以鄂东南某金铜矿为例,研究矿石中伴生铅元素在浮选法矽卡岩型硫化金铜矿浮选-干堆尾矿系统中的环境化学特征。采用XRD、MLA(Mineral Liberation Analyser自动矿物分析仪)等检测技术对研究对象的原矿及其浮选产品金铜精矿、硫精矿、铁精矿和尾砂的构成物相及铅元素在矿石中的赋存状态与嵌布特征进行了深入研究,结合铅元素化学物相、化学形态及尾砂动态、静态淋溶实验和中酸性条件下浸出实验等分析,探讨了矽卡岩型金铜矿中铅元素在选矿系统中的环境化学特征和迁移规律。研究工作的主要成果是:1、金铜矿石中伴生铅元素的赋存状态及嵌布特征分析(1)通过MLA分析测试发现,原矿中铅元素以方铅矿(PbS)白铅矿(PbCO3)形式赋存于矿石中,短板状、致密状的方铅矿嵌布于白云石或黄铁矿的裂隙中,在黄铁矿的矿脉中有及少量白铅矿。经过浮选之后,部分嵌布于黄铜矿中的方铅矿随浮选分离转移至金铜精矿,而部分嵌布于黄铁矿中方铅矿转移至硫精矿中。因含铅矿物部分转移至精矿中,尾矿中检测到的铅元素独立矿物含量较少。(2)采用X射线衍射(XRD)对原矿、金铜精矿、硫精矿及尾砂物相进行了分析,脉石矿物主要为石英及方解石。原矿中主要矿物有斑铜矿、黄铁矿、黄铜矿、菱铁矿;金铜精矿中含有较多黄铁矿、黄铜矿、菱铁矿;硫精矿经分析含有较多黄铁矿、菱铁矿等;尾矿矿物成分主要为石英及方解石。在尾矿中出现少量的特征峰,经匹配检索分析发现尾砂中含有少量的绿泥石、闪锌矿、方铅矿、透辉石、钙铁榴石等,进一步说明铅元素在矿物中的独立矿物为方铅矿。(3)通过化学物相方法分析发现,铅元素在原矿、精矿及尾矿中均以不溶性铅相含量最高,并有硫化态铅相检出。可溶性氧化态铅相在硫精矿及铁精矿中含量均低于检出限。2、研究了铅元素在选矿-干堆尾矿系统中的迁移转化规律和环境化学特征:(1)铅元素化学分析的结果表明,在选矿-干堆尾矿系统中分布比例依次为:尾砂>金铜精矿>硫精矿>铁精矿>选矿废水>损失。其中有85.235%富集于尾矿,金铜精矿中占4.06%,硫精矿中占3.63%,铁精矿中仅占0.603%。铅元素在选矿过程中高度集中分布于尾矿中,加大了尾矿的环境风险。(2)铅元素形态分析的结果表明,在原矿、金铜精矿、硫精矿、铁精矿及尾矿中铅的各化学形态所占比例大小均为残渣态?可氧化态?弱酸提取态?可还原态。残渣态占总量的60%以上,由此推断经浮选过程对铅元素的化学形态变化影响不明显,这是因为铅元素的赋存矿物在碱性富氧浮选环境较稳定。尾矿中铅元素可能附着于载体矿物中,为其他稳定物质包裹,因此残渣态含量较高,短期内不易释放,潜在生物毒性较小。(3)动态淋溶实验表明:在酸性条件下,淋溶液ph值与铅淋滤强度相关,随着淋溶液ph值的升高,铅元素的淋滤强度逐渐降低;在淋溶初期,滤出液ph值都较高,并且保持了较长的时间。随着淋溶周期的持续,淋滤液的ph值呈逐渐降低的趋势。浮选系统加入的碱性浮选药剂和尾砂内部的碳酸盐类矿物成分可减缓尾砂被酸化的程度;加入的淋溶液先与尾矿中的碳酸盐矿物如方解石等发生反应,所以在前3周内淋滤液中铅浓度不会达到最大值,随着反应的进行,淋出的铅量呈逐渐增大并在第4周淋出量达到最大值再逐渐降低的趋势。(4)化学法静态淋溶实验表明:尾矿静态淋溶试验分析可知,在有机酸如edta、柠檬酸、腐殖酸等的侵蚀下,铅元素容易被溶解出来,与有机酸生成螯合物。实验表明柠檬酸可提高尾矿中铅的活性,腐殖酸可降低尾矿中铅的活性。(5)电感耦合等离子质谱法研究表明,水平振荡法浸出铅含量均低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)和《污水综合排放标准》(GB8978-1996)限值标准要求,仅就铅元素而言,该尾砂属于一般工业固体废物的I类。这一结果的原因是:通过浮选过程,部分铅元素的独立矿物转移至精矿中,尾矿中铅元素大多包裹于载体矿物中,赋存方式较稳定。但当尾矿长期暴露于自然环境中,在空气及生物氧化等长期风化作用下,尾矿中重金属铅会有迁移至周边环境的可能。