金属矿山酸性废水形成机理及治理现状分析

　　Analysis of cause of acid drainage and treatment in Metal Mines

　　Abstract：Acid mine drainage is a natural consequence of mining activity where the excavation of mineral deposits, exposes sulphur containing compounds to oxygen and water. Oxidation reactions take place (often biologically mediated) which affect the sulphur compounds that often accompany mineral seams. Finally, acid mine drainage which metals within accompanying minerals are often incorporated into generates. The discharge of wastewater which comprises acidic, metal-containing mixture into the environment surrounding abandoned mines is likely to cause serious environmental pollution which may be lead to off-site effect. All over the world there has been a long-term programme involving governments, academic and industrial partners which have investigated a range of acid mine drainage treatments. There is still no real consensus on what is the ideal solution. The problem with treatment is that there is no recognized, environmentally and friendly way. The standard treatment has been to treat with lime. There are many technologies, such as Ion Exchange and Other Adsorption Treatments、Biology-Based Treatments、Electrochemical Treatment Technologies, proposed for treatment of metal mine drainage, which are usually expensive and always more complex than liming. Lime treatment is simple and robust, and the benefits and drawbacks of the treatment well known due to long usage. This paper will discuss the mechanism of acid drainage formation in metal mines and the methods with an emphasis on lime treatment which have so far been proposed for its treatment

　　Key words：AMD；mechanism of formation；Lime treatment；Treatment technologies

　　金属矿山矿体酸性废水的产生主要是开采金属矿体矿石中含有硫化矿，硫化矿在自然界中分布广、数量多，它可以出现于几乎所有的地质矿体中，尤其是铜、铅、锌等金属矿床[1]，这些硫化矿物在空气、水和微生物作用下，发生溶浸、氧化、水解等一系列物理化学反应，形成含大量重金属离子的黄棕色酸性废水，这些酸性水pH一般为2～4，成份复杂含有多种重金属, 每升水中离子含量从几十到几百毫克；同时废水产生量大，一些矿山每天酸水排放量为几千甚至几万m3，且水量、水质受开采情况，及不同季节雨水丰沛情况不同而变化波动较大，这些酸性重金属废水的存在对矿区周围生态环境构成了严重的破坏。针对矿山酸性废水特点的处理技术的研究已有很大发展，但各处理工艺各有特点

　　一、形成机理分析

　　金属矿山酸性废水的形成机理比较复杂，含硫化物的废石、尾矿在空气、水及微生物的作用下，发生风化、溶浸、氧化和水解等系列的物理化学及生化等反应，逐步形成含硫酸的酸性废水。其具体的形成机理由于废石的矿物类型、矿物结构构造、堆存方式、环境条件等影响因素较多，使形成过程变的十分复杂，很难定量研究说明[1]。一些研究资料[2]表明，黄铁矿（FeS2）是通过如下反应过程被氧化的：

　　FeS2 + 2O2 → FeS2（O2）2 （1）

　　FeS2（O2）2 → FeSO4 + S0 （2）

　　2S0 + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4 （3）

　　上式表明元素硫是黄铁矿氧化过程中的中间产物。而另有研究则认为其氧化反应过程是通过下式进行的，即：

　　（1）在干燥环境下，硫化物与空气中的氧气起反应生成硫酸亚铁盐和二氧化硫，在此过程中氧化硫铁杆菌及其它氧化菌起到了催化作用，加快了氧化反应速度：

　　FeS2 + 3O2 → FeSO4 + SO2 （4）

　　在潮湿的环境中，硫化物与空气中的氧气、空气土壤中的水分共同作用成硫酸亚铁盐和硫酸。

　　2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4 （5）

　　反应（4）、（5）为初始反应，反应速度很慢。

　　据中科院1993年的调研资料[3]证明矿物中的硫元素在初始氧化过程以四价态为主，反应过程（5）可以表示为：

　　2FeS2 + 5O2 + 2H2O → 2FeSO3 + 2H2SO3

　　2FeSO3 + O2 → 2FeSO4

　　2H2SO3 + O2 → 2H2SO4

　　（2） 硫酸亚铁盐在酸性条件下，在空气及废水中含氧的氧化作用下，生成硫

　　酸铁，在此过程中氧化铁铁杆菌及其它氧化菌起到了催化作用，大大加快了氧化反应过程：

　　4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 → 2Fe2(SO4)3 + 2H2O （6）

　　反应（6）是决定整个氧化过程反应速率的关键步骤。

　　（3） 硫酸铁盐同时还可以与FeS2及其它金属硫化矿物发生氧化反应过程，形成重金属硫酸盐和硫酸，促进了矿物中其它重金属的溶解及酸性废水的形成。

　　7Fe2(SO4)3 + FeS2 + 8H2O →15FeSO4 + 8H2SO4 （7）

　　2Fe2(SO4)3 + MS + 2H2O + 3O2 → 2MSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4 （8）

　　(其中M表示各种重金属离子)

　　反应（7）、（8）反应速度最快，但是取决于反应（6），也即亚铁离子的氧化反应速率。

　　（4） 硫酸亚铁盐中的Fe3+，同时会发生水解作用（具体水解程度与废水的pH大小有关），一部分会形成较难沉降的氢氧化铁胶体，一部分形成Fe(OH)3沉淀，其反应方程式如下：

　　Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3（胶体）+ 3H2SO4 （9）

　　Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3↓+ 3H2SO4 （10）

[1]

[2]

[3]