采矿及有色金属冶炼的飞速发展,产生大量采矿废石、尾矿及冶炼废渣等工业固体废物。这些废渣露天堆存或就地填埋占用大量田地,在雨水淋洗的作用下,易溶出砷和其他重金属等有毒有害组分,向周围环境扩散,破坏土壤生态系统,污染周边水体甚至地下水,给饮用水安全及人类健康带来威胁。国内外针对砷污染问题已经开展了不少研究,但是因为成本高,治理效果不理想等问题,对矿区砷渣的污染治理还没有行之有效的方法。本课题以南华县化工厂历史遗留砷渣为研究对象,针对不同渣堆点砷渣的不同特性进行研究,以铁盐、MnO2及活性炭等为单一药剂或复合药剂进行稳定化处理,通过对不同浸出毒性实验砷的浸出行为进行比选,结合项目砷渣的最终处置要求,选择“硫酸-硝酸”浸出法对砷渣的稳定化效果进行评价。并用BCR连续浸提法提取砷的形态判定砷渣的生物毒性及迁移转化规律,同时采用FT-IR、XRD、SEM、XPS等仪器进行物相分析,结合砷的形态变化,探讨砷的稳定机制,为矿区砷渣对环境的污染性分析和评估、资源化综合利用及无害化处理与处置提供基础数据及科学依据。对砷渣化学组成等基本特性进行实验研究,结果表明砷渣颗粒大小不均,结晶程度不高。基本组成元素有O、Fe、Al、Ca、Si、S、k等,重金属以As为主,2号渣堆砷含量及砷的浸出浓度最高,且颗粒越细,砷含量越高。砷渣矿物成分主要为SiO2、As2O3、As2S3、As4S4、Ca3(AsO4)2、FeAsO4·2H2O、Fe2O3、Fe3O4、FeOOH 等。通过不同的浸出毒性实验反映砷渣对环境的潜在污染性,结果表明砷的浸出浓度较高,说明项目砷渣有很高的生物毒性,对环境的潜在危险性较大。而且砷渣有害组分的浸出受浸提剂pH影响较大,砷的浸出量随pH增加而降低。大约2h砷的浸出浓度基本达到平衡,说明砷渣中砷易于浸出,对环境潜在威胁大。本研究采用药剂稳定化技术对砷渣进行稳定化实验,并通过组合复配实验确定最佳工艺参数。分别以FeC12、FeC13作为稳定剂处理砷渣,对砷都有很好的稳定效果。在稳定化反应体系pH分别为6.5～7.5和4.0～5.0时,按Fe/As摩尔比为1分别投加FeC12和FeC13药剂,室温稳定化反应1h后,砷的浸出浓度低于2.5mg/L,达到安全填埋场入场要求。而且分别投加少于4%和2%的CaO有助于铁盐与砷渣的反应,MnO2为氧化剂,活性炭为吸附剂,对砷的稳定有协同作用,能减少铁盐的使用量。本论文通过BCR连续浸提实验提取砷的形态,结果表明2号和4号砷渣主要为酸溶解态砷、可氧化态砷和残渣态砷,1号和3号砷渣主要为残渣态砷。砷渣中部分砷形态在雨水淋滤下,容易随降雨溶出释放到环境中,生物毒性极强,还有一部分可交换态砷迁移转化性很强,自然界条件下容易发生转化而被生物利用,潜在危害性高。经过铁盐的稳定化处理,将易溶性形态的砷转化为难溶性的砷,但两种铁盐的迁移转化规律稍微有些不同:以FeCl2为稳定剂,将酸溶解态砷和可还原态砷转为残渣态砷;以FeC13为稳定剂,将酸溶解态砷转化为可氧化态砷和残渣态砷。本研究利用RT-IR、XRD、SEM、STM等现代仪器分析方法对砷渣进行物相分析,观察砷渣的形貌特征、结晶状况及微观形貌,探讨砷的稳定机制。砷可能的稳定机制为;(1)砷酸根离子通过沉淀、共沉淀作用直接生成难溶性砷铁化合物;(2)通过非专性吸附将As043-等阴离子吸附到固液界面,再通过专性吸附作用,利用双齿配位(螯合)替换或是桥式配位替换生成非晶态砷酸铁沉淀或难溶的次级氧化态矿物;(3)通过添加强氧化剂或者吸附剂,发生氧化作用对砷或铁盐进行氧化,促进对砷的吸附及砷铁化合物的生成。