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。隨著科學技術的進步和我國生態(tài)環(huán)境保護制度的逐步完善，離子型稀土開采技術也在研究與實踐中不斷改進和完善。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，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，同時硫酸銨帶來了嚴重的氨氮污染問題，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，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)境的影響進行分析，剖析不同浸礦方式對生態(tài)造成的破壞程度，結合環(huán)境質(zhì)量標準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構或混凝土結構的浸礦池，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

池浸開采首先要剝離礦山的植被和表土，開挖出品位高的礦石進行浸礦，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，導致土壤鹽堿化、板結，部分礦山開采后寸草不生，經(jīng)雨水沖刷后甚至會污染地下水。沉淀劑草酸pH值較低，泄漏到環(huán)境中導致周邊土壤和水體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上進行改進，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，同時布置好收液溝、集液管、導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，工程機械設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)雨水沖刷進入周邊環(huán)境中，導致礦區(qū)土壤及周邊的水體氨氮超標嚴重，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)境保護制度的逐步完善，同時人們認識到生態(tài)環(huán)境保護的重要性。為減輕離子型稀土礦山開采生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的問題，科研工作者經(jīng)科技攻關，在堆浸工藝的基礎上研發(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，在礦體地表布設注液管網(wǎng)，同時在礦山底部布設集液溝或在礦體底部開挖巷道和布導流孔等集液工程，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，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準[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，離子型稀土開采過程中滲漏的化學試劑溶液會引起土壤及地下水pH值變化，甚至會因土壤pH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合而形成的鹽類化合物。當水中的Cl-達到一定濃度時，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。如當水中氯化物濃度達到250 mg/L，與鈉離子結合會使人察覺出咸味；而當水中氯化物濃度達170 mg/L與鎂離子結合會使人察覺出苦味。不同陽離子與Cl-結合使人產(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?shù)厍治g基準面以上，礦體非均質(zhì)及底板較完整，或者礦床開采技術條件相對簡單，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、滑坡風險等均提出了要求。

3.1.2 分區(qū)防滲

離子型稀土礦開采時要加強管理，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)和地表匯清水進行分流，從源頭上控制地表徑流水及雨水等進入母液收集系統(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，工程中使用的設備、管道等設施均需做好防漏措施，提高浸出液回收率，同時從源頭上減少母液進入地下水和地表水，降低環(huán)境污染的風險。

3.2 監(jiān)測回收系統(tǒng)

在浸釆過程中，應加強對注液量、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。要加強礦山巡查和監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)滑坡地質(zhì)災害征兆，以便采取預防和控制措施，對存在高陡邊坡的擬采礦塊應建立邊坡變形監(jiān)控預警系統(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，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充生產(chǎn)用水，一旦監(jiān)測有母液滲漏，及時收集滲漏的母液返回生產(chǎn)流程，實現(xiàn)閉路循環(huán)。環(huán)?；厥站欠揽氐叵滤廴局匾脑O施。

2)礦塊外圍需布置若干浸出液監(jiān)測井，一般設置在礦塊山腳集液溝外圍，井深達到潛水層或基巖，對監(jiān)測井中的水進行監(jiān)測，及時回收泄漏的浸出液。布設原地浸礦采場、母液處理車間和礦區(qū)下游地下水長期動態(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，及時采取措施，防止污染擴散。

3.3 生態(tài)修復與環(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)境保護與恢復治理方案、水土保持方案及土地復墾等方案，按照方案進行礦山生態(tài)、地質(zhì)環(huán)境恢復治理和礦區(qū)土地復墾[30]。礦塊開采前應對預采礦塊是否存在滑坡、坍塌風險進行預測。對存在較大滑坡、坍塌風險礦塊，暫不開采，并采取措施保護起來；對存在較小滑坡、坍塌風險的預采礦塊，應做好防滑坡、防坍塌工程。防滑坡、坍塌工程設計施工應參照相關標準執(zhí)行，同時應加強后續(xù)監(jiān)控及巡查，及時發(fā)現(xiàn)滑坡、坍塌征兆，為采取進一步防控措施爭取時間。浸采結束后，對生產(chǎn)廢水進行治理達標后排放，對注液井、集液溝、工藝池等設施進行恢復礦山原貌處理，并做好復墾工作。

4 結論

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和開采后的生態(tài)修復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。因山體結構的差異性，浸出液的收集難以完全掌控，先進的母液收集工程、完善的防滲措施和科學合理的浸出液監(jiān)測回收系統(tǒng)是離子型稀土綠色開采的重要工程。