安徽铜陵杨山冲尾矿库尾砂重金属元素的迁移规律

安徽铜陵杨山冲尾矿库使用期为1966—1990年,堆积了近1 308×104 t尾矿,选择该尾矿库进行尾砂重金属迁移规律研究.结果表明:在自然风化条件下,Cu,As,Hg,Cd和Pb的淋滤迁移速度相对较快,Zn略慢;Zn,Pb,Hg和Cd在50～60 cm深处产生了二次富集;不同位置的尾砂中重金属迁移规律有一定差异,低洼区Zn,As和Cd等在表层形成局部富集,100 cm以内浅层尾砂中也有部分重金属元素二次富集;经过长期风化氧化和淋滤作用,浅层尾砂中的重金属元素易淋滤部分大多被淋失,风化后尾砂中Cu,Pb,As和Hg以残渣态为主要赋存形式,其含量占全量比例均大于35%,其次为铁锰氧化态,其中Zn和Cd以铁锰氧化态含量在表层最高.在尾矿库表面植草能减少扬尘,也可能造成部分重金属元素含量在表层异常升高,影响尾矿库的进一步改造和复垦.      

铜陵铜尾矿库优势植物对重金属富集特征研究

矿区废弃地定居植物调查与筛选是植物修复研究的重点。通过研究安徽铜陵石灰窑和相思谷尾矿库区土壤重金属含量,以及库区优势植物对Cu、Cd、Zn、Mn、Pb等重金属的转移特征与富集能力,筛选出适应该地区生态修复的先锋植物。通过对尾矿区14种优势植物研究发现,在Cu、Zn、Cd含量比较高的尾矿区,可以选用苏槐蓝、续断菊、苦卖菜和巢菜4种乡土优势植物作为耐性植物联合种植。续断菊对Cd的富集系数与转移系数分别为2.560和1.634,其对Cd具有较强的迁移能力和富集能力,可用于Cd污染严重地区的生态修复。     

尾矿膏体胶结充填料中重金属的淋滤实验研究

以金属矿山尾矿、普通硅酸盐水泥和聚合氯化铝为原料按不同比例制成尾矿膏体,并开展室内淋滤实验,分析重金属在不同膏体中的迁移规律。结果表明,相同条件下,尾矿淋滤后渗滤液的p H值呈酸性,而膏体渗滤液的p H值均呈中性或碱性;在16周的时间内,渗滤液中Cu、Fe、Cr、Zn 4种重金属的浓度均低于《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中Ⅳ类水的排放标准;渗滤液中Fe的浓度最高达到1.31 mg/L、迁移性最强,Cu和Zn的浓度均低于0.08 mg/L、迁移性较弱,而Cr的浓度均低于0.05 mg/L,迁移性最弱,不易淋溶释放;与尾矿渗滤液中500 mg/L以上的浓度相比,膏体渗滤液中S元素的含量明显降低,一直保持在360 mg/L以下。研究结果表明膏体能够有效固定尾矿中的重金属元素,减小矿山酸性排水产生的可能性,降低重金属在环境中的迁移性。     

酸缓冲容量对污泥屏障重金属再溶出控制研究

借助污泥中的厌氧微生物活动,污泥屏障可用来固定尾矿堆场的重金属.针对尾矿风化淋滤形成的酸性采矿废水(acidmine drainage,AMD)与污泥屏障相互作用,可能会引起已固定重金属再次溶出问题,通过酸滴定实验,研究了不同厌氧培养时间的污泥悬液的酸缓冲容量及其对重金属再溶出的影响.结果表明,污泥悬液酸缓冲容量与悬液固液比成正比,并随着厌氧还原程度的加深而增加.碳酸盐缓冲体系和有机质缓冲体系对污泥悬液酸缓冲有重要意义.酸滴定实验发现,随着pH降至6.2以下,重金属Zn、Pb和Cu开始快速溶解释放,且释放量符合ZnCuPb.基于实验结果,建立了污泥屏障在AMD渗透条件下酸缓冲容量消耗的数学模型.模拟计算结果表明,对于厚度2.0 m的污泥屏障,即使在10.0 m水头的AMD渗透酸化条件下,有效酸缓冲容量经历666 a之后才能被耗尽,在此时间内污泥屏障具备对重金属的生物化学固定能力.     

铜矿尾矿库修复植物香根草及其根际尾矿砂中重金属形态研究

香根草是一种能在极端环境中生长的草本植物。对安徽铜陵冬瓜山铜矿水木冲尾矿库生态修复植物香根草及其根际尾矿砂中重金属Cu、Zn、Mo和Cd进行了赋存形态分析。香根草根际尾矿砂中四种元素形态绝大部分是残渣态,但Cu和Cd的有效态含量远高于香根草正常生长所需,是主要胁迫元素。香根草的生物富集系数(BCF)和转运系数(TF)均小于1,表明它严格限制这四种重金属元素在根-茎叶中的迁移。乙醇提取态和去离子水提取态是植物体中活性较高的重金属形态。香根草地下部分Cu、Zn、Mo和Cd的乙醇提取态和去离子水提取态之和占各形态总和的比例分别为10%、23%、51%和16%;地上部分相应的比例为24%、26%、47%和12%。不同重金属元素表现出不同形态分布特征,这与香根草对它们的吸收和转运方式有关。香根草根际尾矿砂及其体内重金属形态决定了它对重金属的耐受性,表明香根草是有色金属矿山尾矿库理想的生态修复植物。     

巴里富碳酸盐硫化物尾矿中重金属的赋存状态

本文以广西大厂锡石-硫化物矿区巴里尾矿库的富碳酸盐尾矿(堆放了20余年)作为研究对象,采用BCR三步提取法研究Zn、Cd、Pb和As的化学形态分量以及其总含量在该尾矿铅垂剖面中的分布,并结合尾矿的结构构造、次生和原生矿物成分及其变化等分析,探讨在氧化/酸化条件下富碳酸盐尾矿中重金属的释放机制。研究结果表明:(1)尾矿下层原尾矿中重金属主要以稳定或较稳定的残渣态(As、Pb、Zn、Cd)、氧化物结合态(Pb)及硫化物结合态(Zn、Cd)形式赋存。在酸水淋滤作用下,原尾矿中重金属的释放顺序为Cd≈ZnPbAs;(2)尾矿上部厚层状氧化硬层(厚度1~1.5m)中,Zn、Cd以酸可溶态大量富集,具有较强的迁移性;As、Pb主要以残渣态以及氧化物结合态赋存,其迁移性较差。因此,富含碳酸盐的硫化物尾矿经过氧化作用具有释放多种重金属的潜能。由于这类尾矿中各重金属的赋存状态存在差异性,因此对其迁移性及环境效应须具体分析。     

不同施磷量(KH2PO4)作用对Cu、Zn在红壤中的迁移转化

为了比较不同施磷量对土壤中重金属Cu、Zn迁移转化的影响,采用土壤柱进行室内淋溶实验,研究常见的磷肥磷酸二氢钾在少量5 mg·kg-1,适量15 mg·kg-1以及过量25 mg·kg-1条件下对Cu、Zn在红壤中的淋溶效应.结果表明土壤施用磷酸二氢钾降低了土壤渗滤液的pH,不同施磷量对土壤渗滤液pH影响不大,在整个淋滤过程,渗滤液pH呈现上升的趋势.磷酸盐作用下重金属Cu在土壤中的迁移主要集中表层土壤中,而Zn逐渐向深层土壤中迁移.土壤深层渗滤液中Cu、Zn浓度均比较低,对浅层地下水的危害性不大.淋滤结束后,重金属主要以残渣态存在土壤中,重金属Cu残渣态的比例为60%左右,重金属Zn残渣态比例为40%左右.高浓度磷酸二氢钾作用下有利于重金属Zn从残渣态及有机结合态向交换态转化.     

酸性淋溶对铅锌尾矿金属行为的影响及植物毒性

露天存放的铅锌尾矿受到自身酸化和酸雨的双重影响,从而加剧尾矿对环境的影响。因此,研究尾矿在酸性条件下的重金属行为及其植物毒性,对植物在铅锌尾矿地的自然定居有非常重要的意义。将铅锌尾矿砂装柱,用pH2～7溶液淋溶50天的结果表明,酸度的提高可以显著地增加尾矿砂中重金属（Pb、Zn、Cu和Cd）的溶出。而随着时间的延长,Zn的溶出量明显增高,Pb和Cu的溶出则逐渐降低。在pH值＜3时,Cd的溶出逐渐升高,pH值＞3时,Cd的溶出也呈下降趋势。酸度对重金属溶出的影响由大至小依次为Zn＞Cd＞Cu＞Pb。渗滤液对植物的毒性随着起始淋溶酸度的提高与时间的推移而加剧     

上海白龙港排污口附近潮滩沉积物中重金属总量及其化学形态分析

利用Tessier分级提取法依次提取了上海白龙港排污口附近潮滩沉积物中几种重金属元素的化学形态 ,结果表明 :Cu、Pb、Fe、Zn、Cr在沉积物中均以残渣态为主 ,Mn以碳酸盐结合态为主 ,占到总量的 5 0 %左右 ;秋季碳酸盐结合态重金属向铁锰氧化物结合态发生形态迁移与转化 ,在低潮滩沉积物中 ,碳酸盐结合态重金属发生分解以后 ,一部分向上覆水发生了迁移和扩散 ;Cu、Pb、Fe、Mn重金属元素之间具有良好的相关性 ,Zn、Cr在沉积物中也表现出相似的化学行为。     

湖南某铅锌矿土壤重金属形态分析及淋溶液pH值对其淋滤的影响

为了解有色金属矿区土壤重金属形态及pH值对其迁移的影响,选取对土壤环境影响较大的Hg、Pb、Zn、Cr、Cd、Cu元素进行研究。采用欧共体参比司的三步连续提取法研究了某铅锌矿区周边农田10个土壤样品中重金属的形态分布,根据重金属形态中酸可提取态重金属的百分比,可得6种重金属的迁移能力大小顺序为Cd>Zn>Cr>Cu>Pb>Hg;用2.3、4.1、5.6、7.2四个不同pH值的淋滤液淋溶尾砂矿柱50 d,检测数据显示,酸度的提高可以显著促进尾矿砂中重金属(Pb、Zn、Cu和Cd)的溶出;除Zn元素外,其他元素在50 d内的溶出量均随时间的推移而降低。根据不同检测时间段内淋溶液溶浸出的重金属元素含量分析可知,重金属对酸性淋滤的敏感程度顺序为Cu>Pb>Zn>Cd。综合分析得出该农田重金属污染严重程度顺序为Zn>Cd>Pb>Cu>Hg>Cr。     

矿山不同片区土壤中Zn、Pb、Cd、Cu和As的污染特征

根据某典型有色金属矿山生产过程的污染状况,将受污染的矿区土壤分为尾矿污染区、坑道废水污染区、污风降尘污染区和精矿运输污染区4种类型.选择该矿区受污染土壤样本28个,用等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)等方法分析了土壤重金属含量和形态特征.结果表明,该矿区土壤重金属Zn、Pb、Cd、Cu和As污染较为严重,土壤Zn、Pb、Cd、Cu和As平均含量分别达508.6mg·kg^-1、384.8mg·kg^-1、7.53mg·kg^-1、356mg·kg^-1 和44.6mg·kg^-1.不同片区间存在明显差别,污染强度以尾矿污染区最高,内梅罗综合指数为173,其次是精矿运输污染区和坑道废水污染区,污风降尘污染区污染较轻;各片区土壤的重金属元素以残余态为主,有机结合态比例最小,不同元素之间、不同片区土壤之间各形态所占比例差别不大.     

羽序灯心草作为酸性矿山废弃地先锋植物潜力

生态复垦是当前世界各国酸性矿山废弃地修复的主要方法.通过研究云南来利山锡矿区废弃地土壤pH值、肥力特征及重金属含量,以及矿区生长的羽序灯心草形态特征和植株体内重金属的分布特征,分析植株耐酸性、对废弃地土壤肥力的适应性及对Zn和Cu等重金属污染的耐性,探讨其作为酸性矿山废弃地先锋植物的潜力.结果表明,研究区域根际土壤pH值均值范围为3.46～4.01,呈酸性;土壤中有机质、全钾、全磷和速效磷含量分别为10.28～25.75g·kg~(-1)、 8.84～9.32g·kg~(-1)、 0.56～0.63g·kg~(-1)和1.82～5.72mg·kg~(-1),处于较低水平;土壤中Zn、Cu和Fe含量均值范围分别为54.93～114.49、 92.53～127.59和47 133.60～112 259.63 mg·kg~(-1),其中重金属Cu含量超出风险筛选值1.85～2.55倍;研究区域羽序灯心草株高均值范围为43.77～55.42 cm,对照组植株高度为51.38～57.66 cm,无显著差异,表明羽序灯心草具有耐酸性及对重金属污染具有耐性.进一步分析对重金属Cu和Zn的富集能力和转移特征,发现对Cu和Zn都具有富集能力,且对Zn具有运转能力,具有一定的富集吸收潜力.株高与根际土壤中速效磷的含量显著相关,后期羽序灯心草作为先锋植物在矿山废弃地进行种植时,可针对性地补充含速效磷的肥料改善土壤肥力条件.综合分析结果表明,羽序灯心草作为先锋植物修复酸性矿山废弃地具有巨大潜力.     

固定化菌体吸附矿山废水中重金属的研究

研究了固定化菌体对矿山废水重金属的吸附性能.结果表明,固定化菌体对重金属有良好的富集性能,投加15g·L-1的固定化菌体,对100 mg·L-1 Cu、50 mg·L-1 Zn的去除率分别可达94.4%、80.6%.废水pH、菌体投加量对固定化菌体的处理效果影响较大,其最佳值分别为3.5、15 g·L-1.经4轮吸附-解吸循环实验,显示固定化菌体可重复利用3次,固定化菌体在使用第3次时,对100 mg·L-1 Cu、50mg·L-1 Zn的去除率分别为67.4%、46.5%.用固定化菌体的流化床工艺处理废水最佳参数为曝气量4.02 L·min-1,处理2h.用固定化菌体的流化床工艺处理矿山废水取得了较好的效果,对于浓度低于10 mg·L-1的重金属,去除率达到了100%,对浓度为579.2 mg·L-1 Fe的去除率也达到了56.6%,表明该工艺具有较好的工业化前景.     

废弃尾矿库15种植物对重金属Pb、Zn的积累和养分吸收

在废弃的铅锌尾矿库进行人工植被恢复试验.对3年生15种植物重金属积累和养分吸收特性的研究表明,植物对土壤重金属和养分的吸收积累因植物种类、部位、金属种类和种植时间的不同而有显著差异.树木不同器官Pb质量浓度高低的总趋势为根〉叶〉茎,部分树种Zn质量浓度表现为叶〉根和茎;在15种参试植物中,加拿大紫荆根系Pb和Zn质量浓度均处于最高水平（分别为1 803 mg.kg-1和2 120 mg.kg-1）,盐肤木具有最高的茎枝Pb、叶片Pb和Zn质量浓度（分别为280、546和1 507 mg.kg-1）,旱柳具有最高的茎枝Zn质量浓度（729 mg.kg-1）和较高的叶片Zn质量浓度（1 153 mg.kg-1）.枫香、紫花苜蓿对Pb,旱柳、盐肤木、紫花苜蓿对Zn的转移系数TF值均〉1.植物Pb的富集系数BCF值均小于0.17,旱柳、盐肤木、紫花苜蓿Zn的BCF值达0.37～0.43.固氮植物体内N含量显著高于其它植物,火炬树、臭椿对P和夹竹桃对K的吸收积累能力强.随着种植时间的增加,植株体内有重金属质量浓度增加、营养元素含量下降的趋势.盐肤木、旱柳等重金属积累树种及紫穗槐、紫花苜蓿、截叶胡枝子、桤木等固氮植物在铅锌尾矿治理中具有应用前景.     

Growth and metal uptake of energy sugarcane (Saccharum spp.) in different metal mine tailings with soil amendments

A pot experiment was conducted to investigate the feasibility of growing energy sugarcane(Saccharum spp.) in three different metal mine tailings(Cu, Sn and Pb/Zn tailings) amended with uncontaminated soil at different mixing ratios. The results indicated that sugarcane was highly tolerant to tailing environments. Amendments of 20% soil to Sn tailings and 30% soil to Cu tailings could increase the biomass of cane-stem for use as the raw material for bioethanol production. Heavy metals were mostly retained in roots, which indicated that sugarcane was useful for the stabilization of the tailings. Bagasse and juice, as the most valuable parts to produce bioethanol, only accounted for 0.6%– 3% and 0.6%–7% of the total metal content. Our study supported the potential use of sugarcane for tailing phytostabilization and bioenergy production.     

Hydrogeochemical and mineralogical characteristics related to heavy metal attenuation in a stream polluted by acid mine drainage: A case study in Dabaoshan Mine, China

Dabaoshan Mine, the largest mine in south China, has been developed since the 1970s. Acid mine drainage (AMD) discharged from the mine has caused severe environmental pollution and human health problems. In this article, chemical characteristics, mineralogy of ocher precipitations and heavy metal attenuation in the AMD are discussed based on physicochemical analysis, mineral analysis, sequential extraction experiments and hydrogeochemistry. The AMD chemical characteristics were determined from the initial water composition, water-rock interactions and dissolved sulfide minerals in the mine tailings. The waters, affected and unaffected by AMD, were Ca-SO₄ and Ca-HCO₃ types, respectively. The affected water had a low pH, high SO₄^2- and high heavy metal content and oxidation as determined by the Fe²⁺/Fe³⁺ couple. Heavy metal and SO₄^2- contents of Hengshi River water decreased, while pH increased, downstream. Schwertmannite was the major mineral at the waste dump, while goethite and quartz were dominant at the tailings dam and streambed. Schwertmannite was transformed into goethite at the tailings dam and streambed. The sulfate ions of the secondary minerals changed from bidentate- to monodentate-complexes downstream. Fe-Mn oxide phases of Zn, Cd and Pb in sediments increased downstream. However, organic matter complexes of Cu in sediments increased further away from the tailings. Fe³⁺ mineral precipitates and transformations controlled the AMD water chemistry.     

氧化亚铁硫杆菌生物浸出铅锌硫化矿尾矿及浸出过程中重金属形态分析研究

研究嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)对铅锌硫化矿尾矿重金属离子的生物浸出和重金属形态变化有助于了解生物浸出作用的过程变化.通过考察生物浸出体系中不同的矿浆浓度对pH值和浸出尾矿重金属的影响,探究生物浸出过程的重金属形态变化情况.结果表明,生物浸出作用对pH值和尾矿重金属的浸出影响巨大,随着矿浆浓度的增加,pH值下降速率呈现先升高后降低、重金属浸出率也呈现先增加后降低的趋势,最佳的生物浸出矿浆浓度为50 g·L~(-1),Fe和Zn的最佳浸出率分别为85.45%和97.85%.重金属形态分析表明,生物浸出作用对尾矿重金属形态变化产生巨大的影响,随着浸出时间的延长,重金属形态逐渐改变,首先易迁移的重金属被生物浸出,然后稳定的重金属也逐渐被生物浸出.     

铀尾矿库尾矿砂大气污染的控制研究

铀尾矿库运行期间,裸露的尾矿以扬尘形式对周边地区造成环境污染和辐射危害.因此,本文以平地型铀尾矿库为对象,应用CFD技术,探讨滩面形状(弧形、棱形和锥形)对减轻或控制运行期间尾矿库滩面颗粒物的大气迁移和环境污染的作用.结果表明,常年主导风速V=1.0m·s-1条件下,以1 mg·m-3的浓度为抑尘标准时弧形滩面抑尘效果最为明显,棱形滩面和锥形滩面抑尘效果较差.通过对不同风速下几种滩面形状防护效果的分析对比发现,小风速(V=0.5 m·s-1)下3种滩面形式辐射防护均效果良好,但随风速的增大效果逐渐减弱;弧形滩面条件下综合防护效果最佳.     

西南某铅锌矿区农田土壤重金属空间主成分分析及生态风险评价

以西南某铅锌矿区周边农田土壤作为研究对象,采集土壤表层(0~20 cm)149个土壤样品,分析测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn共8种重金属含量.采用多元统计分析,揭示了研究区农田土壤重金属污染的主要来源及各元素之间的相关性;并应用Hakanson潜在生态风险指数法,对农田土壤生态风险进行评价.结果表明,研究区农田土壤重金属Cd、Pb、Zn含量相对处于极高水平,均值分别为15.56、419.4、933.4 mg·kg~(-1),污染十分严重;Hg和As的均值分别为0.13 mg·kg~(-1)和37.3 mg·kg~(-1),属于中度污染;Cu、Ni、Cr的均值分别为26.1、14.3、33.4 mg·kg~(-1),未超过云南省土壤环境背景值;多元统计分析结果显示Cd、Pb、Zn、Hg、As这5种元素来源相似,主要来源于矿山开采和工业活动;Cu、Ni、Cr这3种元素来源相似,主要是自然来源;研究区综合潜在生态风险指数RI的均值为2 294.8,整体上处于极高生态风险水平.矿区开采和工业活动对农田土壤造成了严重的重金属污染.     

珊瑚钨锡矿硅质尾矿中Cd、As、Zn、F富集迁移及环境污染

硅质尾矿在释放中性矿山废水(NMD)时所伴生的多元素复合污染问题值得重视。本文以桂东北珊瑚矿尾矿作为研究对象,通过分析该尾矿的组构、元素富集及迁移特性,筛选出主要污染元素,并探讨尾矿胶结层对元素富集迁移的影响。结果表明:(1)该尾矿中Cd、As、Zn及F富集程度较高、可交换态含量(易迁移释放量)较大,是主要的污染元素,而Cu、Pb、Tl产生污染的可能性较小;(2)胶结层对重金属具有再富集作用,但其对可交换态Cd、As(Tl)再富集明显,而对可交换态Cu、Pb、Zn再富集则不明显。胶结层中次生伊利石、石膏等胶结物趋向于吸附富集活性可交换态Cd、As。这表明该尾矿可能迁移释放出含Cd、As浓度较高的NMD。研究表明,硅质尾矿风化释出NMD的同时,可能伴生Cd、As、Zn等重金属以及F的复合污染。