复合污染与尾矿区重金属释放和迁移

摘 要：通过不同选矿药剂(捕收剂、抑制剂、起泡剂)单一或复合水溶液对多金属硫化矿尾矿及酸化尾矿柱淋溶试验，研究复合污染对尾矿重金属的释放值的影响。结果表明：不同药剂类型中水溶性抑制剂对重金属释放值的作用最大;硫化矿酸化后重金属释放呈数量级加大，超过单一药剂水溶液淋溶尾矿时重金属的释放值;不同药剡水溶液依次淋溶时，复合药剂水溶液对尾矿多次淋溶时，重金属释放值在依次加大，而水与黄药水溶液淋溶时却依次减少;多种药剂复合水溶液对尾矿连续淋溶时，其重金属释放量远远大于单一药剂水溶液淋溶酸化后尾矿的释放量。说明矿山多种药剂(包括降解产物)的复合污染是尾矿坝重金属释放的主因。关键词：环境工程;复合污染;选矿药剂;重金属;尾矿

主要重金属污染直接来自矿山废物…1。全世界每年向环境中排放重金属污染共1.5万t，其中铜 340万t、铅500万t、锰1500万t、镍100万t【2|。如此大量的重金属进入地表环境，其赋存状态、变化、迁移规律，将成为环境化学研究的热点内容。已有的矿山重金属释放成因研究还集中在矿山酸性废水【3-6J。实际上，尾矿坝是矿山污染的主区域，这里汇集了选矿废弃的所有废渣、废水和大量选矿药剂及其降解产物。尾矿堆往往高出地面几十米乃至上百米。在重力作用下，含药剂复合污染的选矿废水将在尾矿坝中从上向下渗漏，穿过时淋溶尾矿渣，释放其中的重金属，使其进入矿山地下或地表水源。然而，目前对这种复合污染形式所产生的重金属释放还缺乏研究与认识。在前面的研究工作中L7J已证实，复合污染使尾矿堆中选矿药剂污染量与浓度加大，残留期与稳定性加大，并向尾矿坝下部迁移。在这个迁移过程中，尾矿中重金属的赋存与迁移行为亟待研究。 1 实验方法 1.1原料与仪器设备试验用测试仪器为OPTIMA 3000电感耦合等离子体一原子发射光谱。主要设备为玻璃淋溶柱，收稿日期：2006—07一08 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50274016) 作者简介：栾和林(1950一)，男，哈尔滨市人，教授，硕士，主要从事选矿药剂合成和有机物测试等研究。内径4.0cm，长46cm，装有烧结石英筛板和四氟活塞，见图1。图1淋溶柱 Fig.1 Leaching column 试验用药剂异丁基黄药[(CH3)2CHCH2CSS— Na](89.26%)、SN9[(CH3CH2)2NCSSNa]、丁铵黑药[(C4H90)2Ps2NH4]、松醇油(91.00%)为工业品，巯基乙酸(97.00%)、乳酸、酒石酸为分析纯试剂，氰化钾为化学纯试剂，铜抑制剂 [(NaOOC)2NHCSSNa]实验室合成，浓度为 40.00%。异丙基黄药[(CH3)2CH CSSNa]降解水为200ttg/L的异丙基黄药水溶液密封条件下，日光暴晒10～15d。尾矿为白玉复合金属硫化矿选矿试验的尾矿，真空干燥保存。酸化尾矿为此尾矿在风吹日晒雨淋条件下自然氧化5个月。 1.2试验程序 1.2.1柱淋溶。先在玻璃淋溶柱内加15cm高的万方数据第4期 栾和林等：复合污染与尾矿区重金属释放和迁移 125 洗净的石英砂，用淋溶液将尾矿渣调浆，湿法装柱，赶净气泡，充填严实后，加淋洗液，四氟塞控制淋洗速度一致。 (1)单次柱淋溶。每次配制1000mL溶液，药剂浓度均为0.0005mol/L，每次用500mL玻璃瓶只接收中间的约500mL柱淋溶溶液。 (2)连续柱淋溶。共配制3000mL溶液，药剂浓度均为0.0005mol/L，进行连续柱淋溶试验，每次取 750mL所配制的溶液进行柱淋溶，柱淋溶下来的溶液约700mL，取中间约500mL，进行测定。

1.2.2样品前处理及ICP—AES检测条件。样品前处理，摇匀，取25mL待测溶液，加入2～5mL浓硝酸，1mL高氯酸，加热煮沸，冒烟。用4%硝酸溶液定容至25mL。ICP.AES检测条件，进样速度 1.00mL/min，观察高度15ram，激发功率1200W，载气流速15L/min，辅助气流速0.5L/min，保护气流速0.8L/min，缝宽normal。 2试验结果分析 2.1单一捕收剂水溶液淋溶尾矿时尾矿中重金属释放值单一药剂水溶液淋浴尾矿时尾矿中重金属释放情况如表1所示。单一药剂水溶液淋浴尾矿时尾矿中重金属释放总量：异丁基黄药水溶液>异丙基黄药降解液>SN。水溶液>丁铵黑药水溶液>蒸馏水。4种重金属中，Zn最易释放。异丁基黄药与异丙基黄药降解物对Pb的释放明显。丁铵黑药和 SNq对Cu的释放明显。表1单一捕收剂水溶液淋溶尾矿时对尾矿中重金属的释放值 Table l Releasing value of heavy metal from tailings leached by simplex collector aqueous solution 2.2单一抑制剂水溶液淋溶尾矿时尾矿中重金属释放值单一抑制剂水溶液淋浴尾矿时尾矿中重金属释放情况如表2所示。从表2可以看出，单一抑制剂污染水溶液淋溶尾矿时对尾矿中重金属的释放顺序为：铜抑制剂水溶液>酒石酸水溶液>巯基乙酸水溶液>乳酸水溶液>KCN水溶液>蒸馏水，其中 Zn2+的释放仍为最大。表2单一抑制剂水溶液淋溶尾矿时对尾矿中重金属的释放值 Table 2 Releasing value of heavy metal from tailings leached by simplex inhibitor aqueous solution 2.3单一起泡剂水溶液淋溶尾矿时尾矿中重金属释放值表3单一起泡剂水溶液淋溶尾矿时对尾矿中重金属的释放值 Table 3 Releasing value of heavy metal from tailings leached by simplex foaming agent aqueous solution 单一起泡剂水溶液淋浴尾矿时尾矿中重金属释放情况如表3所示，其中Zn2+的释放值仍为最大。 2.4硫化矿酸化后蒸馏水淋溶尾矿时尾矿中重金属释放值蒸馏水淋溶酸化后尾矿的结果如表4所示，重金属的释放值数量级加大，远远大于各种单一药剂水溶液的释放值。 2.5药剂复合水溶液依次淋溶尾矿时尾矿中重金属释放值药剂复合水溶液依次淋溶尾矿时尾矿中重金属释放情况如表5所示。从表5可以很直观地看出：万方数据 126 有 色金 属 第58卷表4硫化矿酸化后蒸馏水淋溶尾矿时对尾矿重金属释放值 Table 4 Releasing value of heavy metal from sulphide acidized railings leached by deionized water 离子种类 蒸馏水淋溶未酸化尾矿蒸馏水淋溶酸化尾矿 (1)纯水与单一异丁基黄药水溶液依次淋溶尾矿时，尾矿中重金属依次释放值在逐渐减少;(2)药荆复合水溶液依次淋溶尾矿时，重金属释放值依次上升，且药剂复合污染越严重，依次释放值越大。 2.6不同水溶液连续4次淋溶未酸化与酸化尾矿时尾矿中重金属释放值不同药剂水溶液4次淋溶未酸化与酸化尾矿时表5药剂复合水溶液依次淋溶尾矿时对尾矿中重金属释放值/(mg·L-1) Table 5 Releasing value of heavy metal from railings leached in turn by complex reagent aqueous solution/(nag·L一1) …粼嚣嚣巍篓黧鬻尾矿中4种重金属释放情况如表6所示。从表6可以看出，无论被淋溶的是未酸化尾矿还是酸化尾矿，药剂复合污染越复杂，重金属释放值就越大。药剂复合污染对重金属的释放值的作用远远大予尾矿酸化。表6不同水溶液连续4次淋溶未酸化(酸化)尾矿时对尾矿中重金属释放值 Table 6 Releasing value of heavy metal from tailings leached 4 times'by different aqueous solution 3 结论 (1)单一药剂污染时，水溶性抑制剂水溶液淋溶对尾矿重金属释放值最大。这是因为其分子结构中有金属配位基的同时，还有其他亲水性官能团，使其金属配合物易水溶，易迁移。 (2)硫化矿尾矿酸化后重金属释放值呈数量级加大，甚至大于单一药剂淋溶值。 (3)药剂复合(污染)水溶液依次淋溶或连续淋溶尾矿时，重金属释放在依次加大。药剂复合污染越重，释放值越大。其原因是起泡剂及药剂降解出现的小分子有机物对捕收剂或抑制剂与重金属的配合物起了乳化、增溶作用，加大它们水溶性与迁移性，从而使重金属污染加重，扩散距离加大，成为矿山尾矿堆重金属释放的主因。而矿山酸性废水释放重金属只能依懒于低pH值，而矿山周边未酸化介质(或其他水源)会很快降低酸性废水的酸性，此时大多数重金属迅速水解或被CO，2一或其他阴离子沉淀。所以酸性废水对重金属的迁移值与释放值远远小于多种选矿药剂污染与重金属复合污染时重金属的迁移值与释放值，而尾矿坝实际污染正是多种选矿剂污染与重金属的复合污染为主。参考文献： [1]黄铭洪.环境污染与生态恢复[M].北京：科学出版社，2003：136—184. [2]Johan Ljungberg.The geochemical dynamics of oxidizing mine tailings at Laver，northern Sweden[J].Journal of Geochemical Exploration，2001，74：57—72. [3]李章大，周秋兰，我国尾矿利用现状及2l世纪展望[J].地质与勘探，1997，33(3)：21—23. [4]张鑫，周涛发，袁峰，等，铜陵矿区水系沉积物中重金属污染及潜在生态危害评价[J].环境化学，2005，24(1)： 106一】07.万方数据第4期 栾和林等：复合污染与尾矿区重金属释放和迁移 127 [5]Blowes，D.W.，Jambor，J.L..The pore-water geochemistr and the mineralogy of the vadose zone of sulphide railings，Waite Amulet，Quebec，Canada Applied Geochemistry.1990.5：327—346. [6]栾和林，喻晗，邹畅，等.复合污染状态下尾矿区有害化学品的迁移研究[J].环境化学，2006，25(1)：207—210.

Relationship of Complex Pollution to Heavy metals Release and Migration from Floatation Tailings Dam LUAN He-linl，CHEN Cai—xia 2，TIAN Ye3，LIU Chun.j'en91， TANG Shu—fan91，YU Lil，ZHANG Lian—xian91，WANG Xin 3，LI Ji—meil Beijing General Research Institute 01‘Mining and metallur93，，Beijing 100044，China; 2.Guilin Universit3，of Technology，Guilin 541004，Guangxi，China; 3.BeOing Institute of Technology，BeOing 100081，China) Abstract The effect of the complex pollution on the releasing value of heavy metals from the tailings by the column leaching experiments of the floatation tailings or acidized tailings with simplex or multiplex aqueous solutions of different kinds of beneficiation reagents such as collectors，inhibitors and foaming agents.The results indicate that the effect of the water.solubility inhibitors on the releasing value of heavy metal is the highest in these reagents.When the tailings are acidized，the releasing value of heavy metals is increased by the form of order of magnitude and the value is higher than the one detected in the simplex reagent aqueous solution.When tailings are leached in turn by different kinds of reagent aqueous solution，the releasing value of heavy metals becomes higher and higher in complex reagent aqueous solution，but the ones in water or xanthate aqueous solution is be— come lower and lower.When tailings are leached continuously by complex reagent aqueous solution，the releasing value of heavy metals is much more higher than that for acidized tailings with the simplex reagent aqueous solution.It is shown that complex pollution of multi—reagents including their degradation products is the main reason that the heavy metal is released from the tailings dam. Keywords：environmental engineering;complex pollution;floatation reagent;heavy metal;tailings 万方数据