湖南临湘铅锌矿尾矿库环境状况及开发利用研究
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7月用蛇形取样法分别在尾砂坝北 、中部采集 15 ～30 cm 处的砂样 2份风干 。烘干法测定水分 ,酸度计法测 定 pH值 ,凯氏法测定土壤全 N ,钼锑抗比色法测定全 P, 丘林法测定有机质 ,草酸铵 - 氯化铵速测法测定阳 离子交换量 [ 1 ] ,结果见表 1和表 2。
表 1 尾砂理化性质
555
表 4 水样重金属元素检测结果及国家水质标准 (μg L - 1 ) Table 4 Heavy metal element contents in the water samp les and the water quality standard of the country (μg L - 1 )
对比 4个水样重金属和氟 、硒监测结果与水质标准 及洞庭湖水系元素背景值 ,发现铅、镉、砷 、铬 、铜、锌等 均明显高于背景值 ,说明东尾库水、西尾库水 、尾矿坝下 井水这三个水样已明显受到铅锌矿尾矿库尾砂的影响 , 而 6501洞的水样受母岩母质的影响也属于高背景地 区 ,这 4个水样 ,铜的含量均超过Ⅰ类水质标准 ,但低于 饮用水标准 ,其它各项指标 ,都符合饮用水标准。 2. 4 放射性
(3)铬 、砷元素污染不明显 ,无论是尾矿库尾砂还 是边缘区土壤 ,铬元素含量均低于背景值或接近背景 值 ,尾矿库的砂中砷元素含量只是接近或略高于背景 值 ,而土壤中的含量则低于背景值 。
由此可见 ,尾砂中主要污染元素为 Pb、Cd、Hg,尾 砂对其边缘区土壤已造成以 Pb、Cd为主的重金属污 染 。相关研究亦表明 ,重金属元素移动性差 ,主要影响 其所在地土壤 ,而土壤中 Pb、Zn溶解度很低 ,并不能
项 目 Item
东尾库水 西尾库水 坝下井水 6501洞泉水 水质 Ⅰ类标准 水质 Ⅱ类标准 水质 Ⅲ类标准 洞庭湖背景值
Pb
/ 50
8 7 10 10 50 1. 4
Cd
/ 0. 1 0. 4 0. 9 1 5 5 0. 08
As
3. 3 1. 1 2. 1 1. 9 50 50 50 1. 2
第 38卷第 3期
土 壤 通 报
Vol. 38, No. 3
2007年 6月
Chinese Journal of Soil Science
Jun. , 2007
湖南临湘铅锌矿尾矿库环境状况及开发利用研究
郭建平 1 ,吴甫成 1 ,谢淑容 1 ,姚玲玲 2 ,谢玉华 1
壤 、水 、农产品质量 。 2. 2 尾砂重金属含量分析与评价
为了解尾矿库重金属污染状况 ,在尾矿库及边缘 区采集尾砂和土壤 ,采样深度为 15 ～30 cm。样品送 湖南省农业厅农业环境质量监测中心 ,用原子吸收分 光光度计对其所含铅 、镉 、汞 、砷 、铬五大重金属元素进 行测定 [ 5 ] ,结果见表 3。
关 键 词 : 铅锌矿尾矿 ;环境状况 ;开发利用 ;临湘县
中图分类号 : X820. 3 文献标识码 : A 文章编号 : 056423945 (2007) 0320553205
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 [ 1 ] 。 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 。国 家相应法律法规规定 :尾矿库闭库后有条件时可考虑 造地还田或复田 。临湘铅锌矿尾矿库因矿山资源开采 枯竭 ,企业破产而停止使用 ,但此处造地还田难度大 。 此尾矿库因资源独特 ,地理位置优越 ,故其治理和开发 利用有重要意义 。
全磷 (以 P2O5 计 , ‰) Total P
阳离子 交换量 ( cmol kg - 1)
CEC
0. 15
6. 69 0
0. 227
0. 002
1. 749
表 2 尾砂颗粒组成
Table 2 Mechnical composition of the tailing sand
粒径 (mm ) > 1 1 - 0. 8 0. 8 - 0. 4 0. 4 - 0. 3 0. 3 - 0. 2 0. 2 - 0. 15 0. 15 - 0. 125 0. 125 - 0. 105 0. 105 - 0. 097 0. 097 - 0. 088 < 0. 088
(11湖南师范大学 资源与环境科学学院 ,湖南 长沙 410081; 21湖南文理学院 ,湖南 常德 415000)
摘 要 :通过对临湘铅锌矿尾矿库区的沙 、土 、水环境状况调查与评价 ,了解到铅锌矿尾砂粒径小 ,为细砂和粉粒 ,缺磷 无氮 、有机质含量低 ,阳离子代换量低 ,保水保肥能力较弱而不宜于直接耕作和植树 ;尾砂中 Pb、Cd、Hg 、Zn 、Cu等含量较 高 ,已对周边地区土壤和水体造成轻度污染 ;放射性低于一般环境 。在加固堤坝 ,开沟排渗等治理工程完成后 ,应植草护 坡 ,拌土种草植树 ,改善其生态环境 ;同时利用其优越的地理位置和资源优势 ,把其纳入“龙潭湖风景区 ”,开展沙浴 、滑沙 、 赛马 、跳伞 、自驾车 、烧烤和夏令营等参与性强的生态旅游项目 ,将其建成时尚前卫的休闲度假公园 。
(2)尾矿库尾砂已对边缘区土壤造成 Pb、Cd 污 染 。尾矿库砂样中 Pb、Cd两种重金属元素的含量明 显高于边缘区土壤中的含量 ,而土壤中的含量又远远 高于同类母岩发育的红壤背景值 。尾矿库边缘区的地 带性土壤为砂页岩发育的红壤 ,铅含量和镉含量分别 为湖南省砂页岩红壤背景值的 7. 83倍和 17. 07倍 , Hg 的含量接近砂页岩红壤背景值 。
554
土 壤 通 报 38卷
小 ,以细砂和粉粒为主 ,尾砂主要由 0. 125 ～0. 8 mm 的颗粒组成 ,占 78. 74% ,其中小于 0. 3 mm 的颗粒居 多 ,占 50. 33 %。秋冬季节 ,降水量小 ,空气干燥 ,风速 为 4～5 m s- 1时 ,尾砂被吹起产生砂尘 ,空气中粉尘含 量达 16. 2 mg m - 3 , 风 速 为 6 ～ 7 m s- 1 时 , 可 达 66. 9 m g m - 3[ 3 ] 。由此可见 ,在风力作用下 ,尾砂污染 范围扩大 ,扬尘直接影响周边地区环境 ,进而影响土
被植物大量吸收 。 2. 3 尾矿库周边地区水体环境状况与评价
在尾矿库及其周边地区采集水样 4个 。样品采集 后 ,加 0. 1 N 的盐酸 5 m l酸化 ,冰箱冷藏后送湖南省 农业厅环境质量检测中心 (农业部确定的国家级环境 质量检测单位 ) ,对影响水环境的 10 项主要指标 ,重 金属铅 ( Pb) 、镉 ( Cd) 、砷 (A s) 、汞 ( Hg) 、铬 ( C r ) 、铜 (Cu) 、锌 ( Zn) 、锰 (Mn)和氟 ( F)硒 ( Se) ,用冷原子吸 收分光光度计和原子萤光分光光度计等分析仪器进行 测定 [ 5 ] (见表 4) 。
Hg
/ / / / 0. 05 0. 05 0. 1 0. 0255
Cr
Cu
45 50 41 / 10 50 50
1. 64
19 20 20 18 10 1000 1000
1. 4
Zn
/ 18 20 13 50 1000 1000
采用美国制造的 INSPECTOR 射线检测仪和北京 仪器厂制造的 FJ - 428 G型便携式多用辐射仪 ,对尾 矿库和 6501洞及洞外瀑布的天然辐射总量 、x射线 ,γ 射线 ,α射线 ,β射线进行监测 ,结果如下 (见表 5) :
3期 郭建平等 :湖南临湘铅锌矿尾矿库环境状况及开发利用研究
1 研究区概况
临湘铅锌矿尾矿库 ,又名银沙滩 ,位于湖南省临湘 县境内的忠防镇 。上世纪中期忠防镇因桃林铅锌矿在 经济上一度成为湖南省百强镇之一 。该尾矿库地处 29°23′N , 113°05′E,海拔 95 m ,占地 200多 hm2 ,储尾 砂量近亿 m3 ,为亚洲最大选矿厂 ———桃林铅锌矿近 50 年来的废矿尾砂渣 。该地年均气温 17. 0℃,风速 2. 9 m / s,日照率 41 % , 相对湿度 79 % , 降水量 1302. 4 mm ,主要集中在 3～8月 ,蒸发量 1424. 2 mm[ 2 ] 。桃林 铅锌矿始建于 1957年 ,属于热液脉状铅锌矿 ,主要由
Table 1 Physical and chem ical characteristics of the tailing sand
吸湿水 (%)
Hygroscop ic w a te r
pH值 pH value
全氮 (%) To ta l N
有机质 ( g kg - 1) O rganic m a tte r
Cd
1. 94 3. 24 0. 70 0～0. 100 0. 037 0～0. 29 0. 108 0～0. 083 0. 036 0. 014～0. 118 0. 041
As
3. 95 6. 92 12. 56 0 ～19 5. 06 0～6. 64 2. 66 0～19. 7 9. 8 3. 82～51. 3
14
Hg
0. 117 0. 102 0. 068 0～0. 054 0. 013 0～0. 117 0. 028 0. 03～0. 146 0. 088 0. 028～0. 281 0. 089
Cr
40. 4 49. 0 33. 9 0 ～120
54 0 ～101
45 9. 9～92. 1
51 20. 7～223. 6
方铅矿 、闪锌矿组成 ,伴生有黄铁矿 、黄铜矿等 。 Pb含 量可达 80～200 g kg- 1 , Zn含量达 120～250 g kg- 。 1[ 3 ] 2003年 10月 ,桃林铅锌矿因资源枯竭而破产终结 ,尾 砂坝随之闭库 。
2 尾矿库区环境状况调查与分析
2. 1 尾砂的理化性质 尾矿砂经过水磨精选后 ,呈银白色粉状 。2005 年
项 目 Item
西北部尾砂样品 中段南侧尾砂样品 边缘区红壤样品 花岗岩背景值范围 花岗岩背景值均值 砂页岩背景值范围 砂页岩背景值均值 花岗岩红壤背景值范围 花岗岩红壤背景值均值 砂页岩红壤背景值范围 砂页岩红壤背景值均值
Pb
356 351 188 0～83 37. 0 0～24. 2 11. 0 25. 5～90. 3 48 10. 7～37. 3 24
68
将 3个样品中 Pb、Cd、Hg、AS、Cr的测定值与湖南 省花岗岩 、砂页岩 、花岗岩红壤和砂页岩红壤重金属元 素背景值进行对比 ,可以发现 :
(1)尾矿库尾砂中 Pb、Cd、Hg的含量高 。其含量 分别是相应花岗岩 、砂页岩含量的 9. 49 ～32. 36 倍 , 17. 96～87. 57倍 , 3. 6～9. 0倍 ,远远高于相应岩石重 金属的背景值含量 。
Particle size
比例 ( % ) 1. 64 1. 37 22. 65
24. 01
12. 33
10. 73
9. 02
3. 90来自百度文库
3. 14
2. 83
8. 38
由上可知 ,尾砂 pH 值为中性 ,砂粒缺磷无氮 、有 机质含量低 ,无法保水保肥 ,不适宜耕作 。尾砂粒径
收稿日期 : 2006205220;修订日期 : 2006207209 基金项目 :湖南省科技厅项目 (26020548) 作者简介 : 郭建平 (1974 - )女 ,湖南常德人 ,讲师 ,硕士 ,主要研究方向为环境评价与旅游规划 。
表 3 尾矿库样品重金属含量和湖南省有关母岩及相关母岩母质发育的红壤重金属背景值 [6 ]的比较 (mg kg- 1 )
Table 3 Concentrations of heavy metals in the tailing - sand samp les and the background values of red - soil originated from relatively parent rock and m ineral parent rock (mg kg - 1 )
表 1 尾砂理化性质
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表 4 水样重金属元素检测结果及国家水质标准 (μg L - 1 ) Table 4 Heavy metal element contents in the water samp les and the water quality standard of the country (μg L - 1 )
对比 4个水样重金属和氟 、硒监测结果与水质标准 及洞庭湖水系元素背景值 ,发现铅、镉、砷 、铬 、铜、锌等 均明显高于背景值 ,说明东尾库水、西尾库水 、尾矿坝下 井水这三个水样已明显受到铅锌矿尾矿库尾砂的影响 , 而 6501洞的水样受母岩母质的影响也属于高背景地 区 ,这 4个水样 ,铜的含量均超过Ⅰ类水质标准 ,但低于 饮用水标准 ,其它各项指标 ,都符合饮用水标准。 2. 4 放射性
(3)铬 、砷元素污染不明显 ,无论是尾矿库尾砂还 是边缘区土壤 ,铬元素含量均低于背景值或接近背景 值 ,尾矿库的砂中砷元素含量只是接近或略高于背景 值 ,而土壤中的含量则低于背景值 。
由此可见 ,尾砂中主要污染元素为 Pb、Cd、Hg,尾 砂对其边缘区土壤已造成以 Pb、Cd为主的重金属污 染 。相关研究亦表明 ,重金属元素移动性差 ,主要影响 其所在地土壤 ,而土壤中 Pb、Zn溶解度很低 ,并不能
项 目 Item
东尾库水 西尾库水 坝下井水 6501洞泉水 水质 Ⅰ类标准 水质 Ⅱ类标准 水质 Ⅲ类标准 洞庭湖背景值
Pb
/ 50
8 7 10 10 50 1. 4
Cd
/ 0. 1 0. 4 0. 9 1 5 5 0. 08
As
3. 3 1. 1 2. 1 1. 9 50 50 50 1. 2
第 38卷第 3期
土 壤 通 报
Vol. 38, No. 3
2007年 6月
Chinese Journal of Soil Science
Jun. , 2007
湖南临湘铅锌矿尾矿库环境状况及开发利用研究
郭建平 1 ,吴甫成 1 ,谢淑容 1 ,姚玲玲 2 ,谢玉华 1
壤 、水 、农产品质量 。 2. 2 尾砂重金属含量分析与评价
为了解尾矿库重金属污染状况 ,在尾矿库及边缘 区采集尾砂和土壤 ,采样深度为 15 ～30 cm。样品送 湖南省农业厅农业环境质量监测中心 ,用原子吸收分 光光度计对其所含铅 、镉 、汞 、砷 、铬五大重金属元素进 行测定 [ 5 ] ,结果见表 3。
关 键 词 : 铅锌矿尾矿 ;环境状况 ;开发利用 ;临湘县
中图分类号 : X820. 3 文献标识码 : A 文章编号 : 056423945 (2007) 0320553205
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 [ 1 ] 。 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 。国 家相应法律法规规定 :尾矿库闭库后有条件时可考虑 造地还田或复田 。临湘铅锌矿尾矿库因矿山资源开采 枯竭 ,企业破产而停止使用 ,但此处造地还田难度大 。 此尾矿库因资源独特 ,地理位置优越 ,故其治理和开发 利用有重要意义 。
全磷 (以 P2O5 计 , ‰) Total P
阳离子 交换量 ( cmol kg - 1)
CEC
0. 15
6. 69 0
0. 227
0. 002
1. 749
表 2 尾砂颗粒组成
Table 2 Mechnical composition of the tailing sand
粒径 (mm ) > 1 1 - 0. 8 0. 8 - 0. 4 0. 4 - 0. 3 0. 3 - 0. 2 0. 2 - 0. 15 0. 15 - 0. 125 0. 125 - 0. 105 0. 105 - 0. 097 0. 097 - 0. 088 < 0. 088
(11湖南师范大学 资源与环境科学学院 ,湖南 长沙 410081; 21湖南文理学院 ,湖南 常德 415000)
摘 要 :通过对临湘铅锌矿尾矿库区的沙 、土 、水环境状况调查与评价 ,了解到铅锌矿尾砂粒径小 ,为细砂和粉粒 ,缺磷 无氮 、有机质含量低 ,阳离子代换量低 ,保水保肥能力较弱而不宜于直接耕作和植树 ;尾砂中 Pb、Cd、Hg 、Zn 、Cu等含量较 高 ,已对周边地区土壤和水体造成轻度污染 ;放射性低于一般环境 。在加固堤坝 ,开沟排渗等治理工程完成后 ,应植草护 坡 ,拌土种草植树 ,改善其生态环境 ;同时利用其优越的地理位置和资源优势 ,把其纳入“龙潭湖风景区 ”,开展沙浴 、滑沙 、 赛马 、跳伞 、自驾车 、烧烤和夏令营等参与性强的生态旅游项目 ,将其建成时尚前卫的休闲度假公园 。
(2)尾矿库尾砂已对边缘区土壤造成 Pb、Cd 污 染 。尾矿库砂样中 Pb、Cd两种重金属元素的含量明 显高于边缘区土壤中的含量 ,而土壤中的含量又远远 高于同类母岩发育的红壤背景值 。尾矿库边缘区的地 带性土壤为砂页岩发育的红壤 ,铅含量和镉含量分别 为湖南省砂页岩红壤背景值的 7. 83倍和 17. 07倍 , Hg 的含量接近砂页岩红壤背景值 。
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土 壤 通 报 38卷
小 ,以细砂和粉粒为主 ,尾砂主要由 0. 125 ～0. 8 mm 的颗粒组成 ,占 78. 74% ,其中小于 0. 3 mm 的颗粒居 多 ,占 50. 33 %。秋冬季节 ,降水量小 ,空气干燥 ,风速 为 4～5 m s- 1时 ,尾砂被吹起产生砂尘 ,空气中粉尘含 量达 16. 2 mg m - 3 , 风 速 为 6 ～ 7 m s- 1 时 , 可 达 66. 9 m g m - 3[ 3 ] 。由此可见 ,在风力作用下 ,尾砂污染 范围扩大 ,扬尘直接影响周边地区环境 ,进而影响土
被植物大量吸收 。 2. 3 尾矿库周边地区水体环境状况与评价
在尾矿库及其周边地区采集水样 4个 。样品采集 后 ,加 0. 1 N 的盐酸 5 m l酸化 ,冰箱冷藏后送湖南省 农业厅环境质量检测中心 (农业部确定的国家级环境 质量检测单位 ) ,对影响水环境的 10 项主要指标 ,重 金属铅 ( Pb) 、镉 ( Cd) 、砷 (A s) 、汞 ( Hg) 、铬 ( C r ) 、铜 (Cu) 、锌 ( Zn) 、锰 (Mn)和氟 ( F)硒 ( Se) ,用冷原子吸 收分光光度计和原子萤光分光光度计等分析仪器进行 测定 [ 5 ] (见表 4) 。
Hg
/ / / / 0. 05 0. 05 0. 1 0. 0255
Cr
Cu
45 50 41 / 10 50 50
1. 64
19 20 20 18 10 1000 1000
1. 4
Zn
/ 18 20 13 50 1000 1000
采用美国制造的 INSPECTOR 射线检测仪和北京 仪器厂制造的 FJ - 428 G型便携式多用辐射仪 ,对尾 矿库和 6501洞及洞外瀑布的天然辐射总量 、x射线 ,γ 射线 ,α射线 ,β射线进行监测 ,结果如下 (见表 5) :
3期 郭建平等 :湖南临湘铅锌矿尾矿库环境状况及开发利用研究
1 研究区概况
临湘铅锌矿尾矿库 ,又名银沙滩 ,位于湖南省临湘 县境内的忠防镇 。上世纪中期忠防镇因桃林铅锌矿在 经济上一度成为湖南省百强镇之一 。该尾矿库地处 29°23′N , 113°05′E,海拔 95 m ,占地 200多 hm2 ,储尾 砂量近亿 m3 ,为亚洲最大选矿厂 ———桃林铅锌矿近 50 年来的废矿尾砂渣 。该地年均气温 17. 0℃,风速 2. 9 m / s,日照率 41 % , 相对湿度 79 % , 降水量 1302. 4 mm ,主要集中在 3～8月 ,蒸发量 1424. 2 mm[ 2 ] 。桃林 铅锌矿始建于 1957年 ,属于热液脉状铅锌矿 ,主要由
Table 1 Physical and chem ical characteristics of the tailing sand
吸湿水 (%)
Hygroscop ic w a te r
pH值 pH value
全氮 (%) To ta l N
有机质 ( g kg - 1) O rganic m a tte r
Cd
1. 94 3. 24 0. 70 0～0. 100 0. 037 0～0. 29 0. 108 0～0. 083 0. 036 0. 014～0. 118 0. 041
As
3. 95 6. 92 12. 56 0 ～19 5. 06 0～6. 64 2. 66 0～19. 7 9. 8 3. 82～51. 3
14
Hg
0. 117 0. 102 0. 068 0～0. 054 0. 013 0～0. 117 0. 028 0. 03～0. 146 0. 088 0. 028～0. 281 0. 089
Cr
40. 4 49. 0 33. 9 0 ～120
54 0 ～101
45 9. 9～92. 1
51 20. 7～223. 6
方铅矿 、闪锌矿组成 ,伴生有黄铁矿 、黄铜矿等 。 Pb含 量可达 80～200 g kg- 1 , Zn含量达 120～250 g kg- 。 1[ 3 ] 2003年 10月 ,桃林铅锌矿因资源枯竭而破产终结 ,尾 砂坝随之闭库 。
2 尾矿库区环境状况调查与分析
2. 1 尾砂的理化性质 尾矿砂经过水磨精选后 ,呈银白色粉状 。2005 年
项 目 Item
西北部尾砂样品 中段南侧尾砂样品 边缘区红壤样品 花岗岩背景值范围 花岗岩背景值均值 砂页岩背景值范围 砂页岩背景值均值 花岗岩红壤背景值范围 花岗岩红壤背景值均值 砂页岩红壤背景值范围 砂页岩红壤背景值均值
Pb
356 351 188 0～83 37. 0 0～24. 2 11. 0 25. 5～90. 3 48 10. 7～37. 3 24
68
将 3个样品中 Pb、Cd、Hg、AS、Cr的测定值与湖南 省花岗岩 、砂页岩 、花岗岩红壤和砂页岩红壤重金属元 素背景值进行对比 ,可以发现 :
(1)尾矿库尾砂中 Pb、Cd、Hg的含量高 。其含量 分别是相应花岗岩 、砂页岩含量的 9. 49 ～32. 36 倍 , 17. 96～87. 57倍 , 3. 6～9. 0倍 ,远远高于相应岩石重 金属的背景值含量 。
Particle size
比例 ( % ) 1. 64 1. 37 22. 65
24. 01
12. 33
10. 73
9. 02
3. 90来自百度文库
3. 14
2. 83
8. 38
由上可知 ,尾砂 pH 值为中性 ,砂粒缺磷无氮 、有 机质含量低 ,无法保水保肥 ,不适宜耕作 。尾砂粒径
收稿日期 : 2006205220;修订日期 : 2006207209 基金项目 :湖南省科技厅项目 (26020548) 作者简介 : 郭建平 (1974 - )女 ,湖南常德人 ,讲师 ,硕士 ,主要研究方向为环境评价与旅游规划 。
表 3 尾矿库样品重金属含量和湖南省有关母岩及相关母岩母质发育的红壤重金属背景值 [6 ]的比较 (mg kg- 1 )
Table 3 Concentrations of heavy metals in the tailing - sand samp les and the background values of red - soil originated from relatively parent rock and m ineral parent rock (mg kg - 1 )