喀斯特地貌下历史遗留铅锌冶炼废渣对周边土壤重金属含量的影响

以贵州某历史遗留铅锌冶炼废渣为研究对象,采集了铅锌冶炼废渣以及周边土壤,检测分析每种样品镉、汞、砷、铅、铬、铜、镍、锌的含量,采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对铅锌冶炼废渣下游河流周边土壤环境质量进行了评价,研究铅锌冶炼废渣对周边土壤重金属含量的影响。结果发现:历史遗留铅锌冶炼废渣重金属镉、砷、铅含量较高,超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)农用地土壤污染风险管制值,重金属铜、镍、锌超过农用地土壤污染风险筛选值。冶炼废渣周边土壤重金属镉、铜、镍含量较高,全部超农用地土壤污染风险筛选值,离废渣距离越远,土壤重金属含量先升后降,冶炼废渣河流左岸重金属污染程度大于右岸。从土壤重金属单因子污染指数来看,土壤重金属镉含量存在严重污染,其次为重金属铜>镍>铬>锌。从综合污染指数来看,土壤重污染区域占比58%,中污染区域占比42%。综上说明历史遗留的铅锌冶炼废渣对周围土壤环境存在安全隐患。

铅锌冶炼废渣和尾矿制备地聚合物的研究

以铅锌冶炼废渣、尾矿为主要硅铝原料制备了地聚合物,首先对冶炼废渣和尾矿进行预粉磨,以提高其活性,再与复合激发剂水玻璃和脱硫石膏混合后粉磨,通过压制成型工艺制得地聚合物试样。实验结果表明:当水玻璃掺量为14%,脱硫石膏掺量为8%时,所制得的地聚合物胶凝材料3d、7d和28d龄期抗压强度均最高,分别达到24.67MPa、27.69MPa、32.81MPa。SEM、XRD和FT-IR分析表明:以铅锌冶炼废渣和尾矿制得的地聚合物,其微观结构致密性好,无定形的凝胶与未反应的原料颗粒界面黏结牢固,并有针状钙矾石穿插其中,从而有助于强度的提高。

锌冶炼废渣的综合利用

研究了以锌矿提锌过程中产生的废渣为原料,采用水浸的湿法工艺,浸取液净化除杂生产硫酸锌产品;水浸渣经煅烧、脱硅制备氧化铁红的新工艺。通过实验确定的最佳工艺条件:1)硫酸锌制备工序:水浸时间为1.5 h,温度为70~80℃,液固比m(水)∶m(废渣)=0.8∶1,氧化剂双氧水的用量为10 m L/L,置换助剂锌粉的用量为2 g/L;2)氧化铁红制备工艺条件:煅烧温度为635℃,煅烧时间为1.25 h,氢氧化钠浓度为12 mol/L,碱浸温度为120℃,碱浸时间为2.0 h,在上述条件下制得的铁红产品中氧化铁质量分数为82.61%。该工艺具有资源利用充分,产品附加值高,环境污染小,工艺简单等优点。

利用铅锌冶炼废渣制备碱激发胶凝材料的实验研究

以铅锌冶炼废渣为主要硅铝原料,以水玻璃为碱性激发剂制备碱激发胶凝材料。实验结果表明:当水玻璃模数为1.5,掺量为6%,水灰比为0.35时,所制得碱激发胶凝材料3 d、7 d和28 d龄期抗压强度均最高,分别达到23.82 MPa,25.34 MPa、33.93 MPa。SEM分析表明:铅锌冶炼废渣碱激发胶凝材料中,凝胶类产物将未反应原料颗粒紧紧黏结在一起,微观结构致密,有助于强度的提高。

模拟酸雨对铅锌冶炼废渣重金属释放及生物毒性的影响

为评价酸雨淋洗对铅锌冶炼废渣中重金属释放及生物毒性的影响,以黔西北酸雨严重区域大量堆存的铅锌冶炼废渣堆场为研究对象,对照组以去离子水为浸提剂,分析不同粒径废渣在不同酸度模拟酸雨浸提下重金属的分布特征及生物毒性变化规律。结果表明,与对照相比,模拟酸雨均可不同程度降低铅锌废渣浸出液的pH,废渣粒径越小浸出液的电导率越高。模拟酸雨可提高铅锌冶炼废渣浸出液中Cu、Zn、Cd的浓度,相同条件下,浸出液中重金属浓度总体上随废渣粒径减小呈增加趋势。模拟酸雨可促进废渣中残渣态Cu、Pb、Zn向其他形态转化而增加铅锌废渣堆存的环境风险。进一步分析表明,废渣浸出液中Zn、Cd含量越高浸出液的生物毒性越大,而低浓度范围内废渣浸出液中Cu含量越高反而生物毒性越小。综上,模拟酸雨能促进不同粒径铅锌冶炼废渣中重金属离子的溶出释放、改变废渣中重金属的形态,并提高废渣浸出液的生物毒性,从而增大了铅锌冶炼废渣堆场的环境生态风险。

铅锌冶炼废渣对水泥胶砂强度及孔结构的影响研究

使用铅锌冶炼废渣作为混合材,研究了不同掺入比对胶砂试块流动度及各龄期强度的影响。通过压汞试验,结合扫描电镜分析了掺入铅锌冶炼废渣对胶砂内部孔隙率及孔径分布的影响及微观形貌。试验结果表明:随着铅锌冶炼废渣掺量的增加,胶砂试块各龄期强度逐渐下降,但在掺量为30%时,胶砂28 d抗压强度为46.8 MPa,与对照组基本持平,掺量不超过30%时,28 d抗压强度超过了对照组,压汞试验表明掺入铅锌冶炼废渣可以减小水泥浆体最可几孔径大小和孔隙率,使胶砂整体结构更加密实。扫描电镜结果表明铅锌冶炼废渣水化产物形成相互搭接的空间网络结构,填充了水泥浆体的孔隙。

沼渣对铅锌冶炼废渣生物化学性质及植物生长的影响

为研究沼渣作为改良剂对铅锌冶炼废渣环境条件的改善及修复植物生长的影响,采用盆栽试验研究不同比例(0,1%,3%,5%,7%,9%)沼渣添加和黑麦草(Lolium perenne L.)生长对废渣养分含量、微生物学特性、重金属赋存形态及黑麦草的生物学特征的综合影响。结果表明:与对照废渣相比,添加沼渣后废渣养分(N、P、K)、有机质、酶活性(碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶)、微生物数量(细菌、真菌和放线菌)以及微生物活性(呼吸强度)均显著(p<0.05)增加;不同比例沼渣添加均显著增加黑麦草鲜重、根长、株高并显著降低植物组织(地上和地下部)中重金属含量(p<0.05)。沼渣添加和黑麦草生长通过促进废渣中酸溶态重金属(Cu、Cd、Zn、Pb)向残渣态转化进而降低废渣中重金属的生物有效性。典范对应分析表明,沼渣施用量在5%,7%,9%时对废渣微环境条件改善作用较大,其中,较低的沼渣添加量(5%)就能显著改善废渣的微环境条件及促进修复植物健康生长。因此,综合考虑沼渣作为有机改良剂的最佳费用和效应间的关系,在设置试验条件下,可将5%的沼渣添加量作为铅锌冶炼废渣有机改良及植物修复的最佳施用比例。

模拟喀斯特环境下铅锌冶炼废渣重金属释放特征及生物效应

为探究喀斯特环境下铅锌冶炼废渣中重金属的释放特征及其生物效应,通过动态淋滤实验,研究了在铅锌冶炼废渣中添加不同钙盐对淋滤液理化特征及生物毒性的影响。结果表明,外源添加难溶性碳酸钙可降低淋滤液的氧化还原电位(Eh),对淋滤液的pH和电导率(EC)影响则无明显规律;易溶性氯化钙能降低铅锌冶炼废渣淋滤液pH,提高淋滤液的EC,增加淋滤液的Ca、Mg浓度。不同钙盐影响下淋滤液中重金属浓度总体表现为Zn>Cu>Pb>Cd,说明Zn比其他重金属更易溶出,外源添加钙盐会促进铅锌冶炼废渣中重金属(Cu、Pb、Zn、Cd)溶出。适量浓度的钙盐能缓解淋滤液中重金属对发光细菌的毒害作用,而过高浓度钙盐的存在则会增强淋滤液对发光细菌的生物毒性。

不同碳酸盐岩对铅锌冶炼废渣-黑麦草体系中重金属迁移的影响

为探究岩溶环境制约下贵州喀斯特地区广泛存在的碳酸盐岩对铅锌冶炼废渣-黑麦草体系中重金属生物有效性的影响,本文以黔西北土法炼锌废渣为研究对象,通过盆栽实验向改良后的废渣中施加两种典型天然碳酸盐岩(石灰岩、白云岩)及其主要成分的化学品(碳酸钙、碳酸镁),经种植黑麦草培育3个月后分析废渣基质中Cu、Pb、Zn、Cd等重金属的形态变化与植物富集转运系数。结果表明:处理前铅锌废渣中Pb、Zn、Cu、Cd的总量分别为17 682、8 427.2、2 066、174.8 mg/kg, Cd的酸溶态比例最高,环境风险较大。与对照相比,施用天然碳酸盐岩(石灰岩、白云岩)或其主要化学成分的化学品(碳酸钙、碳酸镁)后均显著降低了铅锌废渣中酸溶态Cu、Pb、Cd的比例并增加了残渣态Zn的比例,5种添加物(石灰岩、白云岩、钙盐、镁盐、混合碳酸钙镁)施用均不同程度地增加了铅锌废渣中残渣态Cd的含量。添加量为4 g/kg(即0.4%)时,与对照相比,5种添加物使黑麦草根和叶片中重金属Cd分别降低了3.62%~29.54%和28.21%~43.59%。冗余分析表明,根中Ca、Mg与酸溶态Cu、Pb、Zn、Cd呈显著性负相关;两种典型碳酸盐岩(石灰岩和白云岩)及其主要成分的化学品添加形成的岩溶环境制约下,铅锌冶炼废渣-黑麦草体系中多种重金属的生物有效性受到明显抑制,可有效减弱其上所种植物黑麦草对重金属的吸收。相关结果对喀斯特地区矿冶废渣堆场重金属污染的原位控制、矿山复垦及生态修复具有一定的理论参考和实践价值。

降低湿法锌冶炼废渣中铅含量

针对锌废渣中重金属污染环境,尤其是废渣中铅含量高于1%,无法作为无害渣使用的问题,本文采用自动矿物分析仪(MLA)分析氯盐浸渣(对锌废渣经过焙烧-酸浸得到的酸浸渣进行氯盐浸出得到)中铅的物相主要为PbBa(SO_4)_2,盐酸或含HCl的饱和NaCl溶液可将其有效分解,可使尾渣中铅含量达到<1%效果。在此基础上,研究不同浸出体系对酸浸渣进行一步浸出,以期选出较优的浸出体系及浸出条件,达到使废渣中的铅含量降到1%以下的目的。研究结果表明:"饱和NaCl溶液+补加HCl+补加NaCl"体系浸出酸浸渣的效果明显好于"含HCl的饱和NaCl溶液+补加NaCl"和"饱和NaCl溶液+补加NaCl"两种体系浸出酸浸渣的效果,但出于HCl成本高考虑,选取"饱和NaCl溶液+补加NaCl"作为浸出剂及浸出方式。"饱和NaCl+补加NaCl"浸出酸浸渣的反应条件为:酸浸渣50g,250m L饱和NaCl,温度≥60℃,反应2h后补加15g NaCl,继续反应3h,Pb的浸出率>91%,Pb在尾渣中的含量达到0.85%≤Pb<1%。

自养-异养分步生物沥浸铅锌冶炼废渣中的有价/有毒金属

针对铅锌冶炼废渣组分复杂、含有多种金属类型、难以用单一沥浸体系溶释所有目标金属的特点,提出自养-异养分步生物沥浸的处理思想。结果表明:自养生物沥浸对锌、镉、铟、砷、铅的最高沥浸效率分别为90%、86%、71%、25%、12%,对银的沥浸效率为0;异养生物沥浸对于自养生物沥浸残渣可获得最高37%的银沥浸效率,而铅锌冶炼废渣最高只有6%的银沥浸效率。因此,采用自养-异养分步生物沥浸铅锌冶炼废渣中的有价/有毒金属是一种铅锌冶炼废渣资源化的新途径。

先锋植物修复介导的根际微域对铅锌冶炼废渣中重金属的形态分异特性影响

为研究金属冶炼废渣堆场内典型先锋草本植物对废渣养分及重金属形态的影响,以开展植被重建5年的铅锌冶炼废渣堆场上先锋草本植物(三叶草,Trifoliumrepens;黑麦草,Loliumperenne)根际微域为研究对象,分析在生态修复过程中两种草本植物根际微域不同粒径废渣(<0.25、0.25~0.5、0.5~1、1~2、2~5、>5 mm)中重金属含量与赋存形态及养分的分异特征。结果表明:废渣内植物养分主要分布在<1 mm的小粒径废渣中;植物根际与非根际废渣中有机质与全氮含量总体上随废渣粒径增加呈先升高后降低的趋势,而有效氮、有效磷含量则随废渣粒径增加呈降低趋势;两种草本植物对废渣养分的改善效果主要表现为三叶草>黑麦草>对照,并表现出明显的根际效应(根际>非根际)。两种植物修复作用显著影响废渣重金属含量及其赋存形态在不同粒径中的分布:(1)三叶草根际废渣Pb、Cu含量显著低于对照,并促使Cd向残渣态转化;(2)黑麦草根际不同粒径废渣Cu、Cd含量发生再分配,在细小粒径(<0.5 mm)废渣中的含量显著降低;(3)两种植物根际废渣酸可溶解态Cu、Pb、Cd、Zn的比例明显降低,且比例随废渣粒径增加而上升。综上,三叶草和黑麦草作为废渣堆场生态修复的先锋植物,可为外来优势植物的自然定居创造良好的植生条件,并对细小粒径废渣扩散迁移生态风险的控制具有重要意义。

回转窑焙烧锌冶炼废渣的技术要点研究

目前,综合回收及无害化处理锌冶炼废渣的常用方式是通过回转窑高温焙烧,大部分有价金属及重金属挥发成气态,冷却后以烟尘形式收集。回转窑焙烧过程的技术参数将直接影响含锌烟尘的品位。本文以某锌冶炼企业为例,结合原料及辅料的实际情况,分析回转窑焙烧工艺流程,明确回转窑焙烧锌冶炼废渣的技术要点,从而有效利用废渣回收有价金属,实现废渣的无害化处理。

锌冶炼废渣在胶结充填技术中的应用研究

锌冶炼废渣为冶炼过程产生的废渣,这种废渣不仅占用大量土地资源,且废渣中有价金属及具有高度迁移性的有价金属元素和有毒元素易对周边生态环境造成严重的污染和潜在的危害。通过对锌冶炼废渣进行试验研究,结果表明锌冶炼废渣经过处理可应用于矿山井下充填,能够为锌冶炼废渣处理提供有效的措施。

微生物固结铅锌冶炼废渣制备免烧砖的研究

以某铅锌冶炼废渣为主要原料,采用微生物水泥技术制备了一种抗压强度高且重金属固化效果好的免烧砖,研究了铅锌冶炼废渣的颗粒细度与添加量对免烧砖的干密度、抗压强度与相组成的影响规律,探讨了重金属的固化机制及存在形态。结果表明,适当提高铅锌冶炼废渣的细度与添加量可改善免烧砖的干密度与抗压强度,当铅锌冶炼废渣的添加量为50%,-0.074 mm颗粒质量分数占60.25%时,试块的干密度为与抗压强度分别为2258.96 kg/m^(3)与35.48 MPa,且试样的Pb^(2+)与Zn^(2+)浸出浓度低于标准要求。巴氏芽孢杆菌分解尿素生成的CO_(3)^(2-)与铅锌冶炼废渣中的重金属离子结合,矿化成结构稳定的碳酸盐沉淀。水化过程中生成的水化硅酸钙、硬硅钙石与巴氏芽孢杆菌的代谢产物碳酸钙协同作用,使制品具有致密的结构与较高的强度。

不同植物凋落物对土法冶炼铅锌废渣的改良效果

为探索不同植物凋落物对土法冶炼铅锌废渣的改良效果,分析了废渣分别与等质量刺槐、柳杉、构树、芦竹和三叶草凋落物共培养90d后的pH、可溶性盐含量、氧化还原电位、含水量、养分含量、酶活性和重金属释放量。结果表明:1)不同凋落物均可大幅度提高废渣的含水量,柳杉效果最佳,含水量依次为柳杉>芦竹>刺槐>构树>三叶草>对照,但对废渣的pH、可溶性盐含量和氧化还原电位影响较小;2)不同凋落物均可不同程度提高氮、磷总量及其有效态含量和有机质含量,其中三叶草处理的有效氮和有效磷含量最高,分别为99.87mg/kg和38.4mg/kg,远高于对照23.8mg/kg(有效氮)和19.6mg/kg(有效磷),芦竹和三叶草处理的有机质含量相当,分别为141.28g/kg和140.71g/kg。废渣中的有机质含量整体偏高,这可能是因为废渣中含有燃烧不完全的碳(煤);3)过氧化氢酶活性较对照略有提高,芦竹和三叶草处理较好,脲酶活性较对照[38.75mg/(kg·h)]极显著提高,且三叶草和构树处理极显著高于其他处理,分别为112.75mg/(kg·h)和104.4mg/(kg·h);4)不同凋落物处理均极显著降低了Zn、Pb、Cd和Cu(除柳杉外)的释放量。其中,构树处理效果最好,Zn、Pb和Cd释放量分别为0.71mg/L、3.77μg/L和23.4μg/L,极显著低于其他处理;Cu释放量为7.86μg/L,显著低于对照。结论:植物凋落物能有效抑制铅锌冶炼废渣中重金属等有毒有害污染物的释放,并能显著提高铅锌冶炼废渣的生态恢复性能。

炼锌废渣-修复植物-凋落物体系的生态化学计量学研究

为揭示金属冶炼废渣堆场生态修复多年后,废渣-植物-凋落物系统中养分循环和系统维持机制。该研究以实现生态修复6 a的黔西北铅锌冶炼废渣堆场上土荆芥(Dysphania ambrosioides)、芦竹(Arundo donax)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、构树(Broussonetia papyrifera)和柳杉(Cryptomeria fortunei)五种优势修复植物为对象,分析它们的主要营养器官(细根、粗根、茎/干、枝、叶片)、地表凋落物、植被下方表层废渣(0~10 cm)中碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及化学计量特征,探讨它们之间的相互关系。结果表明:不同植物、不同营养器官间C、N、P的含量具有显著差异(P<0.05),C平均含量在两种草本植物中为茎>叶片>根>凋落物,在三种乔木中为干>枝>细根>粗根>叶片>凋落物;N和P的分布在草本植物中分别为叶片>凋落物>根>茎和叶片>根>凋落物>茎,在三种乔木中均为叶片>细根>凋落物>粗根>枝>干。五种植物中,柳杉各营养器官及凋落物中C含量均高于其他植物,N、P含量呈相反的规律;刺槐中N含量最高。C∶N和C∶P在五种植物营养器官与凋落物中的变化规律跟N、P的分布相反,说明C∶N和C∶P分别主要受N和P含量影响。相关性分析指出,草本植物的N∶P受N和P共同影响,三种乔木的N∶P主要由N的分布决定,同时受到枝和叶片中P含量影响。五种植物中,仅豆科类刺槐的叶片N∶P大于16,在系统中生长受P限制,其他植物生长均受N限制,说明刺槐更能适应贫瘠的废渣环境,建议在修复贫瘠的废渣堆场时优先选择豆科类植物作为先锋植物,改善基质养分条件。植被下方表层废渣中C、N、P含量基本都低于植物各营养器官及凋落物,不同修复植物下方对应的表层废渣中C、N、P含量间具有显著差异(P<0.05),草本植物修复下的废渣中C、N、P含量低于乔木修复下的含量。废渣-植物-凋落物体系中N、P、N∶P之间的相关性分析显示,植物细根和凋落物中N、P含量与废渣中N、P含量及化学计量比关系更密切。

不同类型有机酸-磷矿粉复合物对土法炼锌废渣中重金属的固定作用

为分析利用不同类型有机酸活化低品位磷矿粉形成的"有机酸-磷矿粉复合物"对铅锌冶炼废渣中重金属的固定作用,以黔西北历史遗留土法炼锌废渣为对象,研究3种类型有机酸(草酸、酒石酸及柠檬酸)活化低品位磷矿粉对土法炼锌废渣中4种主要重金属(Pd、Cd、Cu、Zn)的固定效果。结果表明:不同类型有机酸作用下土法炼锌废渣中重金属的释放存在明显差异,3种有机酸对铅锌废渣中4种重金属的活化能力表现为酒石酸>柠檬酸>草酸。草酸、酒石酸和柠檬酸浓度分别在0.8、0.8、0.4 mol/L时对低品位磷矿粉中磷素的活化能力最强,但各有机酸-磷矿粉复合物在有机酸浓度分别为1.2、0.8、0.4 mol/L时对铅锌废渣中各重金属的固定效果最好,其中,草酸-磷矿粉复合物对4种重金属的降低率为90.67%、99.64%、13.63%、5.99%,酒石酸-磷矿粉复合物对4种铅锌废渣中重金属的降低率为91.72%、44.2%、34.37%、7.51%,柠檬酸-磷矿粉复合物对4种重金属的降低率为60.39%、8.15%、5.03%、-6.12%,综合来看,浓度为1.2 mol/L的草酸-磷矿粉复合物可更好地固定铅锌冶炼废渣中的重金属。

铅锌冶炼渣节能处理新方法研究

本文通过实验的方法研究了硫化法处理铅锌冶炼废渣的最佳条件。