海南省某金矿土壤污染特征分析
李隋 王飞 张宏涛
摘要：为探究氰化钠冶炼工艺下，规范化生产的金矿企业矿区土壤的污染情况及分布规律，本文进行了矿石化学元素检测和矿区土壤采样分析。结果表明：（1）矿区土壤污染主要为重金属砷、镉、汞的污染；除汞外，土壤重金属砷、镉超标的原因主要由矿石选冶造成。（2）矿区周边土壤重金属污染受风力影响范围有限，主要分布在矿区内部；部分重金属砷、镉可以随地表水迁移至较远处。
关键词：金矿；土壤环境；重金属；海南省
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0063-04
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.037
Abstract： In order to explore the pollution range and distribution of soil in the gold mining area under standardized production of sodium cyanide smelting process， the chemical elements detection and soil sampling analysis of the gold mine were carried out. The results show that：（1） Soil pollution is mainly contaminated by heavy metals as arsenic， cadmium and mercury， and the reasons for excessive arsenic and cadmium in soil are mainly caused by ore dressing and metallurgy. （2） the heavy metal pollution of soil around the mining area is limited by wind force， mainly distributed within the mining area. A small amount of heavy metals， such as arsenic and cadmium ，can migrate to the distance with the surface water.
Key words： Gold mine；Soil environment；Heavy metal； Hainan Province
对矿区土壤污染状况进行调查，保证矿区土壤的用地安全，是我国“土十条”政策的重要方面[1]。海南省中西部金矿带是海南省重要的金矿开采区域，以此地某金矿为例进行土壤污染状况的研究，具有实际意义。我国黄金提取主要用汞和氰化钠。土法炼金，会产生大量的汞污染，由于汞的生物持久性和潜伏性[2]，会对环境产生长期的持续性影响，2000年以后我国全面停止混汞法炼金。目前，金矿企业多使用氰化钠炼金，虽氰化物含有剧毒，但已有文献[3]表示使用含氯药剂等方法可以使氰化物污染的去除率达到99%。氰化物的影响是即刻发作的，在阳光下就会自然分解[4-5]。该金矿2002年以前民采对矿体局部进行了破环性开采，2002年才开始對该矿山进行规范化管理[6]。在地表水和地下水监测资料中均未发现氰化物超标现象，故本文重点探讨金矿区重金属污染状况。矿石的采集、运输、堆放过程产生的粉尘和黄金冶炼过程中产生的烟尘会在风力作用下飘散[7]，从而扩大重金属污染土壤的范围；矿区周边的地表水携带污染物进行迁移，也是重金属污染土壤范围扩大的重要原因[8]；土壤微生物的搬移、转运等也可能造成重金属的迁移[9-10]。总之，金矿冶选过程产生的粉尘、固体废物、废水等，往往携带有大量的重金属[11]，若处置不当，会通过自然降解、淋滤等作用迁移到土壤-地下水环境中[12]，富含重金属污染物的土壤则会通过食物链进入人体内富集，直接或间接危害人类生命安全[13-14]。
因此，为了解金矿区域土壤污染的程度与范围，总结土壤污染特征，对本矿区矿井、选矿厂、尾矿库三个区域内及周边的土壤均进行了布点采样分析。土壤污染调查分析结果可作为今后土地管理与规划的依据，也为本区域同类型冶选工艺的金矿土壤污染分布特征提供了参考。
1 矿区基本情况介绍
1.1 矿区自然背景简介
所研究矿区位于海南省区域性近东西向昌江—南闾深大断裂（西段）与北东向戈枕断裂带的交接复合部位，属戈枕金矿成矿带北东段的北西侧[15]。土壤主要是由沙页岩、花岗岩、石灰岩等发育而成的砖红壤，结构疏松。基岩一般较浅，覆土层大多约在1m左右。地表水流排泄良好，在尾矿库所在西北向沟谷（季节性溪流）主要为泻洪、排涝灌溉功能，山谷下游小溪宽2-3m，水深0.5m左右，有断流现象，其旱季流量分别为2.65-4.36L/s，雨季可达567L/s。矿区500m范围内主要有芒果树、橡胶林、甘蔗等经济作物。
1.2 矿区各功能单元介绍及主要污染物
矿区主要分成选矿厂区域、尾矿库区域和矿井区域三个单元（见图1），各功能单元具体描述如下：（1）矿井区域主要进行原矿采集，采用浅孔留矿的采矿方法，矿石采集过程产生了大量的废石，调查期间已停止作业。矿井西南侧为一座废石堆。（2）选矿厂区域主要进行矿石的筛选与冶炼，冶炼工艺为酸洗-金泥干燥-锌粉置换-金泥熔炼-浇铸金锭。选矿厂区域分布一条矿脉，调查期间，正在进行露天采矿作业，为目前主要的生产区域，周围堆积大量的废石。（3）尾矿库位于选矿厂东北面约300m的山谷内，呈西北向东南走向狭窄的长条状，尾矿成份为矿石、石灰、氰化物，矿渣经活性炭吸附后加漂白粉处理，排到尾矿库堆存。经过对该金矿工艺流程的了解，对矿石伴生化学元素和尾矿库矿渣进行重金属分析，认为产生重金属污染物的来源主要为废弃矿石以及尾矿库矿渣。对矿石进行化学元素光谱分析的结果见表1，对尾矿库矿渣的重金属分析见表3。
2 矿区土壤污染状况分布
2.1 点位的布设及监测依据
采用网格布点法选取一定量具有代表性的采样点，进行土壤样品的测试与分析，是国内获取土壤重金属的分布信息和规律最常见的方法[16]。本文的布点方案综合考虑金矿各功能区及其地形条件，分区布点，围绕各功能单元，总体按辐射状或网状布设土壤采样点。对矿区采集的53个土壤样品进行了pH和8种重金属（镉、汞、砷、铜、铅、锌、镍、铬）的监测，分析超标重金属和其分布范围及规律。
具体采样点位分布见图2～图4。
2.2 矿区重金属含量及分布
根据实验室监测结果，尾矿渣中重金属砷、镉含量较高，浓度分别为：2790 mg/kg和9.39 mg/kg（见表3）。对尾矿库中矿渣中砷、镉、铅的形态分析，表明尾矿渣中砷和铅主要以可还原态存在，而镉主要以水溶态存在（见表2）。
李海燕等[17]对海南岛农田土壤重金属进行了研究分析，认为重金属元素Hg、Cd、Cr、Pb和As的质量含量平均值均低于国家（GB15618-1995）Ⅱ级标准， As元素在东方市、三亚市、琼中县等地区具有高的背景值。本区域砷具有较高的背景值与其作为矿石伴生元素有关。综合分析认为可近似将GB15618-1995II类土壤质量标准作为评价土壤重金属污染的依据。
由表3可以看出：土壤污染的重金属元素主要为砷、镉和汞。
（1）砷污染分布的范围最广，大量分布于矿井、选矿厂内部。最大值为位于矿井废石堆S43点位处的952 mg/kg；距矿区最远的土壤超标点位位于尾矿库下游约700m处的S1，浓度为54.8 mg/kg。（2）镉污染程度略小于砷，镉污染区域均存在砷污染。除点位S17外镉污染均分布在矿区内部，最大值为位于矿井废石堆S43点位处的3.47 mg/kg。（3）汞污染仅存在于选矿厂内部，且均为表层土壤污染。另外，汞污染区域均存在镉、砷污染。
2.3 土壤污染的分布规律
由上文分析可知，土壤环境中污染主要为重金属砷、镉、汞污染，且重金属砷的污染范围最广，存在重金属镉、汞污染的区域均存在重金属砷污染。本文试图通过对矿区土壤重金属As含量的分析，探究礦区土壤污染状况的分布规律。选取矿井区域、选矿厂区域及尾矿库区域中的一些大致位于同一直线上的点位，对其重金属检测结果进行分析。结果表明重金属浓度随与矿区的距离增加而递减，重金属污染多集中在矿区内部（见图5～图7）。
选取选矿厂内部的土壤采样点兼地下水监测井（S25/MW2），对其垂直深度As的分布进行分析（见图8）。结果显示，重金属浓度随深度增加而降低，重金属污染多集中在表层土壤。
3 结论
通过对金矿企业矿区土壤污染程度及分布规律的探究，得出以下结论：
（1）矿区土壤污染主要为重金属砷、镉、汞的污染，存在镉、汞污染的区域均存在重金属砷污染，砷和镉的污染程度偏高。
（2）尾矿库矿渣中砷、镉含量较高，说明矿区土壤中砷、镉污染与矿石冶选有关；矿石的元素分析中并未出现重金属汞，在尾矿渣中检出的重金属汞含量也较低，由于重金属汞不易降解，矿区土壤汞超标原因可能与民采时期土法炼金有关。
（3）尾矿库矿渣中检测出含有较高浓度的重金属砷和镉，形态分析表示砷有水溶态，但主要以可还原态存在，而镉主要以水溶态形式存在，说明该两种重金属会随水流迁移。
（4）以重金属砷的含量分布为研究对象，总结土壤污染分布规律，结果显示：平面上，浓度随与矿区的距离增加而递减；垂向上，浓度随深度增加而降低。
（5）矿区土壤超标点位多集中在矿区内部，且多为表层土壤受到污染；而沿河道尾矿库下游约700m处（S1）存在土壤重金属超标现象。表明：该矿区重金属污染受风力影响范围有限，但污染物会随地表水迁移至较远处。
参考文献
[1]郭修平，郭庆海.“土十条”与土壤污染治理[J]. 生态经济（中文版），2016，32（2）：10-13.
[2]化玉谨，张敏英，陈明等.炼金区土壤中汞形态分布及其生物有效性[J].环境化学，2015，（2）：234-240.
[3]邱小平，雒昆利.我国金矿生产中的氰化物与环境保护[J].西安科技大学学报，1997，（4）：345-348.
[4]张宏华，王罡，张志明.某金矿废水中氰化物的自然降解及其环境影响分析[J].浙江工业大学学报，2012，40（3）：299-302.
[5]李社红，郑宝山，朱建明等.金矿尾矿渣及其污染土壤中氰化物的分布及自然降解[J].环境科学，2001，22（3）：126-128.
[6]海南环境科技经济发展公司，东方市红泉十八队金矿区（V1矿脉）采选工程环境影响报告书[Z].2001.
[7]P. Quevauviller， G. Rauret， H. Muntau， et al. Evaluation of a sequential extraction procedure for the determination of extractable trace metal contents in sediments[J]. Fresenius Journal of Analytical Chemistry， 1994， 349（12）：808-814.
[8]Moreno J L， Garcia C， Landi L， et al. The ecological dose value （ED50） for assessing Cd toxicity on ATP content and dehydrogenase and urease activities of soil.[J]. Soil Biology & Biochemistry， 2001， 33（4）：483-489.
[9]王学锋，杨艳琴.土壤-植物系统重金属形态分析和生物有效性研究进展[J].化工环保，2004， 24（1）：24-28.
[10] ?ador I C， Vale C， Catarino F. Accumulation of Zn， Pb， Cu， Cr and Ni in Sediments Between Roots of the Tagus Estuary Salt Marshes， Portugal[J]. Estuarine Coastal & Shelf Science， 1996， 42（3）：393-403.
[11] 陈小敏，朱保虎，杨文等.密云水库上游金矿区土壤重金属空间分布、来源及污染评价[J].环境化学，2015，34（12）：2248-2256.
[12]Stigliani W M. Global Perspectives and Risk Assessment[M].Biogeodynamics of Pollutants in Soils and Sediments. Springer Berlin Heidelberg， 1995：331-343.
[13] 王存龙， 庞绪贵， 杨丽原等. 土壤重金属生态危害评价：以典型金矿区为例[J]. 地球化学， 2013， 42（6）：557-566.
[14] Stigliani W M. Global Perspectives and Risk Assessment[J]. 1995.
[15] 丁式江.海南岛中西部金矿集中区断裂构造的分形研究[J]. 地学前缘，2004，11（1）：189-194.
[16] 文磊.大悟县白云金矿矿区土壤重金属污染状况评价研究[D].武汉：武汉工程大学，2016.
[17] 李福燕，李许明，杨帆等.海南岛农田土壤重金属污染的评价及其来源分析[J].海南大学学报（自然科学版）自然科学版，2013，31（3）：211-217.
收稿日期：2018-02-05
作者简介：李隋（1981-），男，工程师，研究方向为场地风险评价与修复。
摘要：为探究氰化钠冶炼工艺下，规范化生产的金矿企业矿区土壤的污染情况及分布规律，本文进行了矿石化学元素检测和矿区土壤采样分析。结果表明：（1）矿区土壤污染主要为重金属砷、镉、汞的污染；除汞外，土壤重金属砷、镉超标的原因主要由矿石选冶造成。（2）矿区周边土壤重金属污染受风力影响范围有限，主要分布在矿区内部；部分重金属砷、镉可以随地表水迁移至较远处。
关键词：金矿；土壤环境；重金属；海南省
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0063-04
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.037
Abstract： In order to explore the pollution range and distribution of soil in the gold mining area under standardized production of sodium cyanide smelting process， the chemical elements detection and soil sampling analysis of the gold mine were carried out. The results show that：（1） Soil pollution is mainly contaminated by heavy metals as arsenic， cadmium and mercury， and the reasons for excessive arsenic and cadmium in soil are mainly caused by ore dressing and metallurgy. （2） the heavy metal pollution of soil around the mining area is limited by wind force， mainly distributed within the mining area. A small amount of heavy metals， such as arsenic and cadmium ，can migrate to the distance with the surface water.
Key words： Gold mine；Soil environment；Heavy metal； Hainan Province
对矿区土壤污染状况进行调查，保证矿区土壤的用地安全，是我国“土十条”政策的重要方面[1]。海南省中西部金矿带是海南省重要的金矿开采区域，以此地某金矿为例进行土壤污染状况的研究，具有实际意义。我国黄金提取主要用汞和氰化钠。土法炼金，会产生大量的汞污染，由于汞的生物持久性和潜伏性[2]，会对环境产生长期的持续性影响，2000年以后我国全面停止混汞法炼金。目前，金矿企业多使用氰化钠炼金，虽氰化物含有剧毒，但已有文献[3]表示使用含氯药剂等方法可以使氰化物污染的去除率达到99%。氰化物的影响是即刻发作的，在阳光下就会自然分解[4-5]。该金矿2002年以前民采对矿体局部进行了破环性开采，2002年才开始對该矿山进行规范化管理[6]。在地表水和地下水监测资料中均未发现氰化物超标现象，故本文重点探讨金矿区重金属污染状况。矿石的采集、运输、堆放过程产生的粉尘和黄金冶炼过程中产生的烟尘会在风力作用下飘散[7]，从而扩大重金属污染土壤的范围；矿区周边的地表水携带污染物进行迁移，也是重金属污染土壤范围扩大的重要原因[8]；土壤微生物的搬移、转运等也可能造成重金属的迁移[9-10]。总之，金矿冶选过程产生的粉尘、固体废物、废水等，往往携带有大量的重金属[11]，若处置不当，会通过自然降解、淋滤等作用迁移到土壤-地下水环境中[12]，富含重金属污染物的土壤则会通过食物链进入人体内富集，直接或间接危害人类生命安全[13-14]。
因此，为了解金矿区域土壤污染的程度与范围，总结土壤污染特征，对本矿区矿井、选矿厂、尾矿库三个区域内及周边的土壤均进行了布点采样分析。土壤污染调查分析结果可作为今后土地管理与规划的依据，也为本区域同类型冶选工艺的金矿土壤污染分布特征提供了参考。
1 矿区基本情况介绍
1.1 矿区自然背景简介
所研究矿区位于海南省区域性近东西向昌江—南闾深大断裂（西段）与北东向戈枕断裂带的交接复合部位，属戈枕金矿成矿带北东段的北西侧[15]。土壤主要是由沙页岩、花岗岩、石灰岩等发育而成的砖红壤，结构疏松。基岩一般较浅，覆土层大多约在1m左右。地表水流排泄良好，在尾矿库所在西北向沟谷（季节性溪流）主要为泻洪、排涝灌溉功能，山谷下游小溪宽2-3m，水深0.5m左右，有断流现象，其旱季流量分别为2.65-4.36L/s，雨季可达567L/s。矿区500m范围内主要有芒果树、橡胶林、甘蔗等经济作物。
1.2 矿区各功能单元介绍及主要污染物
矿区主要分成选矿厂区域、尾矿库区域和矿井区域三个单元（见图1），各功能单元具体描述如下：（1）矿井区域主要进行原矿采集，采用浅孔留矿的采矿方法，矿石采集过程产生了大量的废石，调查期间已停止作业。矿井西南侧为一座废石堆。（2）选矿厂区域主要进行矿石的筛选与冶炼，冶炼工艺为酸洗-金泥干燥-锌粉置换-金泥熔炼-浇铸金锭。选矿厂区域分布一条矿脉，调查期间，正在进行露天采矿作业，为目前主要的生产区域，周围堆积大量的废石。（3）尾矿库位于选矿厂东北面约300m的山谷内，呈西北向东南走向狭窄的长条状，尾矿成份为矿石、石灰、氰化物，矿渣经活性炭吸附后加漂白粉处理，排到尾矿库堆存。经过对该金矿工艺流程的了解，对矿石伴生化学元素和尾矿库矿渣进行重金属分析，认为产生重金属污染物的来源主要为废弃矿石以及尾矿库矿渣。对矿石进行化学元素光谱分析的结果见表1，对尾矿库矿渣的重金属分析见表3。
2 矿区土壤污染状况分布
2.1 点位的布设及监测依据
采用网格布点法选取一定量具有代表性的采样点，进行土壤样品的测试与分析，是国内获取土壤重金属的分布信息和规律最常见的方法[16]。本文的布点方案综合考虑金矿各功能区及其地形条件，分区布点，围绕各功能单元，总体按辐射状或网状布设土壤采样点。对矿区采集的53个土壤样品进行了pH和8种重金属（镉、汞、砷、铜、铅、锌、镍、铬）的监测，分析超标重金属和其分布范围及规律。
具体采样点位分布见图2～图4。
2.2 矿区重金属含量及分布
根据实验室监测结果，尾矿渣中重金属砷、镉含量较高，浓度分别为：2790 mg/kg和9.39 mg/kg（见表3）。对尾矿库中矿渣中砷、镉、铅的形态分析，表明尾矿渣中砷和铅主要以可还原态存在，而镉主要以水溶态存在（见表2）。
李海燕等[17]对海南岛农田土壤重金属进行了研究分析，认为重金属元素Hg、Cd、Cr、Pb和As的质量含量平均值均低于国家（GB15618-1995）Ⅱ级标准， As元素在东方市、三亚市、琼中县等地区具有高的背景值。本区域砷具有较高的背景值与其作为矿石伴生元素有关。综合分析认为可近似将GB15618-1995II类土壤质量标准作为评价土壤重金属污染的依据。
由表3可以看出：土壤污染的重金属元素主要为砷、镉和汞。
（1）砷污染分布的范围最广，大量分布于矿井、选矿厂内部。最大值为位于矿井废石堆S43点位处的952 mg/kg；距矿区最远的土壤超标点位位于尾矿库下游约700m处的S1，浓度为54.8 mg/kg。（2）镉污染程度略小于砷，镉污染区域均存在砷污染。除点位S17外镉污染均分布在矿区内部，最大值为位于矿井废石堆S43点位处的3.47 mg/kg。（3）汞污染仅存在于选矿厂内部，且均为表层土壤污染。另外，汞污染区域均存在镉、砷污染。
2.3 土壤污染的分布规律
由上文分析可知，土壤环境中污染主要为重金属砷、镉、汞污染，且重金属砷的污染范围最广，存在重金属镉、汞污染的区域均存在重金属砷污染。本文试图通过对矿区土壤重金属As含量的分析，探究礦区土壤污染状况的分布规律。选取矿井区域、选矿厂区域及尾矿库区域中的一些大致位于同一直线上的点位，对其重金属检测结果进行分析。结果表明重金属浓度随与矿区的距离增加而递减，重金属污染多集中在矿区内部（见图5～图7）。
选取选矿厂内部的土壤采样点兼地下水监测井（S25/MW2），对其垂直深度As的分布进行分析（见图8）。结果显示，重金属浓度随深度增加而降低，重金属污染多集中在表层土壤。
3 结论
通过对金矿企业矿区土壤污染程度及分布规律的探究，得出以下结论：
（1）矿区土壤污染主要为重金属砷、镉、汞的污染，存在镉、汞污染的区域均存在重金属砷污染，砷和镉的污染程度偏高。
（2）尾矿库矿渣中砷、镉含量较高，说明矿区土壤中砷、镉污染与矿石冶选有关；矿石的元素分析中并未出现重金属汞，在尾矿渣中检出的重金属汞含量也较低，由于重金属汞不易降解，矿区土壤汞超标原因可能与民采时期土法炼金有关。
（3）尾矿库矿渣中检测出含有较高浓度的重金属砷和镉，形态分析表示砷有水溶态，但主要以可还原态存在，而镉主要以水溶态形式存在，说明该两种重金属会随水流迁移。
（4）以重金属砷的含量分布为研究对象，总结土壤污染分布规律，结果显示：平面上，浓度随与矿区的距离增加而递减；垂向上，浓度随深度增加而降低。
（5）矿区土壤超标点位多集中在矿区内部，且多为表层土壤受到污染；而沿河道尾矿库下游约700m处（S1）存在土壤重金属超标现象。表明：该矿区重金属污染受风力影响范围有限，但污染物会随地表水迁移至较远处。
参考文献
[1]郭修平，郭庆海.“土十条”与土壤污染治理[J]. 生态经济（中文版），2016，32（2）：10-13.
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[9]王学锋，杨艳琴.土壤-植物系统重金属形态分析和生物有效性研究进展[J].化工环保，2004， 24（1）：24-28.
[10] ?ador I C， Vale C， Catarino F. Accumulation of Zn， Pb， Cu， Cr and Ni in Sediments Between Roots of the Tagus Estuary Salt Marshes， Portugal[J]. Estuarine Coastal & Shelf Science， 1996， 42（3）：393-403.
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[16] 文磊.大悟县白云金矿矿区土壤重金属污染状况评价研究[D].武汉：武汉工程大学，2016.
[17] 李福燕，李许明，杨帆等.海南岛农田土壤重金属污染的评价及其来源分析[J].海南大学学报（自然科学版）自然科学版，2013，31（3）：211-217.
收稿日期：2018-02-05
作者简介：李隋（1981-），男，工程师，研究方向为场地风险评价与修复。
