有色金属科学与工程  2011, Vol. 2 Issue (2): 64-69
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冯秀娟, 阎思诺, 邓顺, 朱易春. 钨矿矿区土壤多种重金属含量及赋存形态研究[J]. 有色金属科学与工程, 2011, 2(2): 64-69.
FENG Xiu-juan, YAN Si-nuo, DENG Shun, ZHU Yi-chun. On the Combined Forms of the Heavy Metals in the Soil of the Tungsten Ore[J]. Nonferrous Metals Science and Engineering, 2011, 2(2): 64-69.
钨矿矿区土壤多种重金属含量及赋存形态研究[PDF全文]
冯秀娟 , 阎思诺 , 邓顺 , 朱易春     
江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西 赣州 341000
基金项目：江西省教育厅基金项目（GJJ10485）
作者简介：冯秀娟（1973-），女，在读博士，副教授
收稿日期：2011-01-24
摘要：以赣州市赣县王母渡镇东埠头钨矿矿区开采区、尾砂库、矿区附近河流沿岸及矿区土壤为研究对象，选择该矿区污染土壤样本21个，采用王水消煮法对土壤样品进行处理，运用等离子体发射光谱仪（ICP-AES）测定土壤样品中Pb、As、Hg、Cr、Cd、Zn、Cu、Ni的含量.选用修正的BCR法测定矿区土壤中重金属元素的赋存形态，结果表明：As、Zn、Cr、Pb、Ni在外界条件影响下可转换为可交换态，矿区中残留选矿剂对重金属赋存形态的影响较大，As、Cd污染较为严重.
关键词：土壤    重金属    赋存形态    钨矿矿区    
On the Combined Forms of the Heavy Metals in the Soil of the Tungsten Ore
FENG Xiu-juan, YAN Si-nuo, DENG Shun, ZHU Yi-chun    
Faculty of Architectural and Mapping Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China
Abstract: Using the 21 polluted soil samples in the mining area, tailings reservoir, river banks near the mining areas of Dongbutou Tungsten Mine as research subjects, this paper studies the contents of Pb, As, Hg, Cr, Cd, Zn, Cu and Ni in the soil samples by ICP-AES. The modified BCR determines the existence forms of heavy metals in the soil of the mining region. The results show that As, Zn, Cr, Pb and Ni will be converted into exchangeable forms under the influence of the external conditions. The residual dressing agents in the soil of the mining region have great effects on the existence forms of heavy metals, of which, As, Cd pollution is more serious.
Key words: soil    heavy metal    existence form    tungsten ore zone    

土壤是水体和生物体中重金属元素的来源和基础，土壤中重金属的赋存形态是研究其生态环境效应的关键，也是控制生物利用性、毒性和重金属元素生物地球化学循环的关键.土壤中重金属元素的形态一般可以分为可交换态、碳酸盐结合态(仅指石灰岩性土壤)、有机态(专性吸附态)、铁锰氧化物结合态(氧化锰结合态、无定形铁结合态、晶形铁结合态)和残渣态.我国土壤中重金属的各种形态的含量顺序为:残渣态﹥铁锰结合态﹥有机态﹥交换态﹥碳酸盐结合态.土壤中可给态重金属元素与其全含量有一定关系，也不全由含量决定的[1-2].

金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等，以及可以被酸溶出含重金属的矿山酸性废水，随着矿山排水和降雨使之带入水环境或直接进入土壤，都可以直接或间接地造成土壤重金属污染.矿山酸性废水重金属污染范围一般在矿山的周围或河流的下游[3].在土壤生态系统中，土壤重金属污染具体表现在：渣石和尾矿侵占土地并随着矿坑排水和选矿废水对地表土壤污染；矿区生态环境的整体破坏与退化.钨矿尾砂废水中的钼、镉对人畜有较大的危害，既便是达标排放亦是如此，1981~1986年大余县8个乡5500 hm2土地受到了污染，土壤中钼含量25×10－6，稻草中钼含量达182×10－6，受害耕牛近万头，水牛33 %死亡，黄牛10 %死亡.而当时废水中的钼含量仅（0.43~0.44）×10－6.而污染区稻谷中的镉是一般稻谷中54倍，蔬菜中则为15倍，动物内脏中为8.7~20.3倍[4].

以赣州市王母渡东埠头钨矿矿区农田土壤、非矿区农田土壤为研究对象，重金属元素（砷As、铅Pb、锌Zn、镉Cd、铜Cu、铬Cr、汞Hg、镍Ni 8种金属污染物）作为重点评价指标，研究其在农田土壤中的赋存形态分布.

1 研究方法 1.1 采样区域

土壤样品取自赣州市王母渡东埠头钨矿矿区，采样时间为2010年4月23日，供试的土壤样品共21个.采样方式[5-6]是以矿山为中心，依据赣州市的主导风向、风力以及地形等因素以及采样地的重金属污染类型，大致把采样点归为4类：矿山开采区，共4个采样点；尾矿区，共3个采样点；矿山山沿，共7个采样点；矿区农田，共7个采样点.采用随机布点法，每个采地点的土壤分析由多点采集混合而成，用土壤采样器采集，采样深度0~20 cm.采集钨矿区的采矿区、尾矿区、矿区周边农田以及矿区周边山地层土壤样品1 kg，放入聚四氟乙烯塑料袋中，带回实验室备用.用GPS测得21个采样点的坐标和高程如表 1所示：

表 1 采样点坐标与高程
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1.2 试验仪器与试剂

仪器：ICP-AES(HK-2000)；

试验试剂：砷（As）、铅（Pb）、锌（Zn）、铬（Cr）、镉（Cd）、汞（Hg）、铜（Cu）、镍（Ni）的标准液均购至中国计量科学研究院，符合国家质量监督检验检疫总局批准，编号为GBW(E)080117.主要试剂及药品详见表 2.

表 2 主要试剂及药品
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1.3 样品预处理

将采得的土样全部倒在塑料薄膜上阴凉处慢慢风干，在至半干状态时压碎土块，除去植物根茎、叶、石块等杂物，铺成薄层，在室温下经常翻动，充分风干，要防止阳光直射和尘埃落入，并防止酸、碱等气体的污染.风干后的土样用有机玻璃碾碎后，过2 mm尼龙筛，去除2 mm以上的沙砾和植物残体.将上述风干的细土反复按四分法弃取，最后留下足够分析用的数量（约100 g）.用四分法弃去的的样品，另装瓶备用.留下的样品，再进一步用有机玻璃研钵予以磨细，全部过0.15 mm尼龙筛.过筛后的样品，充分摇匀，装瓶备分析用[6-7].

1.4 计算

重金属元素的质量比

(1)

式（1）中c为由ICP—AES所测得的吸收值，减去试剂空白的吸收值，（mg·mL－1）；V为定容体积，/mL；m为试样质量，/g.

2 土壤中重金属含量及形态分析 2.1 土壤中重金属总含量分析

测试方法[7~9]：准确称取1.000 g土样置于100 mL的烧杯中，用少量去离子水湿润，缓慢加入5mL王水（硝酸/盐酸=1/3），盖上表面皿.同时做1份试剂空白，把烧杯放在通风厨内的电炉上加热，开始低温，慢慢提高温度，并保持微沸状态，使其充分分解，当激烈反应完毕，大部分有机物分解后，取下烧杯冷却，沿烧杯壁加入2~4 mL高氯酸，继续加热分解直至冒白烟，样品变为灰白色，揭去表面皿，赶出过量的高氯酸，把样品蒸至近干，取下冷却，加入5 mL 1 %的稀硝酸溶液加热，冷却后用中速定量滤纸过滤到25 mL容量瓶中，滤渣用1 %的稀硝酸洗涤，最后定容，摇匀待测.结果见表 3.

表 3 21个采样点中8种重金属的含量/（mg·kg－1）
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2.2 土壤中重金属赋存形态分析

常见的土壤和沉积物中稀土元素形态分析方法有以下几种[10-11]:Tessier连续提取法及其改进方法、BCR提取法及其改进方法以及中国地质调查局2005年建议的一种用生态地球化学评价的形态分析方法(七步法).本研究采用Tiesser分离萃取方法，称取土壤样品各2份于10 mL离心管中，每份0.25 g（0.150 mm粒径），按表 4形态连续法进行提取，以4000 r/min离心15 min，上清液收集于离心管中.

表 4 采用Tiesser分离萃取方法
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土壤中Pb、Zn、Cu、Cd、Cr、Hg、As、Ni的形态分布特征，结果见表 5.

表 5 矿区土壤中重金属形态分布/（mg·kg-1）
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由表 3，表 4，图 1分析可知，矿区土壤中8种不同元素各种形态所占比例也各不同.其中，As处于可还原态和残渣态，这说明在还原条件下，该区砷很容易被释放出来，造成严重的As污染；Cr基本处于残渣态，但是在酸性条件下也会将Cr释放，造成Cr污染；Zn处于四种状态比例相差不大，所以该区很容易造成Zn污染；Cd主要处于可提取态，这表明在矿区受到酸污染将导致严重的Cd污染；Pb主要处于残渣态，外界条件变为酸性和还原性时，Pb将被释放出来；Ni主要处于残渣态和可提取态，在酸性条件下可以转换成其他形态被释放出来；Hg的主要存在形式为残渣态，平均约占全量的100 %，表明该区的汞处于稳定的固定状态，迁移量很少，潜在危害性较小; Cu主要处于残渣态、还原态和氧化态这说明在还原条件下，主要存在形式为可还原态和残渣态，其次为可氧化态和乙酸可提取态

图 1 矿区土壤中重金属的分布形态百分比

3 结论

（1）通过对钨矿区开采区、尾砂库、矿区农田及矿山附近山地土壤中的重金属Pb、As、Hg、Cr、Cd、Zn、Cu、Ni含量测定研究，结果表明：该钨矿区各功能区土壤中Cd、Hg的含量较高.

（2）矿区中8种重金属主要处于残渣态，这说明该区重金属迁移相对较稳定，As、Zn、Cr、Pb、Ni在一定条件下可转换成可利用态，矿区中选矿剂影响下As、Cd污染较为严重.

参考文献
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