江西某铀矿区土壤中Cr污染评价

张淑梅，　刘平辉,2，　魏长帅

(1.东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌　330013；2.东华理工大学省部共建核资源与环境国家重点实验室培育基地，江西 南昌　330013)



江西某铀矿区土壤中Cr污染评价

张淑梅1，刘平辉1,2，魏长帅1

(1.东华理工大学 地球科学学院，江西 南昌330013；2.东华理工大学省部共建核资源与环境国家重点实验室培育基地，江西 南昌330013)

利用等离子体质谱仪测定铀矿区133个土壤样品中重金属Cr的含量，重点对铀矿区土壤中重金属Cr的含量及其空间分布特征进行研究。结果表明，整个矿区土壤重金属Cr的含量为10.04～93.9 mg/kg，平均值为51.44 mg/kg。各区域土壤重金属含量大小分别是尾矿坝下游>在采矿区>整个矿区>含矿未采区>尾矿坝。运用单因子污染指数评价法进行评价，表明在整个矿区一半以上的区域都属于轻度污染，正在采矿区四分之三的区域都属于轻度污染，尾矿坝下游也有轻度污染，尾矿坝和含矿未采区均无污染。

铀矿区； 土壤； 重金属Cr； 含量； 污染评价

张淑梅，刘平辉，魏长帅.2016.江西某铀矿区土壤中Cr污染评价[J].东华理工大学学报：自然科学版，39(2)：174-177.

Zhang Shu-mei, Liu Ping-hui, Wei Chang-shuai. 2016. Cr contents and its pollution evaluation in soil of a uranium mine[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 39(2)：174-177.

随着工业的发展、经济的增长，对矿产的开采也越来越多,而矿床的开采产生的环境污染以及采后留下的尾矿、废弃地对生态环境都带来了许多问题。矿区的开采是矿区周边土壤重金属污染的主要人为因素(夏汉平等，2002；杨胜香等，2006；De Kimple et al.，2000)。铀矿山在开采的过程中都会产生酸性矿山废水，其中含有大量的Cr离子(汪勇等，2013)，Cr是一种重金属元素，在自然界的单质铬和二价铬毒性很小或无毒，三价铬毒性较强，六价铬毒性最强(章海霞等，2012；IARC，1990)。

该铀矿区是我国主要的铀矿开采区，且伴生一些其他金属可供综合利用，目前有关研究区的研究大多集中在地层、构造和矿床成因等方面(张万良等，2001；王蕾等，2008；张树明等，2012；姚宏鑫等，2013)。研究区位于我国华东低山丘陵地区，地形崎岖，湿热多雨，地表水系发育。人口密集，水稻种植面积大。经过数十年的开采，矿区数量众多，铀矿山开采所产生的废水、废渣一般都是直接排放或露天堆放，其中所含的重金属污染物很容易随雨水、地下水迁移进入矿区周边的土壤，土壤中的重金属被植物所吸收，并最终通过食物链进入人体，危害人体生命健康(魏长帅等，2014)。本文针对该矿区土壤中Cr的含量及其分布特征进行了研究，为矿区重金属污染评价和矿区的治理提供依据。

1　材料和方法

1.1样品采集

采样点位于矿区附近、尾矿坝、尾矿坝下游和含矿未采区，采用五点混合取样法取样，每个样品以一个样点为中心，在半径5 m内取五个样品。取样深度为5～20 cm。用GPS定位中心点坐标作为取样点位置，装袋，编号，并详细记录采样时间和位置及土壤特征，共采集土壤样品133个。

1.2分析方法

1.2.1预处理方法

将样品自然风干，均匀混合后碾磨，通过60目筛子装袋贴上标签编号，干燥保存备用。

1.2.2仪器和试剂

仪器：ELEMENT XR高分辨电感耦合等离子体质谱分析仪、X-Series II电感耦合等离子体质谱仪(美国Thermo Fisher Scientific)，所有器皿均用20%硝酸浸泡，用高纯水冲洗备用。本仪器Cr的测定限为0.608 μg·g-1。试剂：各单元素标准溶液均购自国家标准物质中心，电子(MOS)级HNO3。

1.2.3仪器工作条件

经优化后的ICP-MS工作条件为：冷却空气流量(15.0 L·min-1)；辅助气流量(0.86 L·min-1)；载气流量(1.012 L·min-1)；功率(1 400 W)。

1.2.4分析方法

准确称取0.5 g(精确至0.000 2 g)试样与50 mL聚四氟乙烯坩埚中，用水湿润后加入5 mL盐酸，于通风厨的电热板上低温加热，使样品初步分解，当蒸发至3 mL左右时，取下稍冷，然后加入5 mL硝酸，2 mL氢氟酸，2 mL高氯酸，加盖后于电热板上中温加热1 h左右，然后开盖，继续加热除硅。当加热至冒白烟时，加盖，使黑色有机碳化物充分分解。待坩埚上的黑色有机物消失后，开盖驱赶白眼并蒸发至内容物呈粘稠状。视消解情况，可再加入2 mL硝酸，2 mL氢氟酸，2 mL高氯酸，重复上述消解过程。当白烟基本冒尽且内容物呈粘稠状时，取下稍冷，用水冲洗坩埚盖和内壁，并加入1%硝酸溶液温热溶解残渣。然后将溶液转移至25 mL容量瓶中，加入3 mL磷酸氢二铵溶液，冷却后定容摇匀备测后在ICP-MS上采用在线内标(Rh)法进行测量，得出各样品的测定结果。

1.2.5评价方法

单因子污染指数法(范拴喜等，2010；王立君等，2012)是以土壤元素背景值为评价标准，来评价重金属元素的累积污染程度，表达式为：

Pi=Ci/Si，

其中Pi为土壤中污染物i的环境质量指数；Ci为污染物i的实测浓度(mg/kg)；Si为i种重金属的评价标准(mg/kg)。一般Pi≤1为未污染，Pi>1为已污染，1≤Pi<2为轻度污染，2≤Pi<3为中度污染，Pi>3为重度污染，Pi越大受到的污染越严重。

2　结果与分析

2.1铀矿区土壤中重金属Cr的含量分析

各区域土壤中重金属Cr的含量结果见表1。整个铀矿区133个土壤样品中Cr含量范围为10.04～93.9 mg/kg，其中最高值是最低值的9.4倍，平均含量是51.44 mg/kg，与江西省土壤背景值相近(徐昌旭等，2006)，小于国家土壤背景值(魏复盛等，1991)，中值是56 mg/kg。标准差是23.5，变异系数是0.46，说明整个铀矿区的Cr元素含量差异程度比较大，受外界影响较大(孙超等，2009)。上述133个土壤样品中，超过江西省土壤背景值的有77个，占样品总数的57.89%；超过国家土壤背景值的有55个，占样品总数的41.35%。说明在该铀矿区，超过一半区域的土壤已经有Cr的富集。

表1　各区域土壤中重金属Cr的含量特征

在采矿区96个土壤样品中，Cr含量的最小值是17.2 mg/kg，最大值是88.3 mg/kg，最大值是最小值的5.13倍，平均含量为60.05 mg/kg，是江西省土壤背景值的1.23倍，中值是56.6 mg/kg。上述96个土壤样品中，超过江西省土壤背景值有74个，占总样品数的77%；超过国家土壤背景值的有50个，占总的样品数52.08%，表明正在采矿区中大部分地区土壤的Cr含量超标。

含矿未开采区31个土壤样品中Cr的含量相对较小，最小值是10.04 mg/kg，最大值是32.2 mg/kg，平均含量是20.57 mg/kg，远小于江西省土壤背景值和国家土壤背景值，中值是20.7 mg/kg。上述31个样品均未超过江西省土壤背景值和国家土壤背景值。表明含矿未开采区土壤的Cr含量未超标。

尾矿坝中2个土壤样品含量都较低，平均值为18.7 mg/kg，都远远小于江西省土壤背景值和国家土壤背景值。而尾矿坝下游200～1 000 m稻田5个土壤样品的值分别是75.5 mg/kg，82.83 mg/kg，84.46 mg/kg，85.3 mg/kg，93.9 mg/kg，最小值是75.5 mg/kg，最大值是93.9 mg/kg，最大值是最小值的1.24倍，平均值是84.39 mg/kg，分别是江西省土壤背景值的1.76倍和国家土壤背景值的1.38倍，是尾矿坝样品平均值的4倍。根据分析可能是尾矿坝土壤中重金属Cr随着地表水径流进入尾矿坝下游区域，使得尾矿坝下游区域受Cr污染较严重。

2.2各区域土壤重金属Cr污染评价

以江西土壤背景值为标准，用单因子污染指数评价法评价矿区各区域土壤污染程度得出：整个矿区57.89%的样品属于轻度污染，正在开采区77.08%的样品属于轻度污染，尾矿坝下游所有样品均有轻度污染，含矿未采区和尾矿坝均没有污染。

2.3铀矿区土壤中重金属Cr的分布特征

借助MAPGIS软件，将所取样品具体位置标识于铀矿区地形地质图和土地利用现状图叠加后的图中，根据样品重金属Cr的含量与尾矿坝、正在开采矿区、工业区、未开采区分布的关系，深入分析铀矿区土壤中重金属Cr的分布特征。

根据含量分析结果发现尾矿坝土壤中Cr含量较低，下游200～1 000 m稻田土壤Cr含量较高，这表明土壤中重金属不但会污染地表水还可能会通过地表水径流进入地表水流经区域土壤中(Zipper et al.，1997)。地表水是水循环重要的组成部分，是饮用水重要的资源之一(钟佐燊等，2005)，所以尾矿坝中的尾矿水也要经过处理检验合格后才能排放，这样才有利于尾矿坝下游的水系的保护和土壤的安全。

正在采矿区土壤中重金属Cr的含量大于未开采矿区土壤中重金属Cr的含量。正在采矿区96个样品平均值为51.6 mg/kg，含矿未开采区样品的平均值为21.79 mg/kg，在采矿区土壤中重金属Cr的含量是未开采矿区土壤中重金属Cr的含量的2倍，而未开采矿区样品土壤均无污染，在采矿区土壤有轻度污染。表明矿床的开采带来的选矿以及冶炼等矿业活动会使得矿石中的Cr元素随风化作用、地表径流作用、人为运输等作用进入矿区周边的土壤。人类采矿活动产生的矿石、废水是矿区土壤重金属污染的主要因素(朱志敏等，2007)。

3　结论与讨论

(1)整个矿区土壤中重金属Cr含量的平均值为51.44 mg/kg，根据单因子污染指数评价标准得出133个样品中57.89%的样品属于轻度污染。正在采矿区土壤重金属Cr含量的平均值为60.05 mg/kg，96个样品中77.08%的样品属于轻度污染。含矿未采区土壤中重金属Cr含量的平均值为22.04 mg/kg，30个样品均无污染。尾矿坝土壤中重金属Cr含量的平均值为18.73 mg/kg，2个样品均无污染。尾矿坝下游土壤中重金属Cr含量的平均值为84.39 mg/kg，5个样品均有轻度污染。各区域土壤Cr的含量大小分别为尾矿坝下游>在采矿区>整个矿区>尾矿坝>含矿未采区。

(2)尾矿坝土壤重金属Cr含量远远小于尾矿坝下游200～1 000 m稻田土壤中重金属Cr的含量，可能是由于地表径流将尾矿坝土壤中的重金属Cr迁移到尾矿坝下游。说明地表径流可能会使得河流下游土壤重金属含量也有一定的增加。

(3)在开采矿区土壤中重金属Cr含量大于未开采矿区土壤中重金属Cr含量。说明矿床的开采会影响矿区周边的土壤中重金属Cr的含量。采矿产生的废石重金属含量一般较高，废石经风化氧化等作用更易通过地表径流进入土壤，造成土壤重金属污染。所以矿床的开采一定要合理，不要产生过多的废石，采矿过程产生的废石要合理堆放，选冶产生的废水要经过处理达标后再排放。

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Cr Contents and its Pollution Evaluation in Soil of a Uranium Mine

ZHANG Shu-mei1,LIU Ping-hui1,2,WEI Chang-shuai1

(1.School of Earth Sciences, East China University of Technology, Nanchang, JX 330013;2.State Key Laboratory for Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang, JX 330013, China)

ICP-MS was used to determine the contents of heavy metal Cr in the 133 soil samples which was taken form a uranium mine, East China. In focusing on studied the contents and its spatial distribution characteristics of heavy metals Cr in samples. Results show that the concents of Cr in the soil in whole mining area were 10.04～93.9 mg/kg, with a mean of 51.44 mg/kg. The contents of Cr in the soil in regional respectively. were the downstream of tailings dam mining area > whole mining > not mining which had the mining area > tailings dam. Using the single factor pollution index, showed that more than half of the whole mining area were mild contamination, three-quarters of the mining regions were mild contamination, the downstream of tailings dam also had mild contamination, the tailings dam and not mining which had the mining area were non-pollution.

uranium district; soil; heavy metals Cr; pollution assessment

2015-02-19

国家自然科学基金项目( 41261081)；江西省自然科学基金项目(2011ZBAB203009)

张淑梅( 1991—)， 女，硕士研究生，主要从事环境地球化学的研究。E-mail:zhangshumei0804@163.com通讯作者：刘平辉(1969 —)，教授，硕士生导师，从事环境地球化学、土壤地理学及区域可持续发展研究。

10.3969/j.issn.1674-3504.2016.02.011

X144

A

1674-3504(2016)02-0174-04