離子型稀土礦開采與生態(tài)環(huán)境影響

王 明，洪 侃，李 健

(贛州有色冶金研究所有限公司，江西 贛州 341000)

自離子型稀土礦發(fā)現(xiàn)至今，一直采用溶液浸礦工藝開采。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度的逐步完善，離子型稀土開采技術(shù)也在研究與實(shí)踐中不斷改進(jìn)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(qū)生態(tài)造成的影響程度各不相同。原地浸礦工藝有對礦區(qū)地表植被破壞程度小、尾礦無需異地堆放、開采前后礦區(qū)植被和地貌變化小等優(yōu)點(diǎn)，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(yè)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(yè)上大面積采用硫酸銨作為溶浸劑，同時(shí)硫酸銨帶來了嚴(yán)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(xiàn)階段正在研究的無銨溶浸劑有鎂鹽、鋁鹽等[1-6]。研發(fā)新型溶浸劑的同時(shí)，本文就離子型稀土發(fā)展歷程中不同浸取工藝和溶浸劑對生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行分析，剖析不同浸礦方式對生態(tài)造成的破壞程度，結(jié)合環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求分析各種溶浸劑浸礦給礦區(qū)帶來不同的污染因子對環(huán)境的影響，論述了離子型稀土開采中生態(tài)環(huán)境防治措施，為離子型稀土礦山開采過程生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一定的理論依據(jù)。

1 離子型稀土礦浸礦方式與生態(tài)環(huán)境影響

1.1 池浸工藝與生態(tài)環(huán)境影響

池浸工藝是最早形成的第一代工業(yè)化離子型稀土礦開采方式，工業(yè)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(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)置人工底板和過濾介質(zhì)，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(huán)浸礦，濃度較高的浸出液用草酸沉淀[7]，簡易工藝流程如圖1所示。

圖1 離子型稀土礦池浸工藝簡易流程圖

池浸開采首先要?jiǎng)冸x礦山的植被和表土，開挖出品位高的礦石進(jìn)行浸礦，表土、尾礦和低品位礦石的異地堆放給礦山生態(tài)帶來非常大的影響，造成礦山開采后水土流失嚴(yán)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(dǎo)致土壤鹽堿化、板結(jié)，部分礦山開采后寸草不生，經(jīng)雨水沖刷后甚至?xí)廴镜叵滤?。沉淀劑草酸pH值較低，泄漏到環(huán)境中導(dǎo)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(qū)生態(tài)環(huán)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(chǎn)工藝。

1.2 堆浸工藝與生態(tài)環(huán)境影響

隨著機(jī)械化發(fā)展，池浸已無法滿足開采需求，科研工作者在池浸的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研發(fā)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(shí)布置好收液溝、集液管、導(dǎo)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(tǒng)上方，在堆頂注入溶浸劑，浸出液經(jīng)礦堆底部集液系統(tǒng)收集。與池浸工藝相比，工程機(jī)械設(shè)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(jià)值，減少了低品位離子型稀土礦石丟棄現(xiàn)象的發(fā)生，但礦山開采規(guī)模急劇加大，造成了大規(guī)模的生態(tài)破壞[9]，簡易工藝流程如圖2所示。

圖2 離子型稀土礦堆浸工藝簡易流程圖

堆浸工藝剝離表土、破壞植被、轉(zhuǎn)運(yùn)礦石、尾砂堆積等問題依然存在，因其開采規(guī)模更大，大量的表土剝離和尾砂堆積，對生態(tài)環(huán)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(jīng)雨水沖刷進(jìn)入周邊環(huán)境中，導(dǎo)致礦區(qū)土壤及周邊的水體氨氮超標(biāo)嚴(yán)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(chǎn)工藝。

1.3 原地浸礦工藝與生態(tài)環(huán)境影響

隨著環(huán)境保護(hù)制度的逐步完善，同時(shí)人們認(rèn)識到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性。為減輕離子型稀土礦山開采生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重的問題，科研工作者經(jīng)科技攻關(guān)，在堆浸工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)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(shè)注液管網(wǎng)，同時(shí)在礦山底部布設(shè)集液溝或在礦體底部開挖巷道和布導(dǎo)流孔等集液工程，從注液管網(wǎng)注入溶浸液，浸出的浸出液經(jīng)集液系統(tǒng)收集[10-13]，簡易流程如圖3所示，部分工業(yè)應(yīng)用工程如圖4所示。

圖3 離子型稀土礦原地浸礦工藝簡易流程圖

圖4 離子型稀土礦原地浸礦部分工程圖

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(yōu)勢，如開采效率高、對礦區(qū)植被破壞程度小、無尾砂異地堆存等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)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(diǎn)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(fā)生浸出液滲漏，污染礦區(qū)周邊土壤及水體，采空區(qū)內(nèi)殘留溶浸劑受雨水沖刷也會對環(huán)境造成污染，且經(jīng)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(chǎn)生的污染因子

2.1 pH的污染

pH是水溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)[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(shí)，離子型稀土開采過程中滲漏的化學(xué)試劑溶液會引起土壤及地下水pH值變化，甚至?xí)蛲寥纏H值變化引起二次污染[20]。

2.2 氨氮污染

2.3 總硬度的污染

2.4 氯化物污染

氯化物是指Cl-和帶正電的陽離子結(jié)合而形成的鹽類化合物。當(dāng)水中的Cl-達(dá)到一定濃度時(shí)，常常和鈣、鎂、鈉等離子共同使水產(chǎn)生不同的味覺，給水質(zhì)帶來感官污染。如當(dāng)水中氯化物濃度達(dá)到250 mg/L，與鈉離子結(jié)合會使人察覺出咸味；而當(dāng)水中氯化物濃度達(dá)170 mg/L與鎂離子結(jié)合會使人察覺出苦味。不同陽離子與Cl-結(jié)合使人產(chǎn)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250 mg/L；且工業(yè)行業(yè)作為生產(chǎn)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(qū)水體氯化物增高，影響水資源的開發(fā)與利用。

3 離子型稀土開采過程中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)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(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上，礦體非均質(zhì)及底板較完整，或者礦床開采技術(shù)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(fēng)險(xiǎn)等均提出了要求。

3.1.2 分區(qū)防滲

離子型稀土礦開采時(shí)要加強(qiáng)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(qū)土壤及地下水環(huán)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(tǒng)和地表匯清水進(jìn)行分流，從源頭上控制地表徑流水及雨水等進(jìn)入母液收集系統(tǒng)，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(dǎo)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(shè)備、管道等設(shè)施均需做好防漏措施，提高浸出液回收率，同時(shí)從源頭上減少母液進(jìn)入地下水和地表水，降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 監(jiān)測回收系統(tǒng)

在浸釆過程中，應(yīng)加強(qiáng)對注液量、浸出液量、母液濃度及監(jiān)測孔(井)、環(huán)?；厥站娜粘１O(jiān)測記錄工作。要加強(qiáng)礦山巡查和監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害征兆，以便采取預(yù)防和控制措施，對存在高陡邊坡的擬采礦塊應(yīng)建立邊坡變形監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，監(jiān)測礦山邊坡的穩(wěn)定性[28-29]。

1)在礦塊下游合適的位置布置若干環(huán)保井，在抽取環(huán)保井地下水時(shí)，會在圍繞抽取的中心區(qū)域，形成地下水降落漏斗。地下水降落漏斗在潛水層中表現(xiàn)為漏斗狀的地下水水面凹面。抽取的淺層水為礦山補(bǔ)充生產(chǎn)用水，一旦監(jiān)測有母液滲漏，及時(shí)收集滲漏的母液返回生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。環(huán)保回收井是防控地下水污染重要的設(shè)施。

2)礦塊外圍需布置若干浸出液監(jiān)測井，一般設(shè)置在礦塊山腳集液溝外圍，井深達(dá)到潛水層或基巖，對監(jiān)測井中的水進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)回收泄漏的浸出液。布設(shè)原地浸礦采場、母液處理車間和礦區(qū)下游地下水長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，掌握原地浸礦區(qū)域及周邊地下水的水質(zhì)變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)有污染因子超標(biāo)，及時(shí)采取措施，防止污染擴(kuò)散。

3.3 生態(tài)修復(fù)與環(huán)境治理

離子型稀土礦山要依法依規(guī)“邊開采，邊治理”，編制礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案、水土保持方案及土地復(fù)墾等方案，按照方案進(jìn)行礦山生態(tài)、地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理和礦區(qū)土地復(fù)墾[30]。礦塊開采前應(yīng)對預(yù)采礦塊是否存在滑坡、坍塌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測。對存在較大滑坡、坍塌風(fēng)險(xiǎn)礦塊，暫不開采，并采取措施保護(hù)起來；對存在較小滑坡、坍塌風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)采礦塊，應(yīng)做好防滑坡、防坍塌工程。防滑坡、坍塌工程設(shè)計(jì)施工應(yīng)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)后續(xù)監(jiān)控及巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滑坡、坍塌征兆，為采取進(jìn)一步防控措施爭取時(shí)間。浸采結(jié)束后，對生產(chǎn)廢水進(jìn)行治理達(dá)標(biāo)后排放，對注液井、集液溝、工藝池等設(shè)施進(jìn)行恢復(fù)礦山原貌處理，并做好復(fù)墾工作。

4 結(jié)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(hù)和開采后的生態(tài)修復(fù)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(qū)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(huán)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(shù)改善后再開采，確保開采礦塊的穩(wěn)定性，防止發(fā)生山體滑坡。因山體結(jié)構(gòu)的差異性，浸出液的收集難以完全掌控，先進(jìn)的母液收集工程、完善的防滲措施和科學(xué)合理的浸出液監(jiān)測回收系統(tǒng)是離子型稀土綠色開采的重要工程。