金属地下矿山环境污染问题及防治

金属地下矿山环境污染问题及防治王琅琅金属矿山环境地质问题是制约矿山和谐发展的重要因素。矿山开发不仅为国民经济提供了大量的能源和原材料，而且成为国家重要的财政收入来源，提供了大量的劳动就业机会，特别是推动了区域经济和少数民族地区、边远地区的经济发展。截止2003年底25种主要金属矿产共有矿山10365个，其中大中型矿山共有415个，仅占矿山总数的4％，年产矿石量为46388万吨，实现工业产值575，6亿元，利润总额35．7亿元。然而，矿业，开发在为国家经济发展做出巨大贡献的同时，也引发了严重的矿山环境环境污染加剧、生态环境恶化、地质灾害频发，不仅影响了人们的生命健康，也制约了金属矿山资源的进一步开发利用和社会经济的可持续发展。金属地下矿山环境污染问题：一、矿山大气环境污染（废气污染）矿山大气污染源造成矿山大气污染的污染物发生源。矿山大气污染源的构成、性状和影响范围，与矿床类型、埋藏条件、矿岩性质、开采方法和工艺技术等密切相关。它的分类方法主要有：（1）按污染物的影响范围可分为矿井或矿坑、大气污染源和矿区大气污染源。（2）按污染源释放的有害物质分粉尘污染源、气体污染源、放射性污染源和热污染源。（3）按污染物产生的原因可分为工艺污染源和非工艺污染源。工艺污染源又称人为污染源属于这类污染源的工艺有凿岩、爆破、支护、放顶、充填和岩矿的装卸、运输、破碎、分级等在这些工艺过程中，产生的粉尘、炮烟、柴油机废气和压气废气等污染物均会污染矿山大气非工艺污染源又称天然污染源，是采矿过程引发的次生污染源漓十这种污染源的有：矿岩的风化、氧化和自燃。地层中气态物、颗粒物的逸出、涌出或喷出，矿岩中放射物质的析出和辐射，地热的传导、辐射和对流，坑木等有机物的分解与腐烂等。在这些自然过程中释放出的粉尘、有毒有害气体、放射性物质和热素等污染物也会污染矿山大气。二、水资源污染（废水污染）矿山废水是从采掘场、选矿厂、尾矿坝、排土场以及生活区等地排出废水的统称。开采、选矿、运输、防尘及防火等诸多生产及辅助工艺均需要使用大量的水，这些矿山废水排放量大、持续性强，对环境污染严重。矿山废水中的主要污染成分包括有机和油类污染物、氰化物、酸和重金属污染、氟化物和可溶性盐类。除此之外，还有热污染、水的浊度污染以及固体悬浮物和颜色变化等污染形式。矿山废水中有机污染物是指其中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机化合物。油类污染物是矿山废水中较为普遍的污染物，当水面油膜厚度在10-4cm以上时，它会阻碍水面的复氧过程，阻碍水分蒸发和大气与水体间的物质交换，改变水面的发射率和进入水面表层的日光辐射，对局部区域气候可能造成影响，主要是影响鱼类和其它水生物的生长繁殖。矿山废水中的重金属主要有：Hg、Cr、Cd、Pb、Zn、Ni、Cu、Co、Mn、Ti、V、Mo和Bi等，被重金属污染的矿山废水排入农田时，除流失一部分外，另一部分被植物吸收，剩余的大部分在泥土中聚积，当达到一定数量时，农作物就会出现病害。如土壤中含铜达20mg/kg时，小麦会枯死；达到200mg/kg时，水稻会枯死。此外，重金属污染的水还会使土壤盐碱化。大多数金属和非金属矿床（如煤矿）都含有黄铁矿等硫化物，若该硫化物含量低或不含有用元素，则常用废石处理，堆放于废石堆或尾矿库。在地表环境中该硫化物将迅速氧化，可形成含重金属离子浓度很高的酸性废水，成为矿山开采中最大的污染源。三、尾矿污染（废渣污染）其突出表现在侵占土地、植被破坏、土地退化、沙漠化以及粉尘污染、水体污染等。尾矿粒度较细，长期堆存，风化现象严重，产生二次扬尘，粉尘在周边地区四处飞扬，特别在干旱、狂风季节中，细粒尾矿腾空而起，可形成长达数里的“黄龙”，造成周围土壤污染，并严重影响居民的身体健康。据专家论证，尾矿也是沙尘暴产生的重点尘源之一。另外，尾矿中含有重金属离子，有毒的残留浮选药剂以及剥离废石中含硫矿物引发的酸性废水，对矿山及其周边地区环境污染和生态破坏，其影响将是持久的。由于我国矿山大多是依山傍水，矿山开发的许多重大环境问题，长期未引起重视，所积累的后果，最终以“跨域报复”、“污染转移”等不同形态影响区域环境，甚至给人们带来难以补偿的灾难。四、采矿污染采矿过程中生成的废气、废水、废石和粉尘等物质以及噪声和振动等因素，对环境、土地、大气和水质等造成危害。如：矿山开采活动中产生的废渣、废石和尾矿等废弃物，占用大量的土地造成生态环境的恶化；采矿诱发的地裂缝、地面塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等矿山地质灾害；采矿造成地表水漏失、水位下降、水质变差等水污染、水源枯竭和水系破坏。五、放射性污染由放射性物质造成的环境污染现象，主要污染物是核工业企业的排放物，核试验产生的放射性沉降物及自然界宇宙射线、放射性矿藏和天然放射性同位素等。可通过食物链或直接对人体造成危害。六、药剂污染选矿、冶炼过程使用的药剂，采矿过程使用的炸药，都会通过废水、废气和废渣对环境、土地、大气和水质等造成危害。这一过程作用，称之为药剂污染。七、冶炼污染冶炼作业伴有废水、废气和冶炼炉渣的排出，这些废弃物对环境、土地、大气和水质等造成危害。（详见废水、废气和废渣的污染）。八、地质污染矿山开采对地质结构的强烈扰动，无论是正在开采或已废弃的矿山，都有产生地面塌陷和诱发地震的危险。我国每年因采矿造成的土地塌陷达7000k平方米(宋焕斌，1998)。同时采矿产生大量的废石，选矿则排放大量的尾矿，在我国现有大大小小的尾矿库400多个，全部金属矿山堆存的尾矿已达到50亿t以上，而且以每年产生尾矿约5亿t的速度增长(张锦瑞，2002)。目前我国因尾矿造成的直接污染面积已达6万余k平方米，间接污染土地面积60余万k平方米(谢宏全，2004)。造成废弃地周围甚至更大范围内生物多样性的减少和生态平衡的失调。研究表明：矿山废渣与废气、废水相比，对环境的污染更具有潜在性和长期性(宋书巧，2001；马先应，2004)。金川有色金属公司生产过程中，每年产生大量的固体废弃物，主要有选矿尾矿砂283万t，冶炼闪速炉水淬渣40万t，冶炼电炉渣23万t，生产生活锅炉粉煤灰11.4万t等。大量工业固体废弃物的产生、堆积，不仅占用大量土地，而且对周围环境产生一定的影响(梁永顺，2002)。江西省工业固体废物产生量为3905．09万t，其中矿山尾砂2968．25万t，占全省固体废物产生量的76％，全省固体废物历年贮存量45，403．09万t，其中采矿业固体废物历年贮存量37，794．03万t，占贮存量的83．2％，全省固体废物占用土地1915km2，矿山废弃地不仅占用土地，污染环境，影响当地经济发展，而且也对当地社会产生不良作用(罗仙平，2005)。金属矿山环境保护及恢复治理措施：一、实施清洁生产，控制减少污染，提高资源综合利用率20世纪60年代以来，西方工业发达国家普遍采用的“末端治理”的思想和做法来减轻发展给环境所带来的压力，但实践表明，末端治理不但需要昂贵的建设投资和惊人的运行费用，末端治理的过程本身也要消耗大量资源和能源，而且也会产生二次污染使污染在空间和时间上发生转移，因此，末端治理并不符合可持续发展战略，也不能从根本上解决环境污染的问题。随着对“末端治理”的分析和批判，解决环境问题的新思想和新策略一“清洁生产”一逐渐在工业污染防治的概念和实践基础上被提出。清洁生产，是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。我国于2003年1月1日起开始施行《中华人民共和国清洁生产促进法》，指出：国家鼓励和促进清洁生产，国务院和县级以上地方人民政府，应当将清洁生产纳入国民经济和社会发展计划以及环境保护、资源利用、产业发展、区域开发等规划。北京、上海、江苏和山西等18个省市上报的清洁生产的统计数据表明，在开展清洁生产的219个审核企业中，实施了清洁生产后获得的经济效益约达5亿元；环境效益也十分显著：废水排放量每年削减达1260万立方米，平均削减率达40％—60％，废气排放量每年削减达8亿标立方米，烟尘排放量每年削减达320C多吨，工业粉尘削减量每年达1000多吨，二氧化硫每年削减量达35吨，工业固体废弃物每年削减量达8万多吨，石油类污染每年减少量达40吨，六价铬每年减少量达5吨(钱易，2003)二、加强科学技术，治理矿山环境污染，开展矿区土地复垦在使用传统的环境污染治理技术的同时，应广泛采用先进的污染修复技术恢复环境，如生物修复技术、湿地处理系统、覆盖隔离技术和地球化学工程学修复技术等。本文以地球化学工程学修复技术为例说明新技术在环境污染中的应用：地球化学工程学修复技术就是“将地球化学作用用于改造环境”(SchuilingR.D．，1990)，主要是利用自然的地球化学作用，尽可能的不干扰自然界，依据元素循环来去除有关的化学元素。由于地球化学工程学模拟自然界的各种自清洁作用，就地取材改善人类生存的环境，它不会带来新的污染，因而具有广阔的应用前景地球化学工程学方法可以有效地修复土壤污染、水污染和大气污染。(1)利用矿物岩石及矿物材料进行土壤污染的修复，如黄铁矿可吸附土壤中的Cu，Pb，Zn等重金属(Branco，1996)等。(2)利用污水的化学成分和化学性质进行水污染的修复。矿山废液的处理，可以采用废液的地下注入来消除污染，如将含硫酸废水注入到灰岩溶洞以中和废硫酸(Graaff，1998)，利用蒙脱石和膨润土的强吸附性除去废液中的重金属污染(Kayabali，1998)，粘土矿物(如高岭石)中和低pH值矿业废水的能力也很强(Banks，1997)，矿井水的处理亦可如法炮制(Cheong，1998)；(3)利用矿物岩石的吸附性等进行大气污染的修复，如沸石可吸附去除空气中的二氧化硫(Sakurai，1998)，黄铁矿及粘土矿物吸附空气中重金属。另外，采用地球化学障(Geochemicalbarrier)也可有效防治和修复污染(Baranek，1996)。土地复垦是矿山生态环境恢复的必由之路，因此，必须加强国际合作，学习和借鉴国内外矿山土地复垦和生态重建的成功经验，引进和开发适用于不同矿区损毁土地复垦和生态重建新技术，对露天采场、土地塌陷地、排土场、尾矿库等不同地点采用不同的复垦方法，如对排土场和尾矿库等可以采用生物修复的方法或生物与工程技术相结合的方法，进行植树种草、建设用地、农业或工业复垦等。三、树立科学的资源观，大力发展循环经济，促进生态良性循环首先必须树立科学、积极的资源观。要正确认识地球资源的有用与无用、有利与无利、有害与无害以及矿与非矿的概念，树立地球上所有天然岩矿物质都是资源，随着认识的深化、科学技术的进步、经济能力的增强、社会市场需求的发展，经过努力可放废水污染物9500多吨，占全市的38％，其中排放铜94吨、铅80吨、锌200吨、镉19吨、砷254吨、悬浮物5678吨、氨氮528吨、氟化物558吨，重金属污染构成黄河白银段特征性污染。四、建立健全统一完整的矿山环境管理法规建立政府引导、市场运作、企业主导的投入机制。多元化吸收资金，鼓励企业、个人等社会资金以及国外资金投资于矿山环境治理工作。另外，中央政府应加大对老矿山生态环境恢复治理的力度，本着“谁投资，谁受益”的原则，制定一系列鼓励投资矿山环境治理的优惠政策，从而造成多渠道投资的良好气氛。