我国尾矿库污染综合治理研究现状

魏样，张宝强

1.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司；2.陕西省土地整治重点实验室；3.陕西省土地工程建设集团有限责任公司；4.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室；5.陕西省土地整治工程技术研究中心

尾矿库是堆放矿山开采废渣的场所，是维持矿山正常生产的大型环保工程项目。尾矿库可有效防止尾矿流失，在实现环境保护、水资源充分利用以及矿产资源保护等多方面效益明显。但尾矿库同时也是矿山开采最大的危险源头，在不利的自然及人为因素下，可能会导致溃坝、滑坡、泥石流等地质灾害，同时也会对土壤和水体造成一定的污染，进而对周边环境造成一定程度的威胁。近年来，尾矿库引起的环境污染问题受到学者们的广泛关注，尾矿库污染综合防治取得了显著成效。

一、尾矿库污染风险分析

我国常见的尾矿库类型有山谷型、平地型、傍山型和截河型等，其中以山谷型尾矿库居多。根据堆放尾矿的方法不同，尾矿库又分为上游、中线和下游型，其中上游型占九成以上[1]。在我国，中小型尾矿库数量比较多，由于多方面因素，存在很大的安全隐患。尾矿废水和废渣中常含有多种有害物质，有害物质一方面来源于选矿时的化学药剂，这些化学药剂多为氰化物、氯化物、硫化物、表面活性剂等，药剂在户外暴晒的情况下会挥发出有毒有害物质，从而对土壤、水体、大气造成一定程度的污染。另一方面，尾矿中的铅、铬、汞、砷等重金属离子以及放射性元素超标时，一旦泄露也会对土壤、水体、动植物等生命体造成严重威胁，更有甚者可富集进入食物链，进而危害人体健康。尾矿废水中污染物的迁移过程如图1所示。另外，在尾矿库的建设过程中，废弃土石的堆放以及一些金属制品、塑料制品等固体废弃物长时间在环境中暴露，也会造成有毒有害物质的析出，进而对环境造成危害，进入土壤中会改变土壤结构，影响土壤中动植物及微生物的生存环境，从而阻碍植物的生长。

图1 尾矿废水污染物迁移[2]

二、尾矿库污染综合防治研究进展

尾矿库污染综合防治首先要保证尾矿库坝体的稳定性，保证污染物质不泄露，在此基础上研发高效的污染物修复治理方法是防治尾矿库污染的有效措施。

（一）尾矿库坝体稳定性影响研究

尾矿坝是尾矿库的重要组成部分，是尾矿库正常运行的必要条件，必须保证坝体的安全与稳定，一旦溃坝，尾矿库内水体和尾矿渣会溢出，对周边环境造成严重危害[3]。尾矿渣一般以固体或浆液形式堆积，对坝体的冲击力是影响尾矿坝安全稳定的重要因素[4]。为了保证坝体的稳定，首先应该增加坝体的强度，对坝体进行局部或整体加固，或者根据不同的地形条件和坝体形状加高、加固坝体，从而防止安全隐患的发生。有研究者对高堆磷石膏尾矿坝的扩容加固措施进行了研究，提出了排渗、反向压坡和抗滑桩等加固稳定措施，结合施工难度及工程成本，选择抗滑桩和反向压坡联合加固措施[5]。为了避免尾矿库扩容引发的土堤抛石挤淤等负面现象，有研究者对浆砌石坝和堆积坝区域进行水平加筋处理，取得了良好的效果[6]。对尾矿坝后期子坝加固，一方面可采取沉积滩加固，另一方面可通过系列排渗措施排渗坝坡降水，从而消除隐患。

（二）尾矿库污染治理方法研究

尾矿库污染修复治理方法较多，常集中在重金属方面的修复研究。郭明帅等研究了赤泥——磷石膏——水泥（RPPC）和赤泥——磷石膏——生石灰（RPCA）两种赤泥基固化剂对土壤中铅锌镉的固化修复效果，结果显示RPPC的固化、稳定化效果更好，且pH=8时，重金属浸出浓度最低[7]。易龙生等研究了振荡淋洗技术对重金属的去除效果，结果显示，相比于草酸而言，柠檬酸和酒石酸淋洗8小时的去除效果最好，去除能力依次为镉＞锌＞铅＞铜[8]。樊广萍等研究了EDTA、柠檬酸、乳酸和硝酸等增强剂对电动修复的影响，结果表明，增强剂可显著促进铅、铜、镍和六价铬的迁移和去除，且有效促进了重金属向有效态的转化[9]。有研究者利用黏土矿物来修复土壤中的重金属污染物，郝秀珍等研究显示，蒙脱石可显著降低尾矿砂中有效态锌的含量，沸石可显著降低尾矿砂中有效态铜和锌的含量，从而显著降低了重金属的生物毒性[10]。杜志敏等学者研究了石灰、磷灰石、蒙脱石和凹凸棒对铜、镉污染土壤的修复效果，显示石灰石和磷灰石显著提升了土壤溶液pH，降低了两种重金属的浓度，显著降低了土壤中两种重金属的有效态[11]。在生物修复技术方面，郭碧林等研究表明，生物有机肥可以降低土壤中全量镉、DTPA-Cd、DTPA-Pb的含量。植物修复技术主要包括植物固定、植物挥发和植物吸收等。迄今为止，学者们致力于此方面的研究，筛选了包括蜈蚣草、东南景天等在内的多种重金属超富集植物，为重金属污染修复作出了巨大的贡献。

（三）尾矿库污染防控在线监测研究

尾矿库污染综合治理还应加强信息化研究，对影响尾矿库安全的因素进行全过程监测，从而提高尾矿库安全管理效率，以此防范安全风险。首先应加强坝体稳定性监测及污染物在线监测研究，提前判定风险，消灭风险。基于GSM、GPRS通信网络平台，有学者研发了尾矿库安全监测数据远程无线传输技术，实现了对尾矿坝稳定性自动、全天候的远程监控[12]。有研究者在分析传统人工监测的基础上，提出了基于物联网的自动化监测系统，通过在线监测，可有效预警尾矿库安全状况，实现对其运行状态的实时监测[13]。有研究者采用三维激光扫描技术结合高分辨遥感数据对尾矿库重大危险源进行检测，可快速掌握与危险源安全密切相关的指标动态变化情况，及时掌握尾矿库安全风险[14]。李磊等通过需求分析，建立了尾矿库监测体系，监测体系可实现浸润线位置、库水位、尾矿坝体位移、滩面标高、尾矿区情况等连续实时监测，从而有效防止尾矿库安全事故的发生[15]。易灵芝利用地质统计学、多源信息融合等理论，构建了基于物联网、无线传感器网络等的智能监测体系，可实现铀尾矿库周边环境放射性污染物的监测，解决了铀尾矿库放射性污染监测物联网多模覆盖盲区的修复问题[16]。

三、小结

由于我国尾矿产率高大量堆积，尾矿颗粒细、坝体稳定性差，中小型尾矿库居多且管理不善、管理经费不足等问题，导致了我国矿山尾矿库存在的安全和环境问题不容忽视。在综合防治上，应结合不同尾矿库所处区域的地形地貌以及污染特点，建立起相关的环境保护体系，不断改善矿山环境，从而使得矿山开采实现良性发展，更好地造福人类。