矿产资源是人类社会正常运行所必需的珍贵自然资源，工业的不断发展必然伴随着对矿产资源的持续开发和利用。我国是黑色金属和有色金属冶炼大国，尾矿是金属矿石开采过程的主要副产物，一般超过矿石总量的 50%。2019 年，我国尾矿总量累计超过 170亿 t，其以金属尾矿为主。金属尾矿的堆积给周边生态环境及人体健康构成较大威胁。尾矿粒度小，极易产生扬尘并扩散至周边土壤和水体中；尾矿受到长期自然风化作用，其中的重金属元素极易释放至周边环境中，造成金属尾矿堆存场地及周边土壤出现重金属污染；经过雨水淋滤，重金属污染物可以迁移至地下水或土壤中，造成严重的环境污染。

尾矿库溃坝属于重大事故，会造成严重的人员伤亡和环境污染，已引起各国政府的高度关注。为防范重大尾矿事故，解决金属尾矿重金属污染问题，国家陆续出台了多项政策，为尾矿及周边生态环境保护供了政策保障。另外，国家颁布了多项法律标准，也为尾矿库及周边土壤修复提供了依据。金属尾矿主要来源于钢铁、有色金属以及稀有金属为代表的冶金矿石开采及选矿过程，尾矿的主要特征污染物为重金属，所以金属尾矿及周边土壤面临严重的重金属污染问题 。当前，重金属污染土壤修复技术已较为成熟，包括物理修复法（如换土法、电动修复和热脱附等）、化学修复法（淋洗和稳定化 / 固化等）和生物修复法（植物修复、微生物修复等）。但是，目前缺少对金属尾矿重金属污染物特征及治理方法的系统性介绍。基于此，本文结合金属尾矿库现状及危害，分析了金属尾矿土壤特征污染物，系统总结了金属尾矿重金属污染土壤的主要修复方法，以期为金属尾矿重金属污染土壤治理提供参考。

1尾矿库土壤污染现状

1.1 基本状况

我国矿产资源丰富，位居世界前列，现已开采的大型及中型矿山超过 9 000 个，小型矿山数量约有26 万个。据不完全统计，我国尾矿的占地面积已超过 400 万 hm2。我国钢铁及有色金属产量名列世界前茅，2018 年，我国钢铁、铜、铝、铅、锌等主要金属产量分别占全球产量的 51.3%、35.9%、55.4%、42.0%、45.9%。各种金属产量的增加使得冶金矿石采矿及选矿规模持续扩大。在众多金属尾矿中，以黑色金属冶炼行业和有色金属冶炼行业产生量最多。

黑色金属尾矿主要包括铁尾矿、锰尾矿等，其以铁尾矿为主，主要有铁矿、锰铁矿和铬铁矿等。我国铁矿平均品位比世界平均水平约低 10%，尾矿产生量较大，铁尾矿总体堆存量较大。目前，尾矿利用率低，其共生和伴生的成分较为复杂，所以铁尾矿的堆存问题和环境污染问题依然较为严峻。

我国有色金属冶炼行业尾矿堆存现象较为严重，其以铜尾矿和铅锌尾矿为主。据统计，截至 2014 年，我国铜尾矿总量约为30亿 t，铅锌尾矿总量约为5亿 t。

有色金属矿的原矿成分及伴生成分都易导致严重的重金属污染问题。

稀有金属矿开采过程中也会产生大量的金属尾矿，我国稀有金属尾矿以黄金尾矿为主。近年来，我国黄金产业稳步发展壮大。据统计，我国现有黄金尾矿库 368 座，主要分布在山东、河南、河北和辽宁等地。目前，我国黄金尾矿的累计堆存量约为 3 亿 t。

综上，我国金属尾矿的堆积量大，随着工业的发展和国家环境质量要求的不断提高，矿山生态治理面临的压力越来越大，其亟待进行治理。

1.2 尾矿库危害

1.2.1 尾矿的安全隐患

尾矿物料呈流塑状，易引起溃坝现象，已受到社会的高度关注。尾矿库溃坝会造成重大人员伤亡、财产损失以及环境污染，这给尾矿规范处置敲响了警钟。1972 年，美国布法罗河煤泥库发生溃坝，导致 125人死亡、4 000 人流离失所，对周边的桥梁和公路造成了严重破坏，财产损失超过 6 000 万美元；1986年，马鞍山市黄梅山铁矿尾矿库溃坝，尾矿冲击下游3 km2 面积内的建筑物，尾矿掩埋了大片土地，此次溃坝事故共造成 19 人死亡、100 人受伤，大量农田遭受覆盖和污染，直接财产损失超过 300 万元；2019 年，巴西淡水河谷公司尾矿库溃坝，造成 350 多人死亡或失踪。由此可以看出，尾矿库存在较大的安全隐患和环境风险，所以尾矿库建设期间要实施严格的管控。

1.2.2 对周边生态环境构成危害

矿山开采过程中会产生数倍于矿石量的岩土，岩土堆存需要占用大量土地，一些尾矿含有重金属污染物，也会对环境造成危害 。金属矿开采后产生的大量尾矿需要运输至固定堆放区域，但在运输过程中，由于渗漏、风力等作用，部分尾矿扩散至周边环境中，对周边的土壤、水和大气造成污染。尾矿库中，多数尾矿含水率较高，长期堆积后会产生大量废液，一旦废液处理不彻底且进入周边环境，就会导致严重污染 。目前，国家正在大力推进绿色矿山建设，因此妥善处理尾矿资源意义重大。

2金属尾矿土壤特征污染物

不同金属尾矿的主要成分和伴生成分有较大区别，使得其特征污染物存在较大差异。其中，有色金属尾矿和稀有金属尾矿的重金属种类较多，含量较高 。

2.1 黑色金属尾矿及特征污染物

黑色金属尾矿主要为铁尾矿和锰尾矿等。除主元素外，矿石成分以硅酸盐类物质为主。不同产地的铁矿成分区别较大，铁矿石易伴生重金属 Cr，其他重金属少量伴生，所以铁尾矿主要污染物为 Cr 等重金属。铁尾矿中重金属含量较少，不锈钢等特钢冶炼过程产生的尾渣含有 Cd、Ni 等重金属。锰矿开采以碳酸锰矿为主要对象，锰尾矿中，Mn、Zn、Cr 和 Cd 等重金属污染物超标。由此可见，黑色金属冶炼特征污染物为 Mn、Zn、Cr、Ni 等。研究表明，多批次进口铁矿石的重金属含量最大值分别为Cr 5 mg/kg、As 75 mg/kg、Pb 300 mg/kg、Cr 200 mg/kg、Zn 250 mg/kg、Cu 100 mg/kg，与农用地土壤质量标准相比，As 等重金属严重超标。

2.2 有色金属尾矿特征污染物

有色金属尾矿包括铜尾矿、铅锌尾矿、镍尾矿和锡尾矿等。有色金属尾矿存在元素伴生现象，导致砷、铅等重金属污染较为严重。有色金属开采和选矿过程产生的尾矿通常呈泥浆状，在洗矿过程中，使用络合剂将矿石的主要元素溶出，同时重金属元素也被溶出，致使尾矿的重金属浓度过高。有色金属尾矿的主要特征污染物为 Pb、Zn、Hg、Cd、As 等。研究发现，铅锌矿矿区土壤中主要重金属污染物为 Zn、Pb、Cd、Cu 和 As，其中 Zn 含量为 2 803.7 mg/kg，超标 29.2 倍，Pb 含 量 为 1 787.5 mg/kg， 超 标 21.9 倍，Cd 含 量 为5.4 mg/kg，超标 0.8 倍，Cu 含量为 357.4 mg/kg，超标13.1 倍，As 含量为 46.6 mg/kg，超标 0.7 倍 。

2.3 稀有金属尾矿特征污染物

稀有金属尾矿主要包括黄金尾矿、银尾矿、钨尾矿等，主要成分为硅酸盐类矿物。研究发现，金尾矿的砷含量较高，大部分黄金矿石都伴有 Cu、Cd、Zn 等元素。董志询对尾矿库周边重金属污染土壤进行研究，发现土壤中重金属 As、Cd 含量分别为 35.82 ～ 54.95 mg/kg、0.87 ～ 2.85 mg/kg，土壤中 Cu、Zn、Pb 含量也较高，接近农用地土壤质量标准的限值。

3金属尾矿重金属污染土壤修复方法

针对金属尾矿的重金属污染物特征，可采用物理、化学、生物等方法对尾矿污染土壤进行修复 。

3.1 物理修复法

目前，常用的物理修复法包括换土法、电动修复和热脱附等。

换土法是将土壤的被污染土层清除，再使用未污染土壤进行覆盖。DOUAY 等 [18] 对重金属污染地块进行换土试验，结果表明，换土后种植的萝卜叶片中，重金属 Pb、Cd 的干重分别由 41.2 mg/kg 和 26.2 mg/kg下降至 8.37 mg/kg 和 2.97 mg/kg。移除的土壤重金属含量较高，通常被认定为危废进行处置，清洁土壤与覆盖施工的费用限制了换土法的应用。

电动修复通过施加电场对土壤中重金属污染物进行去除，污染物重金属离子通过电迁移、电渗透或电泳富集至电极处被进一步去除。MARCEAU 等对重金属 Cd 污染土壤进行电动修复，修复过程中使用的电极间距为 1 m，电流密度为 3 A/m2，经过 4 个月修复，土壤 Cd 浓度由 882 mg/kg 降至 13.2 mg/kg，去除率高达 98.5%。为进一步增强电动修复效果，电动修复前可添加强化剂与重金属离子进行络合反应，生成可溶性的重金属络合离子。张宇等利用腐殖酸作为增强螯合剂，对铅锌矿周边土壤进行电动修复，修复一周后，土壤中 Pb、Zn、Cd 以及 Cu 得到有效去除。

热脱附可对挥发性重金属进行处理，主要通过电加热、燃气加热等方式对污染土壤进行高温解析，再通过冷凝回收对污染物进行收集和处置，主要处理Hg、As 等重金属污染物。HUANG 等对汞污染土壤进行热脱附，当土壤进行高温热脱附（550 ℃），加热 1 h 时，汞去除率可以达到 98%；当土壤进行低温热脱附（250 ℃），加热 4 h 时，汞去除率可以达到 81%。氯盐可以有效增强重金属汞的热脱附效果，赵涛等向汞污染土壤中掺入 MgCl2、CaCl2 和NaCl，可有效降低热脱附温度，添加氯盐可提高土壤中汞的去除率，主要原因是高温下氯元素与汞可以形成 HgCl2 等热脱附温度较低的物质。

3.2 化学修复法

当前，常用的化学修复法有土壤淋洗、稳定化/固化等。土壤淋洗使用络合能力或螯合能力强的淋洗剂对土壤中的重金属进行活化，再对淋洗液进行处置。张华等 利用 3 种淋洗剂对铅锌尾矿土壤进行淋洗修复，研究了其对铅锌尾矿土壤重金属污染物的淋洗去除效果。冯静等采用多种螯合剂对铅锌矿周边重金属污染农田进行淋洗修复，研究表明，淋洗剂乙二胺四乙酸（EDTA）的淋洗效果最好，当 EDTA 淋洗浓度为 0.1 mol/L，淋洗时间为 24 h，pH 为 4.0 时，土壤中 Cd、Cu、Zn 和 Pb 等重金属的最高去除率分别为 91.0%、42.5%、57.0% 和 52.0%。为实现环保修复，有研究使用可生物降解螯合剂谷氨酸二乙酸四钠（GLDA）对重金属 Cd、Cu、Pb、Zn 污染土壤进行淋洗，当螯合剂 GLDA 与重金属的摩尔比为 3 ∶ 1 时，重金属 Cd、Cu、Pb、Zn 的去除率分别为 95%、90%、83% 和 78%。

稳定化 / 固化通过向土壤中加入稳定剂或固化剂，有效降低土壤重金属活性和毒性，应用广泛。谢伟强 采用 KH2PO4、CaO、KCl 混合稳定剂对铅锌矿污染土壤进行稳定化研究，当稳定剂的 P 与 Pb摩 尔 比 为 2 ～ 4，KCl 添 加 量 为 0.02 ～ 0.04 mol，CaO 为 土 壤 质 量 的 0.1% ～ 0.5% 时， 土 壤 中 Pb 和Zn 的浸出浓度均小于标准限值，铅的稳定化率可超过 80%。有研究对铅锌尾矿污染土壤进行稳定化修复，发现二丁基二硫代磷酸铵作为稳定剂，对 Pb、Zn、Cd、Cr 等重金属均有较好的稳定化效果；稳定剂的最佳添加量为 3% ～ 5%，反应环境偏中性，稳定化处理后，Pb、Zn、Cd 和 Cr 的最高去除率分别为97.6%、95.1%、84.7% 和 76.3%，重金属的生物有效性显著降低 。

3.3 生物修复法

3.3.1 植物修复

植物修复通过植物对土壤内的重金属进行富集、吸收、转化或挥发。袁敏研究了高羊茅、早熟禾、黑麦草、紫花苜蓿 4 种植物对尾矿污染土壤的修复效果，发现 4 种植物可以在污染土壤上正常生长并具有重金属富集作用，能实现环境美化。基因工程在植物修复上已得到应用，将具有 Hg2+ 还原作用的还原酶基因（merA）移植到植物体内，转基因后，植物对汞的富集和吸收能力显著增强，抗汞能力也有效提升。

3.3.2 微生物修复

微生物修复主要通过微生物对土壤中的重金属污染物进行吸附、转化和去除。许燕波等采用碳酸盐矿化菌对选矿区周边重金属污染土壤进行修复，研究表明，碳酸盐矿化菌生长代谢过程产生的碳酸根离子可将土壤中的重金属有效钝化，土壤中的交换态重金属 As、Pb、Cd、Zn 和 Cu 浓度分别减少 83.1%、74.7%、51.6%、50.2% 和 73.6%。孙 立 群研究了耐受 Pb、Mn 和 Zn 的土著菌种对铁尾矿重金属污染土壤的修复效果，培育的菌种能改善铁尾矿污染土壤的肥力，对重金属 Pb、Mn 和 Zn 有较好的稳定化作用，稳定化后土壤重金属 Pb、Mn 和 Zn 的固化率分别为74.98%、85.29% 和 79.41。培养菌剂的使用使细菌、真菌和放线菌的数量明显增加，改善了铁尾矿污染土壤的菌落结构。

4结论

金属尾矿及周边环境污染以重金属污染为主，尤其是有色金属尾矿和稀有金属尾矿，其重金属污染较为严重。金属尾矿溃坝事件已为尾矿库的科学建设和安全管理敲响警钟，得到国内外高度重视。尾矿类型不同，重金属特征污染物的种类也存在较大差异。黑色金属尾矿污染物以 Cd、Pb、Zn 等重金属为主，有色金属尾矿和稀有金属尾矿通常伴生多种重金属元素，其重金属污染物种类较多，主要为 Pb、Zn、Hg、Cd、As 等。金属尾矿重金属污染土壤的修复技术主要有物理修复法、化学修复法以及生物修复法，不同修复方法可以协同使用，增强修复效果，如土壤淋洗协同电动修复、土壤淋洗协同植物修复等，这也是金属尾矿重金属污染土壤修复技术的重要发展方向。