【摘要】：有色金屬礦山尾礦庫不僅壓占土地資源,還是潛在的重污染源。尾礦中的重金屬以水蝕、風蝕的途徑擴散,威脅周邊水土環(huán)境。本文依托國土資源部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費課題,對遼寧省紅透山銅礦尾礦庫和柴河鉛鋅礦尾礦庫兩處典型尾礦庫進行了試驗示范研究。通過實地采集0～500 cm尾礦樣品進行分析測定,研究了尾礦庫重金屬污染擴散特征；并針對現(xiàn)行尾礦庫復(fù)墾治理措施中存在的問題,從土壤、環(huán)境、生態(tài)多學科視野,提出了尾礦庫生態(tài)封閉與再利用的土地復(fù)墾與環(huán)境整治技術(shù)新模式；采用室內(nèi)模擬試驗和場地試驗示范,對符合上述技術(shù)模式要求的不同表層土壤構(gòu)造措施——CT(直接覆土)、SLS(覆土+石灰石層)、SL(覆土+石灰層)和SC(覆土+黏土層)的試驗示范效果進行分析。研究結(jié)果表明：紅透山銅礦尾礦庫0～40 cm表層尾礦pH值均低于4.0,在0～220 cm,尾礦pH值隨深度的增加而升高,至220 cm以下,尾礦pH值穩(wěn)定在7.0～7.5之間。由于硫化礦物氧化導(dǎo)致表層尾礦pH較低。紅透山銅礦尾礦庫的主要污染重金屬元素為Cu、Zn、Cd。紅透山銅礦尾礦庫淺層剖面可以劃分為三個層次：氧化層、膠結(jié)層和未氧化層。0～40 cm尾礦氧化程度最高,硫化礦物氧化產(chǎn)酸導(dǎo)致表層0～40 cm尾礦中重金屬元素遷移活性較高,表層尾礦中重金屬元素含量減少。表層尾礦氧化釋放的Cu大部分在膠結(jié)層富集,隨地表徑流排出尾礦庫的Cu僅占表層尾礦氧化釋放總Cu量的8.08%,而Zn占21.60%,Cd占72.93%。紅透山銅礦尾礦庫閉庫20 a來,尾礦庫淺層0～120 cm尾礦中S、Zn、Cd的總流失量分別為762.75 t,6997.5kg和86.06kg。柴河鉛鋅礦1#尾礦庫0～500 cm深度尾礦樣品的pH值在6.83～7.97之間,在0～120cm,尾礦pH值隨深度的增加而升高。柴河鉛鋅礦尾礦庫的主要污染元素為Pb、Zn、 Cd,平均含量分別為1527.11 mg kg-1、4265.43 mg kg-1和57.54 mg kg-1。柴河鉛鋅礦2#尾礦庫復(fù)墾土壤中Zn、Pb、Cd的全量分別達到1538.55 mg kg-1,748.53 mg kg-1和7.1 mg kg-1,酸可提取態(tài)含量為10.32 mg kg-1、9.9mg kg-1和0.65 mg kg-1,高于復(fù)墾土壤初始值�，F(xiàn)行的直接覆土措施在柴河鉛鋅礦尾礦庫土地復(fù)墾中,底層尾礦中重金屬會遷移至表層復(fù)墾土壤中。針對上述問題,基于尾礦庫污染源頭控制的要求,從土地、環(huán)境、生態(tài)等學科專業(yè)角度出發(fā),提出了有色金屬礦山尾礦庫生態(tài)封閉的復(fù)墾治理技術(shù)模式,據(jù)此設(shè)計了符合生態(tài)封閉復(fù)墾治理技術(shù)模式要求的表層土壤構(gòu)造措施,表層土壤構(gòu)造是生態(tài)封閉治理模式的核心措施。通過210 d柱狀模擬試驗和3a的場地試驗(柴河鉛鋅礦尾礦庫)對不同表層土壤構(gòu)造措施的實驗效果進行了分析。210 d柱狀淋濾試驗期間,各處理淋濾液的pH值隨時間不斷升高,在第180 d均升高至7.8～8.0,表層覆土能夠有效降低淋濾液中重金屬的含量。添加石灰石層和石灰層能夠降低Zn、Cd的遷移活性,而添加黏土層對于阻隔Pb、Zn遷移較明顯。場地試驗結(jié)果表明：不同處理措施場地復(fù)墾土壤的pH都有所增加,由7.15增加到7.67-8.20。復(fù)墾3a后,SLS(覆土+石灰石層)、SL(覆土+石灰層)和SC(覆土+黏土層)處理后表層復(fù)墾土壤的Pb、Zn、Cd含量與初始值相比變化不大。CT(直接覆土)處理0-10 cm土壤的酸可提取態(tài)Pb, Zn、Cd含量分別從0.19 mg kg-1,1.95 mg kg-1和0.11 mg kg-1增加到1.82 mg kg-1,32.87 mg kg-1和0.56mgkg-1。SC小區(qū)表層土壤和黏土中酸可提取態(tài)Cd的含量均增加,說明Cd會通過黏土層,進入表層土壤中。SLS和SL處理下紫穗槐葉片中Pb的含量分別為2.38 mg kg-1和3.04 mg kg-1,明顯高于CT和SC,而CT處理下紫穗槐葉片中Zn、Cd的含量分別為45.78 mg kg-1和0.26 mg kg-1,高于SLS, SL和SC。在柴河鉛鋅礦尾礦庫場土地復(fù)墾過程中,直接覆土(CT)對于風蝕擴散具有較好的控制效果,但重金屬污染擴散的問題依然存在,底層尾礦中重金屬會遷移至表層復(fù)墾土壤中。添加隔離層的表層土壤構(gòu)造措施能夠有效阻隔重金屬隨水分的上下遷移,添加石灰層的表層土壤構(gòu)造措施(SL)效果最好,而添加粘土層的表層土壤構(gòu)造措施(SC)存在重金屬Cd污染擴散風險。有色金屬尾礦庫土地復(fù)墾與環(huán)境整治應(yīng)從尾礦庫治理的系統(tǒng)性、全局性觀點出發(fā),以防止重金屬擴散為目標,同時考慮尾礦壩安全、尾礦資源保存和場地的生態(tài)利用,探索尾礦庫復(fù)墾技術(shù)新模式。并據(jù)此編制尾礦庫復(fù)墾治理方案,確定復(fù)墾治理措施。本研究還可為協(xié)調(diào)、完善尾礦庫治理的土地與環(huán)境等相關(guān)標準和規(guī)范提供依據(jù)。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X753

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本文編號：2407991