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1、目录第一章 概述11.1 研究的目的和意义11.2 国内外研究现状21.2.1尾渣中无机盐和微量金属离子溶出的研究现状21.2.2 尾渣产生的酸性水防治的研究31.2.3 尾渣产生的重金属污染治理现状31.3研究的内容及方法4第二章 地质环境概况62.1 地形地貌62.2 尾矿库类型72.3 尾矿对环境的影响72.3.1尾矿对大气环境的影响72.3.2 尾矿对土壤的危害92.3.3 尾矿对水环境的影响92.3.4尾矿废渣对地质环境的影响泥石流隐患10第三章 实验部分123.1 实验材料123.1.1 实验所用的仪器123.1.2 实验所用的样品和试剂123.2 实验方法123.3 淋溶实验12
2、3.3.1 淋溶实验的过程123.4 静态浸出实验方法133.5 解析实验方法133.6 尾矿渣粒度分布测定方法133.7 尾矿渣含水率测定方法133.8 pH测定方法(用pH计测)143.9 氟离子选择电极法153.9.1 简介153.9.2 仪器与药品153.9.3 实验步骤15第四章 尾渣淋溶结果及机理分析174.1 尾渣淋溶174.1.1不同淋溶时间重金属的变化规律174.1.2 淋溶率的计算194.1.2 淋溶液PH变化规律194.2 静态浸出实验204.2.1静态浸出重金属变化规律204.2.2 静态浸出pH变化规律224.3 解析实验234.3.1解析液重金属变化规律分析234.
3、3.2 解析液的pH值254.5 土柱淋滤液的pH实验264.5.1 实验原理与作用264.5.2 实验过程264.5.3 实验数据与分析264.6 尾矿渣含水率测定实验264.7 尾矿渣的粒度分布实验274.7淋溶液氟离子浓度变化规律284.7.1实验过程284.7.2实验数据与分析284.8 影响无机盐和重金属元素析出的主要因素294.8.1 重金属元素的赋存状态304.8.2 元素的含量304.8.3 溶液的pH304.8.4 溶液温度304.8.5 浸泡时间304.8.6 矿物粒度304.8.7 固水比31第五章 评价结果325.1评价标准325.2 评价结果及讨论32第六章 结论及建
4、议356.1尾矿的治理及修复356.1.1尾矿废水治理356.1.2 尾矿固体废弃物的治理366.2结论37附 图39致 谢40参考文献41第一章 概述1.1 研究的目的和意义尾矿是选矿中分选作业的产物之一，其中有用目标组分含量最低的部分称为尾矿。在当前的技术经济条件下，已不宜再进一步分选。尾矿并不是完全无用的废料，往往含有可作其他用途的组分，可以综合利用。实现无废料排放，是矿产资源得到充分利用和保护生态环境的需要。尾矿粉尘遇风容易飞扬，遇水容易流失，长期堆放，不仅占用大量土地，同时尾矿粉尘对周围环境构成危害。比如某市现有金矿尾矿库大小近百个，大多呈山谷形、山坡形和平地形，多数已被覆土造田，有
5、的正在使用，还有一部分没有被覆土，也有的尽管压了一层薄土，易形成第二次粉尘危害，仍对周围环境造成影响。由于金矿尾矿粒度细，并含有选矿药剂以及金属离子，一遇大风，特别是干季36月份，将尾矿刮得黄砂骤起、尘土飞扬，落入村庄、农田、果园，使其受到污染侵害，由此而产生的污染纠纷将直接影响社会的安定团结。尾矿对环境污染大体通过三种途径：一种是尾矿在风化过程中逸出某些有害气体，经大气传播而进行污染；另一种是极细的尾矿砂粒受风吹的作用（甚至可形成沙暴），使周围环境受到严重危害；三是遇到汛期，尾矿连同雨水流入农田、河流，使地下水造成危害。综上所述，尾矿污染占用土地，损害景观，破坏土壤，危害生物，淤塞河道，污染
6、大气。尾矿库占用大量土地, 破坏原有植被, 造成水土流失, 污染环境, 危害农牧渔业, 同时存在安全隐患。尾矿库运营好坏涉及到尾矿库下游和周边人民生命财产的安全和环境质量。对尾矿的治理和合理利用不仅可以防治环境污染, 而且能产生一定的经济效益。既然尾矿对当今社会，经济，生活，人体健康都会造成难以挽回的损失，所以研究和治理尾矿已刻不容缓，意义凸显。关于矿山水环境问题，人们直接联想到的是矿山酸性水，而对于淋滤出来的重金属离子对周围环境（如水环境，土壤环境，大气环境）的污染作用没有引起足够的重视。由于酸性水的产生促使重金属硫化矿物的氧化作用增强而释放重金属离子于水中，含重金属水体的污染影响也需被关注
7、。人们的另一种习惯思维认为只要是金属硫化矿物暴露在氧化环境中，就一定会产生酸性水，由于矿物中缓冲成分的作用，事实上并非如此。然而，由于碱性碳酸盐的缓冲作用，虽然阻止了酸性水的产生，但在另一方面却使得水的总硬度增高，矿化度增大。上述情况表明，金属硫化矿区矿业废石对水环境的影响是多方面的，人们也应对其全面研究。本文就是针对尾矿对水环境的影响进行探讨，通过模拟实验揭示了人们容易忽略的酸性水中微量金属离子的动力学变化机理，希望人们对其给予全方位的关注。本研究对控制金属硫化矿业尾矿对水环境的影响具有一定的理论意义，对于控制污染也具有实用价值。通过模拟尾矿渣的淋溶过程，能够直观地看出淋溶过程及方便地提取淋
8、溶液，研究并测定尾矿淋溶液中各种重金属的含量，对于研究尾矿淋溶液对周围环境的污染有重大的指示作用，以及能够为寻找治理方法提供依据。1.2 国内外研究现状我国过去几十年的经济活动主要以人为中心,以经济效益为目标,较少关注环境问题。对矿山尾矿的研究基本集中在资源的综合利用研究方面。综合利用的途径一是通过选矿技术最大限度地分离回收有用组分,减少尾矿的堆存量;二是利用尾矿开发建材材料和建材制品;三是利用尾矿作井下充填材料。由于金属矿山矿石有用组分含量低,矿山大多地处偏僻、交通运输条件差、远离大城市的位置,尾矿的综合利用率始终不高。国内对矿山尾矿等固体废弃物的处置一直比较重视尾矿库的建设、土地的利用及坝
9、体的稳定性。对矿山环境问题的研究多集中于矿山环境地质灾害、水污染治理方面,而对尾矿衍生环境效应的过程、机制、影响因素研究不够, 以至于到现在为止,人们仍然只认识矿山固体废弃物造成环境污染这个结果,而不了解矿山固体废弃物产生环境污染的过程、机制,特别是对金属矿山尾矿库内流体流动、矿物溶解和结晶、金属矿物风化氧化、重金属迁移等动力学缺少认识。由于对金属矿山尾矿库内发生的上述一系列表生地质作用过程、机制、速率以及外界因素对它们的影响缺少基本的了解,严重制约了金属矿山固体废弃物的无害化处置和矿山环境综合治理技术的发展。西方发达国家早已认识到金属矿山开发引起环境污染问题的严重性。最使人们不安的是,即使在
10、矿山关闭几十年、上百年甚至更长的时间内,尾矿淋滤液对生态环境系统的严重影响仍然存在。例如,加拿大曾对部分矿山酸性水的产生和持续时间进行调查,发现有的矿山在尾矿库关闭几百年后仍然大量渗漏酸性排水。到1988年为止,一共调查了108 个废矿,其中21 个由于排出酸性废水而被评为危险场地。酸性排水影响面积超过15000hm2 , 处理费用惊人,仅土地恢复费用就超过30 亿美元。因此, 各国都积极对矿山尾矿引起的酸性排水和重金属污染进行深入研究。特别是近10 年来,国外学者对尾矿矿物学、地球化学及模拟试验研究,使该领域取得了较大进展。1.2.1尾渣中无机盐和微量金属离子溶出的研究现状一些学者对尾矿中金
11、属离子的溶出进行了研究。谭凯旋对湘西金矿尾矿水相相互作用的动力学进行了初步探讨；马少健等人用静态浸泡实验方法，研究了硫化矿尾矿中铅锌重金属的溶出规律；为控制金矿开采废岩和选冶废料的酸化，孙丽娜通过净产酸量、净产酸势实验，研究了猫岭-王家崴子金矿区采矿废石和尾矿的酸化情况；胡宏伟利用淋溶实验，研究了乐昌铅锌尾矿的酸化及其对重金属溶出的影响；蓝崇钰进行了酸性淋溶对铅锌尾矿金属行为的影响及植物毒性的研究。文献中有关煤矸石堆放对水环境影响最多。余运波等人研究了煤矸石堆放对水环境的影响；刘桂建在煤矸石淋溶实验的基础上，研究了有害微量元素从煤矸石中淋溶析出的浓度与其在煤矸石中的含量和赋存状态的关系；党志还
12、进行了煤矸石中微量重金属元素化学活性的实验模拟研究；王而力等通过模拟淋溶试验，研究了风化煤矸石中无机盐对地下水污染的可能性；张泰芳也研究了淮南潘谢矿区煤矸石浸泡实验及对水环境的影响。1.2.2 尾渣产生的酸性水防治的研究对于矿区酸性水(AMD)对环境的危害防治方法研究,国外研究者欲使黄铁矿表面形成的磷酸铁膜抑制其化学氧化,试图从源头上控制AMD的产生.国内兰叶青等人考虑到T.F菌参与下的黄铁矿氧化反应不可避免,便通过室温条件下用柱子淋洗模拟研究,结果表明用磷酸铁膜法抑制黄铁矿氧化难以取得预期效果;兰叶青等还研究了不同pH时磷酸盐对黄铁矿氧化的影响和淹水、湿润和干燥条件下有无氧化亚铁硫杆菌参与对
13、淋溶柱中 氧化行为的影响；李建设揭示了细菌在矿山酸性水形成和治理中的作用；为防治矿山尾矿造成的=环境污染，陈天虎对方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿进行了风化氧化实验研究，提出了对尾矿库加入生化污水或有机废水，使尾矿固体废弃物系统维持封闭缺氧环境条件，从而达到以废治废的目的。一些研究者也对矿山尾矿酸性排水和重金属前一规律以及污染治理技术进行过研究。其中Cravotta等（1999）研究碳酸盐在硫化矿物风化过程中的中和作用时提出使用石灰石来处理矿山酸性排水；Waring等（1999）提出在采矿场建立地下水化学屏障。1.2.3 尾渣产生的重金属污染治理现状长期以来国内外学者对土壤重金属污染治
14、理进行了大量研究, 取得了一定的效果。目前常用的重金属污染治理方法有物理方法(客土法、淋滤法、吸附固定法)、化学方法(生物还原、络合浸提法)及玻璃化、土壤冲洗、电动修复等。但这些方法工程量大、投资昂贵、修复成本极高, 影响土壤结构, 治理面积小。近年来对环境扰动少、修复成本低且能大面积推广应用的植物修复( phytoremediation)技术应运而生,为重金属污染治理提供了新途径。在美国采用植物修复法种植和管理的费用比采用物理、化学处理法低几个数量级, 如每年1 m2 土壤的修复处理费用仅为0.02- 1.0美元。植物修复就是利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下
15、水中有毒有害的污染物的技术的总称。广义的植物修复技术包括利用植物修复重金属污染的土壤、利用植物净化空气、利用植物清除放射性核素和利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中有机污染物4个方面。狭义的植物修复技术主要指利用植物吸收污染土壤中的重金属。它由三部分组成: (1)植物提取技术；(2)植物挥发作用；(3)根际过滤技术。植物提取就是利用重金属超富集植物从土壤中吸取金属污染物, 随后收割其地上部并进行集中处理,并通过连续种植该植物而达到降低或去除土壤重金属污染的目的。目前已发现有700多种超富集重金属植物, 积累Cr、Co、Ni、Cu、Pb的量一般在0.1%以上, 积累Mn、Zn的量可达到1%以上。国外对重金属污染的植物修复研究开展得比较早,Chaneyetal 1983年首次提出利用某些能够超富集重金属的植物清除土壤重金属。1977年Brooks et al提出超富集植物(hyperaccumulator)的概念, 定义地上部分富集Ni含量大于10-4(干重)的植物。后来随着其它重金属超富集植物的陆续发现, 科学家对此定义做了修改。Brakeretal 1989年重新
