美国蒙大拿州Butte、Berkeley矿坑的水文地球化学

蒙大拿州Butte、Berkeley矿坑自1982年停止开采以来,水位每年以近于22m的速度上升。预测表明:如果不及时采取补救措施,到2009年水位可能达到海拔1G82m。另外,在矿区水位连续上升的同时,具有污染水潜在侵入到冲积含水层中的危险及金属元素连续运移而进入Sihver Bow Creek。1987年10月期间的地球化学研究及其水样分析结果表明:Berkely矿坑水属中氧化条件(30米之下Eh为460mv),酸性(pH=3.0)SO_4-Ca-Fe水溶液,主要离子为Al、As、Ca、Cd、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、SO_4和Zu,这些离子浓度从矿坑表面到底部其浓度明显增大。As主要为As(v),总金属浓度达到1mg/l,在上部3米层中,Fe则为Fe(Ⅲ),3m层之下为Fe(Ⅱ),浓度高达1000mg/l,在130m深处的含水层中,水中的硫酸浓度高达mg/L。而在此深度上,铜和锌的总浓度分别为202和512mg/L。为了检验野外测定的Eh值,根据Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)电偶利用MINTEQ求得理论Eh值。计算结果表明:当Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)浓度大于0.25mg/L及其低浓度物种的最低浓度至少占总浓度的5％时,Fe(Ⅱ):Fe(Ⅲ)比值代表体系的Eh值。把数据代入地球化学计算模型PHREEQE,进而评价把选矿厂所排出的碱性尾矿溶液加入酸性水体而补救酸性水体的可能性。本文评价了五种情况,两种封闭体系(P_(co_2~-)不固定),三种为开放体系(P_(co_2)=10~(-3·5))。可能的固体矿物包括Fe(OH)_3,石膏(CaSO_4·2H_2O)、斜铝矾(AlOHSO_4)和黄钾铁矾(KFe_3(SO_4)_2(OH)_6]。按碱性溶液与酸性溶液3:1的体积比把碱性溶液加入到酸性溶液而使混合后的溶液pH值达到5.0,根据现在硷性溶液的生产速度,(43.9ml/d),这一选择可能要花费7年时间,此时,液面可能位于冲积层与基岩接触面以上20m左右之处。