离子型稀土矿开采与生态环境影响

王 明，洪 侃，李 健

(赣州有色冶金研究所有限公司，江西 赣州 341000)

自离子型稀土矿发现至今，一直采用溶液浸矿工艺开采。随着科学技术的进步和我国生态环境保护制度的逐步完善，离子型稀土开采技术也在研究与实践中不断改进和完善。按溶液浸矿工艺的浸矿方式可以分为池浸工艺、堆浸工艺和原地浸矿工艺三种，这三种开采方式对矿区生态造成的影响程度各不相同。原地浸矿工艺有对矿区地表植被破坏程度小、尾矿无需异地堆放、开采前后矿区植被和地貌变化小等优点，因此得到广泛的推广。离子型稀土开采历程中，溶浸剂大量工业化的有氯化钠、硫酸铵，因氯化钠造成土壤盐碱化的问题，目前工业上大面积采用硫酸铵作为溶浸剂，同时硫酸铵带来了严重的氨氮污染问题，因此，我国大量科研工作者正寻找一种新型无氨氮污染溶浸剂，现阶段正在研究的无铵溶浸剂有镁盐、铝盐等[1-6]。研发新型溶浸剂的同时，本文就离子型稀土发展历程中不同浸取工艺和溶浸剂对生态环境的影响进行分析，剖析不同浸矿方式对生态造成的破坏程度，结合环境质量标准要求分析各种溶浸剂浸矿给矿区带来不同的污染因子对环境的影响，论述了离子型稀土开采中生态环境防治措施，为离子型稀土矿山开采过程生态环境保护提供一定的理论依据。

1 离子型稀土矿浸矿方式与生态环境影响

1.1 池浸工艺与生态环境影响

池浸工艺是最早形成的第一代工业化离子型稀土矿开采方式，工业上大量采用的溶浸剂以氯化钠为主，沉淀剂以草酸为主。池浸工艺首先需建造一些砖混结构或混凝土结构的浸矿池，浸矿池容积一般较小，池底沿收液方向倾斜，浸出的浸出液会顺着倾斜角流向收集池。浸矿池底部设置人工底板和过滤介质，将筛选出粒度较小、品位较高的稀土原矿堆在人工底板上方，然后注入氯化钠溶液浸矿，浸出浓度较低的母液循环浸矿，浓度较高的浸出液用草酸沉淀[7]，简易工艺流程如图1所示。

图1 离子型稀土矿池浸工艺简易流程图

池浸开采首先要剥离矿山的植被和表土，开挖出品位高的矿石进行浸矿，表土、尾矿和低品位矿石的异地堆放给矿山生态带来非常大的影响，造成矿山开采后水土流失严重，引起矿山沙漠化。采用氯化钠溶浸剂残留在离子型稀土尾矿中，导致土壤盐碱化、板结，部分矿山开采后寸草不生，经雨水冲刷后甚至会污染地下水。沉淀剂草酸pH值较低，泄漏到环境中导致周边土壤和水体pH值降低。离子型稀土矿山开采历程中，池浸工艺开采对矿区生态环境影响非常大，目前还遗留了大面积的污染地块[8]，池浸工艺已列为淘汰类生产工艺。

1.2 堆浸工艺与生态环境影响

随着机械化发展，池浸已无法满足开采需求，科研工作者在池浸的基础上进行改进，研发了离子型稀土矿堆浸工艺开采，主要采用的是溶浸剂硫酸铵，沉淀剂碳酸氢铵。堆浸工艺是在堆场上方先布置好防渗层，防止浸出液渗漏到土壤中，同时布置好收液沟、集液管、导流管等浸出液收集工程，然后再把离子型稀土矿石堆放在收集系统上方，在堆顶注入溶浸剂，浸出液经矿堆底部集液系统收集。与池浸工艺相比，工程机械设备的使用大大提高了工作效率，降低了筑堆的成本，使低品位离子型稀土矿开采也具有了价值，减少了低品位离子型稀土矿石丢弃现象的发生，但矿山开采规模急剧加大，造成了大规模的生态破坏[9]，简易工艺流程如图2所示。

图2 离子型稀土矿堆浸工艺简易流程图

堆浸工艺剥离表土、破坏植被、转运矿石、尾砂堆积等问题依然存在，因其开采规模更大，大量的表土剥离和尾砂堆积，对生态环境的影响范围更广。堆浸工艺用硫酸铵作为溶浸剂，用量较大，致使大量的硫酸铵残存在尾矿中，经雨水冲刷进入周边环境中，导致矿区土壤及周边的水体氨氮超标严重，硫酸根也对水体有一定的污染，堆浸工艺已列为淘汰类生产工艺。

1.3 原地浸矿工艺与生态环境影响

随着环境保护制度的逐步完善，同时人们认识到生态环境保护的重要性。为减轻离子型稀土矿山开采生态环境破坏严重的问题，科研工作者经科技攻关，在堆浸工艺的基础上研发出了原地浸矿开采工艺。原地浸矿开采工艺首先要破坏少量矿山植被，在矿体地表布设注液管网，同时在矿山底部布设集液沟或在矿体底部开挖巷道和布导流孔等集液工程，从注液管网注入溶浸液，浸出的浸出液经集液系统收集[10-13]，简易流程如图3所示，部分工业应用工程如图4所示。

图3 离子型稀土矿原地浸矿工艺简易流程图

图4 离子型稀土矿原地浸矿部分工程图

原地浸矿开采方式与池浸、堆浸开采方式相比，具有非常明显的优势，如开采效率高、对矿区植被破坏程度小、无尾砂异地堆存等优点，因而原地浸矿开采工艺在离子型稀土矿山开采中得到广泛的应用，目前还是离子型稀土开采的最佳工艺。但原地浸矿相比于池浸工艺和堆浸工艺，缺点是浸矿液的浸矿途径、母液收集更难控制。原地浸矿母液收率低，易发生浸出液渗漏，污染矿区周边土壤及水体，采空区内残留溶浸剂受雨水冲刷也会对环境造成污染，且经原地浸矿开采的离子型稀土矿山存有山体滑坡等安全隐患[14-15]。

2 离子型稀土开采溶浸剂产生的污染因子

2.1 pH的污染

pH是水溶液酸碱程度的衡量标准[19]。离子型稀土开采过程中，使用的溶浸剂和沉淀剂是不同的盐类，呈酸性、中性和碱性，若土壤对酸或碱的缓冲能力较弱时，离子型稀土开采过程中渗漏的化学试剂溶液会引起土壤及地下水pH值变化，甚至会因土壤pH值变化引起二次污染[20]。

2.2 氨氮污染

2.3 总硬度的污染

2.4 氯化物污染

氯化物是指Cl-和带正电的阳离子结合而形成的盐类化合物。当水中的Cl-达到一定浓度时，常常和钙、镁、钠等离子共同使水产生不同的味觉，给水质带来感官污染。如当水中氯化物浓度达到250 mg/L，与钠离子结合会使人察觉出咸味；而当水中氯化物浓度达170 mg/L与镁离子结合会使人察觉出苦味。不同阳离子与Cl-结合使人产生的味觉不同，所以饮用水对氯化物含量有要求，饮用水中氯化物含量大得高于250 mg/L；且工业行业作为生产用水的氯化物含量也不能太高[23-25]。离子型稀土历史开采中采用的氯化物作为溶浸剂会引起矿区水体氯化物增高，影响水资源的开发与利用。

3 离子型稀土开采过程中的生态环境保护措施

3.1 源头控制

3.1.1 矿体的选择

原地浸矿工艺集液工程对矿体赋存的要求较高，要求矿体全部位于当地侵蚀基准面以上，矿体非均质及底板较完整，或者矿床开采技术条件相对简单，能够采用工程手段有效控制浸出液回收率，而且对矿体渗透性、滑坡风险等均提出了要求。

3.1.2 分区防渗

离子型稀土矿开采时要加强管理，一方面要确保把溶浸剂溶液按要求注入到矿体；另一方面要防止浸出液泄漏污染矿区土壤及地下水环境，浸出过程需采取有效的防控措施[26-27]。

1)清污分流，对原地浸矿采场的收液系统和地表汇清水进行分流，从源头上控制地表径流水及雨水等进入母液收集系统，防止收集的浸出液浓度被其他水体稀释。

2)防渗工程，原地浸矿采场所有收液巷道、导流孔、集液沟、集液池、避水沟、车间工艺池的底板均需做防渗处理，工程中使用的设备、管道等设施均需做好防漏措施，提高浸出液回收率，同时从源头上减少母液进入地下水和地表水，降低环境污染的风险。

3.2 监测回收系统

在浸釆过程中，应加强对注液量、浸出液量、母液浓度及监测孔(井)、环保回收井的日常监测记录工作。要加强矿山巡查和监测，及时发现滑坡地质灾害征兆，以便采取预防和控制措施，对存在高陡边坡的拟采矿块应建立边坡变形监控预警系统，监测矿山边坡的稳定性[28-29]。

1)在矿块下游合适的位置布置若干环保井，在抽取环保井地下水时，会在围绕抽取的中心区域，形成地下水降落漏斗。地下水降落漏斗在潜水层中表现为漏斗状的地下水水面凹面。抽取的浅层水为矿山补充生产用水，一旦监测有母液渗漏，及时收集渗漏的母液返回生产流程，实现闭路循环。环保回收井是防控地下水污染重要的设施。

2)矿块外围需布置若干浸出液监测井，一般设置在矿块山脚集液沟外围，井深达到潜水层或基岩，对监测井中的水进行监测，及时回收泄漏的浸出液。布设原地浸矿采场、母液处理车间和矿区下游地下水长期动态监测系统，掌握原地浸矿区域及周边地下水的水质变化情况，一旦发现有污染因子超标，及时采取措施，防止污染扩散。

3.3 生态修复与环境治理

离子型稀土矿山要依法依规“边开采，边治理”，编制矿山地质环境保护与恢复治理方案、水土保持方案及土地复垦等方案，按照方案进行矿山生态、地质环境恢复治理和矿区土地复垦[30]。矿块开采前应对预采矿块是否存在滑坡、坍塌风险进行预测。对存在较大滑坡、坍塌风险矿块，暂不开采，并采取措施保护起来；对存在较小滑坡、坍塌风险的预采矿块，应做好防滑坡、防坍塌工程。防滑坡、坍塌工程设计施工应参照相关标准执行，同时应加强后续监控及巡查，及时发现滑坡、坍塌征兆，为采取进一步防控措施争取时间。浸采结束后，对生产废水进行治理达标后排放，对注液井、集液沟、工艺池等设施进行恢复矿山原貌处理，并做好复垦工作。

4 结论

1)离子型稀土矿山原地浸矿工艺是目前最佳的开采方式，但是开采过程中，会对矿山表土植被造成一定程度上的破坏，开采过程的植被保护和开采后的生态修复是离子型稀土绿色开采的重要措施。

2)离子型稀土原地浸矿开采选用任何溶浸剂，均会对矿区土壤及周边地表水、地下水带来不同的污染因子，因此，离子型稀土开采过程中污水收集及污水治理是防治矿山环境污染的唯一途径。

3)离子型稀土开采原地浸矿过程中，前置条件是甄别矿块条件是否适合开采，不符合原地浸矿工艺开采条件的矿山待技术改善后再开采，确保开采矿块的稳定性，防止发生山体滑坡。因山体结构的差异性，浸出液的收集难以完全掌控，先进的母液收集工程、完善的防渗措施和科学合理的浸出液监测回收系统是离子型稀土绿色开采的重要工程。