摘要
矿山既是自然资源的重要集中地，又是生态环境的天然污染源。硫铁矿选矿尾渣和废弃矿硐与水接触后会发生一系列物理化学反应，导致大量污染物向水生态系统迁移，造成水资源污染、含水层结构破坏和生态系统紊乱等。此类问题一旦发生就很难控制和恢复，长此以往，矿区周边的水生态环境与当地居民的健康将会受到严重的影响。基于此，本研究以汉中市西乡县五里坝硫铁矿为研究区域，以矿区自然水体、矿石、矿渣为研究对象，综合利用常量元素、微量元素、氢氧稳定同位素指标的测试结果，对硫铁矿区水化学组成、水文地球化学及同位素特征，以及不同浸出条件下矿石/渣中各元素的释放机理展开了系统研究，主要得到了以下结论与成果： （1）研究区尾矿水表现为低pH，高TDS、高硫酸盐的特征，水化学类型主要为SO4-Ca、SO4-Na·Ca。大部分地表水、地下水都为中性或弱碱性，少量水体受酸性废水的影响显酸性，地表水水化学类型复杂多变，主要包括HCO3-Ca、SO4-Ca、SO4·HCO3-Ca、HCO3·SO4-Ca；地下水水化学类型较单一，为HCO3-Ca、HCO3-Ca·Na两种类型。从空间分布来看，沿着水流方向，水化学类型由矿区上游的HCO3-Ca演化为HCO3·SO4-Ca，最后又恢复至HCO3-Ca型。研究区水体水化学组分主要受水-岩相互作用的控制，同时硫化物的氧化作用也是控制水化学组分重要的水文地球化学过程。 （2）研究区各类水体重金属及微量元素含量存在差异，且分布不均。尾矿水赋存了大量的微量元素，对地表水、地下水都造成了一定影响，主要表现为Fe、Mn、Ni含量超标。相关性分析显示酸性废水对地表水影响大于地下水，地表水微量元素的来源与硫化物的氧化有关，而地下水微量元素主要受控于原生地球化学环境的影响。空间分布特征显示矿井、渣堆附近水体中的微量元素含量较高，沿着径流方向，在水流稀释和沉淀吸附作用下，各指标浓度沿程降低并趋于稳定。 （3）对氢氧稳定同位素和氘盈余值的分析表明，研究区水体主要接受大气降水与冰雪融水的补给，且水体演化过程受水-岩作用与蒸发作用的共同影响。地表水、地下水、尾矿水δ18O与δD组成相似，说明不同类型水体之间水力联系密切，存在相互转化关系。同位素组成特征表明尾矿水形成过程受硫化物氧化与铁的水解作用而富集重同位素；地下水δ18O与δD相对贫化；地表水在径流过程中，受蒸发效应、高程效应以及沿程地下水补给作用的综合影响，δ18O与δD表现为逐渐富集趋势。 （4）对矿石、矿渣展开浸出实验分析，结果表明浸出液具有强酸性、高硫酸盐、高重金属的特征，液固比越小、浸出时间越长越有利于重金属及其他元素的溶出。对比密封、开放条件，发现在低pH环境下，有氧、无氧条件下浸出液各元素含量相差不大，氧气并不占硫化物氧化进程的主导作用地位。
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