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《重庆大学》 2012年
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硫铁矿采冶混合废渣Cd、Zn、As释放迁移规律研究

刘晋  
【摘要】:硫铁矿是分布最广泛的硫化物矿物,是提取硫和制造硫酸的主要原料。由于利益的驱动,上个世纪后半期兴起土法炼硫,提取硫磺、硫酸。土法炼硫生产方式原始而落后,硫资源利用率低,大量废渣弃于山谷,资源散逸空间,并造成严重的重金属污染。本论文选取土法炼硫后的历史遗留采冶废渣及周边土壤作为研究对象,对其重金属释放、迁移规律进行探讨,为从根本上解决该废渣的环境威胁寻找科学方法。 整个渣场平均海拔约1130米,占地约1.35×106平米,废渣堆存量约为2.7×106立方米。实验室测定废渣的密度约为1.14吨/立方米,估算整个渣场堆存量约3.43×106吨。 废渣粒径跨度较大,矿渣表面粗糙,形貌凹凸不平,被腐蚀的迹象明显,表面重金属元素较少;通过XRF实验了解废渣的基本元素组成;废渣体相以SiO2主,表面附着大量黄钾铁矾(MFe3(SO4)2(OH)6)等沉淀物质,同时有金属氧化物和硫酸盐、硅酸盐、砷酸盐、碳酸盐等盐类存在。渣场的地表水酸化明显,pH平均值为2.47。溪水中重金属大部分超过地表水三级标准的标准值。同时,在水样中发现硫铁矿区常见的氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)和氧化硫硫杆菌(Thiobacillus thiooxidans)的混合菌群,该类微生物可以加速氧化,促使重金属释放速度提高。 整个渣场及周边土壤为弱酸性环境。废渣的重金属含量较高,特别是砷(砷为类金属,为方便描述,本文统称为重金属)、锌,对周围环境构成威胁;但废渣重金属浸出值较低。渣场周边土壤中重金属含量也较高,与土壤质量标准对比得出:As远超过标准值119倍;Ni、Zn、Cu、Pd、Cd已经超出允许含量,说明此硫铁矿冶炼废渣的重金属经过长时间的雨水浸淋,部分已大面积的迁移,且影响的范围较广。 通过形态分析实验发现Cd、Zn和As的可浸出态分别为27.98%,2.47%和0.08%,表明虽然该废渣虽暂时不具备浸出毒性,但是仍有相当多的可浸出量,随着堆弃时间的增加和雨水的冲刷及微生物的作用,会缓慢释放,具有较高的环境毒性。废渣中As主要是以残渣态的形式存在,达99.92%,说明其在风化过程中形成相对稳定的晶体,随着其他重金属元素的不断释放、流失,而造成了As的相对富集。通过重金属释放实验发现,在酸性溶液中,空气与微生物作用下,重金属有持续微量释放,且微生物的存在加速了重金属的释放,通过引入动力学模型得到了渣场内重金属元素在酸性环境下的释放模型。 设计迁移实验,对重金属浸出液在渣场附近土壤的渗透和弥散性质进行研究。通过实验发现,重金属迁移性质随着溶液中重金属的浓度变化而变化。含重金属离子的溶液渗透系数低于水溶液,溶液中重金属浓度越高其渗透系数越小,即渗透系数与溶液中重金属浓度成反比;当渗透速度相同,溶液中重金属浓度越高,弥散系数也越小;非饱和土壤中的渗透系数和弥散系数均小于饱和土壤,即渗透系数和弥散系数与含水率成正比。 在本研究的最后,通过对暴露途径和迁移方式进行分析,设置符合我国国情的暴露因子,并借鉴毒理数据,探索性设计风险评估软件。最后,通过RBCA评估系统计算得到,在渣场内及采样范围的农田内活动人群都有着较高健康风险。因此建议立即采取相应的修复措施,使风险降低到人体健康能够接受的水平。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:X50

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