有机螯合剂改性膨润土对硫化矿尾矿中重金属的固化作用与机制研究

There are a large amount of sulfide ore tailings in China. The sulfide mineral in the tailings is easily oxidized and heavy metal ions may be leached from tailings, which will pollute the environment and endanger human health seriously. To solve the problem of the secondary pollution and complex process in the tailing control technology of heavy metal pollution, bentonites modified by chelating agents with different structure are prepared. The influence rule and mechanism of critical factors such as chelating agents structure, acid production capacity, storage environment of tailings and their interaction on the immobilization property of heavy metal in tailings by modified bentonite are systematically studied. Meanwhile, the change rules of the occurrence form of heavy metal, particle morphology, surface property, element and phase composition in tailings before and after the heavy metal immobilization are investigated. The immobilization mechanism of heavy metal by modified bentonite and the structure-activity relationship between modified bentonite and heavy metal in tailings are also discussed. The optimization and control method of immobilization performance of modified bentonite will be proposed, which will provide theoretical basis for the preparation of new and efficient modified bentonites and pollution control of heavy metal in sulfide ore tailings.

我国金属硫化矿山尾矿堆存量大，尾矿中的硫化物矿物易发生氧化反应，导致重金属离子溶出，从而严重污染环境，危害人体健康。本项目针对硫化矿尾矿重金属污染源头控制技术存在的二次污染、工艺复杂等问题，采用不同结构特征的螯合剂对膨润土进行改性，合成改性膨润土样品，系统研究螯合剂结构、尾矿产酸能力和堆存环境条件等关键因素及其交互作用对改性膨润土固化尾矿重金属的影响规律和影响机制，并结合尾矿固化前后的重金属赋存形态、颗粒形貌、表面性质、元素及物相组成等变化规律研究，明确改性膨润土固化尾矿重金属的构-效关系，探讨改性膨润土对尾矿中重金属的固化机理，提出改性膨润土的结构和固化性能的优化和控制方法，为新型高效改性膨润土的合成及其在硫化矿尾矿重金属污染的控制应用提供理论依据。

本项目针对硫化矿尾矿重金属污染源头控制技术存在的二次污染、工艺复杂等问题，采用不同结构特征的螯合剂对膨润土进行改性，合成改性膨润土样品，系统研究螯合剂结构、尾矿产酸能力和堆存环境条件等关键因素及其交互作用对改性膨润土固化尾矿中重金属的影响规律和影响机制。研究发现，钙基膨润土经过DA、TTA、DDTC和TEPA改性后，其BET比表面积、总孔体积、微孔体积和Zeta电位均显著降低，但对尾矿中重金属的固化性能显著提高，且低层电荷的钙基膨润土经螯合剂改性后，更有利于抑制尾矿中重金属的溶出。添加DDTC-Mt的锡多金属矿尾矿中Mn和Zn的溶出量和固化率大小顺序为：尾矿沉积物CH1>新鲜尾矿CH2>风化尾矿CH3，与尾矿的产酸潜力强弱关系一致，而DDTC-Mt对两种铅锌矿尾矿中Mn和Pb的固化率大小关系为YD>F，也与其产酸潜力强弱关系一致。在72h振荡溶出或150d动态淋滤条件下，固化前后尾矿中重金属的累积溶出量均随溶出时间的增加而增加，总体呈现先快速溶出后缓慢溶出的趋势，且固化后尾矿对模拟酸雨pH具有较强的缓冲能力。与添加Ca-Mt固化前后的尾矿相比较，添加TTA-Mt的尾矿中重金属累积溶出量显著降低，其中TTA-Mt对Zn和As的固化率在150d动态淋滤后仍高达96%和86%，且固化后尾矿中重金属赋存形态的T3~T7态总占比增加，说明螯合剂改性膨润土对尾矿中重金属具有较好的固化效果和环境稳定性。改性膨润土对尾矿中重金属的固化主要为络合和沉淀作用，膨润土经螯合剂插层后，其表面电负性增强，一定程度上也提高了其固化性能。总之，项目围绕螯合剂改性膨润土的制备、结构表征及其对尾矿中重金属的固化性能开展了系统性、创新性研究，探明了有机螯合剂改性膨润土对尾矿中重金属的固化机理及影响因素，提出了改性膨润土的结构和固化性能的优化方法，研究成果具有较好的学术价值和现实意义，为新型高效改性膨润土的合成及其在硫化矿尾矿重金属污染的控制应用奠定了重要的方法和技术基础。