離子型稀土礦開采對環境的影響

開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇離子型稀土礦開采對環境的影響，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

自離子型稀土礦發現至今，一直采用溶液浸礦工藝開采。隨著科學技術的進步和我國生態環境保護制度的逐步完善，離子型稀土開采技術也在研究與實踐中不斷改進和完善。按溶液浸礦工藝的浸礦方式可以分為池浸工藝、堆浸工藝和原地浸礦工藝三種，這三種開采方式對礦區生態造成的影響程度各不相同。原地浸礦工藝有對礦區地表植被破壞程度小、尾礦無需異地堆放、開采前后礦區植被和地貌變化小等優點，因此得到廣泛的推廣。離子型稀土開采歷程中，溶浸劑大量工業化的有氯化鈉、硫酸銨，因氯化鈉造成土壤鹽堿化的問題，目前工業上大面積采用硫酸銨作為溶浸劑，同時硫酸銨帶來了嚴重的氨氮污染問題，因此，我國大量科研工作者正尋找一種新型無氨氮污染溶浸劑，現階段正在研究的無銨溶浸劑有鎂鹽、鋁鹽等［１－６］。研發新型溶浸劑的同時，本文就離子型稀土發展歷程中不同浸取工藝和溶浸劑對生態環境的影響進行分析，剖析不同浸礦方式對生態造成的破壞程度，結合環境質量標準要求分析各種溶浸劑浸礦給礦區帶來不同的污染因子對環境的影響，論述了離子型稀土開采中生態環境防治措施，為離子型稀土礦山開采過程生態環境保護提供一定的理論依據。

1離子型稀土礦浸礦方式與生態環境影響

1.1池浸工藝與生態環境影響

池浸工藝是最早形成的第一代工業化離子型稀土礦開采方式，工業上大量采用的溶浸劑以氯化鈉為主，沉淀劑以草酸為主。池浸工藝首先需建造一些磚混結構或混凝土結構的浸礦池，浸礦池容積一般較小，池底沿收液方向傾斜，浸出的浸出液會順著傾斜角流向收集池。浸礦池底部設置人工底板和過濾介質，將篩選出粒度較小、品位較高的稀土原礦堆在人工底板上方，然后注入氯化鈉溶液浸礦，浸出濃度較低的母液循環浸礦，濃度較高的浸出液用草酸沉淀［７］，池浸開采首先要剝離礦山的植被和表土，開挖出品位高的礦石進行浸礦，表土、尾礦和低品位礦石的異地堆放給礦山生態帶來非常大的影響，造成礦山開采后水土流失嚴重，引起礦山沙漠化。采用氯化鈉溶浸劑殘留在離子型稀土尾礦中，導致土壤鹽堿化、板結，部分礦山開采后寸草不生，經雨水沖刷后甚至會污染地下水。沉淀劑草酸ｐＨ值較低，泄漏到環境中導致周邊土壤和水體ｐＨ值降低。離子型稀土礦山開采歷程中，池浸工藝開采對礦區生態環境影響非常大，目前還遺留了大面積的污染地塊［８］，池浸工藝已列為淘汰類生產工藝。

1.2堆浸工藝與生態環境影響

隨著機械化發展，池浸已無法滿足開采需求，科研工作者在池浸的基礎上進行改進，研發了離子型稀土礦堆浸工藝開采，主要采用的是溶浸劑硫酸銨，沉淀劑碳酸氫銨。堆浸工藝是在堆場上方先布置好防滲層，防止浸出液滲漏到土壤中，同時布置好收液溝、集液管、導流管等浸出液收集工程，然后再把離子型稀土礦石堆放在收集系統上方，在堆頂注入溶浸劑，浸出液經礦堆底部集液系統收集。與池浸工藝相比，工程機械設備的使用大大提高了工作效率，降低了筑堆的成本，使低品位離子型稀土礦開采也具有了價值，減少了低品位離子型稀土礦石丟棄現象的發生，但礦山開采規模急劇加大，造成了大規模的生態破壞［９］，堆浸工藝剝離表土、破壞植被、轉運礦石、尾砂堆積等問題依然存在，因其開采規模更大，大量的表土剝離和尾砂堆積，對生態環境的影響范圍更廣。堆浸工藝用硫酸銨作為溶浸劑，用量較大，致使大量的硫酸銨殘存在尾礦中，經雨水沖刷進入周邊環境中，導致礦區土壤及周邊的水體氨氮超標嚴重，硫酸根也對水體有一定的污染，堆浸工藝已列為淘汰類生產工藝。

1.3原地浸礦工藝與生態環境影響

隨著環境保護制度的逐步完善，同時人們認識到生態環境保護的重要性。為減輕離子型稀土礦山開采生態環境破壞嚴重的問題，科研工作者經科技攻關，在堆浸工藝的基礎上研發出了原地浸礦開采工藝。原地浸礦開采工藝首先要破壞少量礦山植被，在礦體地表布設注液管網，同時在礦山底部布設集液溝或在礦體底部開挖巷道和布導流孔等集液工程，從注液管網注入溶浸液，浸出的浸出液經集液系統收集［１０－１３］，原地浸礦開采方式與池浸、堆浸開采方式相比，具有非常明顯的優勢，如開采效率高、對礦區植被破壞程度小、無尾砂異地堆存等優點，因而原地浸礦開采工藝在離子型稀土礦山開采中得到廣泛的應用，目前還是離子型稀土開采的最佳工藝。但原地浸礦相比于池浸工藝和堆浸工藝，缺點是浸礦液的浸礦途徑、母液收集更難控制。原地浸礦母液收率低，易發生浸出液滲漏，污染礦區周邊土壤及水體，采空區內殘留溶浸劑受雨水沖刷也會對環境造成污染，且經原地浸礦開采的離子型稀土礦山存有山體滑坡等安全隱患［１４－１５］。

２離子型稀土開采溶浸劑產生的污染因子

原地浸礦開采工藝是目前離子型稀土礦山開采的最佳工藝，目前科研工作者研究較多的是離子型稀土原地浸礦工藝中選用的溶浸劑種類。離子型稀土礦開采過程中溶浸劑是環境污染的源頭，目前研發綠色環保的溶浸劑是實現離子型稀土綠色開采的熱門研究內容。可以作為離子型稀土礦山開采溶浸劑的主要是Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｎａ＋、Ｍｇ２＋、ＮＨ＋４等陽離子與Ｃｌ－、ＳＯ２－４、ＮＯ－３等陰離子組合的鹽類。這些溶浸劑用于離子型稀土礦開采，分別會造成礦區環境ｐＨ值、氨氮、總硬度、氯化物等因子超標［１６－１８］。

2.1ｐＨ的污染

ｐＨ是水溶液酸堿程度的衡量標準［１９］。離子型稀土開采過程中，使用的溶浸劑和沉淀劑是不同的鹽類，呈酸性、中性和堿性，若土壤對酸或堿的緩沖能力較弱時，離子型稀土開采過程中滲漏的化學試劑溶液會引起土壤及地下水ｐＨ值變化，甚至會因土壤ｐＨ值變化引起二次污染［２０］。

2.2氨氮污染

氨氮是指以游離氨（ＮＨ３）和銨離子（ＮＨ＋４）形式存在的氮。水體中主要耗氧污染物包含氨氮，氨氮氧化分解過程會消耗水中的溶解氧，水中溶解氧減少會使水體發黑發臭；另外氨氮可為水體中藻類生長提供營養源，氨氮濃度過高會使水體富營養化。從人體健康角度來看，氨氮屬低毒類污染因子，人類飲用含氨氮的水與人體健康沒有很大的關聯。但硝酸鹽的污染已成為全球很多地方較為普遍的地下水污染因子，由于植物、霉菌、人的口腔和腸道細菌有將硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽的能力，因此，硝酸鹽往往會帶來有毒性亞硝酸鹽。人類攝入較多的硝酸鹽和亞硝酸鹽會引起高鐵血紅蛋白血癥［２１］。離子型稀土礦山采用銨鹽或硝酸鹽作為溶浸劑浸礦都會引起礦區周邊水體氨氮濃度超標，很容易造成水體富營養化，導致水體質量惡化。氨氮相對于其他金屬離子，更容易在自然環境中凈化循環。

2.3總硬度的污染

總硬度是指水中Ｃａ、Ｍｇ離子的總量，有暫時硬度和永久硬度之分。暫時硬度是指水中Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋與ＣＯ２－３、ＨＣＯ－３形式結合存在的部分，遇熱即形成碳酸鹽沉淀而被除去。永久硬度是指水中Ｃａ、Ｍｇ離子與ＳＯ２－４、ＮＯ－３和Ｃｌ－等離子結合存在的部分，性質比較穩定，通過加熱的方式也不能夠除去。硬度是衡量水質的一個主要指標之一，在工業用水上，水的總硬度高是形成鍋垢和影響產品質量的主要原因，對工業影響很大［２２］。鈣、鎂鹽作為離子型稀土開采的研發的主要新型溶浸劑，若工業化應用，長期在礦山中累積富集很大可能會引起周邊水體的總硬度增高，帶來氨氮污染以外的新污染。

2.4氯化物污染

氯化物是指Ｃｌ－和帶正電的陽離子結合而形成的鹽類化合物。當水中的Ｃｌ－達到一定濃度時，常常和鈣、鎂、鈉等離子共同使水產生不同的味覺，給水質帶來感官污染。如當水中氯化物濃度達到２５０ｍｇ／Ｌ，與鈉離子結合會使人察覺出咸味；而當水中氯化物濃度達１７０ｍｇ／Ｌ與鎂離子結合會使人察覺出苦味。不同陽離子與Ｃｌ－結合使人產生的味覺不同，所以飲用水對氯化物含量有要求，飲用水中氯化物含量大得高于２５０ｍｇ／Ｌ；且工業行業作為生產用水的氯化物含量也不能太高［２３－２５］。離子型稀土歷史開采中采用的氯化物作為溶浸劑會引起礦區水體氯化物增高，影響水資源的開發與利用。

３離子型稀土開采過程中的生態環境保護措施

3.1源頭控制

3.1.1礦體的選擇

原地浸礦工藝集液工程對礦體賦存的要求較高，要求礦體全部位于當地侵蝕基準面以上，礦體非均質及底板較完整，或者礦床開采技術條件相對簡單，能夠采用工程手段有效控制浸出液回收率，而且對礦體滲透性、滑坡風險等均提出了要求。３．１．２分區防滲離子型稀土礦開采時要加強管理，一方面要確保把溶浸劑溶液按要求注入到礦體；另一方面要防止浸出液泄漏污染礦區土壤及地下水環境，浸出過程需采取有效的防控措施［２６－２７］。１）清污分流，對原地浸礦采場的收液系統和地表匯清水進行分流，從源頭上控制地表徑流水及雨水等進入母液收集系統，防止收集的浸出液濃度被其他水體稀釋。２）防滲工程，原地浸礦采場所有收液巷道、導流孔、集液溝、集液池、避水溝、車間工藝池的底板均需做防滲處理，工程中使用的設備、管道等設施均需做好防漏措施，提高浸出液回收率，同時從源頭上減少母液進入地下水和地表水，降低環境污染的風險。

3.2監測回收系統

在浸釆過程中，應加強對注液量、浸出液量、母液濃度及監測孔（井）、環保回收井的日常監測記錄工作。要加強礦山巡查和監測，及時發現滑坡地質災害征兆，以便采取預防和控制措施，對存在高陡邊坡的擬采礦塊應建立邊坡變形監控預警系統，監測礦山邊坡的穩定性［２８－２９］。１）在礦塊下游合適的位置布置若干環保井，在抽取環保井地下水時，會在圍繞抽取的中心區域，形成地下水降落漏斗。地下水降落漏斗在潛水層中表現為漏斗狀的地下水水面凹面。抽取的淺層水為礦山補充生產用水，一旦監測有母液滲漏，及時收集滲漏的母液返回生產流程，實現閉路循環。環保回收井是防控地下水污染重要的設施。２）礦塊外圍需布置若干浸出液監測井，一般設置在礦塊山腳集液溝外圍，井深達到潛水層或基巖，對監測井中的水進行監測，及時回收泄漏的浸出液。布設原地浸礦采場、母液處理車間和礦區下游地下水長期動態監測系統，掌握原地浸礦區域及周邊地下水的水質變化情況，一旦發現有污染因子超標，及時采取措施，防止污染擴散。

3.3生態修復與環境治理

離子型稀土礦山要依法依規“邊開采，邊治理”，編制礦山地質環境保護與恢復治理方案、水土保持方案及土地復墾等方案，按照方案進行礦山生態、地質環境恢復治理和礦區土地復墾［３０］。礦塊開采前應對預采礦塊是否存在滑坡、坍塌風險進行預測。對存在較大滑坡、坍塌風險礦塊，暫不開采，并采取措施保護起來；對存在較小滑坡、坍塌風險的預采礦塊，應做好防滑坡、防坍塌工程。防滑坡、坍塌工程設計施工應參照相關標準執行，同時應加強后續監控及巡查，及時發現滑坡、坍塌征兆，為采取進一步防控措施爭取時間。浸采結束后，對生產廢水進行治理達標后排放，對注液井、集液溝、工藝池等設施進行恢復礦山原貌處理，并做好復墾工作。

4結論

１）離子型稀土礦山原地浸礦工藝是目前最佳的開采方式，但是開采過程中，會對礦山表土植被造成一定程度上的破壞，開采過程的植被保護和開采后的生態修復是離子型稀土綠色開采的重要措施。２）離子型稀土原地浸礦開采選用任何溶浸劑，均會對礦區土壤及周邊地表水、地下水帶來不同的污染因子，因此，離子型稀土開采過程中污水收集及污水治理是防治礦山環境污染的唯一途徑。３）離子型稀土開采原地浸礦過程中，前置條件是甄別礦塊條件是否適合開采，不符合原地浸礦工藝開采條件的礦山待技術改善后再開采，確保開采礦塊的穩定性，防止發生山體滑坡。因山體結構的差異性，浸出液的收集難以完全掌控，先進的母液收集工程、完善的防滲措施和科學合理的浸出液監測回收系統是離子型稀土綠色開采的重要工程。

參考文獻

［１］丁嘉榆．離子型稀土礦開發的歷史回顧———紀念贛州有色冶金研究所建所６０周年［Ｊ］．有色金屬科學與工程，２０１２，３（４）１４－１９．

［２］姚棟偉，程莉，李天慈，等．稀土礦不同開采方式引發地質環境問題及治理［Ｊ］．山西建筑，２０１６，４２（１０）：１９８－２００．

［３］鄒國良，吳一丁，蔡嗣經．離子型稀土礦浸取工藝對資源、環境的影響［Ｊ］．有色金屬科學與工程，２０１４，５（２）：１００－１０６．

［４］李天煜，熊治廷．南方離子型稀土礦開發中的資源環境問題與對策［Ｊ］．國土與自然資源研究，２００３（３）：４２－４４．

［５］周丹，羅才貴，蘇佳，等．離子型稀土礦區土壤生態恢復［Ｊ］．金屬礦山，２０１４（１０）：１０３－１０９．

［６］趙中波．離子型稀土礦原地浸析采礦及其推廣應用中值得重視的問題［Ｊ］．南方冶金學院學報，２０００（３）：１７９－１８３．

［７］魏東東．弱滲透性離子型稀土礦堆浸浸礦工藝優化［Ｄ］．贛州：江西理工大學，２０１６．

［８］鄭先坤．離子型稀土原地浸礦廢棄地中殘存浸取劑與稀土的垂直分布規律研究［Ｄ］．贛州：江西理工大學，２０１９．

［９］王秀麗，張哲源，李恒凱．離子型稀土礦開采的環境影響及治理措施［Ｊ］．國土與自然資源研究，２０２０（２）：２０－２２．

［１０］郭小斌，楊勇，李健，等．低品位離子型稀土資源開采技術研究［Ｊ］．有色金屬（礦山部分），２０１６，６８（６）：１６－２１．

作者:王明 洪侃 李健 單位:贛州有色冶金研究所有限公司