我国两种矿山环境选矿药剂与重金属交互污染综述

摘 要：在金属矿山开采的同时，会带来周围地质环境的污染，而金属矿山的污染因素主要来源于无机重金属元素污染以及选矿药剂的污染，本文通过分析我国钼矿与铅锌矿重金属及选矿药剂的污染研究进展及其交互作用的研究现状，得出金属矿山的污染研究应当同时重视金属元素的长期效应和选矿药剂的隐蔽污染性;同时应当结合矿山整体环境条件以及根据不同的矿种，从机理研究入手，彻底有效地降低金属矿山的污染现状。关键词：矿山环境;金属矿山;选矿药剂;重金属;交互作用矿产资源是社会经济发展的物质基础。矿业活动在19世纪晚期，达到高潮。

20世纪50年代至今，采矿业遍布全球，尤其是矿产资源的国际化和市场化，使开采的规模和强度空前加大。截至2001年，我国建成国有矿山8000多座，非国有矿山10万多座，矿石采掘量和主要矿产品总量居世界第三。矿业及矿产品加工产值约占GDP的30%，矿产品进出口贸易额占全国对外贸易总额的 20%。矿产为国家建设提供了95%的一次能源、80%的工业原材料和75%以上的农业生产资料。 1矿山环境重金属污染研究随着工业的进步和采矿方法的发展和改进，采矿业对于生态环境和土地资源的破坏越来越严重。自1976—2000年，估计世界采矿活动累积占地面积达37 000km2，相当于整个地球陆地面积的o.02%，按照矿山的污染范围一般为其占地面积的10倍来估算，矿山的环境污染面积已占地球陆地面积的 2%。采矿活动引起了地表及地质环境破坏、大气污染、固体废弃物污染、矿山废水污染以及重金属污染等问题，金属矿山的开采是重金属污染的重要来源。重金属污染伴随着矿产资源开发的全过程，每一过程都呈现不同的污染特性，笼统地对其进行研究不利于充分掌握重金属的污染信息，应当结合实际情况分析重金属在各个过程中的迁移转化规律。重金属进入土壤环境后，通过溶解、沉淀、凝聚、络合和吸附等各种反应，形成不同的化学形态。对矿山周边土壤中重金属污染的研究越来越证明土壤中重金属的迁移性和植物毒性主要取决于重金属的形态分布。金属矿山开采所产生的废水和尾矿堆的风化、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主要问题，其产生的污染物种类多，浓度高，通常以尾矿和废矿水灌溉的方式进入土壤，矿山开采污染环境的问题也引起了人们的高度关注。基金项目：陕西省自然科学基础研究计划项目(2014JM5217) 作者简介：韩张雄(1982一)，男，陕西佳县人，工程师，获得陕西省地质学会第六届科技论文二等奖(第一位)，第八届优秀成果三等奖(第一位)，主要从事土壤化学与植物逆境培育风险评价方面的工作。E—mail：[email protected] 163.com 万方数据我国两种矿山环境选矿药剂与重金属交互污染综述 ·119· 2矿山环境选矿药物污染研究矿业活动中，无论采矿、选矿还是冶炼的过程中，都有大量的矿山药剂进入到矿山环境中。这些矿山药剂包括捕收剂、起泡剂、抑制剂、絮凝剂、萃取剂、萃取用基质改善剂与稀释剂等，品种已达几百种。据报道，世界范围内几乎有20×108 t的矿石是经过浮选法处理的，共消耗了近400×104t的选矿药剂。而这些药剂绝大多数没有经过任何环境风险评价、毒理性能评价以及环境行为预测，甚至不公布确切的组分和结构，没有化学名称，仅用代号就直接进入到矿山环境流通中。它们成分复杂，有毒有害，而且在环境中的行为难以预测，并相互作用，引发二次污染、复合污染，更为矿山环境污染治理增添了难度。一些矿物(例如金属矿石)的加工主要依赖矿山药剂，这个过程涉及到许多化学的和物理的分离步骤，可能严重地影响到矿区生态环境。找到的矿石必须与价值较低或无价值的脉石分离开。加工中的第一步骤，最通常的是破碎或研磨。原生矿石被细磨到200目，甚至更细，然后进入选矿。金属矿物如硫化矿在地下矿床中其晶格完整，成键轨道被电子充满，反键轨道置空，裸露的界面很少，矿物相对稳定。但在采、选的矿业加工过程中，每年近几十亿吨的各种原生硫化矿迅速暴露于地表大气环境中，在 H：O、()。

存在下，矿物被研磨到200目的细小颗粒。全世界总能源中10%～20%的能量消耗在矿业活动中，这些能量为还原态硫的产生，也为矿物表面活化提供了能量。它使矿石原有晶格点阵被大量破坏、裸露、截断。原有的表面积迅速加大，巨大的表面积由无数断面组成，断面上是大量的悬键，它们使这些细小矿物表面有巨大的表面能、表面活性和表面位，并带有大量表面反应功能基，如羟基、硫基、 Lewsi酸位、Lewsi碱位等。这些表面功能基(位)将吸附、配合、络合矿山复合污染体系中的还原态硫、有机“c”源等及大气或水中的“o”源，为它们相互接触、作用直至反应提供大量高活性媒介。细小硫化矿上的Lewsi酸(碱)位可使上述污染源活化，降低它们的反应阀值，形成异位催化。这些因素为矿山药剂污染及二次污染物向复合污染及其他形式污染转化提供最大可能和最多的途径。分离矿石与脉石的方法主要有如下3种：磁力分离、重力法、化学法。化学法有环境危险，但化学法的分离效率远远高于前二者，因此成为最通用的选矿方法。最常用的化学法是浮选法。全世界范围内几乎有20×108t矿石是经过浮选处理的。1985年仅美国每年矿山化学药剂使用量就已达到70×104t。以其推算15年后的中国，其矿山化学药剂用量每年应在百万吨级。引起环境科学研究重视的农药每年用量为30×104t规模，与之相比，矿山化学药剂用量是农药用量的3倍。仅赣南地区，每天进人环境的选矿药剂就达3380余吨。因此，在金属矿山开采过程中，不仅仅存在重金属元素对周围环境的污染问题，选矿试剂与重金属复合污染对周围环境的污染更加严重。 3 典型矿山环境中重金属与选矿药剂交互污染 3.1 钼矿区重金属与选矿药剂交互污染研究现状我国是钼矿资源生产和贸易大国，在世界上占有举足轻重的地位。2013年数据统计显示，我国钼矿储量、生产量和出口量均居世界第一位。其中储量占全球42%，因此，合理开发利用钼资源的同时，我们更应当注重资源开采对周围环境所造成的危害，这对我国经济的持续发展具有现实意义。钼矿的浮选药剂以非极性油类作捕收剂，同时添加起泡剂。美国和加拿大用表面活性剂辛太克斯 (Syntex)作油类乳化剂。根据矿石性质，用石灰作调整剂，水玻璃作脉石抑制剂，有时加氰化物或硫化物抑制其他重金属矿物。为保证钼精矿质量，对钼精矿中所含的铜、铅、铁等重金属矿物和氧化钙以及碳质矿物需进一步进行分离。钼矿的选矿药剂一般使用硫化钠或硫氢化钠，氰化物或铁氰化物制铜和铁;用重铬酸盐或诺克斯万方数据 · 120 · 高强度采矿区地质灾害与防控学术研讨会论文集 (Nokes)抑制铅。如果使用抑制剂，杂质含量还达不到质量标准，尚需辅以化学选矿处理：次生硫化铜用氰化物浸出，黄铜矿用三氯化铁溶液浸出，方铅矿用盐酸和三氯化铁溶液浸出，均可达到标准含量。含氧化钙的脉石生产上往往添加水玻璃、六聚偏磷酸钠或有机胶作脉石抑制剂或分散剂，也可用活性炭加CMC(羧甲基纤维素)抑制碳酸盐脉石。最终可用盐酸或盐酸加三氯化铁溶液浸出处理。含碳质矿物的分离，首先要查明碳质是属石墨类、沥青类或煤类。这些碳质矿物的可浮性与辉钼矿相近，但密度较小，一般可用重选法进行脱除;使用六聚偏磷酸钠和CMC抑碳浮钼，或加三氯化铁、水玻璃和六聚偏磷酸钠抑制碳质也有效;采用焙烧除去有机碳，也是办法之一。 3.2铅锌矿区重金属与选矿药剂交互污染研究现状我国铅锌矿产资源分布广泛，储量比较丰富。]

截至2006年底，全国查明铅矿资源储量4141x104t，其中基础储量1351×104t，占32.6%，居世界第2位;查明锌矿资源储量971l×104 t，其中基础储量 4227×104t，占43.5%，居世界第1位。其中原生硫化矿储量占90%，氧化铅锌矿床只有云南的兰坪、会泽，广西的泗顶，辽宁的紫河和陕西的铅峒山等少数几个矿山。我国铅锌矿资源的特点是大中型矿多，特大型矿较少;矿石中铅少锌多，铅锌比约为1：2.6，贫矿多，富矿少，易选，铅锌品位之和多在5%～10%之间，品位高于10%的矿石仅占总储量的15%;矿石类型复杂，单一的铅或锌矿石类型少，共伴生组分较多，主要有金、银、铜、锡、镉、硫、萤石及稀有分散元素。铅锌矿是陕西省较有远景并具有特色的优势矿种，存储量在全国排名前十位。在铅锌矿选矿过程中近几年国内选矿专家针对各地不同类型的铅锌矿石研究了多种药剂或组合药剂，有硫酚捕收剂、苄基丙二甲酸捕收剂及其与苯甲羟肟酸混合捕收剂、EM L3和EML。螯合捕收剂、HP，捕收剂、P一2000捕收剂、 E一5螯合捕收剂、zP一50捕收剂、Dz抑制闪锌矿等。 4重金矿山环境中重金属与选矿药剂研究展望金属矿山的开采是重金属污染的重要来源，金属矿山开采所产生的废水和尾矿堆的风化、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主要问题，其产生的污染物种类多，浓度高，通常以尾矿和废矿水灌溉的方式进入土壤，矿山开采污染环境的问题也引起人们的高度关注。而在这些污染中，人们一般会关注金属元素对环境造成的污染，而对于选矿药剂往往容易忽视，我国重金属矿产资源分布广、矿种多、储量较为丰富，而大多数金属矿产资源的开采都会伴随着大量的选矿药剂，这些选矿药剂会随着选场废水进人选矿尾坝，进而会通过渗漏、蒸发作用危害到地下水、土壤和大气，在矿产资源开采的过程中研究选矿药剂对周围环境的污染机理也具有很大的价值。因此，在研究金属矿山环境的污染状况时，应当既注重重金属污染物在周围环境中的长期积累性，又重视选矿药剂污染的隐蔽性。另外，对于金属矿山开采过程中，重金属污染方面的研究已有大量的研究，而重金属与选矿药剂之间的交互污染方面的研究则相对较少，且已有研究未能针对特定的矿山环境进行深入研究，对于矿山环境污染防治方面的研究相对较少。在研究金属矿山的环境污染及治理的过程中，应当结合金属矿山的特性，开展机理性研究，从根本上解决金属矿山的环境污染问题，为建立金属矿山环境污染治理及生态地球化学评价体系提供技术支撑。参考文献陈建平，范立民，杜江丽，等.陕西省矿山地质环境治理现状及变化趋势分析[J].中国煤炭地质，2014， 26(9)：54—56，64.范子恒，周晓彤，汤玉和.钼矿选矿工艺和药剂浅析[J].材料研究与应用，2013，7(1)：1～5.荆正强，陈典助，黄光洪，等.我国铅锌矿选矿设备与工艺现状[J].工程设计与研究，2010，128：1—6.李琳，吕宪俊，栗鹏.钼矿选矿工艺发展现状[J].中国矿业，2012，21(2)：99—103，107.