常 丹，何忠庠，袁 為

(成都理工大學(xué)，成都610059)

攀枝花是我國(guó)大型礦業(yè)基地之一，由于地形的限制，攀枝花的城區(qū)與工礦區(qū)相互交錯(cuò)，其環(huán)境影響著城市50多萬人的居住環(huán)境以及長(zhǎng)江下游兩岸城市和農(nóng)村的水環(huán)境，因此礦產(chǎn)開發(fā)產(chǎn)生的環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注［1，2］。研究重金屬元素在環(huán)境中的分布和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，對(duì)礦山重金屬的污染評(píng)價(jià)以及生態(tài)修復(fù)具有重要的指導(dǎo)意義?；谂手ㄔ谥袊?guó)城市群中的獨(dú)特性，本文選擇該區(qū)為研究區(qū)，對(duì)其重金屬元素釩對(duì)環(huán)境影響的研究進(jìn)展做綜述。

1 釩污染的危害及來源

作為人和動(dòng)物所必需的微量元素，金屬釩在生命體系中起著非常重要的作用。釩不足會(huì)導(dǎo)致心臟、血壓、骨骼、味覺的病變，而釩中毒則又能嚴(yán)重影響腎、脾、腸道健康［3］。研究證實(shí)，過量釩也是一種可以侵害植物、作物甚至整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的潛在危險(xiǎn)化學(xué)污染物［4］。環(huán)境中的釩大致可分為自然來源和人為來源。自然來源的釩分布非常廣泛，主要由天然巖石的風(fēng)化等產(chǎn)生。礦石的開采、冶煉以及煤和石油的燃燒等則會(huì)人為向環(huán)境中釋放釩，其在環(huán)境中積累到一定程度就會(huì)帶來危害。釩污染的危害及其潛在健康風(fēng)險(xiǎn)已引起世界衛(wèi)生組織的高度重視，并針對(duì)釩及其主要化合物制定了相應(yīng)的健康標(biāo)準(zhǔn)［5，6］。

攀枝花以V2O5計(jì)的釩資源儲(chǔ)量達(dá)1 580萬t，礦業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致的釩的污染問題日益突出，并且已成為我國(guó)特有的環(huán)境問題［7］，該區(qū)也是研究釩的人工環(huán)境和天然環(huán)境都很理想且交互作用典型的地區(qū)［8］，所以對(duì)攀枝花的釩元素進(jìn)行各項(xiàng)研究皆具有重大意義。

2 土壤環(huán)境中的釩

土壤是環(huán)境中各種物質(zhì)的最大載體，也是研究釩在食物鏈中循環(huán)的基礎(chǔ)［9］。攀枝花地區(qū)僅采礦剝離的廢石已超過6.8億t。這些固體廢棄物經(jīng)過風(fēng)化、淋濾后，其中的釩便會(huì)被釋放進(jìn)入土壤。自然界土壤中釩的平均含量為90×10－6［10］，美國(guó)環(huán)保局制定的非水源地保護(hù)區(qū)土壤中活動(dòng)態(tài)釩的限值的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50×10－6，中國(guó)土壤釩元素環(huán)境背景值為82.4×10－6［1］，而攀枝花地區(qū)土壤中釩的平均含量已超出我國(guó)土壤背景值的2～3倍，釩污染區(qū)植物葉片中釩的含量遠(yuǎn)高于正常區(qū)［12］，滕彥國(guó)等人研究顯示，攀枝花冶煉區(qū)、采礦區(qū)、城市居住區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中釩的含量范圍分別為208.1～938.4×10－6、111.6～591.2×10－6、4.0～183.6×10－6、71.4～227.2×10－6，污染程度由高到低為:冶煉區(qū)＞采礦區(qū)＞農(nóng)業(yè)區(qū)≈城市居住區(qū)［7，13］。

除了要對(duì)全釩含量進(jìn)行分析測(cè)試，還必須從釩的化學(xué)形態(tài)以及分布特征著手，搞清各形態(tài)與總量及其它因素間的關(guān)系和相互作用，這是研究釩的生態(tài)影響的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作［8］。前人［8，14，15］對(duì)攀枝花地區(qū)不同利用類型區(qū)的不同土壤中釩的形態(tài)研究顯示，各形態(tài)的含量順序?yàn)樗峥扇軕B(tài)＜可還原態(tài)≈可氧化態(tài)＜?xì)堅(jiān)鼞B(tài)，土壤總釩中不活潑的殘?jiān)鼞B(tài)釩占絕大多數(shù)，土壤－植物體系中釩的累積特征為弱吸收－中度吸收。從土壤縱向剖面上來看底層主要富集可溶態(tài)與有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)的釩，表層主要富集易還原錳結(jié)合態(tài)、無定形氧化鐵結(jié)合態(tài)釩以及殘留態(tài)釩。

3 水體環(huán)境中的釩

攀枝花市位于金沙江與雅礱江交匯處，1973～1978年期間排入金沙江的V2O5約為2150t/a。2001年長(zhǎng)江流域工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水年排放總量達(dá)220多億t，較20年前的排放總量翻了兩番［15］。含釩廢水主要來自濕法提釩沉淀工序，每噸V2O5產(chǎn)品將會(huì)產(chǎn)生約20～50m3含有V5+等重金屬離子及高濃度氨氮的廢水［16］。自然界正常河水中釩的濃度變化范圍是0.01～20μg/L，平均0.5μg/L。前人研究指出，攀枝花采礦區(qū)溪水和懸浮物中釩的濃度平均值分別為2.18μg/L、653.31 mg/kg。尾礦庫及其下游溪水和懸浮物中釩的濃度范圍分別為94～285μg/L、259～2 058mg/kg。礦區(qū)水系沉積物中釩的變化范圍為261～985 mg/kg，平均631.5mg/kg，Tesier提取方法得到的水系沉積物中釩的形態(tài)為:殘?jiān)鼞B(tài)＞鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)＞碳酸鹽結(jié)合態(tài)＞有機(jī)物結(jié)合態(tài)＞離子交換態(tài)。尾礦庫溪流沉積物中釩的含量范圍為96～1816mg/kg，采用改進(jìn)的BCR提取法得到的釩的形態(tài)特征為:酸可溶態(tài)＜可還原態(tài)＜可氧化態(tài)釩＜?xì)堅(jiān)鼞B(tài)，并且以四價(jià)為主五價(jià)為輔［13］。

4 大氣環(huán)境中的釩

大氣中的釩有很強(qiáng)的催化能力，是酸雨形成的關(guān)鍵性物質(zhì)之一。攀枝花市在1973～1978年間，排入大氣中的釩約為2 160t/a［17］。前人研究指出，攀枝花礦業(yè)活動(dòng)區(qū)大氣降塵和近地表大氣塵中與礦業(yè)活動(dòng)有關(guān)的重金屬V、Ti等含量是成都經(jīng)濟(jì)區(qū)其他城市的數(shù)倍到十余倍［14］。Hope［18］認(rèn)為空氣中53%的釩都是由釩礦石冶煉和開采等工業(yè)活動(dòng)排入的。自然界中釩在大氣中含量極低且相差也很大，其中北美為0.001～2μg/m3，而攀枝花市主要片區(qū)地表揚(yáng)塵中釩的含量范為153～3 850mg/kg，平均值高達(dá)1 260mg/kg。地表揚(yáng)塵中釩的含量與工業(yè)活動(dòng)密切相關(guān)特別是冶煉區(qū)和采礦區(qū)地表揚(yáng)塵中釩含量較高，采用富集系數(shù)評(píng)價(jià)的地表揚(yáng)塵釩污染為“嚴(yán)重”級(jí)別，Tesier提取方法得到的地表揚(yáng)塵的各形態(tài)含量順序:殘?jiān)鼞B(tài)＞有機(jī)物結(jié)合態(tài)＞鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)＞碳酸鹽結(jié)合態(tài)＞離子交換態(tài)［13］。

5 釩渣提釩工藝現(xiàn)狀

釩的冶煉和釩合金的冶煉，是環(huán)境中釩污染的重要來源之一。通常在釩的冶煉過程中會(huì)有30%左右的冶煉釩排入環(huán)境導(dǎo)致污染［19］。釩渣提釩的工藝水平不僅代表一個(gè)企業(yè)的技術(shù)實(shí)力，更體現(xiàn)出一個(gè)國(guó)家釩冶金技術(shù)在世界上的整體水平，而且對(duì)減少冶煉產(chǎn)生的釩污染也具有重要意義。

在釩渣提釩過程中最重要的是焙燒和浸出技術(shù)，針對(duì)高鈣高磷釩渣難利用的問題，目前已提出的方法工藝主要有鈉化焙燒－水浸提釩、含釩溶液溶劑萃取提釩、含釩溶液離子交換提釩、鈣化焙燒－碳酸銨浸出提釩工藝和鈣化焙燒－草酸鹽浸出提釩工藝等。前人［20－22］通過攀鋼釩渣的物理、化學(xué)性質(zhì)、釩渣中鐵存在形式等的研究，提出了有效控制焙燒過程中釩渣相轉(zhuǎn)化行為以及浸出過程中釩渣浸出行為對(duì)于提釩工藝技術(shù)的改進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。而尋找鈣化焙燒除磷添加劑、減少碳酸銨浸出時(shí)的浸出劑用量、簡(jiǎn)化草酸鹽浸出時(shí)的浸出劑種類等則是高鈣高磷釩渣提釩工藝今后的研究方向。

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