有色金属尾矿库重金属污染扩散特征及生态封闭治理模式研究

发布时间：2019-01-12 16:43

【摘要】：有色金属矿山尾矿库不仅压占土地资源,还是潜在的重污染源。尾矿中的重金属以水蚀、风蚀的途径扩散,威胁周边水土环境。本文依托国土资源部公益性行业科研专项经费课题,对辽宁省红透山铜矿尾矿库和柴河铅锌矿尾矿库两处典型尾矿库进行了试验示范研究。通过实地采集0～500 cm尾矿样品进行分析测定,研究了尾矿库重金属污染扩散特征；并针对现行尾矿库复垦治理措施中存在的问题,从土壤、环境、生态多学科视野,提出了尾矿库生态封闭与再利用的土地复垦与环境整治技术新模式；采用室内模拟试验和场地试验示范,对符合上述技术模式要求的不同表层土壤构造措施——CT(直接覆土)、SLS(覆土+石灰石层)、SL(覆土+石灰层)和SC(覆土+黏土层)的试验示范效果进行分析。研究结果表明：红透山铜矿尾矿库0～40 cm表层尾矿pH值均低于4.0,在0～220 cm,尾矿pH值随深度的增加而升高,至220 cm以下,尾矿pH值稳定在7.0～7.5之间。由于硫化矿物氧化导致表层尾矿pH较低。红透山铜矿尾矿库的主要污染重金属元素为Cu、Zn、Cd。红透山铜矿尾矿库浅层剖面可以划分为三个层次：氧化层、胶结层和未氧化层。0～40 cm尾矿氧化程度最高,硫化矿物氧化产酸导致表层0～40 cm尾矿中重金属元素迁移活性较高,表层尾矿中重金属元素含量减少。表层尾矿氧化释放的Cu大部分在胶结层富集,随地表径流排出尾矿库的Cu仅占表层尾矿氧化释放总Cu量的8.08%,而Zn占21.60%,Cd占72.93%。红透山铜矿尾矿库闭库20 a来,尾矿库浅层0～120 cm尾矿中S、Zn、Cd的总流失量分别为762.75 t,6997.5kg和86.06kg。柴河铅锌矿1#尾矿库0～500 cm深度尾矿样品的pH值在6.83～7.97之间,在0～120cm,尾矿pH值随深度的增加而升高。柴河铅锌矿尾矿库的主要污染元素为Pb、Zn、 Cd,平均含量分别为1527.11 mg kg-1、4265.43 mg kg-1和57.54 mg kg-1。柴河铅锌矿2#尾矿库复垦土壤中Zn、Pb、Cd的全量分别达到1538.55 mg kg-1,748.53 mg kg-1和7.1 mg kg-1,酸可提取态含量为10.32 mg kg-1、9.9mg kg-1和0.65 mg kg-1,高于复垦土壤初始值。现行的直接覆土措施在柴河铅锌矿尾矿库土地复垦中,底层尾矿中重金属会迁移至表层复垦土壤中。针对上述问题,基于尾矿库污染源头控制的要求,从土地、环境、生态等学科专业角度出发,提出了有色金属矿山尾矿库生态封闭的复垦治理技术模式,据此设计了符合生态封闭复垦治理技术模式要求的表层土壤构造措施,表层土壤构造是生态封闭治理模式的核心措施。通过210 d柱状模拟试验和3a的场地试验(柴河铅锌矿尾矿库)对不同表层土壤构造措施的实验效果进行了分析。210 d柱状淋滤试验期间,各处理淋滤液的pH值随时间不断升高,在第180 d均升高至7.8～8.0,表层覆土能够有效降低淋滤液中重金属的含量。添加石灰石层和石灰层能够降低Zn、Cd的迁移活性,而添加黏土层对于阻隔Pb、Zn迁移较明显。场地试验结果表明：不同处理措施场地复垦土壤的pH都有所增加,由7.15增加到7.67-8.20。复垦3a后,SLS(覆土+石灰石层)、SL(覆土+石灰层)和SC(覆土+黏土层)处理后表层复垦土壤的Pb、Zn、Cd含量与初始值相比变化不大。CT(直接覆土)处理0-10 cm土壤的酸可提取态Pb, Zn、Cd含量分别从0.19 mg kg-1,1.95 mg kg-1和0.11 mg kg-1增加到1.82 mg kg-1,32.87 mg kg-1和0.56mgkg-1。SC小区表层土壤和黏土中酸可提取态Cd的含量均增加,说明Cd会通过黏土层,进入表层土壤中。SLS和SL处理下紫穗槐叶片中Pb的含量分别为2.38 mg kg-1和3.04 mg kg-1,明显高于CT和SC,而CT处理下紫穗槐叶片中Zn、Cd的含量分别为45.78 mg kg-1和0.26 mg kg-1,高于SLS, SL和SC。在柴河铅锌矿尾矿库场土地复垦过程中,直接覆土(CT)对于风蚀扩散具有较好的控制效果,但重金属污染扩散的问题依然存在,底层尾矿中重金属会迁移至表层复垦土壤中。添加隔离层的表层土壤构造措施能够有效阻隔重金属随水分的上下迁移,添加石灰层的表层土壤构造措施(SL)效果最好,而添加粘土层的表层土壤构造措施(SC)存在重金属Cd污染扩散风险。有色金属尾矿库土地复垦与环境整治应从尾矿库治理的系统性、全局性观点出发,以防止重金属扩散为目标,同时考虑尾矿坝安全、尾矿资源保存和场地的生态利用,探索尾矿库复垦技术新模式。并据此编制尾矿库复垦治理方案,确定复垦治理措施。本研究还可为协调、完善尾矿库治理的土地与环境等相关标准和规范提供依据。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X753

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本文编号：2407991