摘要：含黃鐵礦（FeS2）的尾礦庫(kù)會(huì)產(chǎn)生酸性礦山廢水，給礦區(qū)周圍的土壤和地下水帶來嚴(yán)重威脅。通過源頭控制技術(shù)對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行處理，來減少酸性礦山廢水的產(chǎn)生（AMD）。本文主要介紹覆蓋法、殺菌劑法、表面鈍化處理法、中和法這幾種源頭控制技術(shù)，并綜合比較這幾種方法，及對(duì)未來做出展望。

關(guān)鍵詞：酸性礦山廢水;覆蓋法;表面鈍化處理法;中和法;殺菌劑法

近幾年，隨著人類運(yùn)用強(qiáng)大的技術(shù)力量大規(guī)模地開采地球礦產(chǎn)資源，大量的酸性礦產(chǎn)（黃鐵礦）被開發(fā)出來，其開發(fā)時(shí)產(chǎn)生的廢棄尾礦不加任何處理的堆放，日積月累之下造成嚴(yán)重的環(huán)境生態(tài)污染問題和不必要的經(jīng)濟(jì)損失（腐蝕設(shè)備、破壞環(huán)境、危害人類等）。酸性礦山尾礦中往往含有大量的硫化礦物（主要是黃鐵礦，F(xiàn)eS2），當(dāng)它們與氧氣和水接觸時(shí)，其中的硫化礦物在細(xì)菌（氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵硫桿菌等）催化下會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)并生成酸性水。

通過反應(yīng)原理可知，對(duì)酸性礦山產(chǎn)生的廢水（或AMD）進(jìn)行控制主要是抑制其氧化作用，設(shè)法阻止金屬硫化物與空氣的直接接觸，抑制微生物的活性，降低鐵的活度，便可減少AMD的形成。AMD的治理對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)至關(guān)重要，結(jié)合了相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)酸性礦山廢水的處理方法著重研究。酸性礦山廢水的處理方法總體認(rèn)為兩大類：末端處理技術(shù)和源頭控制技術(shù)[1]。對(duì)已經(jīng)被污染的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理稱之為末端處理，而對(duì)酸性礦山尾礦源頭進(jìn)行控制，可減少生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的過程，具有一定優(yōu)勢(shì)，主要有覆蓋法、殺菌劑法、表面鈍化處理法、中和法等源頭控制技術(shù)[1]。因此，本文主要討論這幾種源頭控制技術(shù)。

一、覆蓋法

覆蓋法是利用水體或者固體等物質(zhì)制成低滲透性防滲層，鋪設(shè)在廢棄礦山表層，阻擋空氣和水的侵入，降低金屬硫化物的氧化侵蝕速率，以此來減少AMD的產(chǎn)生，這是覆蓋層的基本原理[2]。據(jù)覆蓋物的物理特性，可將覆蓋法分為干式覆蓋法和濕式覆蓋法[1]。

（一）干式覆蓋法

利用粉煤灰、壓實(shí)黏土、土工合成黏土墊層（GCL）等礦化物制成低滲透性防滲層，以此降低金屬硫化物的氧化侵蝕速率，進(jìn)而減少AMD的產(chǎn)生。

利用干式覆蓋法降低酸性礦山尾礦的氧化速度時(shí)添加劑的合理選擇十分重要。舒小華等（2017）選擇用秸稈粉末覆蓋黃鐵礦上，使濾出液中Fe離子濃度有所減少，進(jìn)而控制黃鐵礦的氧化速度。

（二）濕式覆蓋法

濕式覆蓋技術(shù)又稱水罩法，是依據(jù)氧氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)極低的原理，利用水體來隔絕氧氣與硫化礦物的接觸，從而達(dá)到抑制硫化物氧化的目的[5]。

李錦文等（2016）對(duì)粵西某硫鐵礦尾礦為研究對(duì)象，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，分析在水下無氧（或缺氧）的條件下硫鐵礦尾礦的酸化情況。實(shí)驗(yàn)初期尾礦庫(kù)表層與水的接觸面遠(yuǎn)小于下層，黃鐵礦氧化速率較緩慢。此后隨著與水接觸時(shí)間的延長(zhǎng)，少量黃鐵礦發(fā)生氧化反應(yīng)，使pH降低。由于封閉的實(shí)驗(yàn)體系中缺乏大氣氧的補(bǔ)充，隨著水中溶解氧的消耗，黃鐵礦的氧化反應(yīng)被抑制，促使體系回到還原狀態(tài)。而底層尾礦不能接觸到溶解氧，可推測(cè)黃鐵礦的氧化反應(yīng)難以進(jìn)行，體系一直維持還原狀態(tài)。中層的尾礦與水的接觸表面積相對(duì)較大，黃鐵礦與溶解氧發(fā)生氧化反應(yīng)，但隨溶解氧的消耗，氧化反應(yīng)最終被抑制。

水封黃鐵礦尾礦可使體系處于缺氧的還原環(huán)境，能抑制硫化物的氧化，降低其化學(xué)活性，從而達(dá)到有效防止尾礦中黃鐵礦氧化產(chǎn)生酸性廢水（AMD）的目的。

二、殺菌劑法

在黃鐵礦尾礦產(chǎn)生酸性礦山廢水時(shí)，微生物（細(xì)菌）參與氧化具有不可忽視的作用。殺菌劑法是使微生物活性受影響，進(jìn)而降低細(xì)菌氧化速率，減少AMD的產(chǎn)生。特別是嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌（A. ferrooxidans），不僅能直接侵蝕硫化礦物，更加速Fe2+到Fe3+的轉(zhuǎn)化，而由Fe3+引起黃鐵礦氧化速率是O2的106倍[6]。

宋永偉等（2018）研究考察了Cl-、NO3-、PO43-等3種陰離子對(duì)體系中Fe2+氧化率的影響，得出高濃度陰離子對(duì)嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌氧化Fe2+能力具有一定的抑制作用，同時(shí)得出嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌對(duì)陰離子的耐受性依次為PO43->NO3->Cl-。由于嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌的氧化作用被抑制，導(dǎo)致酸性礦山廢水在源頭上進(jìn)行了控制，減少酸性廢水的生成。

三、表面鈍化處理法

鈍化，源自于金屬防腐技術(shù)，是將易氧化金屬表面經(jīng)處理后生成一種致密的、覆蓋性好的膜，降低金屬的氧化速率，與對(duì)礦山尾礦的表面鈍化機(jī)理相似。通過向金屬礦化物表面投加鈍化劑，經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，在礦物表面形成一層致密的惰性膜，從而降低或阻止氧氣或其他氧化劑對(duì)金屬礦物的侵蝕，進(jìn)而減少AMD的形成[1]。表面鈍化法主要分為磷酸鹽鈍化法、硅酸鹽鈍化法以及有機(jī)鹽鈍化法等，這些鈍化方法可以在不同程度降低FeS2的生物和化學(xué)氧化性能。

黃驍?shù)龋?998）就用0.3mol/l H2O2+0.01mol/l NaH2PO4+0.0l mol/L NaAc混合液淋洗黃鐵礦，在黃鐵礦表面形成了FePO4膜，該膜能有效地抑制黃鐵礦的進(jìn)一步氧化。

四、中和法

中和技術(shù)是將Na2CO3、NaHCO3、石灰石等堿性物質(zhì)與廢棄礦石摻和，提高體系內(nèi)的pH值，降低Fe3+的活度，抑制微生物的活性，使生成的Fe（OH）3等難溶性物質(zhì)堆積在黃鐵礦表面，延緩金屬硫化物礦石的氧化速率，從而達(dá)到減少AMD產(chǎn)生的目的。

近幾年來，隨著研究的不斷深入，一些粉煤灰、脫硫石膏等生產(chǎn)廢棄物成為主要的堿性摻和材料。Wang等人通過實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)通過投加粉煤灰，使原本pH值只有3.77的AMD提高到10.5左右。從而利用廢水中的重金屬離子生成沉淀覆蓋在礦石表面，能使礦石的氧化受到抑制而控制AMD的產(chǎn)生。

五、處理方法綜合對(duì)比

通過前人研究，綜合對(duì)比各種酸性礦山廢水的處理方法，可知濕式覆蓋相比于干式覆蓋處理效果較明顯，但易受天氣影響，且污染地下水，需要在具有隔水性能較好的地層上使用。干式覆蓋法則需要注重防滲層的選擇，使用混合抑制劑可能會(huì)有較好的效果。殺菌劑法反應(yīng)條件較為溫和，但受諸多因素影響（溫度、濃度、pH值、天氣、本身毒性等），在實(shí)際中有許多限制。而鈍化處理法相對(duì)于殺菌劑法限制較少，但鈍化劑種類少，成本較高。中和法的中和劑來源較廣，工藝簡(jiǎn)單、操作容易和無需管理等優(yōu)點(diǎn)，但易摻和不均勻，導(dǎo)致處理效果差，且易在大量使用時(shí)易造成二次污染等問題。

對(duì)于酸性礦山廢水的處理，首先便要轉(zhuǎn)變的就是我們的落后的理念，積極開發(fā)利用源頭控制技術(shù)，且需要我們：（1）因地制宜，酸性礦山廢水形成的主要原因不同，處理方法需相應(yīng)變化。（2）致力于研究高效率，低危害的殺菌劑;研發(fā)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無害，綠色環(huán)保的鈍化劑;尋求摻和效率高的中和劑。（3）多種處理方法結(jié)合使用，在源頭和末端同時(shí)控制，減少AMD的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭先坤，馮秀娟，王佳琪等. 酸性礦山廢水的成因及源頭控制技術(shù). 有色金屬科學(xué)與工程，2017，8（4）：P105-110.

[2] ROBERT L， KLEINMANN P. 1990， At -source control of acid mine drainage [J]. Mine Water and the Environment， 9（1）：85-96.

作者簡(jiǎn)介：

郭彥宏，成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院