北京润鸣广谱型重金属修复材料在海南省某金矿重金属污染土壤修复中的实践应用

随着人们对于各类能源的需求量越来越大，对于矿产资源的需求也逐年上升。海南省中西部金矿带是海南省重要的金矿开采区域，以此地某金矿为例进行土壤污染状况的研究，具有实际意义。我国黄金提取主要用汞和氰化钠，氰化法提取工艺由于其技术成熟、且回收率高，是现阶段黄金矿山企业应用最为广泛的提金工艺。金矿冶选过程产生的粉尘、固体废物、废水等，往往携带有大量的重金属，若处置不当，会通过自然降解、淋滤等作用迁移到土壤-地下水环境中，造成危害。

目标金矿于2002年以前实施民采，对矿体局部进行了破环性开采，2002年才开始对该矿山进行规范化管理。在长期民采中，由于环保意识薄弱、缺乏监管，使得黄金氰化生产中氰化尾渣中的硫和铜、铅、锌等重金属以及浮选残留的氰化物对堆存场地环境造成了影响。通过对目标矿区矿井、选矿厂、尾矿库三个区域内及周边的土壤均进行布点采样分析，可知矿区土壤污染物主要为砷、镉、铅、汞，存在镉、汞污染的区域均存在砷污染，砷、铅和镉的污染程度偏高。形态分析结果表明砷、镉多以水溶态及还原态存在，迁移性较大，对地表水、地下水、周边经济作物具有很大的潜在危害。

土壤固化/稳定化技术通过向土壤中添加具有持久性的基质将土壤中的重金属包裹固定起来，或添加可与土壤中重金属发生化学反应如吸附反应、沉淀反应或离子交换等的稳定剂，降低重金属的生物有效性，阻止其迁移和浸出。其具有处理时间短、成本低、操作性强、能同时处理多种污染物等优势，已在国内外得到广泛应用。现阶段多数稳定化材料只针对单一重金属有效，而对多金属复合（砷、铅、镉）且金属之间存在拮抗作用的稳定化修复材料鲜见报道。MetaCon^®是北京润鸣环境科技有限公司自主研发的广谱型重金属修复材料，由矿物材料、生物质材料、氧化/还原剂、吸附剂、酸碱调节剂等基础组分复配而成。该产品通过与重金属发生吸附、沉淀、络合、类质同相取代和氧化还原等一系列物理化学反应，实现对重金属的同步化学稳定化，在工业污染场地已取得广泛的应用及高效的修复效果。基于此系列材料，进行定制化设计改进用于目标金矿污染土壤的稳定化修复。

目标金矿污染土壤的重金属全量分析表明：土壤污染物为砷、铅、镉，其中，砷平均浓度为600 mg/kg，最高浓度7000 mg/kg；铅平均浓度为2000 mg/kg，最高浓度40000 mg/kg；镉平均浓度为10 mg/kg，最高浓度为51 mg/kg。采用《固体废物 浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法》（HJ/T 300-2007）对污染土壤进行毒性浸出，修复后的土壤进行填埋，要求重金属砷、铅、镉含量满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）中浸出液污染物质量浓度限值要求，即砷为0.30 mg/L、铅为0.25 mg/L、镉为0.15 mg/L。《固体废物浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法》（HJ/T 300-2007）方法中涉及两种浸提剂，浸提剂1#溶液pH为4.93±0.05，浸提剂2#溶液pH为2.64±0.05。在浸提过程中需先对土壤进行pH的测定，再确定使用的浸提剂。目标金矿污染土为高浓度铅、砷、镉复合污染，若采用常规的磷酸盐材料则在稳定化铅污染物的同时会导致砷污染物的溶出。综合土壤污染特性、浸提方法，在添加稳定化材料时，需考虑修复后土壤的pH值，确保砷、镉、铅处于一个平衡的状态，同时在浸提时，进行浸提剂筛选后最好选用浸提剂1#更易达到修复目标，因此该项目稳定化修复具有一定的难度。通过分析该污染土壤特性，在实验室对MetaCon®系列材料配方、投加量、养护条件等进行调试，最终得到有效修复该污染土壤重金属的修复工艺并应用于现场修复。具体实验结果如下：

表1 污染土壤样品背景数据

表2 添加MetaCon^®材料后土壤中砷、铅、镉醋酸缓冲液浸提浓度

由表1污染土壤样品背景信息可知，铅污染浓度较高，且土壤pH较低呈强酸性，这也导致重金属铅、镉具有较大的潜在危害；由表2数据可知，添加3%-5% MetaCon^®材料后土壤样品中的砷、铅、镉达到了同步稳定，均低于修复目标要求，且pH具有一定程度的升高，符合填埋标准。

该项目中采用的MetaCon^®材料主要成分为铁基、镁基及矿物改性材料，针对该土壤污染特征，铁基材料中游离的铁离子可与土壤中的砷发生反应，将土壤中水溶性砷和吸附态砷向难溶性的铁结合态砷转化，从而固定土壤中砷；镁基材料主要起到调节土壤pH，提高土壤胶体对带正电荷的重金属离子吸附能力，为重金属离子提供了更多的吸附位，同时pH的提高有利于铅、镉形成沉淀；矿物改性后具有丰富的孔隙结构和较大的比表面积，有较好的吸附和离子交换能力。综上，MetaCon^®材料基于吸附、沉淀、离子交换等综合作用来实现土壤中的砷、铅、镉的同步稳定。