利比里亞邦礦鐵礦礦石、廢石及尾砂淋濾試驗分析

徐 忠，何世達

（中南勘察基礎工程有限公司，湖北 武漢 430081）

礦區的開采和廢石、尾砂外排活動，使采區周圍礦石、廢石和尾砂露天堆放于地表，經長期的日照風吹雨淋，堆放露天的礦石、廢石和尾砂被雨水沖刷，易有部分有害的礦物質被溶解于雨水，造成當地水質污染，進而影響地下水環境污染。地下水是否受到污染和污染的程度，受很多環境因素的制約和影響，淋濾試驗就是通過模擬雨水沖刷浸蝕堆放露天的礦石、廢石和尾砂，研究淋濾后水質與淋濾污染的關系及其危害。

1 試驗目的

為了查明礦山開采廢石、礦山、尾砂受大氣降水、地表流沖刷后污染成分析入水體的可能性，勘查項目部現場采集分析樣品，即礦石兩組、廢石六組、尾砂二組，共計十組，進行室內淋濾試驗，淋濾試驗由我公司協同中國地質大學（武漢）資環學院中心試驗室完成，試驗目的是分析和試驗地表水和地下水水質和污染性及巖石、廢石、尾礦的淋濾性參數。

2 淋濾試驗方法

本次模擬淋濾試驗方法是通過蒸餾水模擬雨水反復沖刷鐵礦石、廢石、尾礦，收集沖刷礦后的淋濾水，通過分析淋濾前后淋濾水的化學成份變化情況，進而研究利比里亞共和國邦州邦山脈鐵礦礦石、廢石、尾礦經降雨淋濾對環境帶來的影響，采取一些措施減少對地下水的污染。

試驗要求礦石、廢石、尾砂的密實度為不經壓實的自然堆積狀態，模擬降雨在廢石中的運移過程，分析礦石、廢石、尾砂受雨水的浸蝕情況，進而分析淋濾污染物對地下水環境的影響。

樣品的加工及試驗準備。試驗前將礦石、廢石、尾砂樣品過5mm篩，剔除其中沙礫及植物碎片等。采用PMMA管做成柱狀淋濾器，用長度為1.2m、直徑20cm的PMMA管，上端開口，下端封閉并開側孔，填滿測試樣品后固定在架子上（見圖1）。在底部開側孔上方分別內置安放1層濾紙和1層過濾網，側孔流水處放置接淋濾水的玻璃容器。

圖1 淋濾試驗裝置

本次淋濾試驗采用蒸餾水作為試驗前初始用水，水中各元素含量均為零；本次采集的淋濾水樣用滴定法、原子吸收、色譜儀進行化學分析，通過對淋濾水樣進行水質全分析，選擇PH值、總 堿 度、總 硬 度、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Cl-、、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、鎳、耗氧量、礦化度等24項組分進行對比分析。

3 淋濾試驗機理

巖石化學成份中某成份含量的高低和其溶解度的大小以及各種物理化學作用，是該組分淋失的首要條件；巖石中水分運動的存在，則是淋濾的必要條件。由于離子有隨水移動的特點，如果有水分下移，就會發生淋濾。淋濾試驗正是創造水分從顆粒中自上而下流動的必要條件，通過溶解、水解、碳酸化、硝化、陽離子交替吸附、物理性沖刷等物理化學作用，使各類物質從顆粒中轉移到淋濾液中，再對淋濾液進行分析試驗，得出各組分含量或特性值，以獲得巖石、廢石、尾礦的淋濾性參數，分析評價礦區的開采和廢石、尾砂外排活動經多年長期風化分解及雨水淋濾對環境造成的影響。淋濾作用主要方式有：

（1）水解：顆粒中的CaO與水發生水解反應，化學反應方程式為：

（2）溶解：如硅酸鹽類中的鈣離子弱溶于水，化學反應方程式為：

（3）硝化作用：水中亞硝酸根主要是礦石、廢石、尾砂顆粒表面氨氮組分在有氧條件下通過硝化反應轉化而來的，化學反應方程式如下：

（4）碳酸化作用：碳酸化作用是淋濾液中碳酸氫根分解成碳酸根導致碳酸氫根含量降低，酸化作用而使pH增高的。化學反應方程式如下：

（5）陽離子交替吸附作用：陽離子的吸附作用決于離子價，離子吸附能力越強，其相對原子質量越小，按吸附能強弱的順序為 ：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+。

如Pb是雨水通過淋濾的作用完成陽離子交替吸附的，Pb的相對原子質量較大，吸附能力較弱，因此Pb易被水中其他的相對原子質量小的陽離子（如Fe3+、H+）發生置換反應，使Pb通過淋濾浸蝕被水帶走，導致淋濾液中Pb的含量增加。

（6）物理作用沖刷：Fe離子、Mn離子成份的淋濾主要是物理性沖刷作用的結果，主要原因是本次試驗用水為蒸餾水，蒸餾水不含Fe離子、Mn離子，它們的含量為零，導致離子增量較高。

由于本次淋濾試驗采用蒸餾水進行試驗，各成份的初始值為零，會導致初期易溶鹽成份的淋失量較大，后期淋濾易溶鹽成份增量降低。

4 淋濾試驗結果分析

4.1 試驗結果統計

根據本次對廢石、礦山、尾砂共10組試樣進行試驗報告，各組分及特性值的增量統計見下表。

表1 利比里亞邦礦礦石、廢礦、尾砂淋濾試驗結果統計表mg/L

4.2 試驗結果分析

通過淋濾試驗揭示了利比里亞邦礦鐵礦石、廢石、尾砂的淋濾量。試驗表明：淋濾在相同試驗條件下，24種測試成份的淋濾溶出量相差較大。按按元素成分和污染性可分為一般組分和重金屬組分，一般組分又可按淋濾增量的大小不同，可分為強淋溶成份、弱淋溶成份、綜合性成份3類，根據淋濾溶出量分述如下：

（1）重金屬銅、鋅、鉛、鎘、鉻、鎳的淋濾增量為0mg/L～0.0401mg/L，水溶性較差，溶解出的離子質量濃度低，表明離子隨水遷移性較差，淋濾水中的重金屬含量基本要小于國家飲用水標準。

（2）強淋溶組分包括 ：陽離子K+、Na+、Ca2+、Mg2+，淋濾增量為0mg/L～38.13mg/L；陰離子淋濾增量為0mg/L～67.12mg/L，弱淋溶組分包括：Fe離子淋濾增量一般為0mg/L～0.777mg/L、Mn離子淋濾增量一般為0mg/L～0.0202mg/L。

（3）綜合性組分包括：總硬度為7.51mg/L～17.52mg/L，礦化度淋濾增量一般為46.78mg/L～117.85mg/L，耗氧量淋濾增量一般為0.79mg/L～1.35mg/L，增量微小，pH為6.74～9.94，略有增加。

試驗表明，礦山廢石、礦石、尾礦中的各種物質成份在大氣降水、地表流水的淋濾作用下未見影響環境的物質成份析出。