大脚岭铅锌矿尾矿库重金属污染迁移的无损探测与评价

有色资源矿山开发利用的环境负效应之一就是重金属的污染,其重金属离子的迁移与探测是重金属污染的重要研究方向之一。采用探底雷达的分层界限探测技术、岩土取样和荧光分析技术,对湖南省湘江流域的某尾矿库重金属离子下向迁移展开系统的对比研究,系统布置探测线和取样点,分析尾矿库重金属下向迁移的规律。分层探测表明,复垦土壤与尾砂层的分界较为明显,尾砂层与下层土壤分界在探地雷达上没有反应。主要重金属污染物为砷、镉、铅,在取样的不同深度样品中砷、镉、铅浓度都显著超标,铬浓度符合标准。尾矿库内的重金属主要以下向的重力迁移为主,存在少量的上向吸附迁移。     

典型铁尾矿库重金属污染评价及生态修复建议

为研究尾矿库周边土壤的重金属污染情况,分析测定了南京某铁矿区典型铁尾矿库(A、B、C)污染土壤的重金属(Cd、Cr、Cu、As、Ni、Pb)含量,并采用单因子指数法,内梅罗综合污染指数法以及Hakanson的潜在生态危害指数法进行评价。结果表明:(1)尾矿库附近土壤中Cd、Pb含量均超出相关标准及背景值,Cd超标率均达100%,除尾矿库C外,Pb超标率也达100%;尾矿库A、B附近土壤中的Ni和As含量超过了毗邻区土壤背景值;尾矿库附近土壤中Cr、Cu含量均相对较低,对环境影响较小。(2)尾矿库A、B附近土壤以Cd、Pb污染为主,综合污染评价均为重度污染;尾矿库C附近土壤以Cd污染为主,综合污染评价为轻度污染。(3)尾矿库A、B、C附近重金属综合潜在环境风险分别为中等环境风险强度、强环境风险强度及轻微环境风险强度,Cd和Pb的环境影响占据主导。通过污染评价,建议从地貌重塑、土壤基质改良、耐受富集植物选择等方面对尾矿库污染土壤开展生态修复工作。     

某钒尾矿库周边土壤重金属污染评价

为定量评价钒尾矿库周边土壤重金属污染程度,采用地累积指数法、内梅罗指数法、潜在生态危害指数等3种方法结合进行土壤重金属污染综合评价。结果表明,尾矿库周边土壤存在重金属Cd、Ni、As、Cr、Cu、Zn、Pb含量积累和超标情况,Cd的超标率最大,Ni、As 次之。总体上,尾矿库周边土壤中Cd为主要污染因子,其次为Ni、As,其它重金属元素贡献较小。生态风险评价表明,Cd、Ni为主要生态危害元素,Cd以较高风险为主,Ni为中度风险。该钒尾矿库对周边土壤的影响不容忽视,应加强重金属污染的污染防治。     

南京某铁尾矿库复垦土壤重金属污染评价

为保障复垦尾矿库的土地生态安全并揭示复垦尾矿库土壤中重金属元素的污染特征,以位于南京市南郊的某复垦铁尾矿库为研究区,在对复垦土壤中重金属(Cd、Cr、Cu、As、Hg、Ni和Pb)含量分析测试的基础上,对该复垦土壤进行了重金属环境质量现状评价(单因子指数法和内梅罗综合污染指数法)及重金属垂向含量分析。单项污染分析结果表明,所采集的土壤样品中7种元素含量均超过毗邻区土壤背景值(超标倍数介于0.02~12.71),Cd、Ni和Pb含量超过江苏省背景值(超标倍数介于0.05~11.28),仅有Cd含量略超过国家土壤III级标准(超标倍数介于0.05~0.54)。累积综合污染分析表明,该尾矿库覆土中重金属含量超过毗邻区未受矿业活动影响的背景土壤值,全部属于重度污染。重金属含量纵向分布结果表明,越靠近底部尾矿,重金属含量越高;除Cu和Ni外的5种元素含量均超过毗邻区土壤背景值,表明受底部尾矿的影响,重金属已经逐渐在覆土中累积,并向顶部迁移。     

灵丘县一带多金属矿区土壤重金属污染特征及成因

以灵丘县一带多金属矿区为例,总结分析了多金属矿区土壤重金属污染现状,并对灵丘县老坟台金矿区尾矿库及下游农田土壤样品进行了重金属含量分析,结果表明:灵丘县一带多金属矿区的主要污染物为Cd、As、Pb,老坟台金矿区土壤样品中Pb、Cd、As的含量随着与尾矿库距离的增加总体呈下降趋势。在上述分析的基础上,对灵丘县一带多金属矿区土壤重金属污染成因进行了分析,供该区土壤重金属污染治理参考。     

包头某稀土尾矿库周边土壤重金属污染特征与生态风险评价

为了解包头某稀土尾矿库周边表层土壤中重金属元素As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的富集特征及污染程度和生态风险状况,以尾矿库南侧湿地和西侧农田为研究样点,以相对无污染的小白河黄河湿地自然保护区和尾矿库西侧8 km的农田为对照样地,利用国标方法进行重金属含量测定,并利用综合污染指数、污染负荷指数、地积累指数和生态风险指数法进行污染程度和生态风险评价。结果显示：各样点土壤重金属含量均高于国家和内蒙古土壤背景值,其中以Cd和As污染最为严重,且As超过国家二级标准(GB15618-1995)。尾矿库周边土壤的重金属污染程度和生态风险均显著高于对照样地。湿地土壤污染程度显著高于农田,且随着与尾矿库距离的增大而减轻。该稀土尾矿库是造成周边土壤重金属污染的根本原因。研究揭示了该地区的重金属污染特征和生态风险,可作为当地土地资源保护与生态恢复的科学依据。     

四川省马边老河坝磷矿重金属污染分析

马边老河坝磷矿资源丰富,矿业活动频繁,对矿区内水土环境影响不明。为查明老河坝磷矿区内矿山环境及水体、土壤内的重金属污染程度,以老河坝磷矿区水土环境为研究对象,对地表水及表层土壤的重金属元素（Cd、As、Cu、Cr、Pb、Zn）含量及其分布特征开展了生态污染程度评价。结果表明:研究区水质较好,重金属及磷元素污染程度较低,符合《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质标准的相关指标。土壤中金属元素平均值与四川省土壤元素背景值相比:Cd元素超标8.75倍, Pb元素超标3.36倍, Zn元素超标1.94倍, As元素超标1.48倍, Cu元素超标1.36倍,P元素超标7.47倍。与中国土壤元素背景值相比:Cd元素超标10倍, Pb元素超标4.40倍, Zn元素超标2.48倍, As元素超标1.88倍, Cu 元素超标2.12倍,Cr元素超标1.42倍。潜在生态危害指数法显示,马边老河坝磷矿表层土壤重金属污染程度依次为Cd>As >Pb >Cu>Zn>Cr,Cd元素危害最大,其次是As、Pb和Zn,为中度生态污染风险。累积指数法显示,马边老河坝磷矿表层土壤重金属污染程度依次为Cd>Pb>As>Zn>Cu>Cr,Cd、Pb污染程度为中度。综上所述,马边老河坝磷矿重金属污染对水体影响小,而土壤重金属污染不可忽视。      

辽宁矿区尾矿废弃地及土壤重金属污染评价研究

辽宁省金属矿区及其周边土壤重金属污染状况,尤其是尾矿库及其周边土壤污染是值得关注和研究的问题。采集了辽宁典型矿区尾矿及其周边的土壤样品,用原子吸收分光光度法分析Cu、Zn、Pb、Cd元素,用原子荧光分光光度法分析Hg、As元素,用二苯碳酰二肼分光光度法分析Cr元素,并采用模糊综合评价方法进行了重金属污染评估。结果表明：辽宁省金属矿区土壤重金属污染以Zn、Pb两种重金属为主,同时伴生着Cd、As、Cu 3种重金属的复合污染。     

尾矿及附近土壤重金属污染及空间分布

对铅锌矿尾矿库尾砂及附近土壤进行采样调查,运用原子吸收测定了尾砂、附近土壤的4种重金属Pb、Cd、Zn、Cu含量.各个采样点污染程度均不同,而且不同元素之间的污染程度也有所差异.通过相关性分析,4种重金属之间呈现显著相关,说明这些重金属具有显著的同源性.通过Surfer分析重金属的空间分布,发现4种重金属含量的空间分布规律基本相同,呈现西高东低的特征.     

土壤—农作物系统中重金属元素迁移转化规律研究——以湖北宣恩县为例

为研究土壤中重金属元素在不同作物系统中的迁移转换规律及其控制影响,采集湖北宣恩地区的茶叶、水稻、玉米、土豆、黄金梨、白柚及其对应的根系土样品,对根系土中的重金属元素含量、生物可利用性、内梅罗综合污染指数以及农作物中的重金属富集程度进行分析。结果表明,农作物土壤中Cd平均含量显著高于宣恩县土壤背景值。评价区土壤中Pb、Hg、As、Cu和Zn等重金属元素主要为强有机结合态(F6)与残渣态(F7),很难以离子形态释放出来,而Cd在土壤中的赋存形态主要为水溶态(F1)和离子交换态(F2),占比高达35. 59%,很容易被生物吸收利用。评价区水稻根系土已经遭受Cd污染,农作物重金属污染一方面与土壤背景值有关,另一方面与生物可利用性相关。除玉米茎部特别富集Cd和水稻根部特别富集As外,所收集的农作物可食部分从根系土中转移Pb、Cd、Hg、As、Cu和Zn等6种重金属元素的能力很弱。     

尾矿坝浸润线的雷达探测技术

浸润线是影响尾矿坝安全稳定性的一个重要因素,因此有必要对其位置和分布进行探测。探地雷达作为一种物探设备与手段已经在水坝浸润线的探测工作中得到应用,本文将雷达探测技术引入到尾矿坝浸润线的探测中,从雷达探测机理、雷达正演分析和尾矿坝浸润线的物理特征上论证了该方法的适用性和可行性。文中解释了使用雷达探测浸润线的具体方法与过程,从正演和反演两方面分析了浸润线雷达探测图像的特点。在方法实证中对一具体的尾矿坝浸润线进行了探测,发现探测结果与钻孔检测的浸润线数据基本符合,这充分说明了雷达探测技术在尾矿坝浸润线探测工作中是适用和可靠的。     

Heavy metal pollution model of tailings and the pollution simulation by visualization

Based on the analysis of whole mining process in metal mines, it was pointed out that the investigation of the heavy metal pollution of tailings should be taken as an important project for a metal mine. Combined with the anlysis of the characteristics of tailings, it is found that the transformation of the heavy metal dissolution process, the heavy metal ions migration with groundwater and the heavy metal transport in porous media are three key aspects. Accordingly, the models of heavy metal pollution were established with providing boundary conditions. Depending upon a case of Tonglushan Copper Mine tailings and its relevant area from Google maps’, a three-dimensional grid view of the tailings was set up. By application of Fluent software, the contaminated process of the heavy metal pollutants in the tailings was shown through digital visualization pattern.     

表层构造措施对铜矿尾矿重金属纵向迁移的影响

柱状实验研究淋滤条件下表层构造措施对重金属纵向迁移的影响.分析测定柱体各层样品的pH值和Cu、Zn、Cd等污染重金属的全量及其可交换态.结果表明:覆土层及石灰石层可明显提高尾矿pH值.覆土层全量Cd含量较原覆土明显上升,覆土层Zn、Cu含量除表层外明显降低.尾矿层各重金属柱1、柱2及柱3几乎均小于原样含量;可交换态覆土层Cu、Zn柱2柱3基本小于原覆土值,Cd柱2柱3除15cm处外均大于原覆土值.Cu、Zn、Cd尾矿层减少显著.覆土措施对Zn影响显著,对Cu,Cd重金属全量及可交换态也起到一定作用,但依然受到重金属的污染,石灰石层作用不明显.研究结论可为尾矿库污染调控与复垦利用措施提供依据.     

基于支持向量机的路基检测研究

提出采用支持向量机的方法对探地雷达检测的路基数据进行处理和分析,从而实现对路基病害识别的定量解释。使用该方法对现场采集到的探地雷达检测数据进行了处理和分析,结果表明,路基病害的识别准确度可以达到90%以上,证明支持向量机的方法在路基检测中具有较好的效果和较高的准确度。     

浸提法去除铁尾矿中重金属Pb、Zn、Cu、Cr和Ni的研究

本文以铁尾矿为研究对象,以草酸和EDTA-2Na作为浸提剂对铁尾矿中的Pb、Zn、Cu、Cr和Ni进行震荡浸提实验,研究不同浸提液浓度、液固比和震荡时间对重金属去除效果的影响,并对浸提前后重金属形态的变化进行分析,探讨了浸出含量与重金属形态的相关性。结果表明,Pb、Cu、Cr在草酸浓度分别为250、100、200 mmol/L时去除率达到最高,分别为19.9%、43.9%、4.2%;Zn和Ni在EDTA-2Na浓度分别为100、200 mmol/L时去除效果最好,去除率分别为33.2%和39.4%。草酸浸提过程中,Cu和Pb的去除率随震荡时间的增加逐渐提高,Zn、Ni和Cr的去除率在120 min后基本趋于稳定。EDTA-2Na对重金属的去除率随震荡时间的延长变化不大,当震荡时间为60 min时基本趋于稳定。当液固比为30∶1时,草酸和EDTA-2Na对重金属的去除效果相对较好。对草酸浸提前后重金属的形态进行分析,发现浸提不仅能够有效去除重金属的易迁移形态,还能使重金属形态发生迁移转化。相关性分析发现重金属浸出含量与可交换态和碳酸盐结合态的相关系数分别为0.930*和0.996**。浸提后铁尾矿中重金属的可交换态和碳酸盐结合态比例降低,残渣态、铁锰氧化物结合态和有机结合态比例增加,提高了铁尾矿在环境中的稳定性,降低了其污染环境的风险,为铁尾矿的无害化提供了新的思路和理论依据。      

降雨-蒸发与地下水耦合作用下的大型尾矿库重金属Cu2+迁移数值模拟分析

为考虑降雨-蒸发与地下水耦合作用对尾矿坝重金属迁移的影响,以本钢集团歪头山铁矿尾矿库作为工程背景,应用Geostudio软件,选择SEEP/W、VADOSE/W和CTRAN/W模块,模拟降雨和蒸发作用下的尾矿库地下水的渗流特性及重金属污染物的迁移规律。结果表明,降雨-蒸发作用对尾矿库表层土壤的孔隙水压力有影响,深层土壤基本无影响;考虑降雨-蒸发作用在一定程度上增加了重金属污染物在1825d内的迁移距离和平均迁移速度;重金属污染物Cu2+的浓度随时间推移而升高,考虑降雨-蒸发作用对于重金属污染物浓度起扰动作用;预测重金属污染物粒子在尾矿库土壤中历经7a迁移出露到坡面。研究结果为相似工程案例提供重要参考,为尾矿库环境地质评价和污染预测防治提供有力的科学依据。     

化学因素作用下某尾矿砂渗透特性及污染防治研究

尾矿作为矿山开采过程中不可避免的固体废弃物,其渗透（淋滤）特性是诱发环境污染的关键因素之一。以某铜矿山尾矿为例,采用自主设计的渗透（淋滤）装置,探讨了化学因素作用下不同干密度尾矿砂的渗透及淋滤特性,揭示了不同pH溶液环境下尾矿砂的渗透系数变化规律;针对尾矿淋滤对环境的污染现象,采用Visual MODFLOW数值软件,模拟了Cu2+在尾矿库内的迁移规律;并基于工程屏障阻滞理念,建立了污染物迁移模型,探讨了重金属污染的防治效果。结果表明：①随着溶液pH值降低,尾矿渗透系数逐渐增大,最大可增至1~2个数量级;②在盐溶液环境下,随着NaCl浓度升高,尾矿渗透系数先缓慢增加再逐渐降低;③ 工程屏障能够长期且有效阻滞污染源,可作为矿山环境污染防治及修复的重要手段。基于上述分析结果,提出了尾矿库重金属污染防治的工程措施,为相关工程实践提供借鉴。     

深埋采场压架切顶诱发井下泥石流形成机理与防控

灰岩地区隧道修建过程中,制约安全高效建设的最主要因素是隧道掘进工作面前方的不良地质情况,加之溶洞、断层与破碎带等不良地质具有较强的隐蔽性,如何提高隧道短距离超前地质预报的判释水平显得尤为重要。为便于对地质雷达信号图谱特征进行定量解释,开展了基于时域有限差分法的正演模拟与室内物理模型实验。在小波变换与奇异性检测原理的基础上,构造了与地质雷达发射子波波形相似度高的雷达小波基,添加到小波分析工具箱中,提出了一种新的基于雷达小波基的小波变换时能密度法,将其应用于空洞充填物正演模拟与模型实验地质雷达信号的定量识别,并与波形分析法、Db4小波变换法和雷达小波变换法的识别结果进行比较。研究结果表明,波形分析法虽能有效识别空洞充填物的尺寸大小,但需通过反射系数等先验知识来确定空洞充填物的界面反射位于波峰或波谷;Db4小波变换模极大值法易得到地质雷达信号奇异点,但奇异点的提取位置与不同小波基的时频局部化特征有关,Db4小波变换法识别结果的相对误差约15%;雷达小波变换模极大值法与小波变换时能密度法的识别效果均较好,但小波变换时能密度法的分辨率更高,且不需选择最优尺度。当空洞充填物的尺寸大于电磁波波长时,小波变换时能密度法识别结果的相对误差小于5%。     

探地雷达探测采煤工作面隐伏钻杆研究

为了提前探测定位采煤工作面中的隐伏钻杆,探讨了利用防爆探地雷达技术进行采煤工作面隐伏钻杆超前探测的技术方法,结合雷达探测理论,计算出钻杆与煤层分界面的雷达波反射系数介于0.25~0.35,论证了雷达探测一般隐伏钻杆的可行性。通过煤层中雷达探测钻杆正演模型分析,获得了钻杆的雷达波波形响应特征。阳泉矿区煤层中隐伏钻杆的探测实践,确定了隐伏钻杆所在位置,探测结果得到了回采验证,经过统计探测钻杆准确率为81.2%,取得了很好的地质效果。研究表明,采用防爆探地雷达能较好的对采煤工作面中隐伏钻杆进行超前探测,解决了采煤工作面中隐伏钻杆的超前预测定位难题。     

基于小波变换时能密度法的隧道空洞充填物识别研究

灰岩地区隧道修建过程中,制约安全高效建设的最主要因素是隧道掘进工作面前方的不良地质情况,加之溶洞、断层与破碎带等不良地质具有较强的隐蔽性,如何提高隧道短距离超前地质预报的判释水平显得尤为重要。为便于对地质雷达信号图谱特征进行定量解释,开展了基于时域有限差分法的正演模拟与室内物理模型实验。在小波变换与奇异性检测原理的基础上,构造了与地质雷达发射子波波形相似度高的雷达小波基,添加到小波分析工具箱中,提出了一种新的基于雷达小波基的小波变换时能密度法,将其应用于空洞充填物正演模拟与模型实验地质雷达信号的定量识别,并与波形分析法、Db4小波变换法和雷达小波变换法的识别结果进行比较。研究结果表明,波形分析法虽能有效识别空洞充填物的尺寸大小,但需通过反射系数等先验知识来确定空洞充填物的界面反射位于波峰或波谷;Db4小波变换模极大值法易得到地质雷达信号奇异点,但奇异点的提取位置与不同小波基的时频局部化特征有关,Db4小波变换法识别结果的相对误差约15%;雷达小波变换模极大值法与小波变换时能密度法的识别效果均较好,但小波变换时能密度法的分辨率更高,且不需选择最优尺度。当空洞充填物的尺寸大于电磁波波长时,小波变换时能密度法识别结果的相对误差小于5%。