王秀麗，張哲源，李恒凱

（1.江西理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西贛州341000；2.江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州341000）

稀土被稱(chēng)作“工業(yè)黃金”，因其具有優(yōu)良的光電磁等物理特性，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油化工、電子信息等領(lǐng)域[1，2]。稀土分為輕稀土和重稀土兩類(lèi)，其中重稀土更是與新材料，高端科技產(chǎn)品甚至尖端武器密切相關(guān)[3]。中國(guó)是稀土資源大國(guó)，已探明的稀土資源量約6588萬(wàn)噸，根據(jù)國(guó)務(wù)院新聞辦2012年發(fā)布的《中國(guó)的稀土狀況與政策》白皮書(shū)顯示，我國(guó)稀土儲(chǔ)量約占世界總儲(chǔ)量的23%，江西贛南更是擁有全國(guó)30%以上的離子型重稀土，素有“稀土王國(guó)”的美譽(yù)[4，5]。然而，隨著市場(chǎng)需求的逐步擴(kuò)大，投資者為了追求更大的利益迅速擴(kuò)張，但是由于過(guò)渡開(kāi)采、生產(chǎn)工藝落后、經(jīng)營(yíng)方式不合理等原因，使得稀土礦區(qū)附近的生態(tài)環(huán)境遭到了較為嚴(yán)重的破壞，而開(kāi)采產(chǎn)生的大量棄土廢渣堆積，在一定程度上也使得稀土礦區(qū)的土壤、河流等受到嚴(yán)重污染[6-8]。鑒于此，本研究通過(guò)分析稀土礦的開(kāi)采工藝，探索稀土礦開(kāi)采可能產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題并對(duì)此提出有效的建議，以期為其它研究者提供進(jìn)一步的參考。

1 稀土礦的開(kāi)采工藝

1.1 池浸工藝

我國(guó)離子型稀土礦中大約有85%的稀土元素的存在形式主要是離子，如高嶺土、蒙脫等，含量在0.05%～0.30%左右。常規(guī)的方法是采用物理選礦法對(duì)稀土礦進(jìn)行提純，但是該方法很難將稀土礦加工成稀土精礦，因此在離子型稀土礦的開(kāi)采初期，主要采用的是池浸工藝，池浸工藝屬于化學(xué)選礦法的一種，被稱(chēng)作是“搬山運(yùn)動(dòng)”[9]。該工藝一般是將開(kāi)采的原礦石放入浸取槽，利用浸礦劑將稀土元素從原礦石中交換出來(lái)，其中，浸礦劑一般選取7%濃度的氯化鈉溶液，然后再通過(guò)草酸溶液將交換出來(lái)的稀土元素在沉淀池中沉淀，最后經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌等一系列步驟，得到純度較高的稀土氧化物。但是池浸工藝在開(kāi)采過(guò)程主要依靠人工，工作效率低下，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，數(shù)據(jù)顯示，每產(chǎn)生1t稀土氧化物，植被破壞160～200m2，剝離表土約300m3，對(duì)礦區(qū)的植被破壞嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成地形地貌改變[10]，其次池浸工藝采用的氯化鈉浸礦劑會(huì)產(chǎn)生大量的浸礦廢液，部分企業(yè)為了減少成本直接將這些浸礦廢液對(duì)外排放，使得其通過(guò)滲透作用進(jìn)入到河流中，影響植物的正常生長(zhǎng)，礦區(qū)的土壤也可能因此受到污染，產(chǎn)生鹽堿化。

1.2 堆浸工藝

堆浸工藝對(duì)稀土礦的提取實(shí)質(zhì)上是加強(qiáng)的池浸工藝，兩者的原理相似，都屬于“搬山運(yùn)動(dòng)”，同樣會(huì)對(duì)礦區(qū)環(huán)境造成威脅[11]。相比池浸工藝而言，堆浸工藝提高了稀土的生產(chǎn)效率，資源利用率也有所提高，對(duì)純度較低的礦石也有較好的提取效果，并且堆浸工藝的機(jī)械化程度更高，利用大型設(shè)備來(lái)開(kāi)挖礦體，并將其堆積在堆浸場(chǎng)中，再利用濃度為1%～4%的硫酸銨溶液作為新的浸礦劑[12]，相比濃度為7%的氯化鈉溶液，低濃度的硫酸銨溶液對(duì)水土的污染較小，而由于草酸造價(jià)昂貴，選取碳酸氫銨作為新的沉淀劑，既降低了提取稀土的成本，又減少了對(duì)環(huán)境的影響程度。但是由于堆浸工藝是在池浸工藝的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，因此采用堆浸工藝對(duì)稀土礦進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，仍然會(huì)使礦區(qū)植被破壞嚴(yán)重，也會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣、廢液等，而部分堆浸場(chǎng)會(huì)循環(huán)往復(fù)使用多次，影響堆浸場(chǎng)的質(zhì)量，一旦發(fā)生泄漏，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞比池浸工藝更大。

1.3 原地浸礦工藝

雖然堆浸工藝相比池浸工藝對(duì)稀土礦的提取有所提高，但是仍存在諸多缺點(diǎn)，針對(duì)這一現(xiàn)狀，在20世紀(jì)90年代，我國(guó)研發(fā)出了原地浸礦工藝這種新的開(kāi)采工藝，在不破壞礦區(qū)表面植被的情況下對(duì)稀土礦進(jìn)行提取，這一方法在目前仍被認(rèn)為是最環(huán)保的離子型稀土礦的開(kāi)采工藝[13，14]。該工藝不用開(kāi)挖原礦石，通過(guò)在礦區(qū)的表面挖掘一定數(shù)量的注液井，將配置好的硫酸銨浸出液經(jīng)注液井流入礦體，溶液中的NH4+離子會(huì)將礦體表面的稀土元素交換出來(lái)，將流出礦體的稀土母液用集液溝收集起來(lái)，然后再利用碳酸銨溶液將其沉淀得到稀土。因?yàn)檫@種開(kāi)采工藝不必挖掘礦體，減少了礦區(qū)水土流失以及地形地貌改變，但是仍會(huì)引起部分環(huán)境問(wèn)題，由于該工藝需要挖掘注液井，造成礦體內(nèi)部空虛，當(dāng)?shù)V區(qū)遇到大范圍的降雨時(shí)，可能會(huì)發(fā)生山體滑坡等災(zāi)害；而殘留的硫酸銨溶液長(zhǎng)時(shí)間侵蝕礦體，通過(guò)滲透作用會(huì)污染礦區(qū)的地下水以及土壤等，同時(shí)也會(huì)加劇對(duì)植被的破壞作用；此外，浸取液中的NH4+會(huì)將一些重金屬元素的化學(xué)形態(tài)發(fā)生變化，這些重金屬元素通過(guò)側(cè)滲作用進(jìn)入地下水進(jìn)而造成整個(gè)水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題。

2 稀土開(kāi)采對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響

2.1 大氣污染

在稀土礦的開(kāi)采過(guò)程中，由于礦石破碎會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，粉塵會(huì)隨風(fēng)向下風(fēng)向擴(kuò)散，導(dǎo)致礦區(qū)附近的空氣能見(jiàn)度降低，空氣污染范圍增大；而在稀土礦的提取過(guò)程中，利用沉淀劑得到草酸稀土或碳酸稀土，需要進(jìn)行灼燒以得到氧化稀土，投資者為了節(jié)約成本，通常的做法是在礦區(qū)就地灼燒，燃燒產(chǎn)生了大量的SO2、CO、CO2等氣體，導(dǎo)致溫室效應(yīng)、酸雨等大氣污染，對(duì)礦區(qū)附近居民的正常生活和生產(chǎn)造成了影響，同時(shí)也對(duì)周邊環(huán)境的生態(tài)平衡發(fā)展具有一定的威脅。

2.2 水資源污染

目前采用的開(kāi)采工藝主要是以原地浸礦工藝為主，經(jīng)過(guò)浸出，沉淀等工序仍會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，這些廢水中含有草酸根，硫酸根等離子，導(dǎo)致廢水的酸性極強(qiáng)，但是絕大部分的廢水是沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就直接對(duì)外排放，嚴(yán)重污染了水體[15]。而且，堆積的尾砂會(huì)通過(guò)淋濾作用進(jìn)入水體，造成水中的重金屬離子以及稀土元素的含量過(guò)高。此外稀土開(kāi)采的過(guò)程中難免會(huì)有浸礦劑殘留，經(jīng)過(guò)降雨的沖刷和滲透作用，將會(huì)導(dǎo)致大量的重金屬離子進(jìn)入地下水造成嚴(yán)重的污染。

2.3 土壤環(huán)境損傷

在稀土礦的開(kāi)采前期，主要采用的是池浸或堆浸工藝，對(duì)植被破壞嚴(yán)重，造成表土分離，而礦區(qū)植被的復(fù)墾率較低，礦區(qū)基本沒(méi)有對(duì)水土流失的保護(hù)措施，加上贛南地區(qū)雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失，使得土壤養(yǎng)分和有機(jī)肥減少，生產(chǎn)力降低；而由于稀土開(kāi)采產(chǎn)生的廢渣、廢液等污染物通過(guò)水體流入土壤，會(huì)增加土壤的重金屬含量[16]，改變土壤養(yǎng)分，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得土壤鹽堿化，礦區(qū)的可利用土地面積減少。

2.4 地質(zhì)損害

地質(zhì)損害同樣是稀土礦開(kāi)采產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題之一，不管是池浸工藝、堆浸工藝的“搬山運(yùn)動(dòng)”，還是原地浸礦工藝的“環(huán)保開(kāi)采”對(duì)礦區(qū)附近的地質(zhì)環(huán)境造成了不同程度的損害[17]。在稀土礦的開(kāi)采過(guò)程中，池浸和堆浸工藝都需要將礦區(qū)表層土進(jìn)行剝離，大面積的破壞植被，造成礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的改變，而原地池浸工藝挖取較多數(shù)量的注液井，造成礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，極易發(fā)生泥石流、滑坡、礦體崩塌等災(zāi)害。

3 環(huán)境污染的治理措施

3.1 浸出污染控制

盡管原地浸礦工藝的使用降低了污染，但是由于開(kāi)采過(guò)程中仍使用大量的浸礦劑，其殘留物對(duì)地下水和地表水的安全造成了威脅，因此需要對(duì)浸出污染采取以下控制措施：①清污分流措施，主要是指利用礦區(qū)內(nèi)的收液系統(tǒng)對(duì)地表水進(jìn)行清污分流處理，防止廢水、廢液等匯集進(jìn)入地表水造成污染；②人工防滲假底措施，利用水泥砂漿在礦區(qū)的集液溝、收液巷道以及水平監(jiān)控孔等地的底板構(gòu)筑人工防滲假底，防止母液泄漏流入地下水和地表水造成污染；③建立收液監(jiān)控系統(tǒng)，借助于原有的管道系統(tǒng)，構(gòu)建巷道—水平孔—垂直孔的三級(jí)收液監(jiān)控系統(tǒng)，降低母液的泄露率以減少對(duì)礦區(qū)地下水及土壤的污染；④長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)地下水，建立一個(gè)包括采礦點(diǎn)地下水、母液地下水和礦區(qū)下游地下水的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)掌握礦區(qū)的實(shí)時(shí)水質(zhì)變化情況并作出相應(yīng)的處理措施。

3.2 工程治理

受到稀土開(kāi)采的影響，礦區(qū)土壤以及山體的結(jié)構(gòu)松散，極易受降雨等外部條件的影響，造成較大的危害，因此在對(duì)礦區(qū)的生態(tài)恢復(fù)前需進(jìn)行工程治理處理。池浸以及堆浸開(kāi)采工藝主要造成了礦區(qū)內(nèi)部的采空區(qū)和尾砂場(chǎng)區(qū)，其中采空區(qū)的結(jié)構(gòu)相對(duì)堅(jiān)穩(wěn)，利用浸取池和積液池的管道系統(tǒng)，在其表面挖掘溝渠，便于植被的復(fù)墾，尾砂場(chǎng)區(qū)由于尾砂堆積，可興建攔沙壩進(jìn)而防止水土的進(jìn)一步流失；原地浸礦工藝對(duì)植被的破壞較小，但是由于浸礦劑的殘留，礦區(qū)內(nèi)部受到了嚴(yán)重的侵蝕，因此需要對(duì)回填的平地進(jìn)行人工切坡，形成穩(wěn)定化的梯田，結(jié)合全南縣的治理經(jīng)驗(yàn)，首先應(yīng)該將開(kāi)采產(chǎn)生的較大的沖刷口填補(bǔ)，形成梯形平臺(tái)并對(duì)其進(jìn)行平整；其次，沿著平臺(tái)的邊界修建排水溝渠和土坎以阻截尾砂，排水溝渠的修建借助于原有的管道系統(tǒng)；最后盡可能地消減高陡邊坡，降低梯臺(tái)的上坡面和下坡面之間的落差，加強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，穩(wěn)定基底以減少滑坡等危害。

3.3 生態(tài)修復(fù)

3.3.1 土壤改良。土壤環(huán)境中缺少鉀、磷等有機(jī)元素，造成土壤養(yǎng)分流失；而重金屬等有害元素含量較高，影響土壤微生物的生長(zhǎng)，造成土壤酶活性較低，嚴(yán)重?fù)p害植被恢復(fù)的程度。因此，在對(duì)礦區(qū)進(jìn)行基質(zhì)穩(wěn)定化的同時(shí)，也要適量的增加土壤中的有機(jī)元素，對(duì)土壤的環(huán)境進(jìn)行改良。由于開(kāi)采工藝不同，具體的處理措施也不同，對(duì)于采空區(qū)來(lái)講，可采用噴漿工藝在其周?chē)耐寥乐刑砑永w維材料、各類(lèi)肥料和土壤改良劑，用以提高土壤的保水性，增強(qiáng)土壤顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；對(duì)于尾砂場(chǎng)區(qū)，可根據(jù)植被種植地的實(shí)際土壤情況壘放客土，不僅可以加固梯田坡面的穩(wěn)定性，同時(shí)還可以增加土壤的肥力；對(duì)于原地浸礦工藝造成的注液井而言，首先需要對(duì)注液井回填客土，拌入動(dòng)物糞便、農(nóng)作物殘留物等有機(jī)肥，其中富含的氮、磷、鉀等元素不僅能為植物提供全面營(yíng)養(yǎng)，而且肥效長(zhǎng)，可增加和更新土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)微生物繁殖，改善土壤的理化性質(zhì)和生物活性。

3.3.2 植被復(fù)墾。植被復(fù)墾是進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的重要方式之一，數(shù)據(jù)顯示，未經(jīng)過(guò)植被復(fù)墾的礦區(qū)的土壤侵蝕速度是原礦區(qū)的50倍，然而即使進(jìn)行了礦區(qū)穩(wěn)定化、土壤改良的措施，礦區(qū)的土壤環(huán)境依舊較差，并且客土的成本較高，難以對(duì)礦區(qū)進(jìn)行大面積覆蓋，因此植被的選取是礦區(qū)植被能夠恢復(fù)的關(guān)鍵問(wèn)題，首先選取的植被應(yīng)盡可能的是礦區(qū)原本的物種，其較外地物種更容易適應(yīng)礦區(qū)的環(huán)境，同時(shí)還可減少外來(lái)物種入侵的可能性，造成對(duì)礦區(qū)生態(tài)群落的擾動(dòng)。其次，在水土流失較嚴(yán)重的區(qū)域，多選擇生命力強(qiáng)、生態(tài)周期短的生草灌，如山蒼子、百喜草等植物。此外，選取的植物可以對(duì)礦區(qū)的土壤進(jìn)行良性改造，如豆類(lèi)植物等，這些植物不僅僅是改善土壤的物理屬性，同時(shí)還可增加土壤的有機(jī)物質(zhì)，使得更適合自身的生長(zhǎng)，也有利于更多新物種的進(jìn)入，形成良性循環(huán)。

3.4 企業(yè)合理開(kāi)發(fā)

企業(yè)應(yīng)在開(kāi)發(fā)前對(duì)礦區(qū)原有的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行實(shí)際調(diào)查，作為生態(tài)修復(fù)的參照，包括水質(zhì)地質(zhì)、土壤等情況，在礦山實(shí)際開(kāi)采的過(guò)程中，合理使用浸礦劑，盡可能地減少開(kāi)采過(guò)程對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)造成較大的擾動(dòng)；建立安全組織機(jī)構(gòu)，避免開(kāi)采不當(dāng)對(duì)環(huán)境造成更大的損害，如在開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)礦體存在較大空隙、裂縫等情況，及時(shí)停止開(kāi)采過(guò)程。此外，針對(duì)不同的礦區(qū)環(huán)境，尤其是開(kāi)發(fā)難度較大的礦區(qū)，工作人員和特種作業(yè)人員需要持相應(yīng)的證件上崗，同時(shí)需要對(duì)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行常態(tài)監(jiān)測(cè)，制定切實(shí)有效的環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)治理方案，組織專(zhuān)家舉辦聽(tīng)證會(huì)，對(duì)其進(jìn)行論證，方案通過(guò)后，企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照方案執(zhí)行，對(duì)開(kāi)采后的礦區(qū)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

3.5 政府加強(qiáng)監(jiān)管

政府應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)管措施，對(duì)礦山實(shí)行生產(chǎn)總量控制，政府按照計(jì)劃下發(fā)生產(chǎn)指標(biāo)，并且對(duì)稀土焙燒所用的燃料進(jìn)行整改，禁止使用木柴、煤等污染較大的燃料，加大清潔燃料的使用，規(guī)范稀土市場(chǎng)的秩序，嚴(yán)格要求企業(yè)按照開(kāi)采規(guī)則和指標(biāo)對(duì)稀土進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

4 結(jié)論

4.1 盡管原地浸礦工藝相比池浸、堆浸工藝有了較大的改進(jìn)，但浸礦劑的殘留經(jīng)滲透作用進(jìn)入地下水和土壤仍會(huì)造成環(huán)境污染，建議針對(duì)浸礦劑的濃度，注液強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行研究，根據(jù)實(shí)際確定合理的濃度。

4.2 早期稀土開(kāi)采遺留下了大量的廢棄礦山，礦區(qū)內(nèi)的植被復(fù)墾率低下，盡管采用改良劑提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量，但是成本高，改良效果差，建議研究保水多肥且低成本的新的改良劑。

4.3 由于稀土是不可再生的戰(zhàn)略性資源，且稀土資源的利用率低下，造成了大量的資源浪費(fèi)，建議進(jìn)一步研究開(kāi)采工藝，提高勘探技術(shù)，提高資源利用率，促進(jìn)稀土行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。