离子型稀土矿开采的 环境影响及治理措施

1 稀土矿的开采工艺

1.1 池浸工艺

我国离子型稀土矿中大约有 85%的稀土元素的存 在形式主要是离子，如高岭土、蒙脱等，含量在 0.05% ~0.30%左右。 常规的方法是采用物理选矿法对稀土矿 进行提纯，但是该方法很难将稀土矿加工成稀土精矿， 因此在离子型稀土矿的开采初期， 主要采用的是池浸 工艺，池浸工艺属于化学选矿法的一种，被称作是“搬 山运动”。 该工艺一般是将开采的原矿石放入浸取槽， 利用浸矿剂将稀土元素从原矿石中交换出来，其中，浸 矿剂一般选取 7%浓度的氯化钠溶液，然后再通过草酸 溶液将交换出来的稀土元素在沉淀池中沉淀， 最后经 过过滤、洗涤等一系列步骤，得到纯度较高的稀土氧化 物。 但是池浸工艺在开采过程主要依靠人工，工作效率低下，而且对生态环境造成严重影响，数据显示，每产 生 1t 稀土氧化物， 植被破坏160~200m2， 剥离表土约 300m3，对矿区的植被破坏严重，严重时会造成地形地 貌改变[10]，其次池浸工艺采用的氯化钠浸矿剂会产生 大量的浸矿废液， 部分企业为了减少成本直接将这些 浸矿废液对外排放， 使得其通过渗透作用进入到河流 中，影响植物的正常生长，矿区的土壤也可能因此受到 污染，产生盐碱化。

1.2 堆浸工艺

堆浸工艺对稀土矿的提取实质上是加强的池浸工 艺，两者的原理相似，都属于“搬山运动”，同样会对矿 区环境造成威胁。 相比池浸工艺而言，堆浸工艺提高 了稀土的生产效率，资源利用率也有所提高，对纯度较 低的矿石也有较好的提取效果， 并且堆浸工艺的机械 化程度更高，利用大型设备来开挖矿体，并将其堆积在 堆浸场中，再利用浓度为 1%~4%的硫酸铵溶液作为新 的浸矿剂，相比浓度为 7%的氯化钠溶液，低浓度的 硫酸铵溶液对水土的污染较小，而由于草酸造价昂贵， 选取碳酸氢铵作为新的沉淀剂， 既降低了提取稀土的 成本，又减少了对环境的影响程度。 但是由于堆浸工艺 是在池浸工艺的基础上改进的， 因此采用堆浸工艺对 稀土矿进行开采的过程中， 仍然会使矿区植被破坏严 重，也会产生大量的废渣、废液等，而部分堆浸场会循 环往复使用多次，影响堆浸场的质量，一旦发生泄漏， 对生态环境的破坏比池浸工艺更大。

1.3 原地浸矿工艺

虽然堆浸工艺相比池浸工艺对稀土矿的提取有所 提高，但是仍存在诸多缺点，针对这一现状，在 20 世 纪 90 年代， 我国研发出了原地浸矿工艺这种新的开 采工艺，在不破坏矿区表面植被的情况下对稀土矿进 行提取，这一方法在目前仍被认为是最环保的离子型 稀土矿的开采工艺 。 该工艺不用开挖原矿石，通过在矿区的表面挖掘一定数量的注液井，将配置好的硫酸铵浸出液经注液井流入矿体， 溶液中的 NH4+ 离 子会将矿体表面的稀土元素交换出来，将流出矿体的 稀土母液用集液沟收集起来，然后再利用碳酸铵溶液 将其沉淀得到稀土。 因为这种开采工艺不必挖掘矿 体，减少了矿区水土流失以及地形地貌改变，但是仍 会引起部分环境问题， 由于该工艺需要挖掘注液井， 造成矿体内部空虚， 当矿区遇到大范围的降雨时，可 能会发生山体滑坡等灾害;而残留的硫酸铵溶液长时 间侵蚀矿体，通过渗透作用会污染矿区的地下水以及 土壤等，同时也会加剧对植被的破坏作用;此外，浸取 液中的 NH4+ 会将一些重金属元素的化学形态发生变 化，这些重金属元素通过侧渗作用进入地下水进而造 成整个水体出现富营养化的问题。

2 稀土开采对环境产生的影响

2.1 大气污染

在稀土矿的开采过程中， 由于矿石破碎会产生大 量的粉尘，粉尘会随风向下风向扩散，导致矿区附近的 空气能见度降低，空气污染范围增大;而在稀土矿的提 取过程中，利用沉淀剂得到草酸稀土或碳酸稀土，需要 进行灼烧以得到氧化稀土，投资者为了节约成本，通常 的做法是在矿区就地灼烧， 燃烧产生了大量的 SO2、 CO、CO2 等气体，导致温室效应、酸雨等大气污染，对矿 区附近居民的正常生活和生产造成了影响， 同也对 周边环境的生态平衡发展具有一定的威胁。

2.2 水资源污染

目前采用的开采工艺主要是以原地浸矿工艺为主，经过浸出，沉淀等工序仍会产生大量的废水，这些 废水中含有草酸根，硫酸根等离子，导致废水的酸性 极强，但是绝大部分的废水是没有经过处理就直接对 外排放，严重污染了水体。 而且，堆积的尾砂会通过 淋滤作用进入水体，造成水中的重金属离子以及稀土元素的含量过高。此外稀土开采的过程中难免会有浸矿剂残留，经过降雨的冲刷和渗透作用，将会导致大量的重金属离子进入地下水造成严重的污染。

2.3 土壤环境损伤

在稀土矿的开采前期，主要采用的是池浸或堆浸工艺，对植被破坏严重，造成表土分离，而矿区植被的复垦率较低， 矿区基本没有对水土流失的保护措施，加上赣南地区雨季持续时间长， 导致严重的水土流失，使得土壤养分和有机肥减少，生产力降低;而由于 稀土开采产生的废渣、废液等污染物通过水体流入土壤，会增加土壤的重金属含量，改变土壤养分，严重时会使得土壤盐碱化， 矿区的可利用土地面积减少。

2.4 地质损害

地质损害同样是稀土矿开采产生的环境问题之一，不管是池浸工艺、堆浸工艺的“搬山运动”，还是原地浸矿工艺的“环保开采”对矿区附近的地质环境造成了不同程度的损害。 在稀土矿的开采过程中，池浸和 堆浸工艺都需要将矿区表层土进行剥离， 大面积的破 坏植被，造成矿区生态环境的改变，而原地池浸工艺挖 取较多数量的注液井，造成矿体内部结构不稳，极易发 生泥石流、滑坡、矿体崩塌等灾害。

3 环境污染的治理措施

3.1 浸出污染控制

尽管原地浸矿工艺的使用降低了污染， 但是由于开采过程中仍使用大量的浸矿剂， 其残留物对地下水和地表水的安全造成了威胁， 因此需要对浸出污染采取以下控制措施：①清污分流措施，主要是指利用矿区内的收液系统对地表水进行清污分流处理，防止废水、废液等汇集进入地表水造成污染; ②人工防渗假底措施，利用水泥砂浆在矿区的集液沟、收液巷道以及水平

监控孔等地的底板构筑人工防渗假底， 防止母液泄漏流入地下水和地表水造成污染;③建立收液监控系统，借助于原有的管道系统， 构建巷道—水平孔—垂直孔的三级收液监控系统， 降低母液的泄露率以减少对矿

区地下水及土壤的污染;④长期监测地下水，建立一个 包括采矿点地下水、 母液地下水和矿区下游地下水的动态监测系统， 通过系统掌握矿区的实时水质变化情况并作出相应的处理措施。

3.2 工程治理

受到稀土开采的影响， 矿区土壤以及山体的结构松散， 极易受降雨等外部条件的影响， 造成较大的危害，因此在对矿区的生态恢复前需进行工程治理处理。池浸以及堆浸开采工艺主要造成了矿区内部的采空区 和尾砂场区，其中采空区的结构相对坚稳，利用浸取池 和积液池的管道系统，在其表面挖掘沟渠，便于植被的复垦，尾砂场区由于尾砂堆积，可兴建拦沙坝进而防止水土的进一步流失;原地浸矿工艺对植被的破坏较小，但是由于浸矿剂的残留，矿区内部受到了严重的侵蚀，因此需要对回填的平地进行人工切坡， 形成稳定化的梯田，结合全南县的治理经验，首先应该将开采产生的较大的冲刷口填补， 形成梯形平台并对其进行平整;其次， 沿着平台的边界修建排水沟渠和土坎以阻截尾砂，排水沟渠的修建借助于原有的管道系统;最后尽可能地消减高陡边坡， 降低梯台的上坡面和下坡面之间的落差，加强边坡的稳定性，稳定基底以减少滑坡等危害。

3.3 生态修复

3.3.1 土壤改良。 土壤环境中缺少钾、磷等有机元素，造成土壤养分流失;而重金属等有害元素含量较高，影响土壤微生物的生长，造成土壤酶活性较低，严重损害植被恢复的程度。因此，在对矿区进行基质稳定化的同时，也要适量的增加土壤中的有机元素，对土壤的环境进行改良。 由于开采工艺不同，具体的处理措施也不同，对于采空区来讲，可采用喷浆工艺在其周围的土壤中添加纤维材料、各类肥料和土壤改良剂，用以提

高土壤的保水性，增强土壤颗粒的结构稳定性;对于尾砂场区，可根据植被种植地的实际土壤情况垒放客土，不仅可以加固梯田坡面的稳定性，同时还可以增加土壤的肥力; 对于原地浸矿工艺造成的注液井而言，首先需要对注液井回填客土，拌入动物粪便、农作物残留物等有机肥，其中富含的氮、磷、钾等元素不仅能为植物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新土壤有机质，促进微生物繁殖，改善土壤的理化性质和生物活性。

3.3.2 植被复垦。 植被复垦是进行生态修复的重要方式之一，数据显示，未经过植被复垦的矿区的土壤侵蚀速度是原矿区的 50 倍， 然而即使进行了矿区稳定化、土壤改良的措施，矿区的土壤环境依旧较差，并且客土的成本较高， 难以对矿区进行大面积覆盖，因此植被的选取是矿区植被能够恢复的关键问题，首先选取的植被应尽可能的是矿区原本的物种，其较外地物种更容易适应矿区的环境，同时还可减少外来物种入侵的可能性， 造成对矿区生态群落的扰动。 其次，在水土流失较严重的区域，多选择生命力强、生态周期短的生草灌，如山苍子、百喜草等植物。 此外，选取的植物可以对矿区的土壤进行良性改造，如豆类植物等，这些植物不仅仅是改善土壤的物理属性，同时还可增加土壤的有机物质， 使得更适合自身的生长，也有利于更多新物种的进入，形成良性循环。

3.4 企业合理开发

企业应在开发前对矿区原有的生态环境进行实际调查，作为生态修复的参照，包括水质地质、土壤等情况，在矿山实际开采的过程中，合理使用浸矿剂，尽可能地减少开采过程对当地生态造成较大的扰动;建立安全组织机构，避免开采不当对环境造成更大的损害，如在开采现场发现矿体存在较大空隙、裂缝等情况，及时停止开采过程。 此外，针对不同的矿区环境，尤其是开发难度较大的矿区，工作人员和特种作业人员需要持相应的证件上岗，同时需要对矿区的生态环境进行常态监测，制定切实有效的环境保护和恢复治理方案，组织专家举办听证会，对其进行论证，方案通过后，企业应严格按照方案执行，对开采后的矿区进行生态修复。

3.5 政府加强监管

政府应该加强监管措施，对矿山实行生产总量控制，政府按照计划下发生产指标，并且对稀土焙烧所用的燃料进行整改，禁止使用木柴、煤等污染较大的燃料，加大清洁燃料的使用，规范稀土市场的秩序，严格要求企业按照开采规则和指标对稀土进行开发。

4 结论

4.1 尽管原地浸矿工艺相比池浸、 堆浸工艺有了较大的改进， 但浸矿剂的残留经渗透作用进入地下水和土壤仍会造成环境污染，建议针对浸矿剂的浓度，注液强度等参数进行研究，根据实际确定合理的浓度。

4.2 早期稀土开采遗留下了大量的废弃矿山，矿区内的植被复垦率低下， 尽管采用改良剂提高土壤的有机质含量，但是成本高，改良效果差，建议研究保水多肥且低成本的新的改良剂。

4.3 由于稀土是不可再生的战略性资源，且稀土资源的利用率低下，造成了大量的资源浪费，建议进一步研究开采工艺，提高勘探技术，提高资源利用率，促进稀土行业的可持续发展。