金矿石尾矿中重金属的淋洗处理及条件优化研究

【摘要】：我国仍处于城镇化、工业化的快速发展时期,每天都在消耗大量的矿物资源,矿物资源经过选矿分选后会产生大量的尾矿,而尾矿的长期堆积造成的重大事故屡见不鲜,使我国经济和生态环境遭受了重大威胁。近年来,我国出台了大量与尾矿资源化、最小化和无害化相关的政策,特别是《尾矿的处置、管理及资源化示范工程》项目计划的出台,象征着我国已把尾矿的无害化处理和回收再利用作为新世纪的重中之重。目前,我国矿产资源开采产生的尾矿带来的环境污染问题主要表现为多重金属的复合污染。国内外针对去除土壤中污染重金属已做了大量研究,而关于对尾矿中的污染重金属的无害化处理研究甚少,在众多的治理措施中化学淋洗法因其操作简单、速率快、效率高和成本适中等优点而被广大学者所青睐。本研究选用硝酸、盐酸、乙二胺四乙酸和氯化铁四种淋洗剂,选取单一淋洗剂淋洗和两种淋洗剂复合淋洗的方法,以陕西省商洛市某选矿厂尾矿库采集的黄金尾矿为研究对象,寻求单一淋洗剂的最优淋洗条件和最佳单一淋洗剂,以及最佳复合淋洗剂和复合淋洗剂的最佳浓度、液固比、淋洗时间等淋洗条件。采用HF+HClO4+HNO3消解分析测定尾矿中重金属的含量,通过BCR四步连续提取法分析了重金属的乙酸可提取态、可还原态、可氧化态和残渣态四种形态的具体含量,寻求最佳的淋洗剂从而能够在实践中高效地对尾矿进行无害化处理。结果表明：(1)金矿石尾矿中重金属Pb、Co、Ni、Sr、Cu、As的含量分别为70.00、47.25、40.9、315.25、41.65和1930.25 mg/kg,其中,As的含量是陕西省背景值的173倍。尾矿中重金属Pb、Ni、Cu、As主要是以残渣态的形式存在,其含量分别为46.35%、47.07%、53.43%、73.43%；Co以可还原态为主,含量为32.09%,其次是残渣态含量为31.34%，其乙酸提取态和可氧化态含量分别为21.31%和15.26%；Sr的残渣态含量较低,仅为5.47%,Sr主要是以乙酸提取态和可还原态存在,分别占到57.54%和36.13%。形态分析法表明,Co、Sr的残渣态含量低,生物可利用性高,迁移转化能力强；Pb、Ni、Cu的残渣态含量与有效态含量相当,生物可利用性较高,迁移转化能力较强；As的残渣态含量很高,生物活性弱,较为稳定。(2)四种单一淋洗剂对尾矿的最优浓度、最佳固液比、最佳淋洗时间、淋洗次数如下：HN03,1mol/L,15:1,16h,1次；HNO3在最佳淋洗条件下对重金属As、Cu、Ni、 Pb、Co、Sr的淋洗率分别为27.77%、39.80%、24.57%、26.87%、20.89%、65.80%。HCl,2mol/L,15:1,6h,1次；HCl在最佳淋洗条件下对重金属As、Cu, Ni, Pb, Co, Sr的淋洗率分别为44.23%、45.29%、28.57%、31.54%、18.48%、56.67%。EDTA, 0.1mol/L,10:1,6h,2次；EDTA在最佳淋洗条件下对重金属As、Cu、Ni、Pb、Co、Sr的淋洗率分别为4.31%、22.05%、9.22%、14.44%、23.61%、42.62%。FeCl3,0.5mol/L,10:1,12h, FeCl3在最佳淋洗条件下对重金属As、Cu、Ni、Pb、Co、Sr的淋洗率分别为40.83%、68.69%、13.64%、63.97%、51.24%、69.36%。(3)综合分析五种复合淋洗剂HCl-EDTA、HNO3-EDTA、HCl-FeCl3、 HNO3-FeCl3、EDTA-FeCl3对尾矿中六种重金属As、Cu、Ni、Pb、Co、Sr的淋洗效果,得出五种复合淋洗剂的淋洗效率都远比单一淋洗剂盐酸、硝酸、氯化铁和乙二胺四乙酸的淋洗率要高,复合淋洗剂对重金属的淋洗率随单一淋洗剂盐酸、硝酸、氯化铁和乙二胺四乙酸浓度的升高而增高。比较五种复合淋洗剂对重金属的淋洗效果可知,复合淋洗剂HCl-FeCl3对尾矿中Cu的淋洗效率优于其他复合淋洗剂；复合淋洗剂HCl-FeCl3和HNO3-FeCl3对As的淋洗效率较为接近且优于其他复合淋洗剂；复合淋洗剂HCl-FeCl3和EDTA-FeCl3对Ni的淋洗效率较为接近且优于其他复合淋洗剂；复合淋洗剂HCl-FeCl3和HNO3-FeCl3对Sr的淋洗效率较为接近且优于其他复合淋洗剂；复合淋洗剂HCl-FeCl3、HNO3-FeCl3和EDTA-FeCl3对Co的淋洗效率较为接近且优于其他复合淋洗剂；复合淋洗剂HCl-FeCl3、 HNO3-FeCl3和EDTA-FeCl3对Pb的淋洗效率较为接近且优于其他复合淋洗剂。由上可知,复合淋洗剂都对As、Cu、Ni、Pb、Co、Sr有较高的淋洗率且远高于单一淋洗剂对重金属的淋洗率,其中,复合淋洗剂HCl-FeCl3对六种重金属As、Cu、 Ni、Pb、Co、Sr都有较高的淋洗效果且优于其他复合淋洗剂。复合淋洗剂HCl-FeCl3对尾矿进行淋洗的最佳浓度、最佳固液比、最佳淋洗时间、最佳淋洗次数如下：HC1,0.2mol/L, FeCl3, 1.0mol/L,6:1,6h,3次;HCl-FeCl3在最佳淋洗条件下对重金属As、Cu、Ni、Pb、Co、Sr的淋洗率分别为42.37%、76.18%、67.36%、78.91%、68.13%、79.04%。