離子型稀土礦山環(huán)境治理范文

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《金屬礦山雜志》2014年第七期

1原地浸礦工藝及其產(chǎn)生的環(huán)境問題

針對池浸工藝和堆浸工藝存在的諸多缺點，20世紀90年代，經(jīng)過贛州有色冶金研究所、長沙礦冶研究院、長沙礦山研究院等科研單位的科技攻關(guān)，研究出了離子型稀土礦開采的新工藝———原地浸礦工藝，其流程為:配制硫酸銨浸出劑→注液井注液→稀土原地浸出→集液溝收集稀土富液→碳酸氫銨或草酸沉淀稀土得碳酸稀土或草酸稀土→灼燒得混合型稀土氧化物［9］。原地浸礦工藝被認為是目前最環(huán)保的一種離子型稀土開采模式，它不必采動礦體，只需要在礦區(qū)表面挖一些注液井，因而大大減輕了礦區(qū)地形、地貌的破壞和水土的流失。雖然如此，原地浸礦工藝引起的環(huán)境問題還是比較嚴重，主要表現(xiàn)在［13］:(1)礦區(qū)可能發(fā)生山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災害。直接注入礦體的浸取液會使山坡發(fā)生裂縫，加之稀土礦體賦存于滲透性較好的風化殼中，當注液井布局不合理或遇到長時間、大范圍的降雨時，就可能引起山體滑坡，嚴重時會進一步發(fā)展為泥石流災害。圖2為某采用原地浸礦工藝的離子型稀土礦區(qū)遭遇暴雨時出現(xiàn)的泥石流情景。(2)對礦區(qū)植被仍有較大破壞。原地浸礦工藝需破壞礦區(qū)山體地面約1/3的植被用以配備足夠數(shù)量的注液井和集液溝渠，同時硫酸銨溶液長時間地浸泡山體，會通過側(cè)滲和毛細管作用損壞地表植被。圖3為某離子型稀土礦采用原地浸礦工藝所造成的植被破壞情景。(3)污染礦區(qū)土壤和水體。殘留于山體中的硫酸銨會通過淋濾作用和滲透作用污染礦區(qū)及周邊環(huán)境的土壤、地表水和地下水，而當發(fā)生地質(zhì)災害時，礦體內(nèi)殘留的硫酸銨外流會加重危害。

2離子型稀土礦山環(huán)境治理方法

2.1污染控制措施

2.1.1浸出過程污染控制原地浸礦工藝是現(xiàn)今最為環(huán)保的離子型稀土礦開采工藝，但該法直接將硫酸銨浸礦劑注入礦體中，對地下水和地表水造成安全隱患，因此，需要對浸出過程采取如下幾點措施［14］:(1)采取清污分流和人工防滲假底措施。前者是指對原地浸礦采場的收液系統(tǒng)和地表匯水進行清污分流，目的是從源頭上控制雨水等地表匯水進入母液系統(tǒng);后者是指原地浸礦采場所有收液巷道、水平監(jiān)控孔、水平集液孔、集液溝的底板均采用水泥砂漿構(gòu)筑人工防滲假底，目的是從源頭上控制母液進入地下水和地表水環(huán)境。(2)建立3級監(jiān)控收液系統(tǒng)。為了最大限度地減少稀土礦區(qū)周邊水體和土壤的污染，可采用3級監(jiān)控收液系統(tǒng)收集母液，其中第1級為收液巷道監(jiān)控收液系統(tǒng)，第2級為水平孔監(jiān)控收液系統(tǒng)，第3級為垂直孔監(jiān)控收液系統(tǒng)。經(jīng)3級監(jiān)控收液系統(tǒng)收液后，母液收集率可達92%以上。(3)采取地下水長期監(jiān)測措施。建立由原地浸礦采場地下水長期動態(tài)觀測網(wǎng)、母液處理車間地下水長期動態(tài)觀測網(wǎng)和礦區(qū)下游地下水長期動態(tài)觀測網(wǎng)組成的礦區(qū)地下水長期動態(tài)觀測網(wǎng)，以掌握原地浸礦區(qū)域及周邊地下水的水質(zhì)變化情況，并針對不同變化采取相應的措施。

2.1.2廢水處理稀土被提取后，會產(chǎn)生大量的氨氮廢水，為避免污染，也必須對其進行處理。氨氮廢水的處理方法主要有吹脫法、離子交換法、折點氯化法等［15］。吹脫法是在汽提塔中將廢水調(diào)節(jié)至堿性，然后通入空氣或蒸汽，通過氣液接觸將廢水中的游離氨吹脫至大氣中［16］。該法可應用于離子型稀土礦開采過程中所產(chǎn)生的高濃度氨氮廢水的處理。離子交換法是利用沸石的吸附作用和離子交換作用將廢水中的氨氮除去。該法一般適用于氨氮濃度較低的廢水處理，當NH+4離子濃度較高時，使用該法會因頻繁再生離子交換膜而使過程難以持續(xù)進行［15-16］。折點氯化法具有處理效果穩(wěn)定、不受水溫影響、投資較少等優(yōu)點，但存在加氯量大、費用高的不足(對于NH+4濃度為100mg/L的廢水，處理1kgNH+4－N需37.6元)，且處理過程中會產(chǎn)酸，需要添加等量的堿來進行中和。此法適用于低濃度氨氮廢水的處理［16］。

2.2工程治理措施離子型稀土礦開采完畢后，礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境較為惡劣，須對稀土廢棄地進行土地整理、建設(shè)排水系統(tǒng)和采用其他工程措施，為后期植被恢復創(chuàng)造條件。土地整理的基本要求為［17］:(1)與礦區(qū)總體規(guī)劃相結(jié)合，以利于礦區(qū)土地的最終利用。(2)保障坡面穩(wěn)定性，避免造成坡體失穩(wěn)。(3)形成適宜的坡度和微地形，以適應后期植被恢復施工作業(yè)的要求，提高植株成活率。(4)與礦區(qū)排水系統(tǒng)的建設(shè)等相結(jié)合。土地整理需要與排水系統(tǒng)工程相配合，而排水系統(tǒng)工程的設(shè)計應結(jié)合地形地貌，合理布局排水管道，既要滿足后期植被生長對水分的需求，又要避免遭遇長時間、高強度降雨時，稀土礦區(qū)出現(xiàn)大面積的洪澇災害，要能夠經(jīng)受住梅雨季節(jié)的考驗，避免山體坡和泥石流等地質(zhì)災害的發(fā)生。羅學升等［18］對福建長汀縣風流嶺離子型稀土礦區(qū)進行環(huán)境治理，采取的工程措施有:土坡修建擋土墻，溝口修建攔渣壩，控制取土區(qū)周圍的邊坡角在25°以內(nèi)，并且根據(jù)地形，將取土區(qū)和堆渣區(qū)整平為一塊塊的梯田。曾敏等［19］對江西安遠縣新龍離子型稀土礦山進行環(huán)境治理，其中針對采剝區(qū)和尾砂堆采取了削方降坡+擋土護面+排水截水坡面整理+排水截水措施，針對淤積區(qū)則通過建設(shè)攔砂壩來控制源頭的水土流失，減少溝谷和河道的淤泥。

2.3生態(tài)修復技術(shù)經(jīng)過工程治理后，離子型稀土礦廢棄地的邊坡趨于穩(wěn)定，排水系統(tǒng)趨于完善，立地條件趨于好轉(zhuǎn)，但要從根本上遏制礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的惡化，逐步恢復其開采前的土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)，甚至還原為開采前的自然景觀，則需要運用一系列的生態(tài)修復技術(shù)，包括土壤改良技術(shù)、植被恢復技術(shù)和微生物修復技術(shù)等。

2.3.1土壤改良離子型稀土礦在開采后生態(tài)系統(tǒng)遭到十分嚴重的破壞，形成了極端的生境條件，影響植物的生長和覆蓋，其主要的環(huán)境脅迫因子是土壤基質(zhì)質(zhì)地和結(jié)構(gòu)不良、酸性強、持水保肥性能差、有機質(zhì)及氮磷鉀含量極低或十分不平衡、重金屬尤其是稀土含量過高等。因此，離子型稀土礦廢棄地的生態(tài)修復首先要解決的問題就是礦區(qū)土壤基質(zhì)的改良。土壤改良的措施可以概括為以下兩個方面［20］:(1)物理改良措施。主要指表土保護利用和客土覆蓋措施。表土保護利用是在離子型稀土礦開采前，將表層(30cm)和亞層(30～60cm)土壤取走加以保存，并盡量避免其結(jié)構(gòu)遭到破壞，減少其養(yǎng)分流失，待礦區(qū)生態(tài)修復時將其返回原地加以利用。客土覆蓋是將結(jié)構(gòu)良好、養(yǎng)分充足的異地熟土覆蓋于待修復的稀土礦廢棄地表面，直接改良廢棄地土壤的理化性質(zhì);建議盡可能利用城市生活污泥或建筑工程的剝離表土，這樣既可實現(xiàn)廢物的再利用，又可減少土地侵占。(2)化學改良措施。包括提高土壤肥力、降低重金屬毒性、調(diào)節(jié)土壤pH值等方法。離子型稀土礦區(qū)土壤貧瘠，通過多次少量施加鉀肥、磷肥等速效化肥和施用人畜糞便等緩釋有機肥，可以改善土壤的養(yǎng)分狀況，提高土壤的持水保肥性能，并可以利用有機質(zhì)的螯合或絡合作用降低重金屬離子的毒性;通過施加碳酸鈣或硫酸鈣，可以利用Ca2+對重金屬的拮抗作用，減少重金屬被植物吸收的量，保障植物健康生長;通過施加熟石灰、碳酸鈣等堿性物質(zhì)，可以提高土壤的pH值。

2.3.2植被恢復植被恢復是實現(xiàn)離子型稀土礦廢棄地生態(tài)修復的重要途徑，也是控制稀土礦區(qū)土壤侵蝕的重要方式。資料顯示［21］，未進行植被恢復的離子型稀土礦尾礦堆上的土壤侵蝕模數(shù)為原狀植被條件下的50倍。由于即便實施了上述土壤改良措施，稀土礦廢棄地的立地條件仍然較差，難以讓一般植物直接定居，而且客土覆蓋措施工程量大、費用高，難以大面積實施，因此，篩選出適應稀土礦區(qū)惡劣生境的耐性植物就成為決定植被恢復能否成功的關(guān)鍵問題。適應性植物的篩選應遵循如下原則和經(jīng)驗［6］:(1)盡可能選擇當?shù)氐泥l(xiāng)土植物種類，這樣既適應當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，又可避免外來生物的入侵。(2)對于水土流失較快的區(qū)域，治理初期要選擇生長快、萌芽力強的多年生草灌，如芒芭茅、百喜草、茶桿竹、山蒼子、火棘等，它們可在邊坡穩(wěn)定化過程中發(fā)揮重要作用。(3)選擇對礦區(qū)土壤基質(zhì)有改良作用的植物種類，如種植具有固氮能力的胡枝子、葛藤等豆科植物，既能改善土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)，又可增加土壤的養(yǎng)分。(4)選擇能夠超富集重金屬和稀土元素的植物，如鐵芒萁能降低表層土壤的游離金屬濃度，避免游離金屬離子對其他植物種類生長的影響，從而為更多的植物物種在礦區(qū)定居提供較好的生境條件，進而形成較為穩(wěn)定的植物群落。簡麗華等［22］在對福建長汀稀土廢礦區(qū)進行植被恢復的過程中，在平坦地段選擇種植速生、耐寒、耐瘠薄、耐干旱、吸收NH+4能力強、根幅生長量較大的優(yōu)良無性系桉樹，其年生長量可達4m以上;在邊坡地區(qū)選擇種植復合型的草本植被，包括根系發(fā)達、耐旱性強、株叢高大的香根草、類蘆等禾本科草本植物和具有固土力強、匍匐生長速度快、吸收NH+4能力強等優(yōu)點的鴨拓草，其中禾本科植物可為鴨拓草提供較為有利的生境，而鴨拓草則可降低土壤中堿解氮的濃度，這樣各自發(fā)揮優(yōu)勢，達到了良好的護坡效果。曾敏等［19］在對江西安遠縣新龍離子型稀土礦邊坡區(qū)域進行修復時，選擇金色狗尾草雀稗馬塘等耐旱根系發(fā)達的植被，而在平坦地段選擇種植桉樹或臍橙，取得了很好的環(huán)境效益。總之，離子型稀土礦區(qū)的植被恢復應考慮不同區(qū)域的特點，有針對性地選擇植物，并根據(jù)群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置的多樣性原則進行合理規(guī)劃和設(shè)計，形成“草本植物+灌木+喬木”層次分明的良好生態(tài)模式。

2.3.3微生物修復技術(shù)微生物修復技術(shù)是將微生物接種在新種植的植物上，對礦區(qū)土壤進行綜合治理與改良，既可以改善植物的營養(yǎng)狀況，降低重金屬的毒性，促進植物的生長發(fā)育，又可利用根際微生物的代謝活動重新構(gòu)筑起土壤微生物體系，增加土壤生物的活性，從而加速礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的恢復［17］。目前，將微生物修復技術(shù)應用于離子型稀土礦區(qū)生態(tài)環(huán)境重構(gòu)過程的報道不多，僅見李兆龍等［23］對廣東省平遠縣離子型稀土礦區(qū)生態(tài)修復過程前后土壤細菌的變化過程進行了研究，發(fā)現(xiàn)生態(tài)修復后土壤細菌數(shù)量明顯上升，土壤細菌DNA多態(tài)性有所增加。因此，筆者建議未來在離子型稀土礦山生態(tài)環(huán)境重建方面加強微生物修復技術(shù)的研究和實踐。

3結(jié)語

離子型稀土礦的開采工藝經(jīng)歷了池浸工藝、堆浸工藝和原地浸礦工藝3個發(fā)展階段，各階段都會對環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，主要表現(xiàn)為礦區(qū)植被大面積破壞、水土流失嚴重、發(fā)生山體滑坡和泥石流等地質(zhì)災害、土壤鹽堿化、地表水和地下水污染等。應從污染控制(采取清污分流和人工防滲假底措施、建立3級監(jiān)控收液系統(tǒng)和地下水長期動態(tài)觀測網(wǎng)及氨氮廢水處理等)、工程治理(土地整理、排水系統(tǒng)工程及其他工程)和生態(tài)修復(土壤改良技術(shù)、植被恢復技術(shù)和微生物修復技術(shù))3方面對離子型稀土礦開采所產(chǎn)生的環(huán)境問題進行整治，以促進離子型稀土礦開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。

作者：羅才貴羅仙平蘇佳陳春飛韓冬雪單位：江西理工大學稀土學院江西省礦冶環(huán)境污染控制重點實驗室南方離子型稀土資源開發(fā)及應用省部共建重點實驗室