汪明星 廖傳華 曾祥榮 劉勝敏 王銀峰

(南京工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，南京 211816)

最近幾十年，隨著我國鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量位居世界第一，隨之而來的鐵尾礦排放量大幅度增加，導(dǎo)致鐵尾礦大量堆積，不僅占用寶貴的土地資源，而且會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。污染來源主要為固體懸浮物、重金屬以及選礦過程添加的化學(xué)藥品[1]，其中重金屬對(duì)環(huán)境的危害更為嚴(yán)重。尾礦中的重金屬大多以可遷移態(tài)的方式存在，在雨雪等自然條件的作用下容易浸出。陳紅丹和景爽等[2，3]利用土柱淋濾試驗(yàn)?zāi)M降雨條件下尾礦中重金屬的遷移情況，發(fā)現(xiàn)浸出液的重金屬濃度隨著淋濾強(qiáng)度的增加而增加。KRUPSKAYA等[4]發(fā)現(xiàn)雪從尾礦中積累了很多無機(jī)物，鉛、錳、鎳等重金屬的含量遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)值。隨著雨雪的沖刷，重金屬會(huì)經(jīng)地表徑流和滲流而對(duì)地下水質(zhì)和土壤造成嚴(yán)重污染[5]。目前重金屬對(duì)地下水質(zhì)危害的評(píng)價(jià)研究相對(duì)較少[6]，但對(duì)農(nóng)作物危害的研究相對(duì)較多。楊杰和馬杰等[7，8]測(cè)定了尾礦周邊水稻中的重金屬含量，結(jié)果表明水稻中存在多種重金屬，且重金屬含量與尾礦中的重金屬含量存在正相關(guān)，其中Cd的超標(biāo)量最多，已經(jīng)超過國家標(biāo)準(zhǔn)的極值，超標(biāo)率為14%。尾礦中的重金屬會(huì)直接影響抗氧化系統(tǒng)的色素沉著、生物合成、蒸騰作用和蓄積，從而延緩植物生長[9，10]。此外，重金屬還可通過食物鏈被高等動(dòng)物和人類攝入，當(dāng)重金屬累積至一定水平時(shí)，可對(duì)高等動(dòng)物和人類造成致命傷害。

然而，從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的角度看，尾礦也是一種資源，加強(qiáng)和提高尾礦的綜合利用對(duì)促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展、構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，進(jìn)而推動(dòng)雙碳進(jìn)程具有重要意義。大部分的鐵尾礦經(jīng)綜合利用后可全部轉(zhuǎn)化為有用的資源，但其中所含的重金屬會(huì)造成負(fù)效應(yīng)，因此需先將其去除。重金屬去除方法有多種，本文對(duì)各種方法進(jìn)行詳細(xì)敘述，并重點(diǎn)介紹超臨界CO2去除法的原理與去除效果，為實(shí)現(xiàn)重金屬的高效去除提供指導(dǎo)。

1 我國鐵尾礦資源現(xiàn)狀及特點(diǎn)

我國的鋼鐵主要為長流程生產(chǎn)，嚴(yán)重依賴于鐵礦石，在生產(chǎn)大量鋼鐵的同時(shí)也產(chǎn)生了海量的鐵尾礦，2013年達(dá)到8.39億噸[11，12]，此后，雖然由于科技水平的提高，鐵尾礦有所減少，但仍然超過了4.7億噸。尾礦的堆積不僅造成了巨大的環(huán)境污染，更是一種資源浪費(fèi)。

鐵尾礦是一種致密、穩(wěn)定、成分復(fù)雜的物質(zhì)[13]，種類繁多且堆存量巨大，占用了大量的土地資源。鐵尾礦品位低，再選難度大，且大多數(shù)鐵尾礦具有分散特征、形狀不規(guī)則、多棱角、表面粗糙等特點(diǎn)(圖1)[14]。尾礦中的重金屬形態(tài)分布如圖2所示[15，16]，As、Cu均主要以原生硫化物態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在，性質(zhì)穩(wěn)定，遷移轉(zhuǎn)化能力極弱，因此As帶來的環(huán)境危害較小。而Pb在尾礦樣品中的存在形式以可交換態(tài)為主，隨著環(huán)境的改變其可釋放量較大，對(duì)環(huán)境具有極大的污染風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 鐵尾礦的SEM圖像[12]Fig.1 SEM images of iron ore tailings[12]

圖2 尾礦樣品重金屬形態(tài)分析圖Fig.2 Analysis diagram of heavy metal morphology in tailings samples

2 我國尾礦中重金屬去除研究現(xiàn)狀

現(xiàn)有文獻(xiàn)關(guān)于尾礦中重金屬的研究絕大多數(shù)都側(cè)重于尾礦庫周邊土壤重金屬含量測(cè)定，涉及尾礦中重金屬去除的研究極少。目前尾礦中重金屬的處理方法主要有浸提淋洗法、固化法/穩(wěn)化法、焙燒法、生物修復(fù)法和超臨界CO2萃取法。

2.1 浸提淋洗法(浸提法)

浸提法即液固萃取法，是使目標(biāo)成分轉(zhuǎn)移至作為萃取劑的有機(jī)溶劑中，然后利用有機(jī)溶劑易揮發(fā)的特性使有機(jī)溶劑快速揮發(fā)，得到所需的較為純凈的目標(biāo)組分。該方法之前被廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)和化工生產(chǎn)中，近年來開始被應(yīng)用到尾礦綜合利用中。淋洗法同時(shí)也具有清洗的作用，但不利于細(xì)顆粒含量較高的尾礦。

劉雨昕等[17]首次將浸提法應(yīng)用于尾礦中重金屬的去除，采用草酸和EDTA-2Na作為浸提劑，對(duì)鐵尾礦中的Pb、Zn、Cu、Cr和Ni進(jìn)行震蕩浸提試驗(yàn)，結(jié)果表明淋洗劑種類、濃度及震蕩時(shí)間對(duì)重金屬的去除率都有明顯的影響。萃取率在一定程度內(nèi)與萃取劑濃度和震蕩時(shí)間成正相關(guān)，在達(dá)到一定濃度和時(shí)間后基本保持不變，Pb、Zn、Cu和Ni的單獨(dú)最優(yōu)去除率分別為23.5%、27.6%、47.1%、30.6%，而Cr的去除率只有5.35%。對(duì)重金屬進(jìn)行形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，可交換態(tài)的重金屬離子基本被去除，處理后尾礦中重金屬的存在形式主要為殘?jiān)鼞B(tài)，大幅度減小了鐵尾礦對(duì)環(huán)境的污染。雖然所選的浸提劑對(duì)多種重金屬都具有一定的去除能力，但總體的去除效果并不十分理想，且無法對(duì)殘?jiān)鼞B(tài)的重金屬進(jìn)行去除。林茂[18]采用堆浸法提取0～20 mm礦樣中的Au，得到了比較理想的浸出效果。浸出時(shí)間為30 d時(shí)達(dá)到了飽和，浸出率為83%。該堆浸法在噴淋液中加入了氰化鈉，每處理1 t的樣品需要1 kg的氰化鈉。但由于氰化鈉是劇毒試劑，在操作中存在較高的危險(xiǎn)性，若進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，氰化鈉的大量使用會(huì)導(dǎo)致二次污染，回收處理非常困難。

淋洗法可以較好地去除某種重金屬，但對(duì)于不同的重金屬，采用單一淋洗劑無法實(shí)現(xiàn)同步高效去除，需采用多種試劑復(fù)合作用且對(duì)于不同金屬的去除率不統(tǒng)一[19-27]。劉培亞等[28]使用復(fù)合淋洗劑修復(fù)Cd、Pb污染的土壤，結(jié)果表明，經(jīng)三氟化鐵和有機(jī)酸淋洗后，Cd的淋洗率達(dá)到了72.15%，但對(duì)Pb的淋洗率只有30.26%。究其原因，發(fā)現(xiàn)Cd在樣品中主要以可交換態(tài)存在，Pd以有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在。目前，淋洗法對(duì)可交換態(tài)重金屬具有較高的去除效果，但對(duì)于殘?jiān)鼞B(tài)重金屬的去除較為乏力。此外，采用淋洗法去除重金屬，一般均需較長的處理時(shí)間(3～12個(gè)月)，浸出劑會(huì)導(dǎo)致尾礦中有機(jī)物和礦物質(zhì)大量流失，而且浸出劑本身也可能對(duì)環(huán)境造成二次污染。部分浸出劑價(jià)格昂貴，增加了處理成本，如美國的處理成本約為400～3 600美元/t，歐洲的平均處理成本為1 180歐元/t，國內(nèi)處理成本為800～4 200元/t。今后應(yīng)在淋洗劑的開發(fā)以及淋洗廢液的回收處理方面加強(qiáng)研究，以降低處理成本，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。

2.2 固化/穩(wěn)定化法

固化/穩(wěn)定化技術(shù)是目前處理重金屬最重要的方法，該方法可以降低目標(biāo)固體廢物中重金屬的溶解性、毒性、遷移性，實(shí)現(xiàn)尾礦的無害化處理，同時(shí)具有操作簡單、成本低、周期短等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于重金屬的污染治理。固化材料以前大多選用水泥、石灰、瀝青等，但水泥投加量高會(huì)造成增容比大，且易產(chǎn)生裂隙等弊端，現(xiàn)多采用多種材料復(fù)合。

吳曉芳等[29]分別采用水泥、水泥+磷基藥劑A、水泥+有機(jī)螯合劑B作為固化/穩(wěn)定化藥劑，研究他們對(duì)鉛鋅廢石尾礦中重金屬的固化/穩(wěn)定化效果。結(jié)果表明，單一采用水泥作固化/穩(wěn)定化藥劑時(shí)，應(yīng)控制水泥的投加量不超過15%，固化/穩(wěn)定化后樣品的浸出液pH值不高于12；以水泥+磷基藥劑A作為固化/穩(wěn)定化藥劑時(shí)，對(duì)鉛、鋅的去除率均接近100%；磷基藥劑A的加入可有效改善水泥的固化/穩(wěn)定化效果，降低固化體的重金屬浸出毒性，改善浸出液的酸堿性，降低浸出液的pH值；水泥的最優(yōu)投加量為5%～10%；以水泥+有機(jī)螯合劑B作為固化/穩(wěn)定化藥劑時(shí)，當(dāng)水泥及有機(jī)螯合劑投入量達(dá)到最優(yōu)時(shí)，固化/穩(wěn)定化所需要的藥劑成本約為223元/t。該方法對(duì)鉛、鋅的去除率非常高，且大大降低了重金屬的浸出風(fēng)險(xiǎn)，但固結(jié)物的強(qiáng)度是實(shí)現(xiàn)尾礦再利用的重要影響因素，此研究未對(duì)固結(jié)物的強(qiáng)度進(jìn)行探討，無法為尾礦的資源化利用提供參考數(shù)據(jù)。

為加快職業(yè)農(nóng)民培育，今年以來，我國大力開展部級(jí)層面示范性師資、農(nóng)業(yè)企業(yè)家培訓(xùn)，省級(jí)組織農(nóng)業(yè)職業(yè)經(jīng)理人、青年農(nóng)場(chǎng)主培訓(xùn)，市縣級(jí)組織新型經(jīng)營主體骨干、產(chǎn)業(yè)扶貧帶頭人等培訓(xùn)，構(gòu)建起立體化培訓(xùn)新格局。這是筆者從近日召開的全國新型職業(yè)農(nóng)民培育經(jīng)驗(yàn)交流暨信息化工作推進(jìn)會(huì)上了解到的信息。

用固化材料固化/穩(wěn)定化重金屬是降低重金屬危害的有效方法。目前開發(fā)的大多數(shù)新型凝膠固化材料的制備過程都比較復(fù)雜，而且存在成本高、固結(jié)物強(qiáng)度低等問題，沒有得到大規(guī)模發(fā)展。張喜才[30]、杜小稱[31]等使用化學(xué)固化劑對(duì)金屬污染的土壤進(jìn)行固化，測(cè)得Pb的固化率達(dá)到了97.2%，對(duì)鎘污染土壤固化后，穩(wěn)定率為77.8%，但固化產(chǎn)物的強(qiáng)度較低，資源化利用難度大。為解決固化物強(qiáng)度低、再利用困難等問題，華邵廣等[32]在試驗(yàn)中通過添加少量高效化學(xué)激活劑，使固結(jié)體的強(qiáng)度得到大幅度提高。劉龍等[33]開發(fā)了一種固廢基膠凝材料，以礦渣、鋼渣、脫硫石膏等工業(yè)固廢為主材，所得固化體的抗壓強(qiáng)度高，能滿足礦山填充采礦工藝的要求，且制作成本低、性能高、應(yīng)用范圍廣，不僅實(shí)現(xiàn)了工業(yè)固廢的綜合利用，而且降低了重金屬尾礦的固化穩(wěn)定化成本。

采用固化/穩(wěn)定化法處理重金屬污染，提高了重金屬的穩(wěn)定性，有效降低了重金屬的危害，但所需周期較長、固化產(chǎn)物強(qiáng)度較低，難以獲得大規(guī)模的應(yīng)用。應(yīng)該將研究重點(diǎn)放在提高固化產(chǎn)物的強(qiáng)度上，以拓展固化產(chǎn)物的利用領(lǐng)域。此外，從本質(zhì)上來說，固化/穩(wěn)定化技術(shù)并沒有實(shí)現(xiàn)重金屬的分離與利用，造成了重金屬的大量流失，也未解決固廢堆存問題。

2.3 焙燒法

焙燒法是利用高溫使重金屬揮發(fā)從而去除，該法能耗較高，處理成本較大，但焙燒法可實(shí)現(xiàn)重金屬的回收利用。在800 ℃條件下用NaCl作為氯化劑焙燒難選含碳金礦4 h，可使金礦中Au與Zn的揮發(fā)率超過92%[34]。對(duì)鐵尾礦進(jìn)行焙燒處理，在焙燒溫度1 000 ℃、CaCl2添加量10%條件下可達(dá)到最佳效果，此時(shí)Pb、Cd和Cu的揮發(fā)率分別為97.80%、96.57%和79.80%。Cu和Pb更適合采用冷凝法回收，并且在氮?dú)鈼l件下進(jìn)行焙燒的效果遠(yuǎn)高于在空氣條件下，而Zn則更適合用濕法洗滌回收，且在空氣條件下的焙燒更有助于Zn的回收。CaCl2作為氯化劑，與空氣和SiO2在焙燒時(shí)會(huì)發(fā)生結(jié)渣反應(yīng)，從而促進(jìn)Au的氣化和Ag的氯化。氯化劑的用量和氯化溫度會(huì)顯著影響Au和Ag的回收，在氯化試劑比例為4%以及氯化溫度為1 050 ℃的最佳條件下，Au和Ag的回收率分別為91.6%和54.7%[35-37]。采用氯化焙燒處理尾礦中的重金屬，部分重金屬的去除率可超過90%，最佳氯化溫度都在1 000 ℃左右，經(jīng)過焙燒的尾礦可用于處理含重金屬廢水[38-40]。QIN等[41]在采用氯化焙燒硫鐵礦回收金銀時(shí)發(fā)現(xiàn)焙燒爐渣含有純度高于90%的鐵，這將大幅度提高硫鐵礦氯化焙燒的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并提供一種從鐵礦石中制鐵的方法。GUO等[42]采用碘化焙燒提取尾礦中的金銀，研究了影響金銀回收率的各種因素，以獲得最大的金銀回收率。在1 100 ℃焙燒1 h，砷鈣鐵的共萃率低于5%，硅鋁的共萃率低于15%，而金、銀回收率分別為99.92%和87.78%，高于氯化焙燒。成倩蘭等[43]用不同溫度下焙燒的磷尾礦進(jìn)行低濃度含磷廢水的處理，發(fā)現(xiàn)在室溫條件下處理20 min，磷的去除率達(dá)到了99.4%，符合污水排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

采用焙燒法處理尾礦，實(shí)現(xiàn)了重金屬的分離，為含重金屬廢水的處理提供了一種低耗能、高效率的新方法，但尾礦的焙燒過程需要大量的熱量，加劇了能源的消耗，不利于雙碳進(jìn)程。

2.4 生物修復(fù)法

生物修復(fù)法由CHANEY于1983年首次提出[44]，是利用綠色植物和相關(guān)微生物將環(huán)境中潛在污染物的毒性降到最低[45]。一般來說，植物可以在不破壞表層土壤的情況下處理受污染的尾礦，從而保持或提高尾礦的利用率和肥力，降低清理人員的暴露風(fēng)險(xiǎn)，并避免異地修復(fù)時(shí)運(yùn)輸途中的二次污染。與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)因具有經(jīng)濟(jì)有效、綠色生態(tài)、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到人們的關(guān)注。

不同植物對(duì)重金屬修復(fù)的作用或者機(jī)理不盡相同，針對(duì)鐵尾礦中重金屬的去除，需對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)不同的環(huán)境條件，篩選出適應(yīng)性強(qiáng)、耐重金屬污染強(qiáng)度高、耐干旱、耐貧瘠的高效植物。國內(nèi)對(duì)于植物修復(fù)尾礦重金屬污染尚處于起步階段。劉茜等[46]發(fā)現(xiàn)，商陸、燈心草、廖科的土荊芥、禾本科的狗牙根、菊科的野茼蒿和一年蓬等草本植物都可以很好地穩(wěn)定和吸收礦業(yè)廢棄地中的重金屬。宋鳳敏等[47]探究了白茅對(duì)重金屬污染的尾礦庫區(qū)的修復(fù)效果，發(fā)現(xiàn)白茅對(duì)Cu、Mn、Zn、Ni、Cd都具有富集作用。白茅不同部位對(duì)重金屬的富集具有明顯的差異，Cu和Mn在根部的富集度最高，Zn和Ni在莖的富集程度最高，而在根部富集程度最低。這樣的富集差異對(duì)重金屬后續(xù)的分離具有積極意義，但白茅對(duì)這幾種重金屬的富集能力并不強(qiáng)，無法實(shí)現(xiàn)高效的去除。

尾礦的重金屬污染是多種重金屬導(dǎo)致的復(fù)合污染，目前所采用的大部分超富集植物都只能積累某一種重金屬，從而限制了植物在復(fù)合重金屬污染治理中的應(yīng)用。此外，因?yàn)槲驳V地非常貧瘠，會(huì)導(dǎo)致植物個(gè)體矮小、覆蓋密度低、生長周期長等問題，治理效率低、周期長。針對(duì)上述問題，應(yīng)根據(jù)尾礦所處環(huán)境情況以及植物的自身生長條件，加入強(qiáng)化技術(shù)來提高植物修復(fù)的效果，以彌補(bǔ)其局限性[48]。所謂強(qiáng)化技術(shù)，即在植物治理的基礎(chǔ)上添加適合植物生長的基質(zhì)、施加化學(xué)物質(zhì)來改變尾礦中重金屬的形態(tài)，提高重金屬的可利用性，通過基因工程創(chuàng)造集多種優(yōu)勢(shì)于一身的超強(qiáng)富集植物，以及在富集植物根部施加微生物，使之直接作用于有機(jī)物或者無機(jī)污染物，提高植物的富集效果，達(dá)到更高的治理效率。

2.5 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取法是將二氧化碳加壓加溫到超臨界狀態(tài)，利用超臨界CO2的超強(qiáng)溶解能力實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的萃取，然后在分離釜中通過降低溫度和壓力改變物質(zhì)的溶解度，使溶解的溶質(zhì)析出，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。超臨界CO2并不能直接提取重金屬，但添加適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑可將重金屬轉(zhuǎn)化成有機(jī)金屬化合物和電中性的金屬配合物，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的去除。國外對(duì)超臨界CO2萃取去除重金屬的研究主要集中在廢水以及藥物方面，KERSCH等[49]采用超臨界CO2萃取技術(shù)從粉煤灰中提取重金屬，使用Cyanex 302作為絡(luò)合劑，經(jīng)過1 h后，粉煤灰樣品中所含的大多數(shù)重金屬的去除率達(dá)90%以上，證明添加合適的絡(luò)合劑可實(shí)現(xiàn)超臨界CO2流體高效去除金屬離子。文獻(xiàn)[50-52]表明，將氟烷基摻入有機(jī)金屬催化物可使金屬在超臨界CO2中的溶解度急劇增加。

此外，我們通過量子化學(xué)計(jì)算得到兩種絡(luò)合劑與重金屬離子絡(luò)合后的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。分析了兩種絡(luò)合劑去除尾礦中重金屬的機(jī)理，認(rèn)為：1)磷酸三丁酯在與重金屬離子作用后，P=O雙鍵長度增加，雙鍵附近的負(fù)電勢(shì)消失，正電勢(shì)區(qū)域明顯擴(kuò)大。對(duì)絡(luò)合物進(jìn)行自然軌道分析，發(fā)現(xiàn)磷酸三丁酯與重金屬離子間發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移，即磷酸三丁酯與重金屬離子發(fā)生電子絡(luò)合；2)二乙基二硫代氨基甲酸鈉中的與氮相鄰的兩個(gè)烷基與二氧化碳作用，兩個(gè)二乙基二硫代氨基甲酸鈉分子中與碳相鄰的兩個(gè)硫與二價(jià)金屬陽離子結(jié)合形成變形的方錐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的偶極距大大降低且在超臨界二氧化碳中的溶解度大大增加。

圖3 絡(luò)合劑與重金屬離子絡(luò)合后的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of complexation with heavy metals

圖4 鉛鋅尾礦對(duì)Cr6+的再生吸附Fig.4 Regenerative adsorption of Cr6+by lead-zinc tailings

經(jīng)過處理后，尾礦殘留的重金屬主要以難擴(kuò)散的殘?jiān)鼞B(tài)存在，不易浸出，大大降低了對(duì)環(huán)境的危害。對(duì)超臨界二氧化碳處理后的尾礦進(jìn)行了表面特征分析發(fā)現(xiàn)處理后的尾礦表面凹凸不平、結(jié)構(gòu)疏松，比表面積明顯增大，具有潛在的吸附性能。圖5所示是利用處理后尾礦吸附模擬廢水中的Cr6+，經(jīng)過三次脫附再生的結(jié)果。隨著洗脫次數(shù)的增加，尾礦的吸附能力有所下降，但仍具有較高的吸附能力。因此，經(jīng)超臨界二氧化碳處理后的尾礦可用作吸附劑，從而提高尾礦利用價(jià)值。

超臨界 CO2萃取技術(shù)處理尾礦中的重金屬，可以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到高效去除率，其反應(yīng)條件溫和、能源消耗低、所需要的化學(xué)添加劑少，且CO2來源廣泛，可以有效節(jié)約處理成本。處理后的重金屬收集在分離釜中，可以實(shí)現(xiàn)重金屬的分離再利用，節(jié)約了重金屬資源。處理后尾礦的重金屬含量較低，達(dá)到了GB 15618—1995中規(guī)定的土壤二類標(biāo)準(zhǔn)，大幅度降低了對(duì)環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。

3 展望

鐵尾礦中重金屬的去除是實(shí)現(xiàn)其資源化利用、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的重要措施。浸提/淋洗法雖然在尾礦治理中得到了應(yīng)用，但其治理周期較長、治理成本非常高，而且尾礦砂中的細(xì)小顆粒對(duì)其治理效果有嚴(yán)重限制。植物修復(fù)雖然成本較低，但治理周期長至按年計(jì)算，且難以同時(shí)治理多種重金屬污染。目前自然界中的植物不能對(duì)所有的重金屬都有吸附作用，因此尋找或培育新型的修復(fù)植物對(duì)拓展植物修法的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。固化/穩(wěn)定化法只是將尾礦固化在固化產(chǎn)物中，但由于產(chǎn)物的強(qiáng)度較低，利用途徑受到嚴(yán)重限制。只固不用，同樣解決不了尾礦的堆積問題，所以提高固化產(chǎn)物是固化穩(wěn)定法的重中之重。焙燒法可以實(shí)現(xiàn)從尾礦中分離回收重金屬，但能耗太高，與雙碳目標(biāo)相悖。想要實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，需要從降低反應(yīng)溫度，提高能量利用率方面出發(fā)。

超臨界CO2萃取是一種能耗少、反應(yīng)時(shí)間短的新方法，化學(xué)藥劑添加量小，可實(shí)現(xiàn)多種重金屬的同步去除，去除效率高，可為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)提供新的技術(shù)支持，但實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)還存在工藝、設(shè)備等方面的問題，需從理論和技術(shù)方面解決以下幾個(gè)問題：

1)從尾礦中重金屬萃取的微觀機(jī)理出發(fā)，采用分子動(dòng)力學(xué)方法探究重金屬在超臨界CO2流體中的吸附作用與擴(kuò)散規(guī)律，定量揭示超臨界CO2萃取重金屬的作用機(jī)制與動(dòng)力學(xué)特征，建立最佳萃取條件的理論預(yù)測(cè)模型。

2)優(yōu)化超臨界CO2萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)操作工藝，實(shí)現(xiàn)尾礦重金屬去除的連續(xù)化操作。

3)加強(qiáng)對(duì)絡(luò)合劑種類的探究，開發(fā)高效低成本的絡(luò)合劑，加強(qiáng)多種絡(luò)合劑協(xié)同作用方面的研究，以進(jìn)一步降解其操作成本，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。