无机化学课程思政教学实践探索——以江西省德兴铜矿为例

无机化学是高等学校化学专业的基础核心课,基于地方特色思政元素与教学内容进行融合,能有效强化其价值引领和育人功能。选择江西省德兴铜矿作为课程思政素材,将“德兴铜矿中的炼铜工艺”融入铜族元素教学,设计“四线融合”模式进行教学实践,深化学生专业知识学习,强化科学的化学观念和思想,也增强学生对地方文化认同和自信。

废弃矿山酸性岩质边坡生态修复技术探讨——以德兴铜矿水龙山为例

德兴铜矿是我国最大的露天开采铜矿,历年开采形成了大量裸露岩质边坡,且土壤具有酸化、贫瘠化及重金属毒性强等特点。本文以德兴铜矿水龙山边坡生态修复实践为例,分析了其生态修复的难点及解决措施,阐述了生态修复方案,以期为同类型矿山生态修复提供参考。

德兴铜矿大型露天边坡的监测技术

露天矿山边坡安全矿山安全生产的重要组成部分,选择合适的边坡监测技术对保障工程安全和预防地质灾害具有重要意义。通过对亚洲在采第一大铜矿———德兴铜矿的边坡监测技术应用情况展开案例分析,得出了以下结论。边坡的复垦区和原生植被覆盖区会对边坡雷达造成明显的干扰,导致出现不真实的位移变化,采用植被区域排除法和GNSS监测点“补盲”法可较好解决该问题;大型露天矿山会在垂直及水平方向出现气候分布差异,受雷达波穿过大气时的温度、湿度及大气压等气象参数影响,边坡雷达后台数据校正困难,进而影响位移数据的质量,通过在特征边坡区域加装气象站的方式,可有效降低气候差异带来的影响;GNSS高精度监测系统可以起到较好的“补盲”作用,但建设成本和后续维保成本较高;在市面上多种监测技术可供选择的情况下,应当从矿山实际角度出发,立足于自身的地质及气候地理条件,选择适合矿山自身的边坡监测技术。

德兴铜矿南平山边坡稳定性分析及治理

以德兴铜矿南平山边坡高边坡为例,根据其工程地质条件,利用工程地质分析法初步探讨了边坡潜在破坏模式。同时结合岩体质量分级、极限平衡法,全面系统地分析了该边坡的稳定性。通过对边坡综合分析、计算,确定边坡整体处于亚稳定状态,但不排除在暴雨及爆破震动作用下边坡局部失稳的可能,并简要提出治理方案。根据计算结果,加固后边坡处于稳定状态,设计方案合理可行。

德兴铜矿矿山污染高光谱遥感直接识别研究

利用高光谱图谱结合特征开展矿山污染直接识别研究 .首先详细分析了德兴铜矿矿山污染 (废矿、废水以及植被 )地物的光谱特征 ,总结出可利用于直接识别和提取这些污染物的特征光谱 ,从而利用矿区航天Hyperion高光谱数据并以矿物识别谱系技术为主有效地识别出矿区的污染类型及其分布 .对于以黄铁矿等含铁矿物为主的围岩或贫矿矿石的氧化污染利用 70 0nm、10 0 0nm以及 2 2 0 0nm附近的特征吸收分别识别出含Fe3 + 矿物及其Fe2 + 和Fe3 + 混合矿物 ,并进一步根据光谱特征识别出赤铁矿和针铁矿 ;根据矿区水体在 6 0 0nm附近吸收特征的差异相对区分出酸性水、碱性水和中性水 ;根据植被在 6 85nm附近的最大吸收深度相对地划分植被污染程度 .最后建议建立矿山污染地物光谱数据库 .该研究为利用高光谱的技术优势快速且有效地直接识别与提取出污染源的种类、类型并分析其潜在的污染趋势提供了新的思路 ,为矿山污染监测、治理规划和复垦提供了新技术和知识支撑 .

德兴铜矿闪长玢岩SHRIMP锆石U-Pb定年及原位Hf同位素研究

江西德兴铜矿是中国东南部最大的斑岩型铜矿,前人对该矿床的含矿花岗闪长斑岩、成矿物质来源和流体演化等方面已进行了大量研究,却对该矿床内出现的脉状石英闪长玢岩缺乏较多的关注。本研究对德兴斑岩铜矿铜厂矿区的脉状石英闪长玢岩进行了SHRIMP锆石U-Pb同位素定年,获得了一个206Pb/238U谐和年龄加权平均值153.5±2.4Ma(2σ,MSWD=2.5),表明其形成于晚侏罗世(～153.5Ma),可能处于由古太平洋板块向欧亚大陆俯冲引起的弧后或弧内拉张构造环境。对其锆石原位Hf同位素和全岩Nd同位素研究显示该侵入体具有较高的εNd(t)值(～0.5)和εHf(t)值(～4.73),暗示其很可能具有壳-幔混合的物质来源。可见,德兴地区的构造活动既经历了早期(170～171Ma)的由古太平洋板块俯冲形成的陆缘弧环境,又经历了后期(～153.5Ma)的弧后伸展环境,分别形成了与成矿相关的花岗质岩浆和与成矿无关的闪长质侵入体。

德兴铜矿低品位矿石堆浸场与大坞河流域土壤重金属元素形态的环境特征

本文主要采用连续提取法对德兴铜矿地区低品位矿石堆浸场和大坞河流域的土壤样品进行元素形态分析。低品位矿石堆浸场中As、Cu元素含量最高分别达到95.7μg/g和1867μg/g,都严重超过国家三级土壤标准,但是通过元素形态分析得到,As元素主要以硫化物态存在(百分比为50%-80%),Cu元素主要以有机结合态存在(百分比为50%-60%),能稳定存在于矿石中。其他元素如Cd、Mo、Pb、Zn都以有机物结合态为主,Cr元素以硅酸盐态为主,Hg元素以硫化物态占主要,重金属迁移性差,对环境的影响不大。大坞河流域上中下游元素形态组成变化不明显。Cu元素含量(平均为400-500μg/g)超过国家三级土壤标准,但是Cu元素主要是以有机结合态存在(比例为35%),稳定性相对较好。而Cd元素虽然在样品中含量在国家三级土壤标准之下,其水溶态、吸附态和碳酸盐态所占的比例较大(30%左右),容易发生迁移转化,对环境的影响较大。Pb元素以有机结合态为主,百分比达到45%;As、Hg元素以硫化物态占主导,百分比大于50%,对环境有潜在的影响。其他元素如Cr、Mo、Zn的硅酸盐态比例最大(50%左右),能比较稳定的存在于土壤中,对环境的影响较小。

Pb同位素对德兴铜矿成矿物源的制约

江西德兴铜矿是中国东部最大的斑岩型铜矿,对于该矿床的成矿物质来源方面还存在较大的争论。为弄清楚德兴斑岩铜矿的成矿物质来源,本文对该矿床铜厂和富家坞矿区中的黄铁矿进行了Pb同位素研究,研究结果显示,铜厂和富家坞矿床中黄铁矿具有较为一致的Pb同位素组成:206Pb/204Pb比值为17.954～18.320(平均值18.097);207Pb/204Pb比值为15.407～15.517(平均值15.476);208Pb/204Pb比值为37.888～38.153(平均值37.999)。该Pb同位素特征以及前人的S同位素特征均表明德兴斑岩铜矿的成矿物质主要来源于地幔,而不是主要来源于赣东北双桥山群新元古代的轻微变质老地层。本研究还通过对国内外近30个斑岩型、矽卡岩型及石英脉型含钼矿床的辉钼矿Re-Os同位素特征进行对比分析,认为德兴铜矿辉钼矿中高的Re和187Os含量也暗示其成矿物质主要来源于地幔。该超大型铜矿可能是在古太平洋板块向欧亚大陆俯冲这一挤压构造环境下,为洋片(P-MORB)中富含Fe3+的岩浆释放出的流体或熔体在上升途中与上覆地幔楔相互作用后的产物。

江西省德兴铜矿矿区重金属元素的环境效应

本文系统研究了德兴铜矿排石场和尾砂库的环境问题，以环境介质（水-土-植物）中重金属元素含量为研究对象，论述矿区重金属的环境效应。研究结果表明祝家村低品位矿石堆浸场淋滤产生的酸性废水是造成大坞河流域重金属污染的主要来源。大坞河上游水体中Cu元素含量高达14506μg／L，是国家Ⅲ级水标准的14倍之多，Zn元素含量高达2938μg／L，是国家Ⅲ级水标准的2．9倍，同时pH值在3～4范围内；到中下游水体中Cu元素含量减小到几千到几百μg／L，水质有所改善。大坞河沿岸上游和中游土壤重金属含量受河水影响，随着与河岸距离的增加而减小。同时水稻中Pb元素含量是国家粮食标准的2倍。推测4#尾砂库尾砂表层氧化带深度大于80cm;而1#尾砂库库内尾砂中氧化带估计在0-25cm处。推测两个尾砂库产酸能力小于酸中和能力，故坝底水中pH值在7左右，对周围水体影响较小。与4#尾砂库距离近的石墩头村稻田表层土壤中Cu、Mo元素含量较高，远离尾砂库土壤中重金属含量降低。同时4#尾砂库周围土壤中Cd、Pb、Cu元素的吸附态、碳酸盐态比例在20％左右，因而在酸性环境下较容易被植物吸收。1#尾砂库矿建村种植的小白菜中Pb元素含量超过国家蔬菜标准的4倍，Cu、Pb、Zn元素含量严重超过背景值。

用Mac-12提高德兴铜矿铜金钼回收率的研究

对新型选铜捕收剂M ac-12进行了紫外-可见光谱分析、密度泛函计算和工业试验研究,结果表明,溶液中Cu2+和Cu+离子与M ac-12能发生化学作用而生成新物质,而M ac-12与Fe2+或Fe3+离子之间不存在化学作用;新药剂M ac-12的反应中心硫原子给电子的能力较弱,而接受反馈电子的能力很强,其对提供反馈电子能力较弱的硬酸黄铁矿的捕收能力弱,而对易提供反馈电子的软酸黄铜矿的捕收能力强;与传统黄药工艺(70 g/t)相比,M ac-12+少量丁黄药(25 g/t)工艺可降低铜硫浮选分离的石灰用量,提高铜精矿中铜品位0.93个百分点、铜回收率1.03个百分点,金品位1.29 g/t、金回收率7.16个百分点,钼品位0.029 3个百分点、钼回收率3.90个百分点。M ac-12捕收剂已工业应用于德兴铜矿,取得了好的经济效益。

德兴铜矿矿山废弃地植被恢复与重建研究

对德兴铜矿 1号尾矿库库面纯尾砂立地植被恢复与重建进行了研究。结果表明 :纯尾砂植被恢复与重建的主要障碍是土壤因子 ,即土壤组成、结构、水分、养分和毒性。矿区自然植被的次生演替序列为 :次生裸地→草丛→灌丛→针叶林→常绿与落叶阔叶混交林、针阔叶混交林→常绿阔叶林 6个阶段。纯尾砂立地 1 3种试验先锋草种的优劣势比较结果依次顺序为 :水蜡烛 1 .0 6>假俭草 1 .0 5 >苇状羊茅 1 .0 1 >芒草 1 .0 0 =弯叶画眉草 1 .0 0 >狗牙根 0 .98=百喜草 0 .98=香根草 0 .98>象草 0 .87>荩草 0 .85 >矮象草 0 .76>节节草 0 .73 >苏丹草 0 .5 5。水蜡烛、假俭草、苇状羊茅、芒草、弯叶画眉草、狗牙根、百喜草、香根草、象草、荩草、矮象草、节节草被认为是纯尾砂植被恢复与重建的优良先锋草种。纯尾砂立地植被恢复与重建的途径主要包括植被恢复演替、土壤生物改良和客土复垦

德兴铜矿床地质环境模型初探

德兴铜矿位于赣东北地区，该矿床自开发以来，为国家和地方作出了巨大贡献。在矿山环境方面，总体上是矿山环境较好的矿区，但局部仍存在一定的问题。本文建立了包含影响潜在环境效应的地质因素、开采前的环境特征和开采过程中的环境特征三方面内容的矿床地质环境模型。据原生铜矿石、氧化矿石、淋滤矿石和次生硫化物矿石的有关元素含量，计算出开采前由矿床向环境输出了2．1万吨Cu、7．6万吨S和941吨Mo。主要金属硫化物黄铁矿由地下被带至地表经氧化和水解反应后产生酸、Fe^3+及释放出的As、Cd、Cu等重金属元素污染了环境。黄铜矿在人工堆浸后，排放水中的Cu^2+及其它重金属元素也对环境造成了污染。矿山开采低品位矿石堆浸产生的集液池之外排水为大坞河之污染源，该源头每年至少输出Cu 202吨、Zn 22．04吨、Cd 307kg。30年间铜矿开采过程中大坞河流域河床沉积物中有2．58吨Pb、3．1吨Zn、351．2吨Cu和11．5吨Mo，均为河水污染所致。

德兴铜矿周边土壤中铜的形态分布

采用Tessier连续逐级形态提取方法,研究了德兴铜矿土壤中铜存在的化学形态和生物可利用性。结果表明,德兴铜矿各功能区表层土壤均已受到不同程度的Cu污染,分布趋势为尾矿库>采矿区>菜田>稻田>生活区。表层土壤中Cu的直接利用性不高,但可利用态Cu所占比例较高,可能造成潜在的生态毒性。土壤剖面中Cu的化学形态分布趋势为残余态>有机结合态>氧化态>碳酸盐结合态>可交换态,各态的跃迁能力都较差,基本不会威胁到该地区的地下水源。

用卫星高光谱数据提取江西德兴铜矿矿山废水的pH值污染指标

在对德兴铜矿矿山废水的光谱特征深入分析研究的基础上,总结了不同类型水体(酸性水、碱性水以及河流水)的特征光谱,并利用地物谱特征开展矿山废水pH值污染指标提取研究。针对水体光谱反射率低、特征光谱不明显的特点,采用矿区卫星Hyperion高光谱数据,应用ISA算法和掩膜技术识别出水体分布并进一步与MNF变换有效结合,根据波段散点图进行不同pH值水体的有效分割。为矿山废水污染的诊断和监测提供了新技术和理论支撑。

赣东北乐安江德兴铜矿段河流阶地的发育及环境意义

乐安江是德兴铜矿地区的主要水系,为查明乐安江德兴铜矿段河流阶地发育情况及其所产生的环境效应,对乐安江海口镇—泗州镇坑口段—乐平市洺口镇戴村村段及大坞河与浮溪河所发育的河流阶地进行划分,并运用光释光(OSL,Opically Stimulated Luminesecence)测年方法对此段乐安江低阶地的形成时代进行测定。得到以下认识:研究区乐安江至少发育五级阶地,T5拔河高度约50 m,T4拔河在28~40 m之间,T3拔河在20~30 m之间,T2拔河高度在12~22 m之间,T1拔河高度在6~15 m之间;另外研究区乐安江支流大坞河与浮溪河,也有3~5级阶地发育。该段乐安江三级阶地上沉积物的OSL年龄为(120.6±5.8)^(153.6±8.1)ka,二级阶地上沉积物OSL年龄为(43.0±1.8)^(109.9±4.6)ka,一级阶地上沉积物OSL年龄为(0.9±0.1)^(1.2±0.1)ka。四级阶地可能形成于倒数第二次间冰期。以上认识填补了乐安江河流阶地研究的空白,为今后研究区第四纪地质的研究奠定了一定的基础。结合大坞河一、二级阶地上土壤、种植物中重金属含量分析,认为研究乐安江德兴铜矿段及其支流的河流阶地对确定德兴铜矿所排放出的酸性废水的影响范围及该地区的农业区划具有重要意义。

矿床地质环境模型及其在江西德兴铜矿中的应用

探讨了矿床地质环境模型的概念、研究方法和研究内容,以德兴铜矿为例开展了矿床地质环境模型的示范研究。详细介绍了德兴铜矿开矿前的地质、微量元素地球化学特征和开矿前对环境释放的重金属元素总量等;通过野外采样和室内的数据分析研究了德兴铜矿开矿过程中的环境特征,以大坞河流域和4#尾砂库为研究对象,分析元素含量,结合元素形态分析、环境矿物学分析、室内污染物迁移模拟,详细论述了开矿过程中重金属元素对环境的影响;以关闭后复垦的1#尾砂库为部分功能区关闭之后环境特征的研究对象,建立了德兴铜矿床地质环境模型。

德兴铜矿大坞河流域土壤中Cd的环境地球化学特征及意义

采用连续提取法对德兴铜矿大坞河流域的土壤样品中Cd元素的形态进行分析,并基于缓变型地球化学灾害模型,对大坞河流域土壤中Cd的环境地球化学特征进行研究。结果显示,大坞河上游的祝家村附近和中游的德铜医院附近的土壤中Cd元素活动性污染总浓度(total concentration of active specie of Cd,以下记为TCASCd)随着污染物的可释放总量(total releseable content of the pollutant of Cd,以下记为TRCPCd)增加而增加,二者之间呈线性关系。虽然大坞河上-中游的样品中TRCPCd范围均在国家三级土壤标准之下,但随着该地区土壤中Cd元素的不断输入,这种情况下所造成的污染相对于缓变型地球化学灾害造成的污染,应当更加引起重视。在大坞河下游的下沽口村附近土壤中,Cd的各形态数据特征符合缓变型地球化学灾害特征,且有TRCPCd向TCASCd释放转化的趋势。Cd元素的缓变型地球化学灾害模型为y=1.12167E-04x3-6.25584E-02x2+1.15298E+01x-6.07452E+02。爆发临界点为TRCPCd=185.90ng/g,有约36%的样品超过爆发临界点,具有爆发缓变型地球化学灾害的可能性。这种认识对大坞河流域土壤中Cd元素污染的预警和对生态环境的改善具有重要意义。

矿区工业旅游开发研究——以江西德兴铜矿为例

矿区工业旅游在我国还没有得到很好的开发。本文以江西省德兴铜矿为例 ,探讨了矿区工业旅游开发的条件与旅游产品的特点 。

德兴铜矿区优势物种苎麻(Boehmeria nivea)对重金属的富集与积累特性

选取江西省德兴铜矿区8个采样点,对土壤和苎麻植株Cd、Pb和Cu含量进行测定分析。结果表明,铜矿区土壤中Cu污染严重并伴有轻微的Cd污染,Pb含量则在江西省土壤背景值范围之内。8个样点土壤Cd、Pb和Cu含量均值分别为0.51、9.36和1 058.21 mg·kg-1。大部分样点苎麻植株叶片中重金属含量最低,根最高,最高值与最低值差距达数十倍,地上部重金属含量低于地下部。苎麻对上述3种重金属的富集系数和转运系数从大到小依次为Cd、Pb和Cu;苎麻对Cd的富集系数和转移系数最高值分别为1.42和0.54,对Pb的富集系数和转移系数最高值分别为0.63和0.53,对Cu的富集系数和转移系数最高值分别为0.08和0.37。8个样点苎麻的地上部生物量均值为1.41 t·hm-2,最高值达2.18 t·hm-2。苎麻对Cd、Pb和Cu的累积量均值分别为0.2、1.1、24g·hm-2。因此,苎麻对Cu和Cd具有一定的耐性,在矿区种植苎麻可作为植物修复的先锋物种,促进矿区生态恢复。

德兴铜矿周边地区土壤酶活性研究

采用逐步多元回归和主成分分析的方法研究了德兴铜矿周边土壤中重金属和土壤酶活性的关系。结果表明:德兴铜矿周边各功能区均受到不同程度的Cu、Cd污染,Pb、Zn未超过《土壤环境质量标准》(GB15618—1995)二级标准;各功能区土壤酶活性有显著差别,逐步回归分析表明土壤酶活性与Cu、Zn全量、生物可利用态Cu含量有显著线性关系,而与Cd、Pb无明显相关;土壤酶活性和生物可利用态Cu呈负线性关系,而与残渣态Cu有正线性关系。主成分分析显示,土壤酶信息系统的第1、第2主成分可反映酶活性总变异的96.27%,根据第1主成分对功能区酶活性的分类结果与土壤生物可利用态Cu含量的分类结果基本一致,提示土壤酶活性指标可以反映土壤生物可利用态Cu含量。