碳酸盐岩区硫化物尾矿中重金属赋存状态研究

This project will focus on the carbonate-rich sulfide tailings in karst region in northern Guangxi province and its adjacent areas (south China). Based on analyzing the lamellar fabrics of the tailings profile, and using the methods such as Dold chemical extraction, Sobeck-ABA (acid-base accounting) and NAG (net acid generation) test, and element geochemistry and secondary mineralogy, as well as carring out the collumn leach test and the acid water soak test, this project will investigate into the chemical speciation distribution and stability of heavy metals (Pb, Zn, Cd and As) in the tailings, and the affecting factors (e.g. tailings fabrics, oxidation, acidification and secondary mineral adsorption）involving the heavy metals occurrence and stability in the tailings; and determine the assessment/prediction measures (e.g. heavy metals background values, active Nemerow index, mobility and transport ratio) of heavy metal combinative pollution. The study could expect to achieve the goals of: ①deeply understanding the behavior and environment effect of heavy metals in carbonate type tailings; ②building an assessment/predict system of heavy metals combinative pollution deriving from the tailings of non-ferrous metals mines in karst environment landscape region.

本项目以桂北及相邻碳酸盐岩地区的有色金属矿山碳酸盐型尾矿作为研究对象。在尾矿剖面层带组构分析的基础上，采用Dold化学提取法、Sobek-ABA(acide-base accounting酸-碱估算)法和NAG（net acid generation净产酸量）测试法，以及元素地球化学、次生矿物学等研究方法，研究碳酸盐型尾矿中重金属（Pb、Zn、Cd及As）的赋存化学形态、稳定性及其影响因素（尾矿组构、氧化作用、酸化作用和次生矿物吸附作用等）；以及，厘定尾矿重金属复合污染评价预测指标（重金属背景值、活性内梅罗指数、迁移性及迁移率），结合柱淋滤和密闭浸泡实验，深入了解碳酸盐型尾矿中重金属的赋存状态和稳定性及其环境效应；建立碳酸盐岩地区有色金属矿山尾矿重金属复合污染的综合评价预测系统，为喀斯特环境景观区金属硫化物尾矿源重金属复合污染的防治提供依据。

富含碳酸盐的金属硫化物尾矿——碳酸盐型尾矿是碳酸盐岩地区有色金属矿区主要的重金属污染源之一。研究尾矿中重金属的赋存状态，弄清其富集和迁移机制，对于尾矿重金属污染评价，以及污染防治、金属回收利用，具有理论和实际意义。. 本项目以桂北及邻区的典型碳酸盐型尾矿作为研究对象。在尾矿剖面组构分析的基础之上，采用BCR、Tessier及Dold化学提取法、酸-碱估算法和净产酸量测试法，以及元素地球化学、次生矿物学等研究方法，并结合密闭浸泡实验和柱淋滤实验，研究碳酸盐型尾矿中Pb、Zn、Cd及As的赋存化学形态、稳定性及其影响因素（尾矿组构、氧化作用、酸化作用和次生矿物吸附作用等）；以及，采用地质积累指数法、生态危害指数法和内梅罗指数法，并结合尾矿中重金属的赋存状态/迁移活性研究，探讨碳酸盐岩地区有色金属矿山尾矿重金属复合污染的综合评价预测方法。研究结果表明：. 1.碳酸盐型尾矿发育层状构造，即表面为氧化层/胶结硬层，之下依次为弱氧化层、未氧化的原尾砂层。氧化层中发育次生纤铁矿和石膏，包裹残余碳酸盐颗粒，形成包壳结构；次生矿物对重金属的吸附作用，使重金属在氧化层中富集。. 2.铁硫化物含量较高（如Fe 10.62 wt%，S 5.70 wt%）的碳酸盐/石灰岩型尾矿，由于其氧化后生成高Fe浓度的酸性水导致碳酸盐包壳/钝化作用，可释出酸性矿山废水及重金属。. 3.原尾矿中重金属主要以稳定残渣态（As、Pb、Zn、Cd）、氧化物结合态（Pb）及硫化物结合态（Zn、Cd）形式赋存，在酸水淋滤作用下，原尾矿中重金属的释放顺序为：Cd≈Zn＞Pb＞As。尾矿氧化层中，Zn、Cd以可交换态大量富集，具有较强的迁移性；As、Pb主要以残渣态以及氧化物结合态赋存，其迁移性较差。. 4.尾矿重金属污染危险综合评价：首先采用快速、经济的污染指数法，进行区域面上评价，筛选出主要污染元素；之后，对主污染元素进行赋存状态研究，弄清其在尾矿中的富集迁移习性及其影响因素，进而对面上评价结果进行验证和矫正，如此可避免污染指数法的局限性。