礦山在開發的同時也造成了嚴重的環境汙染,給礦山及周邊地區居民的食品安全、生態安全及社會和諧帶來了嚴重隱患。因此,如何治理礦山及周邊土壤汙染是當前國際資源與環境研究領域的熱點問題。
利用礦物的環境屬性特別是大量的非金屬礦物及其尾礦,經超細、改性、摻雜、複合及仿生合成等方式開發的環境礦物材料為環境汙染治理和修復的提供了材料和方法。
1、環境礦物材料用於礦山廢水汙染治理
礦石開採、選礦、輸運、處置過程中均會產生含重金屬、選礦藥劑和P-N等酸性礦山廢水。近年來,利用環境礦物材料治理礦山廢水汙染取得了顯著成效。
陳曉蕾研究發現,陽離子表面活性劑(DTAB、TTAB、CTAB)改性膨潤土可在150min
內快速吸附選礦廢水中的丁銨黑藥,而且CTAB改性的膨潤土重複利用四次對丁銨黑藥的去除率仍能達到65%。
王丹等發現,FeCl3改性膨脹石墨對苯甲羥肟酸和黃藥的吸附量分別為16.31和18.87mg/g。Liu等和Zhou等構築了灰巖與生物成因馬基諾礦的複合材料,不僅可有效處理去除廢水中的As,而且能夠中和酸性礦山廢水。彭同江團隊以沸石和蒙脫石為滯固材料有效固定了某鈾礦山鈾尾礦中有害元素的遷移。
此外,以礦物吸附材料作為反應介質的滲透反應牆(PRB)原位處理礦業活動導致的地下水汙染也是當前的研究熱點。由於零價鐵在PRB中存在易氧化和堵塞,人們相繼研究了天然或改性黃鐵礦、沸石和磷灰石等礦物材料對土壤地下水的修復,取得了良好效果。
2、環境礦物材料用於土壤汙染修復與治理
環境礦物材料具備較強的汙染固化和環境淨化能力,為解決眾多土壤汙染問題提供了新途徑,尤其是海泡石、凹凸棒石、蒙脫石、高嶺石和沸石等矽酸鹽礦物具有複雜的多孔道結構,能吸附重金屬離子,降低重金屬在土壤環境中的遷移轉化能力及毒性,且天然無害、價格低廉、分布廣泛,具有很大的應用潛力。以天然黏土礦物為基礎開發新型土壤修復材料是近年來土壤修復技術的研究重點之一。
比如,蒙脫石和碳酸鹽礦化菌的協同體系對土壤中Sr2+、Pb2+具有良好的聯合滯固效應,有望為實際突發性重金屬、核素汙染的快速原位治理提供儲備材料。
凹凸棒石負載零價鐵後對土壤中鉛、鎘和鉻的吸附量顯著提升,增加了蔬菜生長速度。
蒙脫石負載納米馬基諾礦後對六價鉻的固定效果較好。
羥基磷灰石/凹凸棒土複合材料的比表面積遠大於單獨的羥基磷灰石和凹凸棒土,對重金屬汙染土壤鈍化性能較好。
在大量土壤修復工程應用中,黏土基修復材料常與生物炭、石灰等修復劑復配使用,且對土壤汙染修復效果好於單一修復劑。
除了礦山及周邊土壤環境汙染外,表土荒漠化、沙漠化也是當前全球面臨的一個長期問題。礦物材料在土壤荒漠化治理中起著重要的固沙保水作用。
冉飛天以凹凸棒石黏土、聚乙烯醇和部分中和的丙烯酸為原料製備得高吸水複合材料,能夠顯著提高固沙試樣的抗壓強度,從而保護沙生植物的生長中使其根系免受風沙的侵蝕,同時為其生長提供一定的營養,有保溫、保水作用,對沙漠地區植被的恢復起到促進作用。
王愛娣以自然界廣泛分布、儲量豐富的天然紅土和黃土為研究對象,與環境友好型高分子(CMC、PVA)和生物高分子(植物秸稈)進行復配製備天然黏土基固沙材料兼具工程固沙、化學固沙和生物固沙的複合效果,具有良好的應用前景。
姜雄和鐵生年採用溶液共混法製備了膨潤土/聚丙烯醯胺複合吸水保水材料,發現膨潤土與聚丙烯醯胺用量質量比為8:2時,複合材料吸水率、吸鹽率和保水率分別為12.28、5.9g/g和42.54%,適合作為固沙材料的保水添加劑,且聚丙烯醯胺用量較少。
來源:董發勤,譚道永,王進明,等.全球第四次工業革命前景下的應用礦物學進展(2011~2020)[J/OL].礦物巖石地球化學通報:1-15[2020-12-15].https://doi.org/10.19658/j.issn.1007-2802.2020.39.093.