鉛鋅礦中重金屬的淋濾作用對環境的影響綜述

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，重點總結有關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。環境中不斷富集的重金屬元素，最終會對生態環境造成嚴重影響。

關鍵詞：鉛鋅礦；淋濾實驗；環境污染

1、前言

鉛鋅礦開發對周圍地區帶來的環境影響是巨大。從找礦勘探到礦山開采、選煉過程所產生的、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境中，并富集于礦區周邊土壤、河流及其沉積物中，這些都極大地影響了礦山環境和生態系統[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。自然環境下，雨水降落在廢石上，對其表面進行淋洗，之后經由廢石中的孔隙與廢棄物中的重金屬接觸，再經過一系列復雜的物理化學作用，如風化作用，使淋出水含有一定濃度的重金屬元素。

2、國內外研究現況

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。實驗結果發現，淋濾液呈堿性，并產生大量以石膏為主的沉淀物。淋濾實驗保持每天滴定8h，蒸發量1500ml，每隔10 d取一次淋濾液樣品，整個實驗持續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環境。將礦區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值和電導率。實驗持續30 d，共采集樣品15個。實驗取出的淋濾液經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降低，而電導率不斷升高，SO42-濃度變化不大。經過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，而發生的水淋濾作用的研究也在進行。

在寺溝鉛鋅礦區廢渣的淋濾實驗中，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。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象。淋濾進行到2～3.5h，Pb的淋出率出現最小值；到4.5～5.5h，Zn的淋出率出現最大值。但隨著淋濾時間、棄渣厚度的增加，以及淋濾環境pH值的降低，淋濾液實際濃度可能高出試驗結果[4]。

李航對云南金鼎鉛鋅礦礦區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Cd和其它主要元素Pb、Zn、Cu和Mn質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，礦石中菱鋅礦質量分數是影響Cd淋出的主要因素；礦區富鎘巖石和礦物的淋濾作用對礦區流域水生態環境造成潛在危害[5]。

3、結論

綜上所述，對于重金屬在環境中的遷移、轉化規律的研究，前人研究多利用模擬淋濾實驗測定重金屬元素淋出規律的方法。實驗表明，盡管不同重金屬元素因本身性質、礦石氧化程度等原因造成重金屬元素淋出速率等的區別，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、廢石等暴露地表發生淋濾作用而對環境造成的影響是巨大且深遠的。

在現實環境中，重金屬元素的移轉化過程非常復雜，會受到不同研究區地球化學背景、水文環境、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境中遷移、轉化規律，是可以為研究區鉛鋅礦重金屬污染治理提供一定的理論依據的。

參考文獻：

[1]倪師軍， 張成江， 滕彥國， et al.礦業環境影響的地球化學研究[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].中國國土資源經濟， 2013， 26（9）：35-40.

[5]李航， 雙燕， 朱長生， et al.金頂鉛鋅礦區鉛鋅氧化礦石中鎘的風化淋濾實驗[J][J].生態環境， 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，理學學士，單位：成都理工大學地球科學學院，研究方向：地球化學。