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1、第5 9 卷 地 质 论 评 2 0 1 3 年 7 月 GEOL OGI CAL REVI EW V J u l o 1 y 2 N o 1 德兴铜矿大坞河流域土壤 中 C d的环境 地球化学特征及意义 王晓 亮 赵元 艺 柳 建 平 路 璐 杨 永强 初 娜 1 中国地质大学地球科学与资源学院 北京 1 0 0 0 8 3 2 中国地质科学院矿产资源研究所 北京 1 0 0 0 3 7 3 北京中色资源环境工程有限公司 北京 1 0 0 0 7 0 内容提要 采用连续提取法对德兴铜矿大坞河流域的土壤样品中C d 元素的形态进行分析 并基于缓变型地球化 学灾害模型 对大坞河流域土壤中c d的
2、环境地球化学特征进行研究 结果显示 大坞河上游的祝家村附近和中游的德 铜医院附近的土壤中c d元素活动性污染总浓度 t o t a l c o n c e n t r a t i o n o f a c t i v e s p e c i e o f C d 以下记为 T C A S c d 随着污染物 的可释放总量 t o t a l r e l e s e a b l e c o n t e n t o f t h e p o l l u t a n t o f C d 以下记为 T R C P c d 增加而增加 二者之间呈线性关系 虽然 大坞河上一中游的样品中 T R C P 范围均在
3、国家三级土壤标准之下 但随着该地区土壤中c d元素的不断输入 这种情 况下所造成的污染相对于缓变型地球化学灾害造成的污染 应当更加引起重视 在大坞河下游的下沽口村附近土壤 中 c d的各形态数据特征符合缓变型地球化学灾害特征 且有 T R C P 向 T C A S 释放转化的趋势 c d 元素的缓变型地 球化学灾害模型为Y 1 1 2 1 6 7 E一0 4 x 一 6 2 5 5 8 4 E一 0 2 x 1 1 5 2 9 8 E 0 1 x一 6 0 7 4 5 2 E 0 2 爆发临界点为 T R C P c d 1 8 5 9 0 n g g 有约3 6 的样品超过爆发临界点 具有
4、爆发缓变型地球化学灾害的可能性 这种认识对大坞河流域土壤 中 C d元素污染的预警和对生态环境的改善具有重要意义 关键词 环境地球化学特征 C d 元素 大坞河流域 德兴铜矿 矿山环境是一种重要原生与次生环境的复合体 特别是金属矿山 既是资源的集中地 又是天然的生 态环境污染源 矿业活动对矿 山地球化学环境及周 围的生态系统带来了巨大的影响 邹知华等 1 9 9 4 倪 师军等 2 0 0 1 硫化物金属矿山开采过程 中这些影 响极为明显 金属硫化物的氧化会释放出大量的重金 属离子和酸性废水 含有大量的H s 0 一 它们和 固体废弃物的大量堆积带来的各种环境问题 已成为 金属矿山采选业 的三
5、大环境公害和重要的环境污染 源 付善明等 2 0 0 6 德兴铜矿由于多年的采矿积累 了大量的低品位矿石和废矿石 分别堆积在祝家村 杨桃坞和西源废石场 为进一步对铜的回收利用 废 石场多数用硫杆菌和稀硫酸进一步喷淋矿石浸取铜 同时在这个过程 中产生大量 的氧化酸性废水 由于 种种原因 德兴铜矿地 区环保设施运行效率不高 做 不到对所有的酸 陛废水进行处理后排放 会对大坞河 河水的水质造成一定影响 初娜等 2 0 0 7 2 0 0 8 大 坞河含有的酸性废水与重金属严重污染了下游有关 地区 何孟常等 1 9 9 9 许万文等 2 0 0 4 本文在缓变 型地球化学灾害数学模型的基础上 通过野外
6、采样和 室内测试分析 对大坞河流域土壤中 c d 元素进行了 环境地球化学研究 详细地分析了大坞河流域土壤中 c d元 素的污染状况 这对研究区土壤污染治理和生 态环境改善具有一定参考价值 1 德兴铜矿环境地质特征 德兴铜矿位于江西省上饶地区德兴县泗洲镇 距 德兴县城 2 2 k m 是世界上铜资源量在 8 0 0万 吨以上 的 8 个斑岩型矿床之一 为 目前亚洲生产规模最大的 铜矿 德兴铜矿包括富家坞 铜厂和朱砂 红 3个矿 床 3处共探明可开采的矿石总储量为 1 6亿 吨 含铜 9 O O万吨 含钼 2 9 万吨 还有十余种价值较高的伴生 注 本文为国土资源部公益性行业科研专项 德兴铜矿集
7、区地球化学环境 累积效应 与预警方法研究 编号 2 0 1 1 1 1 0 2 0 0 5 江西德兴斑岩铜 矿科学基地研究 编号 2 0 0 9 1 1 0 1 中国地质调查局地质矿产调查项目 钦杭成矿带中新生代岩浆一热液多金属成矿与靶区优选 编号 1 2 1 2 0 1 1 0 8 5 4 0 8 以及 国土资源部专项项 目 矿产资源开发对环境 的影 响及整治示范研究 之子项 目 矿床地质环境模型及环境评价 编号 3 0 3 0 2 4 0 8 2 的成果 收稿日 期 2 0 1 2 O 9 1 1 改回日期 2 0 1 3 01 2 8 责任编辑 章雨旭 作者简介 王晓亮 1 9 8 8年
8、生 硕士 地质工程专业 E ma i l 9 7 5 7 7 1 7 7 9 q q o o m 通讯作者 赵元艺 男 1 9 6 6年生 研究员 主要从 事矿床 学和地球化学研究 E m a i l y u a n y i z h a o 2 s i n a c o rn 地质论评 2 0 1 3正 元素 矿区是一个 以黄铜矿为主的多元素共生硫化 物矿床 共生元素有 C u S F e P b Z n Mo A g A u C o B i A s Mn S i T i C a Mg等 矿石储量大 C u品位 虽低但较均匀 矿石类型简单 矿体埋藏较浅 在温热 气候条件下 由于强烈的风化和淋溶作
9、用 土体下面 形成厚达数米至数十米的红色风化壳 C a Mg K N a 等金属元素有明显迁移 而 F e明显富集 构成铁 铝型风化壳 大坞河河流全长 1 4 k m 汇水面积 3 4 k m 流经矿区腹地 在矿区北部汇入乐安河 乐安河 最终汇人鄱阳湖 大坞河是乐安河的支流之一 发源 于德兴铜矿区东端官帽山 流贯矿区 流域汇水面积 3 4 k m 2 以上 有 明显的山区河流特征 河流全长为 1 4 k m 经张家坂 沽口村流人乐安河 大坞河汇集了矿 床 岩隙 废石堆渗出的酸性水 流域内环境污染问题 已引起研究者的不断关注 赵元艺等 2 0 0 3 初娜等 2 0 0 6 赵元艺等 2 0 0
10、 6 2 0 0 9 2 样品与实验 2 1 样品采集 取样时间是 2 0 0 4年 4月 共采集样品 2 2件 对 大坞河上 中 下游分别取样 其 中上游 6件 中游 2 件 下游 1 4件 在大坞河上游西岸分别采集 了两个 土壤剖面 下游地区同样采集土壤剖面 图 1 采样时尽量避开受居民生活环境污染的土壤 选 择具有代表性的采样点 应用 G P S定位仪确定采样 点的经纬度 并记录所取样品周围的环境状况和土壤 状况 采集完的样 品 现场需要手工挑 出其 中的草 根 砾石等杂物 然后盛装在透气性 良好 的样 品袋 中 2 2 样 品分析 所采样品送至中国地质科学院地球物理地球化 学勘查研究所
11、进行分析测试 用 5 0 8型原子吸收光度 计对样品中 C d元素含量进行分析 采用连续提取法 对样品中 C d的水溶态 吸附态 碳酸盐态 有机结合 态 硫化物态 硅酸盐态等形态进行分析 从表 1中我们可以得到 C d元素吸附态 的相对 偏差 R E为 3 0 9 估计也是由于含量少的原 因 但 是 C d元素的主要形态有机态和硅酸盐态的相对偏差 在 5 左右 因此不会造成大的影响 从表 2中可以看到 c d大部分样品的 大坞河 流域土壤 C d元素总量与形态含量之和的相对误差 在 1 0 2 0 范围内 有个别的样 品 o r 值偏大 可能 由于样品中 C d的含量很低造成的误差 表 1 C
12、 d土壤元素形态精密度比较 Ta b l e 1 Th e p r e c i s i o n o f Cd e l e me n t s p e c i a t i o n s i n s o i l s a mpl e s 水 吸 碳 硫 有 硅 溶 附 酸 化 酸 机 盐 态 态 态 态 态 盐 态 测量值 1 n g g 3 2 1 O 8 3 4 4 1 5 6 3 9 8 测量值 2 n e s 2 7 5 7 3 6 1 4 1 5 3 8 4 R E 8 5 3 0 9 2 2 3 1 8 6 7 6 表 2大坞河流域土壤 C d元素总量与形态 含量之和的相对误差表 Ta b
13、l e 2 Th e c o m p a r i t o n b e t we e n C d e l e me n t c o n t e n t s a n d s u m o ft h e s p e c i a t i o n s 样品编号 总量 n 昏 g n g s 盯 4 1 8 邢B 1 2 0 0 l 柏 3 0 4 1 8 1 0 3 2 1 6 o 1 2 0 2 5 4 1 8 r I 1D 4 1 2 3 0 1 9 0 1 7 4 4 1 8 I D 4 4 2 9 0 2 8 0 3 4 4 1 6 F 0 1 2 2 0 2 9 o 3 1 8 4 1 6 H
14、2 1 3 0 1 4 0 7 7 4 1 8 T O 1 1 1 7 0 2 4 0 2 9 2 4 1 8 T 0 1 2 2 1 0 1 9 0 9 5 4 1 6 T O 3 1 1 5 0 1 4 o 6 6 4 1 6 I D 3 4 1 4 0 1 7 0 2 1 1 4 1 6 T 0 3 7 l 4 0 1 1 0 2 1 4 4 1 6 I D 3 8 1 5 0 1 8 0 2 0 4 1 6 I D 4 1 7 0 1 9 o 1 1 7 4 1 6 T O 7 1 3 3 0 2 9 0 l 2 1 4 1 6 T O 7 2 l 9 0 2 3 O 2 l 注 是
15、C d元素各形态含量之和 口 c d元素总量 一 总量 1 0 0 3 大坞河流域土壤中 C d的 元素含量特征 文 中 C d元素的水溶态 吸附态 碳酸盐态 硫化 物态 有机结合态 硅酸盐态分别 以 C d l C d 2 C d 3 C d 4 C d 5 C d 6表示 研究区 c d 元素污染物的可释放 总量 t o t a l r e l e s e a b l e c o n t e n t o f t h e p o l l u t a n t o f C d 以 下记 为 T R C P 即 c d元 素 各 形 态 含 量 之 和 T R C P c d C d l C d
16、2 C d 3 C d 4 C d 5 C d 6 由于 C d的硅酸盐态性质稳定 在 自然界正常条件下不易 释放 能长期稳定的存在于沉积物中 不易为植物吸 收 故在整个土壤生态系统中对食物链影响较小 李 宇庆等 2 0 0 4 所以研究区c d 元素活动性污染总浓 度 t o t a l c o n c e n t r a t i o n o f a c t i v e s p e c i e o f C d 以下记为 T C A S c d T C A S d T R C P c d C d 6 这六种结合态按照 其在水中的溶解度 的从大到小排列为 C d l C d 2 地质论评 2 0 1 3年 T C A S c d 的范围在 1 2 7 4 1 6 1 2 n g g之间 其平均值 为 1 4 4 3 n g g 在大坞河下游地区 c d元素 T R C P d 的总量范围在 1 0 9 4 2 9 3 3 n g g之间 其平均值 为 1 8 0 3 n g g C d 元素的有效态含量 T C A S d 的范围在 6 1 2 2 2 3 n g g 之间 其平均值为
