尾矿库溃坝污染稻田土壤中锑释放迁移的控制机制研究

In recent years, the frequent extreme weather has caused some tailings pond dam leakage and breaks accidents, causing the surrounding farmland to be polluted by tailings with high content of heavy metals. China has the most abundant antimony resources in the world. Long-term and large-scale mining activities have produced a large number of antimony tailings ponds, which result in potential ecological risks. It is a crucial link to clarify the transport and transformation behavior of antimony in tailings polluted soil for soil remediation. This study intends to select the Huashan mining area in Dongzhi county, Anhui province as the research area. A combination of field investigation, sampling analysis, indoor simulation experiment, and numerical model will be used to analyze the retention-release-transport process of antimony quantitatively in the polluted farmland soil. The specific research ideas are as follows: Sampling analysis will be performed to identify the spatial-temporal distribution, form distribution and source-sink relationships of antimony in tailings, soil, pore water, shallow groundwater and plants, and analyze its bioavailability characteristics. Laboratory simulation experiment will be used to reveal antimony retention-release mechanisms in tailings polluted soil, and find out the control mechanisms of antimony transport and transformation in the vadose zone. Based on the measured data and model simulation results, effective measures will be explored to control the diffusion of antimony pollution. These findings can provide a certain technical support for the risk assessment and remediation of tailings polluted soil in mining areas.

近年来，极端天气频发引发了多起尾矿库泄露和溃坝事故，造成周边农田受到高重金属含量的尾矿砂污染。我国是全球锑矿储量最多的国家，长期大规模的矿山开采已经产生了大量的锑尾矿库，存在潜在的生态风险。厘清尾矿砂进入土壤后锑在土壤中的迁移转化行为是进行土壤修复工作的关键一环，而目前这方面的研究明显不足。本研究拟选择安徽省东至县花山锑金矿区为研究区，在现场调查、采样分析、室内模拟实验的基础上，结合数值模型量化分析尾矿砂污染农田土壤中锑的滞留-释放-迁移过程。具体研究思路如下：通过采样分析，查明尾矿砂、土壤、孔隙水、浅层地下水和植物中锑的时空分布、形态组成和源汇关系，分析锑的生物有效性特征；通过室内模拟实验，揭示尾矿砂污染土壤中锑滞留释放的机理，查明尾矿砂污染土壤中锑在包气带迁移转化的控制机制；综合实测数据和模型模拟结果，探索控制锑污染扩散的有效措施，为矿区尾矿砂污染土壤的风险评价和修复治理提供技术支持。

我国是全球锑矿储量和产量最多的国家，长期大规模的矿山开采已经产生了大量的锑尾矿库，极端天气等会引发尾矿库泄漏和溃坝事故，污染周边水体和农田，存在潜在的生态风险。目前关于尾矿砂中重金属释放的研究较多，但对于尾矿砂进入农田土壤后其中重金属的释放迁移行为的研究还较缺乏，特别是对于富含Sb的尾矿砂进入土壤后Sb的释放迁移行为了解更少。因此，研究尾矿砂污染土壤中Sb的地球化学行为有利于认识Sb的地表环境过程和垂向迁移机制，并在将来采取相应的污染控制措施。本项目以安徽省池州市一小型锑金矿区尾矿砂和受重金属污染土壤等为研究对象，通过野外采样和室内模拟实验系统研究了矿区重金属Sb等的持留-释放-迁移过程。主要结论如下：（1）研究区农田表层土壤As、Sb均达到重度污染水平，土壤中的Sb主要分布于表层；而土壤As含量除表层较高外（113 mg·kg-1），在60 cm深度出现一个极大值（114 mg·kg-1）。表层污染土壤中As和Sb发生了垂向迁移，且As在土壤包气带中的迁移能力高于Sb。4种矿区植物重金属As的含量明显大于Sb，且同一植物的不同部位重金属As的含量也明显大于Sb。（2）Sb、P存在极强的竞争吸附，P的存在强烈抑制Sb的吸附，二者的竞争吸附作用是影响Sb释放迁移的一个关键因素。（3）虽然尾矿砂中As的含量明显高于Sb，但在不同pH条件淋洗时，尾矿砂中Sb的释放浓度明显高于As。碱性环境条件会促进As和Sb的解吸释放，而酸性条件会促进矿物的溶解作用，进而促进重金属的释放。含磷溶液淋洗污染土壤时，As的释放强度和迁移能力均高于Sb。（4）高岭土和蒙脱石的添加可以钝化尾矿砂污染土壤中的重金属元素，达到修复的效果，且添加量越高，钝化效果越好。本研究可以为评价和治理As、Sb等有害元素的环境影响提出有效的措施，为大型尾矿库泄露和溃坝事故处理和处置提供数据和技术支持。