鉛鋅礦中重金屬的淋濾作用對環(huán)境的影響綜述

張靜思　廖敏　常丹

摘要：本文以鉛鋅礦中重金屬研究做綜述對象，重點總結(jié)有關(guān)鉛鋅礦重金屬的淋濾實驗成果，研究顯示鉛鋅礦中不同重金屬元素的淋出率隨時間的延長，由高到低變化，但淋出量不斷增加。環(huán)境中不斷富集的重金屬元素，最終會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。

關(guān)鍵詞：鉛鋅礦；淋濾實驗；環(huán)境污染

1、前言

鉛鋅礦開發(fā)對周圍地區(qū)帶來的環(huán)境影響是巨大。從找礦勘探到礦山開采、選煉過程所產(chǎn)生的、暴露于地表的礦山脈石、廢石和尾礦中的重金屬元素因淋濾作用遷移到環(huán)境中，并富集于礦區(qū)周邊土壤、河流及其沉積物中，這些都極大地影響了礦山環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)[1]。淋濾過程中，認識元素行為是理解地表巖石中重金屬元素釋放、遷移的第一步。自然環(huán)境下，雨水降落在廢石上，對其表面進行淋洗，之后經(jīng)由廢石中的孔隙與廢棄物中的重金屬接觸，再經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用，如風化作用，使淋出水含有一定濃度的重金屬元素。

2、國內(nèi)外研究現(xiàn)況

潘自平等以貴州牛角塘鉛鋅礦床兩種不同富錫鋅石為研究對象，用pH值為7.50去離子水代替雨水進行風化淋濾模擬實驗。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，淋濾液呈堿性，并產(chǎn)生大量以石膏為主的沉淀物。淋濾實驗保持每天滴定8h，蒸發(fā)量1500ml，每隔10 d取一次淋濾液樣品，整個實驗持續(xù)50 d。用PE5100原子吸收光譜儀測定淋濾液中Zn、Cd、Fe，Ca、Mg等的含量，其中，黃鐵礦、閃鋅礦石中Zn、Cd的淋濾率分別為0.03%和0.01%，而半氧化閃鋅礦石Zn、Cd的淋濾率則高得多，分別0.10%和O.60%[2]。

廣東大寶山尾礦造成的重金屬污染嚴重影響了礦區(qū)環(huán)境。將礦區(qū)不同采樣點的尾礦樣進行風化淋濾實驗。淋濾實驗采用間歇淋濾法，每淋濾0.5 h間歇1h，淋濾量根據(jù)大寶山的實際降雨量來控制。每6 d取一次淋濾液樣品，并及時測定其pH值和電導(dǎo)率。實驗持續(xù)30 d，共采集樣品15個。實驗取出的淋濾液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾成兩份，分別用等離子體光譜法和鉻酸鋇分光光度法測定重金屬濃度和SO42-濃度。結(jié)果表明，淋濾液的pH值很低（2.5～4.8）并隨著淋濾的進行繼續(xù)降低，而電導(dǎo)率不斷升高，SO42-濃度變化不大。經(jīng)過30d的淋濾，Mn的淋濾率最大、可遷移性最強，Pb的淋濾率最小、沉積性最強[3]。

鉛鋅尾礦堆放和淋濾造成的環(huán)境污染在世界各地相當普遍，僅針對風化淋濾的研究，不足以全面的表明礦山廢棄物淋濾作用對環(huán)境的危害，因此自然淋濾，即在風化作用之前就一直進行著的常溫常壓下因降雨，包括酸性和近中性的普通降雨，而發(fā)生的水淋濾作用的研究也在進行。

在寺溝鉛鋅礦區(qū)廢渣的淋濾實驗中，為了更接近礦山廢渣中有害重金屬的真實淋出狀況，研究采用動態(tài)柱式淋濾試驗。用四分法對樣品進行處理，取粒徑<50mm的廢渣顆粒進行淋濾實驗。在實驗進行的12h中，淋濾液濃度與棄渣組分成正相關(guān)。Pb、Cd濃度呈逐漸增加的趨勢，Pb、Zn在淋濾前期均存在一個先下降后上升的現(xiàn)象。淋濾進行到2～3.5h，Pb的淋出率出現(xiàn)最小值；到4.5～5.5h，Zn的淋出率出現(xiàn)最大值。但隨著淋濾時間、棄渣厚度的增加，以及淋濾環(huán)境pH值的降低，淋濾液實際濃度可能高出試驗結(jié)果[4]。

李航對云南金鼎鉛鋅礦礦區(qū)兩個典型的富鎘氧化礦石樣品進行了長時的自然淋濾實驗研究。淋濾實驗每天連續(xù)淋濾12 h，每4d取一次淋出液，同時測定其pH值。20 d共采集樣品10個。用離子色譜儀（Dionex ICS-90）測試淋出液中陰離子濃度。提取液中Pb、Zn、Al、Ca、Mn、Mg、Fe的濃度用火焰原子吸收光譜儀（PE5100PCAAS）測定，Cd的質(zhì)量濃度用無火焰原子吸收光譜儀（PE5100PC GFAAS）測定。分析表明溶解態(tài)Cd和其它主要元素Pb、Zn、Cu和Mn質(zhì)量濃度變化隨時間呈降低趨勢。鉛鋅氧化礦石易淋出釋放Cd等有害元素。兩個不同礦石Cd的淋出量有所差別，礦石中菱鋅礦質(zhì)量分數(shù)是影響Cd淋出的主要因素；礦區(qū)富鎘巖石和礦物的淋濾作用對礦區(qū)流域水生態(tài)環(huán)境造成潛在危害[5]。

3、結(jié)論

綜上所述，對于重金屬在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，前人研究多利用模擬淋濾實驗測定重金屬元素淋出規(guī)律的方法。實驗表明，盡管不同重金屬元素因本身性質(zhì)、礦石氧化程度等原因造成重金屬元素淋出速率等的區(qū)別，但是總體來說Pb、Zn、Mn、Cr等主要重金屬元素的淋出率會呈現(xiàn)由高到低的變化，而且隨著時間延長，重金屬元素的淋出量確實是不斷增加的。而重金屬含量在環(huán)境中的長期富集，勢必會影響到人類的正常生活。可見鉛鋅礦開采過程中，因礦石、廢石等暴露地表發(fā)生淋濾作用而對環(huán)境造成的影響是巨大且深遠的。

在現(xiàn)實環(huán)境中，重金屬元素的移轉(zhuǎn)化過程非常復(fù)雜，會受到不同研究區(qū)地球化學(xué)背景、水文環(huán)境、年降雨量、礦石成分等的差異性和特殊性的影響，但是通過測試廢石、暴露堆積的礦石和地表水中重金屬含量，并設(shè)計不同的分析測試手段，多方面考量，來綜合分析重金屬污染物在環(huán)境中遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律，是可以為研究區(qū)鉛鋅礦重金屬污染治理提供一定的理論依據(jù)的。

參考文獻：

[1]倪師軍， 張成江， 滕彥國， et al.礦業(yè)環(huán)境影響的地球化學(xué)研究[J].礦物巖石， 2001， 21（3）：190-3.

[2]潘自平， 葉霖， 鐘宏， et al.近中性溶液條件下富鎘鉛鋅礦礦石的風化淋濾實驗研究[J].礦物學(xué)報， 2008， 27（3）：558-62.

[3]李媛媛， 吳平霄， 邢寧， et al.大寶山尾礦重金屬風化淋濾實驗研究[J].礦物學(xué)報， 2010， 2）：235-41.

[4]常冬寅， 程從坤， 張紅梅， et al.礦山廢棄地重金屬污染及酸性廢水防治分析——以銅陵新橋硫鐵礦為例[J].中國國土資源經(jīng)濟， 2013， 26（9）：35-40.

[5]李航， 雙燕， 朱長生， et al.金頂鉛鋅礦區(qū)鉛鋅氧化礦石中鎘的風化淋濾實驗[J][J].生態(tài)環(huán)境， 2007， 16（4）：1121-4.

作者簡介：張靜思（1991-），女，漢族，四川省成都市人，碩士研究生，理學(xué)學(xué)士，單位：成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，研究方向：地球化學(xué)。