污染的防治，具有理论和实际意义。关键词：碳酸盐型尾矿；酸性矿山废水（ＡＭＤ）；硫化物矿山中图分类号：Ｘ１４文献标志码：Ａ１硫化物尾矿酸化及其危害在金属硫化物矿山，露天堆放的硫化物尾矿（指选矿所产生的含残留硫化物的固体废弃物）在Ｏ２、Ｈ２Ｏ以及细菌催化作用下，其所含的硫化物矿物（黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂、方铅矿及闪锌矿等）会发生氧化生成硫酸。当硫化物尾矿成酸的潜势超过了其自身酸中和／缓冲能力（一般由尾矿中的碱性矿物如方解石及白云石等产生）时，发生尾矿酸化，并且通过水渗滤作用释放出酸性矿山废水（ａｃｉｄｍｉｎｅｄｒａｉｎａｇｅ，ＡＭＤ）。硫化物尾矿酸化排放ＡＭＤ对矿山环境及尾矿库设施可造成长期而严重的污染和破坏：（１）ＡＭＤ中高浓度的Ｈ＋会导致酶系统失活，抑制植物的呼吸作用及根系对水分和营养元素的吸收［１］；ＡＭＤ在排放迁移过程中可从尾矿／围岩中淋溶出大量的金属元素（在酸性环境中金属硫化物及硫酸盐的溶解度增大），加之尾矿中硫化物氧化所释放出来的金属元素，形成毒性重金属酸水污染，直接危及矿区（及下游地区）生态系统。（２）ＡＭＤ对尾矿坝的粘土隔水层及防渗帷幕具有较强的腐蚀作用，并且ＡＭＤ可使尾矿坝结构疏松、强度降低，产生管涌渗漏，甚至于溃坝危险。这是因为ＡＭＤ可导致尾矿库坝体粘土材料颗粒间物理化学连接力的降低乃至介质的“空化扩容”和防渗水玻璃的溶解、老化；ＡＭＤ中ＳＯ２－４与坝体材料中的Ｃａ、Ｍｇ结合生成含水硫酸盐产生结晶膨胀作用（当ＳＯ２－４生成ＣａＳＯ４·２Ｈ２Ｏ时，体积增大１倍；而生成ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ时，体积可增大４３０％），从而影响坝体的稳定性［２－３］。（３）ＡＭＤ是一种延缓性和持续性的地质灾害，所造成的污染和破坏积累效应难以估量，治理代价巨大。这是由于ＡＭＤ排放通常发生在硫化物尾矿堆放后一段时期（即在尾矿中碱性矿物的酸中和能力失效之后），并且收稿日期：２００９－１０－１３基金项目：国家自然科学基金项目（４０９７２２２０，４０８７３０３０）；广西科学研究与技术开发计划应用基础研究专项（桂科基０９９１０２４）作者简介：雷良奇（１９５７—），男，博士，教授，研究方向：矿产勘查及矿山环境，ｌｅｉｌｑ＠ｇｌｉｔｅｅｄｕｃｎ引文格式：雷良奇，宋慈安，谢襄漓，等．碳酸盐型硫化物尾矿酸化及其研究意义［Ｊ］．桂林理工大学学报，２０１０，３０（２）：２６２－２６６．它一旦发生，其对矿山环境的污染和破坏力甚至可持续到矿山关闭后很长时期（如西班牙ＲｉｏＴｉｎｔｏ矿山源ＡＭＤ污染持续时间可长达２０００ａ以上）［４］，因而导致ＡＭＤ的治理周期一般较长、累计费用昂贵。例如，在澳洲，在产金属硫化物矿山每年花费于ＡＭＤ防治的费用总计达６千万澳元，而停产关闭矿山ＡＭＤ的治理费用估计已达１０万澳元／ｈｍ２［５］。又如，在加拿大，矿山企业用于ＡＭＤ污染防治的总费用已达２０亿至５０亿加元［６］。硫化物尾矿酸化所导致的ＡＭＤ（及重金属）污染和破坏已成为困扰世界金属硫化物矿山的一个严重问题［７］。我国的情况也不容乐观：金属硫化物矿产的品位大多较低，并且总的回收利用率也不高，在选矿过程中产生出大量的硫化物尾矿（国内有色金属硫化物矿山每选１ｔ原矿石平均约产出０９２ｔ尾矿，尾矿年产生量达７７８０万ｔ，累计量约１１亿ｔ；尾矿利用率仅为６％）［８］；这些硫化物尾矿大多未经处理或无序堆放，以至于矿山频发因硫化物尾矿酸化致ＡＭＤ（及重金属）污染事件，矿区及周边的环境日趋恶化［９－１２］