氰渣無害化充填對地下水的環(huán)境效應(yīng)模擬試驗(yàn)研究

程偉鳳，蘭馨輝，崔崇龍，翟菊彬，李家瑋

(長春黃金研究院有限公司)

引 言

氰化提金技術(shù)具有流程簡單、易操作等特點(diǎn)，在黃金生產(chǎn)領(lǐng)域一直占據(jù)主導(dǎo)地位[1-2]。目前，絕大多數(shù)黃金冶煉廠仍然使用氰化提金技術(shù)[3]。據(jù)《中國資源綜合利用年度報(bào)告》，中國氰化尾渣的年排放量較高，超過2 000萬t[4]。隨著黃金資源的不斷開采，氰化尾渣的排放量還將持續(xù)上升[5-8]。氰化尾渣中含有金、銀等貴金屬，同時(shí)殘留有大量氰化物、鉛、砷等污染物，給環(huán)境帶來了較大的危害[9-12]。

2018年3月，生態(tài)環(huán)境部正式頒布實(shí)施的HJ 943—2018 《黃金行業(yè)氰渣污染控制技術(shù)規(guī)范》(下稱“氰渣規(guī)范”)明確規(guī)定了黃金行業(yè)氰渣的多種處置和利用方式，首次提出氰渣可作為充填骨料進(jìn)行井下充填或露天回填的創(chuàng)新思路[13-14]。本文旨在利用無害化處理的氰渣制備充填體，模擬其在地下水淋溶過程，分析氰渣充填體的地球化學(xué)特征及淋溶液中污染組分的遷移行為，探究氰渣充填體對地下水環(huán)境的影響，以及其作為井下充填材料的安全性。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 原 料

試驗(yàn)所用氰化尾渣取自吉林某金礦，采用固液分離洗滌+OOT法進(jìn)行無害化處理?？傛k、總鉛、總砷、總銅、總鋅、總鉻等重金屬元素采用HJ 766—2015 《固體廢物 金屬元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》測定，總汞采用 HJ 702—2014 《固體廢物 汞、砷、硒、鉍、銻的測定 微波消解/原子熒光法》測定，六價(jià)鉻采用 GB/T 15555.4—1995 《固體廢物 六價(jià)鉻的測定 二苯碳酰二肼分光光度法》測定，易釋放氰化物采用 HJ 484—2009 《水質(zhì) 氰化物的測定 容量法和分光光度法》測定。氰化尾渣毒性浸出試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 氰化尾渣毒性浸出試驗(yàn)結(jié)果(翻轉(zhuǎn)) mg/L

試驗(yàn)用水為去離子水(模擬雨水環(huán)境)。

1.2 試驗(yàn)方法

1)氰渣充填體試樣制備。采用無害化處理后的氰渣制備充填體，水泥作為膠結(jié)劑，在自制可拆卸鋼制充填模具(尺寸為200 mm×200 mm×200 mm)進(jìn)行模擬充填(見圖1)。向砂漿攪拌機(jī)中依次加入一定量無害化處理后的氰渣(含水率約25 %)、水泥(強(qiáng)度等級32.5)和清水，灰砂比1 ∶12，充填濃度55 %。充填料在砂漿攪拌機(jī)中攪拌均勻后充入鋼制充填模具中，置于恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱靜置養(yǎng)護(hù)28 d，養(yǎng)護(hù)完成后對充填體進(jìn)行毒性浸出試驗(yàn)。

圖1 自制可拆卸鋼制充填模具

2)采用破碎機(jī)將部分養(yǎng)護(hù)完的充填體大塊試樣破碎，一部分破碎為尺寸70 mm×70 mm×70 mm的充填體，命名為A；另一部分則破碎為粒徑-0.063 mm的樣品，命名為B。分別稱取A、B 2 組充填體試樣500 g，置于2 000 mL廣口試劑瓶中，按液固比2 ∶1加入1 000 mL去離子水密封浸泡，置于室溫條件下，浸出齡期分別設(shè)置為1 d、7 d、15 d、30 d、60 d、90 d、120 d、150 d、180 d，每組試樣制作8個(gè)樣品。檢測氰渣充填體淋溶液中的總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價(jià))、易釋放氰化物等指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 氰渣充填體毒性浸出試驗(yàn)

為考察無害化處理后氰渣在充填后是否會對地下水環(huán)境產(chǎn)生影響，氰渣充填體在養(yǎng)護(hù)28 d后，按HJ/T 299—2007 《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》進(jìn)行毒性浸出試驗(yàn)。毒性浸出試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 氰渣充填體(28 d養(yǎng)護(hù)期)毒性浸出試驗(yàn)結(jié)果 mg/L

氰渣充填體毒性浸出試驗(yàn)結(jié)果表明：毒性浸出液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價(jià))、易釋放氰化物等指標(biāo)均滿足GB/T 14848—2017 《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到氰渣規(guī)范中金礦石氰化尾渣回填污染控制技術(shù)要求,此時(shí)氰渣進(jìn)行井下回填，充填體對地下水影響較小。

2.2 不同粒徑氰渣充填體淋溶特性

不同粒徑氰渣充填體淋溶液中污染物質(zhì)量濃度變化見圖2。

圖2 氰渣充填體淋溶液中污染物質(zhì)量濃度變化

由圖2可知：A、B 2組樣品淋溶液中污染物質(zhì)量濃度變化均呈現(xiàn)出先上升后穩(wěn)定的趨勢。靜態(tài)淋溶初期，淋溶液中污染物質(zhì)量濃度較低，但溶出質(zhì)量濃度梯度均較高，溶出速度較快，部分污染物的質(zhì)量濃度出現(xiàn)波動。隨著浸出齡期的延長，污染物質(zhì)量濃度增幅減緩，當(dāng)浸出齡期達(dá)到30 d后，溶出曲線均逐漸趨于平緩，溶出速度趨于穩(wěn)定。一方面，可能由于浸泡前期主要溶出的是表面吸附的離子，后期以內(nèi)部離子的溶出為主。此外，在靜態(tài)淋溶初期，氰渣充填體中易溶性污染物最先被溶出，致使初期淋溶液中重金屬質(zhì)量濃度較高；隨著浸出齡期的延長，易溶性污染物降至最低水平時(shí)，釋放速率隨之減慢，最終呈現(xiàn)趨于穩(wěn)定的狀態(tài)。另一方面，在后續(xù)的淋溶過程中，氰渣充填體會強(qiáng)化固結(jié)，形成一個(gè)相對穩(wěn)定的膠凝材料，污染物的溶出速率會逐漸減小，直至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。A、B 2組樣品淋溶液中總鉛、總砷、總汞、總鎘質(zhì)量濃度始終較低，這與氰渣充填體中存在的總鉛、總砷、總汞、總鎘含量較低且難溶性狀態(tài)較多有關(guān)，導(dǎo)致淋溶液中這些污染物質(zhì)量濃度始終較低。

2.3 氰渣充填體污染物釋放特性

不同浸出齡期氰渣充填體淋溶液污染物檢測結(jié)果見表3。

表3 A、B 2組樣品淋溶液污染物檢測結(jié)果

由表3可知：A、B 2組樣品淋溶液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價(jià))、易釋放氰化物的溶出濃度均隨浸出齡期的增加而增加。浸出齡期低于30 d時(shí)，溶出速率呈快速上升趨勢，之后增加緩慢，浸出齡期達(dá)到30 d后基本趨于穩(wěn)定。此外，A、B 2組樣品由于粒徑不同，B組粒徑更小，使得在靜態(tài)淋溶初期，其淋溶液中污染物質(zhì)量濃度相較于A組均有不同幅度增加，說明粒徑減小后，接觸面積增加，污染物釋放量有所增加，但2組樣品淋溶液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價(jià))、易釋放氰化物等指標(biāo)質(zhì)量濃度均未超過GB/T 14848—2017 《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對充填區(qū)域地下水影響甚小。

3 結(jié) 論

1)采用滿足氰渣規(guī)范中金礦石氰化尾渣回填污染控制技術(shù)要求的氰渣進(jìn)行充填，養(yǎng)護(hù)28 d的氰渣充填體毒性浸出液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價(jià))、易釋放氰化物等指標(biāo)均滿足GB/T 14848—2017 《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2)在靜態(tài)淋溶試驗(yàn)中，A、B 2組樣品淋溶液中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、鉻(六價(jià))、易釋放氰化物等污染物的質(zhì)量濃度隨浸出齡期的延長而增加，當(dāng)浸出齡期達(dá)到30 d后逐漸趨于穩(wěn)定。一方面，靜態(tài)淋溶前期主要溶出的是表面吸附離子及易溶性污染物，后期以內(nèi)部離子的溶出為主，所以在淋溶前期污染物溶出速率較快，淋溶后期溶出速率減緩。另一方面，在后續(xù)的淋溶過程中，氰渣充填體會強(qiáng)化固結(jié)，形成相對穩(wěn)定的膠凝材料，污染物的溶出速率會逐漸減小直至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。

3)在靜態(tài)淋溶試驗(yàn)中，A、B 2組樣品由于粒徑不同，A組氰渣充填體尺寸為70 mm×70 mm×70 mm，B組氰渣充填體粒徑-0.063 mm，粒徑更小，使得B組樣品在靜態(tài)淋溶初期，其淋溶液中污染物質(zhì)量濃度相較于A組均有不同幅度增加，說明粒徑減小后，接觸面積增加，污染物釋放量有所增加，但A、B 2組樣品淋溶液中污染物的溶出濃度仍遠(yuǎn)低于GB/T 14848—2017 《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對地下水質(zhì)量影響甚小。