铜陵酸性废水论文.pdf

第30卷第3期 2007年3月 合月巴工业大学学报 自然科学版 JOURNAL OF HEFEI UNlVERSITY OF TECHNOLOGY Vol 30 No 3 Mar 2007 铜陵新桥硫铁矿废石的酸性排水研究 王军殷福才徐晓春2 1 安徽省环境科学研究院 安徽合肥230061 2 合肥工业大学资源与环境工程学院 安徽合肥230009 摘要 文章首次研究铜陵新桥硫铁矿的排石场 从排石场随机采取7个废石样 使用改进的酸碱计数测试法 来研究废石的产酸能力和酸中和潜力 实验可知新桥硫铁矿产生矿山酸性排水 同时根据实地情况 提出 些治理酸性排水的措施 从而减少酸性排水对周围环境的危害 关键词 废石 矿山酸性排水 环境 铜陵 中图分类号 X522文献标识码 A文章编号 1003 5060 2007 03 0367 04 Study of AMD from the discarded rocks in the Xinqiao pyrite Tongling W ANG J un1 YIN Fu cai1 XU Xiao cht日 2 O A且huiInstitute of Environmental Science Hefei 230061 China 2 School of Resources and Environment Hefei University of Tech nology Hefei 230009 China Abstract The discarded rock heaps in the Xinqiao pyrite Tongling are investigated for the first time The seven samples are randomly coUected from the discarded rock heaps The acid potentialCAP and neutralization potential CNP of the discard rocks are tested via the modified acid base accounting CABA test consequently finding that the Xinqiao pyrite mine has acid mine drainageCAMD Some measures for treating the AMD are proposed to avoid the harm of AMD to surroundings Key words discarded rock acid mine drainageCAMD environment Tongling 目前国内外对矿山环境的研究主要有 研究 原生矿物 次生矿物的矿物学性质及其化学组分 分析可能产生的环境问题口 飞对采矿造成的土 壤 植物 水体等的污染进行了大量的研究 3飞 文献 6J研究了黄铁矿 磁黄铁矿 黄铜矿 菱铁 矿 磁铁矿及闪辞矿等金属矿物在淋滤作用下产 生的含有高浓度重金属的酸性排水 此外对尾矿 库周围土壤中重金属元素形态特征 土壤复垦和 生物修复等开展了初步的研究 7 9J但对排石场 废石的研究还比较薄弱 由于废石的酸性排水会 加速硫化物及其他造岩矿物的氧化和溶解 导致 废石中许多元素释放迁移出来 其中包括许多有 害元素 它们的迁移必然会对周围的土壤环境 水环境 大气环境等造成严重的危害 因此研究废 石的酸性排水具有重要的实际和理论意义 笔者 收稿日期 2006 03 03 修改日期 2006 03 31 选择了具有悠久采矿历史的铜陵作为研究区域 1 研究区概况 铜陵位于安徽省中南部 地处长江下游南岸 矿产资源丰富 有矿种近30种 新桥硫铁矿为一 大型含铜黄铁矿矿床 除主元素Cu Fe S外 伴 生有多种贵金属 稀有金属及分散元素 矿区位 于大成山倾没背斜与舒家店背斜北西翼的交汇 处 大地构造上属于准阳山字型南东翼 主要构 造线方向为北东向 矿区内岩浆岩有矶头岩株 为石英闪长岩小侵人体 断裂构造有层间剥离破 碎带及横断层 矿床成因类型属砂卡岩 热液矿 床 主要矿化发育于高丽山组砂页岩与黄龙组白 云质灰岩之间的层间剥离破碎带中 形成规模巨 大的似层状矿体 其次则发育于侵人体接触带 作者简介 王军0977 男 安徽合肥人 安徽省环境科学研究院工程师 殷福才0961 男 安徽六安人 博士 安徽省环境科学研究院教授级高级工程师 硕士生导师 徐晓春0961 男 安徽潜山人 博士 合肥工业大学教授 博士生导师 368 合肥工业大学学报 自然科学版 第30卷 中 形成不规则的透镜状 囊状矿体 断裂破碎 带充填有脉状小矿体 在层间剥离破碎带倾角变 化地段 侵人体接触带与层间剥离破碎带交汇 处 侵入体接触凹处常有矿化富集现象 叫 新 桥硫铁矿原矿的主要金属矿物为黄铁矿 黄铜矿 磁铁矿 赤铁矿 方铅矿 铁闪钵矿 磁黄铁矿 胶 状黄铁矿 辉铜矿 斑铜矿 黝铜矿以及硫盐类 原矿的化学成分 见表1所列 11J 表l新桥硫铁矿化学成分分析结果 成分Au Ag Cu S Fe Pb Zn As CaO MgO Al203 Si02 质量分数O 82 14 00 O 40 36 27 33 73 0 067 O 21 O 054 3 06 l 44 2 85 14 1 2 注 Au Ag品位单位为g t 新桥硫铁矿的排石场距离采矿场约2km 排 石场四面环山 但在东北及西南方向各有一山沟 废石由于淋滤所产生的渗洁 液从这两处流出 东 北方向接着圣冲水库 主要用于农业灌溉 2 矿山酸性排水 2 1 矿山酸性排水产生机理 酸性矿山废水 A孔ID 的pHNP时 则可能会产生酸性排水 目前 预测 酸性矿山酸性排水的可能性方法主要有实验室的 静态实验测试法 动态实验测试法 由于动态实 验方法还不完善 所以静态实验测试方法仍被广 泛运用 主要测试法包括 Sobek的酸中和潜力 测试方法 Lawrence提出的改进中和潜力酸碱计 数测试法 但普遍认为Sobek测试条件不符合 实际的野外环境 得到的结果是最大的产酸能力 和酸中和潜力 所以测试结果的正确性和意义引 起了广泛的争论 本次实验使用了Lawrence和 Wa吨在1997年提出的改进酸碱计数测试法 NPR NPjAP 1 NPR0 3 通常 定义为有酸产生 2 l NPR 3 硫化物中w S 0 3 通 常为不确定 可能有酸产生 3 NPR 3 不需考虑硫化物中S含量 定 义为没有酸产生 3 样品采集与处理 从新桥硫铁矿随机采取7个废石样 采集的 样品用双层的聚乙烯塑料袋盛装带回 除去其中 的小石块 植物根系 废纸等杂质 然后将样品装 第3期王军 等 铜陵新桥硫铁矿废石的酸性排水研究369 人干净的布袋中 放人40 C的恒温箱烘干 5d 后取出 先用锤子砸碎 再用玛瑞研钵将其磨碎后 拿200目的筛网进行筛分 然后用样袋保存待用 4 实验方法和结果 4 1 实验药品与器材 1 实验药品 去离子水 o 1 mol L NaOH 25 的HCl 1 0 mol L的HCl 2 实验器材 表面皿或铝馅 250 mL锥形 瓶 移液管 六联搅拌器 酸 碱滴定管 精密pH t 分析天平 4 2 实验步骤 1 用己知浓度的Na2C03来标定未知的 HCl的浓度 然后再用已标定的HCl来确定未知 的NaOH浓度 2 将7个废石样研磨并过200目的筛网 称取筛下组分1 2g放在洁净的表面皿上 加人 几滴25 的盐酸 观察反应强度 根据反应的剧 烈程度 对反应产生气泡的快慢定性地指定一个 值 包括元气泡 轻微产生气泡 中等程度和强烈 反应 3 称量2g的样品放人250mL的锥形瓶 中 加人90mL的蒸馆水 4 开始测试 时间 0时刻 根据上面记下 的反应气泡产生情况 按表2中所列的剂量加人 1 0 mol L的HCl 5 在室温条件下 将锥形瓶放在六联搅拌 器上搅拌2h后 按表2第2次加人盐酸 6 22 h后 测定泥浆物的pH值 若 pH 2 5 加人一定量的1 0 mol L的盐酸 将 pH值调至2 0 2 5之间 若此时pH 2 0 说 明在第4 5步加人了过多的酸 此时就必须重新 开始实验 特别注意盐酸的加入量要少一些 7 24 h后终止实验 加人蒸馆水使锥型瓶 中的泥浆容量达到125mL 测量并记录此时的 pH值 确定在要求的2 0 2 5范围内 8 使用已标定浓度的NaOH来滴定锥型 瓶中的溶液 使其pH值达到8 3左右 记录使用 的NaOH的量 9 根据公式计算样品的NP值 即 NP HCL的体积XHCL的浓度 NaOH 的体积XNaOH的浓度 X50 样品质量 其中 NP的单位为kgCaC03 t 样品质量 的单位为go 表2改进酸碱计数测试预先酸化用量mL 加入1 0 mol L HCl的量 气泡产生情况 时刻2h后 元气泡1 0 1 0 轻微产生气泡2 0 1 0 中等程度2 0 2 0 强烈反应3 0 2 0 4 3 实验结果 实验得到废石样的酸中和能力和产酸潜力的 结果 见表3所列 其中w S 采用非水滴定燃烧 法测定 产酸能力是在废石样中硫含量的基础上 用Sobek方法计算得到的 AP与NP的单位都 换算为kgCaC03 t 根据Lawrence和Wang 997 的方法判断废石是否产生酸性废水 表3废石样的AP与NP的实验结果 样品编号wCS c AP 消耗的HCl mL 石 XQ 10 42 13 12 2 40 石 XQ 20 04 1 20 2 40 石 XQ 30 05 1 56 2 40 石 XQ 41 42 44 37 2 00 石 XQ 50 62 19 37 4 20 石 XQ 6o 33 10 31 2 10 石 XQ 73 44 107 50 2 50 5讨论 从表3可见 石 XQ 5的酸中和潜力大于其 产酸能力 因此 这个废石样品不会产生酸性排 水 石XQ 2与石XQ 3依据NPR不能确定它是 消耗的NaOH mLNP NPR 产酸的可能性 23 00 2 50 o 19 有酸产生 23 70 0 75 o 63 不确定 23 20 2 00 1 28 不确定 11 90 20 25 o 46 有酸产生 o 60 103 50 5 34 元酸产生 20 40 1 50 0 15 有酸产生 23 60 3 50 o 03 有酸产生 否能产生酸性排水 其他废石样品的酸中和潜力 小于其产酸能力 都可以产生酸性废水 特别是 石XQ 7 其AP为107 50kg CaC03 t 而NP只 有3 50kg CaC03 t 产酸能力大大多于酸中和 潜力 由此可以推断新桥硫铁矿的废石场中大部 370 合肥工业大学学报 自然科学版 第30卷 分的废石都可能会产生酸性废水 事实也的确如此 在废石场西南方向的沟渠 中测定渗滤液的pH值为2 水的颜色为红褐色 且有大量的悬浮物 主要是由Fe3 Al3 和硫酸 盐等组成的化合物 矿山酸性排水主要是由黄铁矿和其他的硫化 物氧化形成的酸性淋滤液 它不仅pH值较低 而 且含有高浓度的Fe计 so 及重金属 因此矿 山酸 t1废水及其危害成分进入周围的环境将直接 或间接地严重威胁生物区和生态平衡 再由食物 链的传递 最终影响附近居民的身体健康 新桥 的圣冲水库紧临着这个排石场 该水库主要用于 农业灌溉 根据野外调查 排石场的渗滤液收集 池与圣冲水库之间有2个大坝拦截 第1个大坝 由石块 水泥等砌成 防渗性相对较好 第2个大 坝由装土的蛇皮袋堆砌而成 防渗性较差 6 防治对策 对于新桥废石场的酸性排水 不仅要进一步 做好防渗措施 而且还需从源头治理 减少矿山酸 性排水的产生 目前国际上酸性废水的治理技术主要包括 碱性物质中和 湿地处理系统 覆盖隔离技术 显 微密封技术以及微生物治理等 对新桥硫铁矿排 石场的第2个大坝可用一些防渗性较好的材料重 建 而且还要对收集池的地表面及渗滤液可能接 触到的周围表面做好防渗措施 从而减少酸性废 水对地表水与地下水的污染 但在雨季水量较大 的情况下 很难避免由于洪水将渗滤液带人周围 环境的可能性 根据实地情况 应将收集渠中的废 水及时泵送现有的污水处理厂或者新建一个污水 处理厂 以便及时处理产生的酸性废水 同时可 以在收集池的周围适当地播撒一些石灰 减少废 石渗滤液的酸度 此外 从源头治理新桥排石场的酸性排水4就 必须根据该废石的矿物成分与性质 废石风化氧 化产酸机理与重金属的溶出机理及其地理环境 气候环境等因素来研究适合治理酸性废水的对 策 此项工作还需要更多的科研工作者进一步探 讨和研究 参考文献 lJ Milu V Lcroy J L Peiffert C Water contamination down stream from a copper mine in the Apuseni Mountains Ro mania J Environmental Geology 2002 42 773 782 2J Hammarstrom J M Seal II R R Meier A L et al Weathe ring of sulfidic shale and copper mine waste secondary minerals and metal cycling in Great Smoky Mountains Na tional Park Tennessee and North Caro ina USA J Envi ronmental Geology 2003 45 35 57 3J Pestana M H 0 Formoso M L L Teixeira E C Heavy metals in stream sediments from copper and gold mining ar eas in southern Brazil J J Explor Geochem 1997 58 133 143 4J Woo N C Choi M 1 Arsenic and metal contarnination 01 water resources lrom rnining wastes in Korea J Environ mental Geology 2001 40 3 305 311 5J Earman S Ronald L Hershey water quality impacts from waste rock at a carlin type gold rnine Elko country Ne vada J Environmental Geology 2004 45 1043 1053 6J Aykol A Heavy meatl pollution and acid drainage from the abandoned Balya Pb Zn sulfide rnine NW Anatolia Turkey J Environmental Geology 2003 45 198 208 7J 王亚平 鲍征宇 侯书恩 尾矿库周围土壤中重金属存在形 态特征研究 1 岩矿测试 2000 19 1 7 13 8J Gnandi K Tobschall H 1 Heavy metals distribution 01 soi s around mmmg site of cadmium rich marine sedimentary phosphorites of Kpogame and Hahotoe J Environmental Geology 2002 41 593 600 9J 魏树和 周启星 重金属污染土壤植物修复基本原理及强化 措施探讨 1 生态学杂志 2004 23 1 65一72 10J 王泽群 新桥硫铁矿矿床共生元素浅析 J 矿业快报 2002 21 8 10 口1J王中明 新桥硫铁矿矿石选矿工艺研究 J 有色矿山 2000 29 3 32 34 口2J许乃政 陶于祥