东川因民矿区地下水_选厂水水化学特征及资源化影响因素

1、收稿日期： ； 改回日期： 基金项目： 国家科技部科技支撑项目“ 东川易门铜矿山深部及外围勘查技术研究课题（ ） ” 。 第一作者简介： 杜玉龙（ ） ， 男， 硕士研究生， 水文地质工程地质环境地质专业。 ： 东川因民矿区地下水选厂水水化学特征 及资源化影响因素 杜玉龙 ， ， 方维萱， 柳玉龙 ， 韩 英 ， （ 有色金属矿产地质调查中心 北京资源勘查技术中心，北京 ； 昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明 ） 摘要： 矿区水质分析结果表明， 地下水属弱碱性淡水软水微硬水。泉水水化学类型为 。坑道水水化学类 型为 、 、 和 。地下水水化学成分的变化与（ ） 浓度 相关。泉水与坑道水具有一

2、定的水力联系。选厂排放水中 、 含量高于坑道水。坑道水、 选厂排放水具有弱侵蚀性。采 矿活动和选矿过程对地下水选厂水水质有较大影响， 地下水水化学演变受控于矿业活动和矿区地球化学背景。 关键词： 水化学特征； 库尔洛夫式； 重金属污染； 侵蚀性； 因民矿区 中图分类号： 文献标识码：文章编号： （ ） 采矿活动和矿物加工过程会对矿区地下水、 地 表水造成不同程度的影响， 甚至严重危害人们的身 体健康 。因民矿区采矿造成矿体中硫化物（ 黄铁 矿） 赋存环境改变， 黄铁矿发生氧化反应， 使地下水 中（ ） 浓度增高。高（ ） 浓度的地下水具有 很强的溶解性和侵蚀性， 溶解并携带大量的重金属 离子和

3、有害化学物质， 并使地下水水化学成分发生 变化。来自地下水的选厂生产用水经选矿后， 水质、 水化学类型也发生了变化。要了解采矿活动对矿区 地下水的影响及选矿过程对来自地下水的生产用水 的影响， 对矿区地下水选厂水水化学特征的研究 就显得非常重要和有意义。分析矿区地下水选厂 水的理化性质、 水化学类型、 重金属污染程度、 侵蚀 性强弱等， 为矿区地下水资源化及选厂排放水资源 化再利用提供参考， 变废为宝， 缓解矿区供排水矛 盾， 减少污染， 保护环境。 矿区概况 因民矿区位于云南省昆明市东川区因民镇， 于 上世纪 年代初建成投产至今。该矿主产矿种为 铜， 少量铁。矿石类型为硫化矿。铜矿物主要为黄

4、 铜矿， 少量斑铜矿和辉铜矿； 铁矿物以黄铁矿为主， 少量菱铁矿和磁铁矿。矿体赋存于昆阳群落雪组和 因民组地层中 。 矿区含水层大致可以分为两个系统： 一为上覆 第四系松散岩类孔隙含水层； 二为下覆基岩裂隙含 水层。矿区属金沙江水系。地下水主要接受大气降 水下渗补给， 以垂直运动为主； 地下水径流方向与地 表一致， 径流向北； 地下水排泄以泉、 泄流等方式进 行。 矿区属碳酸盐岩地区， 以白云岩为主。经过多 年的开采矿区没有发现溶洞、 暗河， 溶蚀裂隙也少 见。矿区构造发育。该矿床为裂隙充水矿床， 且以 构造裂隙为主。 样品采集与测试 年 月， 对因民矿区地下水选厂水进 行了系统采样（ 见表）

5、 ， 为了便于讨论， 我们将采集 的水样划分为三类：泉水： 包括矿区上游的面山西 支沟和东支沟各一件。西支沟泉水为矿区饮用水 源；坑道水： 包括坑道中的裂隙水（ 以下称坑道裂 隙水） 和坑道排水沟中的混合水（ 以下称坑道混合 地球与环境 年第 卷第期 ， 第期 杜玉龙等： 东川因民矿区地下水选厂水水化学特征及资源化影响因素 水） ；选厂水： 包括选矿用水、 浓缩池中的废水及浓 缩池中的废水经处理后的排放水（ 以下称选厂排放 水） 。坑道采样分布在个中段， 从上到下依次为： 中段、 中段、 中段、 中 段和 中段。每个中段从北至南分为个矿 段： 面山矿段、 猴跳岩矿段、 月亮硐矿段、 小溜口矿段

6、 和稀矿山矿段。且后三个矿段又分为铜沿脉（ 西） 和 铁沿脉（ 东） 。其中泉水件， 选厂水件， 坑道水 件。现场测定水温、 电导率、 值。盛于高密度 聚乙烯瓶中， 密封后立即送往实验室化验。阴离子 除 采用容量法测定外， 其余阴离子采用离子 色谱法测定； 阳离子及铜、 锌主要采用原子吸收分光 光度法测定； 铅、 镉、 铬（ 六价） 采用石墨炉原子吸收 分光光度法测定； 砷、 汞采用原子荧光法测定。 结果与分析 地下水选厂水理化特征 根据表 、 表 中水质分析、 统计结果可得： 地下水 值在 ， 平均值为 ， 但受采矿活动的影响坑道水的 值略低于泉水。 由于浮选剂（ 黄药） 的作用， 浓缩池废

7、水 值为 ， 呈强碱性。坑道水和泉水均为弱碱性水， 满 足 生活饮用水卫生标准 （ ） 规定的饮 用水要求（ ） 。 地下水总硬度（ 采用德国度表示） 一般变化范围 为 ， 属于软水微硬水。其中总硬度 在 的软水 件， 占地下水样品总数的 ； 总硬度在 的微硬水件， 占 地下水样品总数的 。 中段猴跳岩矿 段坑道裂隙水的总硬度则高达 ， 为极硬水。 浓缩池废水呈强碱性， 使水中 以 （） 形 成沉降， 含量降到了 ， 故总硬度偏 低。从表中数据可以看出， 坑道水中钙、 镁离子含 量与硫酸根离子含量的变化呈现出很好的一致性， 即钙、 镁离子含量随硫酸根离子含量的增加而增加。 其主要原因是采矿活动

8、改变了矿体中黄铁矿的赋存 环境， 黄铁矿氧化释放出 ， 增强了地下水的溶 蚀作用。地下水溶解白云石， 使水中的钙、 镁离子含 量增加， 从而增大了总硬度。 地下水总 矿 化 度 一 般 变 化 范 围 为 ， 均值为 ， 属淡水。其中 中段猴跳岩矿段坑道裂隙水总矿化度则高 达 ， 为微咸水， 但其总矿化度与总硬 度、 高（ ） 浓度正好相一致。浓缩池废水总矿化 度则为 ， 显然受选矿活动影响。总矿 化度计算采用以下公式 ： 总矿化度（ ）可溶性总固体（ ） 电导率均在现场测定， 除 中段猴跳岩 矿段坑道裂隙水电导率偏高外， 地下水电导率一般 变化范围为 ， 平均值为 。地下水电导率的变化与 一

9、致， 但浓缩池 废水电导率的变化则与 出现相反， 可能是由于 浮选剂的影响。 表 矿区水质分析统计资料 样品 编号 总硬度 （ 德国度） 总矿化度 （ ） 水化学成分 （ 库尔洛夫式表达式） 水化学类型 地球与环境 年 续表 样品 编号 总硬度 （ 德国度） 总矿化度 （ ） 水化学成分 （ 库尔洛夫式表达式） 水化学类型 从以上分析结果可以看出： 选厂水受选矿活动 的影响， 在选矿前后水的理化性质发生了很大变化。 中段猴跳岩矿段坑道裂隙水除侵蚀性 外， 其余水质参数均较高， 可能是由裂隙导入的岩溶 水。虽然矿区多年开采未发现溶洞， 但根据矿区地 质条件及临近的会泽铅锌矿岩溶非常发育， 矿区极

10、 有可能存在未被揭露的溶洞， 岩溶水由裂隙导入坑 道， 与坑道水发生了水力联系。 地下水选厂水水化学类型 采用库尔洛夫式对水化学成分进行表达 ， 并 对水化学类型分类（ 见表） 。 泉水 泉水在矿区上游支沟采样件， 水化学类型均 为 。泉水水化学类型与矿区地球化 学背景相一致。两泉均在矿区上游较远处， 受采矿 活动和矿物加工过程的影响甚小， 其水质状况可作 为矿区地下水水化学背景值。 坑道水 坑道水水化学类型以 为主， 次 之为 、 、 和 。水化学成分发生 的变化主要是（ ） 和（ ） 浓度增高。通过分 第期 杜玉龙等： 东川因民矿区地下水选厂水水化学特征及资源化影响因素 析， （ ） 浓度

11、的增高主要是由于存在以下反应所 引起： （ 黄铁矿） 而（ ） 浓度增高可能由于以下两个原因引 起：硫酸根离子浓度增高后加剧了地下水的溶蚀 作用， 白云岩溶解释放出了大量的 ； 当地下 水处于径流过程中 消耗完后， 水中 含 量趋于稳定， 水中方解石换入原白云石的位置， 发生 脱白云（ 石） 化作用所形成， 反应过程如下 ： （ ） 小溜口矿段铜沿坑道裂隙水和月亮硐矿段铁沿 坑道裂隙水的水化学类型与泉水完全一致， 由此可 以看出泉水和坑道水具有一定的水力联系， 而这种 联系主要通过裂隙来实现。 选厂水 选厂用水来自 中段排出的坑道混合水， 水化学类型为 。选厂排放水与选厂用 水水化学类型一致。

12、浓缩池废水则变成了阴离子以 为主， 阳离子以 为主的 型水。经分析， 浓缩池水中（ ） 和（ ） 浓度 增高主要有以下两点原因：在选矿过程中， 矿粉与 空气充分接触， 使矿粉中的黄铁矿充分氧化而释放 出大量的 ；浮选剂的水解使浓缩池水 值 增高， 呈强碱性。浓缩池水中一部分 在强碱 性环境下以 （）的形式沉降， 从而使（ ） 浓度降低， （ ） 浓度则相对升高。选矿活动对水 化学类型产生了极大改变， 但经处理后的选厂排放 水水质状况有所改善， 水化学类型与来水相同。 离子比例系数变化特征 离子比例系数通常被用来作为研究地下水特征 的一个重要因素 。从图中可以看出， 随着矿区 开采深度的加深 比

13、例系数呈增大趋势。地 下水在径流过程中， 通过水解、 酸化作用使岩石矿物 不断的风化溶解， 从钠长石等钠盐中释放出来， 从而地下水中（ ） 浓度增高。而（ ） 浓度则相 对减少， 可能是由于地下水在径流过程中形成水云 母、 蒙脱石、 绢云母等不溶于水的次生矿物所致 。 比例系数则变化不大， 保持平稳。再结合 （ ） 浓度变化， 可以看出矿区地下水径流条件较 好， 水交替强烈。 图地下水垂向离子比例系数变化特征 矿区地下水选厂水资源化影响因素 目前， 矿区坑道水主要用于选厂生产用水和水 力发电， 除此之外， 还包括坑道洒水降尘用水、 空压 机冷却水、 湿式凿岩用水、 消防用水等； 选厂生产废 水

14、经简单处理后直接排放。从水质分析结果看， 坑 道水总硬度、 总矿化度、 值等均符合以上用水要 求。但作为金属矿山， 重金属污染不可避免， 而且地 下水中高（ ） 浓度造成的水的侵蚀性也成为影 响其资源化的重要因素。下面我们将从这两个因素 进行讨论， 为矿区地下水资源化及选厂排放水资源 化再利用提供参考。 地下水选厂水重金属污染 根据矿床类型、 所产矿种、 选矿方法等， 检测了 以下重金属在水中的含量（ 见表） 。 表 矿区水中金属离子含量 ， ， ， ， ， 项目 最小值均值最大值（ 样号） 地下水环境质量标准 类类 地表水环境质量标准 类类 （ ） （ ） （ ） （ ） 未检出 地球与环境

15、 年 从表可看出， 选厂排放水和坑道水中 、 、 、 、 、 、 等种重金属含量较低。依 据我国 地下水质量标准 和 地表水环境质量标准 中以重金属含量对水的分类， 矿区地下水选厂水 水质均在类以上 ，。但依据分析结果， 选厂排 放水中 、 含量明显高于坑道水， 尤其是 的 含量比坑道水高出一个数量级。由此可见： 选矿过 程造成的重金属污染严重于采矿活动， 尤其是 、 污染； 选厂排放水中 、 含量的高低成为影 响其资源化再利用的一个重要因素； 选厂排放水处 理不当将成为地表水污染源之一， 今后应重点监测。 地下水选厂水侵蚀性 水对发电机、 地下铁设施（ 铁管等） 、 钢结构等的 侵蚀破坏作用

16、是矿区地下水、 选厂排放水资源化要 考虑的另一重要因素。本次研究地下水、 选厂排放 水的侵蚀性主要从 值高低、 侵蚀性 含量、 （ ） 浓度高低和 值与（ ） （ ） 组合 四个指标来分析。 值 水对铁的侵蚀性主要与水中的（） 浓度有 关。当水的 值小于 时， 将有侵蚀性； 值 小于的水对铁有强烈的侵蚀性 。矿区泉水、 坑 道水和选厂排放水的 值在 。因此， 从 值高低看， 地下水、 选厂排放水无侵蚀性。 侵蚀性 水中含有时可以使铁发生氧化而锈蚀， 当 与 同时存在时侵蚀更加剧烈。侵蚀性 含量作为评价水侵蚀性的一个重要指标， 当其值小 于 时， 无侵蚀性； 时， 有弱侵蚀 性； 大于 时， 具

17、有强烈侵蚀性 。矿区地 下水选厂水侵蚀性 含量在 ， 平均值为 。矿区地下水、 选厂排放水 侵蚀性 含量低， 无侵蚀性。 （ ） 浓度 水中含有游离 时， 产生的侵蚀作用同样 是由于氢离子置换而引起。为防止铁管、 钢结构受 硫酸的侵蚀， 水中（ ） 浓度最好不超过 。但从表中可看出， 坑道水和选厂排放水中 （ ） 浓度在 。去掉最高值后， 其平均值仍高达 ， 超过 ， 具有 弱侵蚀性。同时， 由于 和 形成重金属 硫酸盐， 也加速对铁的侵蚀。因为， 金属铜和金属铁 构成微电池而使反应不断进行， 铁释放电荷， 铜接受 电荷， 加速了对铁的腐蚀作用。泉水（ ） 浓度较 低， 无侵蚀性。 值与（ ）

18、 （ ） 根据水对钢结构的侵蚀性评价， 当 值在 ， （ ） （ ） 时， 弱腐蚀性； 在 ， （ ） （ ） 时， 中腐 蚀性； 当 时， （ ） （ ） 任何浓度都有 强烈腐蚀性 。由表中得， 中段猴段坑 道裂隙水中（ ） （ ） ， 有强腐蚀性； 其余坑道水、 泉水和选厂排放水（ ） （ ） ， 有弱腐蚀性。 结论与建议 通过以上对矿区地下水选厂水水化学特征研 究， 重金属污染和侵蚀性分析， 可以得出以下几点结 论和建议： ） 矿区地下水为弱碱性淡水软水微硬水， 其总 硬度、 总矿化度的变化与（ ） 浓度相关。 ） 从浅部到深部， 地下水水化学类型的变化主 要由于是（ ） 和（ ） 浓度增高引起， 其受控 于采矿活动和矿区地球化学背景。 ） 矿区有可能存在溶洞。泉水与坑道， 岩溶水 与坑道水通过裂隙发生了一定的水力联系。 ） 从 和 比例系数及（ ） 浓度变化可看出， 矿区地下水径流条件较好， 水交替 强烈， 处于氧化半氧化环境。 ） 选厂排放水中 、 含量明显高于坑道水， 选矿活动造成的重金属污染严重于采矿活动。选厂 排放水中 、 含量的高低成为影响其资源化再 利用的重要因素。 ） 坑道水、