石碌钢铁厂周围土壤重金属污染测定及固废资源化利用研究_周良琪.pdf

石石碌碌钢钢铁铁厂厂周周围围土土壤壤重重金金属属污污染染测测定定及及固固废废资资源源化化利利用用研研究究周良琪，徐林林，王静，耿浩为（长春师范大学化学学院，吉林 长春）摘 要基于钢铁厂周围土壤重金属分析，着重对钢铁厂产生的废石、尾矿进行资源化利用研究。研究表明，、的单因子污染指数 的平均值分别约为、。内梅罗综合指数 的平均值分别约为、。其中，、的 都大于。根据内梅罗综合污染指数法原理，即可判断为重度污染，说明该地区受、污染严重。因此，钢铁厂固废的资源化利用研究分为受铬、砷金属污染和未被金属污染两种情况。关键词钢铁厂；土壤污染；重金属；固废资源化中图分类号 文献标志码 文章编号（）钢铁工业是我国的老工业，它一直是我国实现工业化的中心环节。随着科学技术和国家持续发展的需求不断提高，我国对现代钢铁工业提出了新的要求。国务院于 年发表了关于促进资源型城市可持续发展的若干意见，该文件提出促进资源型城市可持续发展的指导思想、基本原则和工作目标；建立健全资源型城市可持续发展长效机制；培育壮大接续替代产业；着力解决就业等社会问题；加强环境整治和生态保护；加强资源勘查和矿业权管理；在保证环境可持续发展的前提下，加强制钢技术、优化工艺流程和固废处理过程。固体废物经过物理、化学处理后，可将其中所含的有用物质提取出来，再回到工、农业生产过程中，也可将有些固体废物改变形式成为新的能源或资源。这种由固体废物到有用物质的转化称为固体废物的综合利用，或称为固体废物的资源化。从物质守恒的角度上来说，环境污染物通过资源化的方式得到了重复利用，不但减少了污染物向环境中的排放，同时减轻了环境的自净压力。钢铁的生产过程大致分为三个阶段。首先，铁矿石经过破碎、磨灭、磁选等程序逐渐选出铁；其次，进行高炉炼铁和炼钢；最后，进行连铸轧钢等工艺。钢铁生产过程中产生的主要固体废物有废石、尾矿、粉煤灰、高炉渣等。本研究以海南省石碌铁矿某钢铁厂为例，分析钢铁厂周围土壤重金属，着重对钢铁厂产生的废石、尾矿进行资源化利用研究。固体废物处理不当会对周围土壤造成污染，例如：运输矿石和炼钢产生的含重金属粉尘对周围的植被和土壤造成污染、尾矿的长期堆存会占用大量土地造成矿区环境污染等。实验部分 样品采集样品采集于 年 月的海南省石碌铁矿某钢铁厂，依照土壤环境检测技术规范（）进行布点。以钢铁厂堆放废石场为中心，在其周围采用五点采样法对土壤进行采样。取样深度 ，采样点之间有 的距离内设置 处子采样点，混合为一个样品。本次实验一共采了 组样品，各土壤样品的重金属含量统计见图。收稿日期基金项目吉林省大学生创新创业训练计划项目“石碌钢铁厂周围土壤重金属污染测定及固废资源化利用研究”（）。作者简介周良琪，女，长春师范大学化学学院学生，从事环境产物分析与评价研究。指导教师徐林林，女，高级实验师，硕士，从事环境因素污染化学分析与评价研究。图 土壤样品重金属含量统计图 分析方法样品分析测试工作由中国科学院东北地理与农业生态研究所环境实验测试中心完成。样品中的重金属元素采用火焰原子吸收法测定。数据分析使用 进行数据处理。土壤重金属污染评价方法本着对实验数据进行科学处理的原则，根据土壤环境质量建设用地土壤污染风险污染风险管控标准（试行）（），采用单因子指数 和内梅罗综合污染指数 进行相关污染评价。其计算公式为，（），（）其中，为 元素单因子污染指数；为 元素内梅罗综合污染指数；为 元素的测量值（）；为 元素的建设用地土壤污染风险筛选值（）；为 的平均值；为 的最大值。单因子及内梅罗综合污染指数分级标准如表 所示。表 单因子及内梅罗综合污染指数分级标准等级单因子指数 综合污染指数 污染程度无污染警戒值轻度污染中度污染重度污染 土壤重金属污染评价分析变异系数可以定量地表示重金属空间差异异质性。表 的数据显示（砷）和（铬）的变异系数较高且均超出筛选值，空间分异明显，受人为干扰明显。说明钢铁厂的生产活动对周围的土壤造成了复合型污染。由表 可知，、的单因子污染指数的平均值分别约为、。由表 可知，内梅罗综合指数的平均值分别约为、，其中、的 值都大于。根据内梅罗综合污染指数法原理，即可判断为重度污染，说明该地区受、两种重金属污染严重。研究区域表层土壤样品重金属含量描述性分析见表，重金属、的平均含量（）分别约为：、。根据单因子指数和内梅罗综合污染指数的计算公式得出各重金属的单因子污染指数 的数据分析和内梅罗综合污染指数，分别见表、表。在土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）中钢铁厂属于建设用地中所对应的二类用地筛选值且未规定建设用地锌的筛选值。表 土壤重金属含量描述性统计 元素重金属含量数据 均值 最大值 最小值 标准差 变异系数 筛选值 表 各重金属的单因子污染指数 的数据元素单因子指数 数据最小值中位数最大值平均值 表 各重金属的内梅罗综合污染指数 的数据元素 固废资源化利用以上叙述只停留在土壤重金属分析，为此对钢铁厂产生的废石、尾矿资源化利用分为以下两种情况。受铬、砷污染的废石、尾矿 铬处理与传统用化学还原技术处理铬、砷污染不同，微生物的修复技术是利用微生物与铬、砷在土壤环境中的相互作用机制（矿化过程、富集作用和淋滤作用），实现铬污染的修复。微生物在土壤中的矿化过程、富集作用和淋滤作用会对（）与（）的转化造成一定影响。因此，利用这种影响处理铬污染是将来思考的新方向。砷处理从环保、经济的角度出发，利用植物对砷的富集机制对大型矿山废石堆进行治理不失为一个好方法。这种聚集可以将金属从土壤传送到根部和芽。白杨树对砷的富集作用有着比其他植物更显著的效果。未受铬、砷污染的废石、尾矿 废石废石一般是指在露天采矿场内，剥离的覆土、围岩及不含工业价值的脉石。可将不含矿的废石破碎成较小的石子，或加入水泥、水混合再生成砖回用于土地复垦或建筑原料。钢铁厂用到的铁矿石主要来自石绿铁矿。采集废石堆场的废石样品，对其进行分析。样品分析测试结果表明，所有样品的材质、气味、块体均符合围填海工程填充物质成分限值（）标准的要求。运用在滤材方面，废石经过粉碎、分选、筛分成合适的颗粒。将其聚合成砖，可作为一种滤料建材，用于污水的第一次过滤。滤砖的材质是疏松多孔的，孔隙度较小，对污水的初步过滤比格栅好，可用作真石漆的原料。真石漆是一种装饰效果酷似大理石、花岗岩的涂料，采用各种颜色的石粉配置而成，主要应用于建筑外墙以达到仿石材效果，也叫做液态石。废石可经过粉碎分选、筛分成合适的颗粒代替真石漆里的石粉。尾矿尾矿，一般指选矿分选作业的产物中有用目标组分含量低而无法用于生产的部分。回收利用尾矿中仍有可利用的金属元素，铁元素目前可通过预富集磁选反浮选技术、磁化烧培磁选工艺进行有价金属回收。铜元素可回收，目前常用的技术有浮选工艺和化学浸出工艺。浮选工艺是磁选机先对铜与其他磁性介质进行分离，再通过悬浮机与药剂将铜与其他介质的分离；化学浸出工艺是用含铜的化合物置换为铜单质，最后实现铜元素的回收。可用作防水涂料近年来有研究表明，花岗岩尾矿的矿物组分可应用到水泥防水涂料中。龚超利用花岗岩尾矿渣粉替代部分填料制备聚合物水泥防水涂料，花岗岩尾矿渣粉掺量可达 ，能满足聚合物水泥防水涂料标准中的技术要求。固废水泥窑共处理技术目前我国对钢铁的固废资源化利用已经不局限于在建筑方面。在能源利用方面已经有了初步的探索。现有“固废水泥窑共处理技术”可以根据固体废物来代替各种一次性燃料以及一次性原料，运用固体废物中存有的再生能源与再生材料。社会其他行业还有共处置的相关探究，比如运用炼铁高炉来处理各种金属尾渣、矿砂、废料塑料以及煤焦油等废物，已经获得了很好的成效。工艺流程优化建议第一，采矿运输时，用布覆盖矿石进行运输，防止在运输时因风吹起的含矿扬尘对道路的土壤、空气造成污染。第二，将工业产生的固废分类进行短期堆放，便于后期的回收利用。第三，将不可利用的废石、废渣回收利用，用于矿区的土地复垦，无需再开垦新的耕地进行堆存。第四，对于矿区、钢铁厂产生的酸性废水造成的土地污染，可以利用回收的钢渣进行改良。因为钢渣多数呈碱性，可用于调节土壤的 值。第五，矿区、钢铁厂周围应规划有种植绿化带，降低污染物对周围环境的污染。参考文献国务院国务院关于促进资源型城市可持续发展的若干意见（国发 号）（）：唐雪娇，沈伯雄，王晋钢固体废物处理与处置 版北京：化学工业出版社，刘倩山东省 县农田土壤与农作物重金属污染分析泰安：山东农业大学，彭盛昌，姜学霞，操江飞铬污染土壤修复技术研究进展肇庆学院学报，（）：，南韩两个废弃尾矿中砷和重金属的浓度水文地质工程地质技术方法动态，（）：刘朝露，齐文涛海南石绿铁矿废石资源特征及综合利用资源环境与工程，（）：马崇振用重选磁选反浮选法回收鞍山某尾矿中的铁矿产保护与利用，（）：苏套，陈铁军，汪博甘肃某境铁矿尾矿磁化培烧弱磁选试验金属矿山，（）：焦文亚，赵义，邵辉，等湖北某铜尾矿再选回收铜硫试验金属矿山，（）：，（）：龚超花岗岩渣粉在 防水涂料中的应用研究中国建筑防水，（）：俆志强我国固废资源化的技术及创新发展分析应用能源技术，（）：，（，）：，：；（责任编辑：胡运梅）