姚棟偉 程 莉 李天慈 汪 洋

(1.中鋁廣西有色稀土開發(fā)有限公司，廣西 南寧 530022；2.中南勘察設(shè)計院有限責任公司，湖北 武漢 430071； 3.中國地質(zhì)大學(武漢)，湖北 武漢 430074)

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稀土礦不同開采方式引發(fā)地質(zhì)環(huán)境問題及治理

姚棟偉1程 莉2李天慈3汪 洋3

(1.中鋁廣西有色稀土開發(fā)有限公司，廣西 南寧 530022；2.中南勘察設(shè)計院有限責任公司，湖北 武漢 430071； 3.中國地質(zhì)大學(武漢)，湖北 武漢 430074)

介紹了南方稀土礦山主要的開采方式，分析了堆(池)浸工藝與原地浸礦工藝引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問題，并提出了稀土礦地質(zhì)環(huán)境保護的基本原則與地質(zhì)災(zāi)害的處理措施，有助于減少地質(zhì)環(huán)境問題的發(fā)生。

稀土礦，堆浸工藝，原地浸礦工藝，地質(zhì)環(huán)境

0 引言

江西、廣西等地是我國稀土礦的重要分布區(qū)，這些礦區(qū)多為離子型稀土礦，南方地區(qū)稀土開采方式主要有池浸、堆浸和原地浸礦等三種，其中池浸和堆浸兩種方式對生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，逐步被禁止使用，原地浸礦工藝因其對植被破壞相對較少而受到推廣。

稀土在開采過程中存在水土流失和污染等嚴重的地質(zhì)環(huán)境問題。對礦區(qū)造成不可避免的生態(tài)衰退與環(huán)境惡化，給當?shù)鼐用裆a(chǎn)生活帶來很大危害。在對稀土礦山地質(zhì)環(huán)境問題進行合理的評估和充分的認識基礎(chǔ)上，對礦區(qū)進行綜合治理，能有效的減輕甚至避免一系列地質(zhì)環(huán)境問題[1]。

1 南方稀土礦山主要開采方式

1.1 堆(池)浸工藝

池浸工藝先除去地表植被，剝離礦體覆土，然后采掘礦石，將礦石搬入池中，并加入浸礦液浸出稀土，浸礦后的尾砂被運移至排土場。堆浸其實質(zhì)仍是池浸工藝，只是將露天開采的礦石放入人造堆浸池中。這兩種需要大量剝離表土的生產(chǎn)工藝稱為“搬山運動”[3]。其嚴重破壞植被造成水土流失，甚至是更嚴重的自然災(zāi)害，對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境造成毀滅性破壞。據(jù)統(tǒng)計，池浸、堆浸工藝需破壞160 m2～200 m2的地表植被才能生產(chǎn)1 t稀土氧化物[4]。為了研究的方便，本文只研究堆浸和原地浸礦這兩種生產(chǎn)工藝對地質(zhì)環(huán)境的影響。

1.2 原地浸礦工藝

原地浸礦工藝破壞較少地表植被，不剝離表土開挖礦石，而在礦體地表按一定距離開挖注液孔，將已配好的浸礦劑(硫酸銨)通過注液管緩慢加注到每個注液孔中。浸礦劑與礦石中的稀土離子進行置換反應(yīng)，使稀土浸出，在礦體底部修建集液巷道來回收浸礦液。浸礦液經(jīng)除雜、凈化、澄清、沉淀即可提取稀土。

1.3 兩種工藝的區(qū)別

堆浸生產(chǎn)工藝為露天開采，采選分離；原地浸礦生產(chǎn)工藝為溶浸開采，采選合一。堆浸生產(chǎn)工藝的明顯特征是造成地形地貌的顯著變化，而原地浸礦生產(chǎn)工藝基本不會改變地形地貌[5]。原地浸礦工藝稀土提取率較高，效率高，成本低，環(huán)境友好，目前已成為離子吸附型稀土提取的主流工藝。

2 堆(池)浸生產(chǎn)工藝引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問題

堆浸生產(chǎn)工藝造成的環(huán)境破壞方式包括露天開采造成的植被破壞，采場植被破壞后生態(tài)未及時恢復造成的水土流失，尾礦堆滑坡，尾礦堆和堆浸的溶浸液泄漏造成的水土污染等方面。

2.1 土體剝離形成不穩(wěn)定邊坡

堆(池)浸生產(chǎn)工藝是剝離地表土壤，對礦體進行開挖[6]，采礦會形成一系列欠穩(wěn)定的人工挖方邊坡，坡面傾角變大。坡面無有效土層，大部分地段風化層也被剝離，下部花崗巖巖層裸露，加速其風化剝蝕，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定性被破壞，植被被破壞殆盡，加劇了滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性。

2.2 水土流失

堆(池)浸工藝中抽吸掉池底或堆場底流出的硫酸銨浸出液后會形成大量棄渣，最終形成規(guī)模龐大的尾礦堆(見圖1)。若對尾砂堆缺少有效的防治措施，每到雨季便泥流成河，發(fā)生嚴重的水土流失。大量的尾砂下泄往往造成礦區(qū)下游河床在短期內(nèi)被淤塞抬高，河流斷流，大規(guī)模壓占農(nóng)田、淤塞河道、淹沒公路等一系列生態(tài)和社會問題[7]。尾砂堆為泥石流的形成提供了物源條件，當固體廢物攔擋設(shè)施不全時，發(fā)生泥石流等地質(zhì)災(zāi)害可能性將大大增高。

2.3 水土污染

2.4 地形地貌景觀破壞

堆浸工藝對礦山表面土體進行剝離導致大面積的地表植被和土壤被破壞，從而改變了土地的利用方式和當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境[5]，由于南方地區(qū)降雨量大，雨水充沛，會產(chǎn)生嚴重水土流失現(xiàn)象，極易導致采礦區(qū)土地砂化板結(jié)。采礦對山體剝離嚴重，地表起伏不平，對原生地形地貌景觀破壞極大，且尾礦砂的大規(guī)模堆積也嚴重影響了地貌景觀，采礦活動占用、破壞了大量的土地資源。

3 原地浸礦生產(chǎn)工藝引發(fā)地質(zhì)環(huán)境問題

原地浸礦生產(chǎn)具有開采成本較低、年產(chǎn)量大、速度較快、能減少水土流失和環(huán)境污染、對地表破壞有所減小、基本不產(chǎn)生廢渣(尾礦)等顯著的優(yōu)點[10]，但其生產(chǎn)過程仍會對地質(zhì)環(huán)境造成相當大的破壞。原地浸礦生產(chǎn)工藝造成的環(huán)境破壞主要來自注液井布置造成的植被破壞，采場滑坡塌陷以及溶浸液滲漏地下造成的地下水污染等方面。

3.1 地表植被破壞

雖然原地浸礦不需要完全剝離地表土，但仍需在山體中上部開挖眾多注液洞(見圖2)、淺槽和集液溝，地表約1/3的植被會被破壞。原地浸礦工藝動土量較少，表面上減少了水土流失[11]。原地浸礦區(qū)的坡溝谷底仍然淤積大量泥砂，因浸礦劑的侵蝕，土壤結(jié)構(gòu)也變得更加松弛。浸析后的山體水土流失現(xiàn)象仍很普遍，易產(chǎn)生滑坡。

3.2 采場滑坡

浸礦液的注入導致巖土體中含水量增加，土體自重加大，礦體的浸出導致巖土體的孔隙度加大，這些均導致了斜坡巖土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，內(nèi)聚力及摩擦力降低，抗剪強度降低，隨著時間的推移，滿山遍坡的注液孔易引起大量小型滑坡的發(fā)生。在贛南某稀土礦區(qū)調(diào)查中，其原地浸礦區(qū)內(nèi)不到2 km2的范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)小型滑坡40余處。

3.3 水土污染

原地浸礦使用的浸礦劑濃度較高，且注入量遠大于堆(池)浸工藝，礦體中殘留的浸礦劑量也較大，如果收集浸出液的集液溝防滲處理不當，含重金屬和稀土離子的廢液可能污染地下水和土壤。廢液注入風化層后，又以側(cè)向排泄方式向溝谷、溪流排泄進而注入地表水體，導致大規(guī)模水體酸化(如圖3所示)。表1為某稀土礦原地浸礦區(qū)水樣水質(zhì)分析結(jié)果表，可以看出，該稀土礦礦區(qū)地表水及地下水發(fā)生一定程度的酸化，污染元素硝酸根及亞硝酸根、硫酸根、氨氮均超出水質(zhì)標準，其污染物主要來源為礦山采礦使用的浸礦液。相對比，地表水酸化較明顯，而地下水則較輕微。

表1 水質(zhì)分析結(jié)果表

分析項目溪溝水溪溝水地下水K+/mg·L-12.1412.8210.64Na+/mg·L-11.973.2412.64Ca2+/mg·L-12.4864.0011.65Mg2+/mg·L-11.749.062.21NH+4/mg·L-10.610.161.87總Fe2+/mg·L-10.320.110.11Cl-/mg·L-16.28602.505.91SO2-4/mg·L-18.1574.5038.60HCO-3/mg·L-136.47179.4057.88CO2-3/mg·L-15.690.000.00OH-/mg·L-10.000.000.00NO-3/mg·L-17.0030.508.50NO-2/mg·L-10.000.140.14PO3-4/mg·L-10.050.040.04游離CO2—247.308.28侵蝕性CO2—98.946.96總硬度13.37197.338.21溶蝕性總固體64.0396.0272.0色度/度38.001.001.00濁度/度1.9505.4753.250總礦化度45.44812.9294.94pH7.356.856.7

3.4 地貌景觀影響

原地浸礦采礦工程中需砍伐喬木灌木、對植被進行部分清除，修建配液池、高位池，鉆孔、修建管路，開挖集液溝、集液池等，對地表植被和地形地貌景觀也會造成一定程度的影響，對植被的短期恢復影響較大，尤其是山頂、山梁部位由于高位池的修建、注液管路的安裝等原因，所以受采礦活動的影響較大。同時，原地浸礦引發(fā)的一些滑坡地質(zhì)災(zāi)害，也會影響到地形地貌景觀。

4 稀土礦地質(zhì)環(huán)境保護與治理恢復

4.1 基本原則

1)應(yīng)遵循自然規(guī)律和經(jīng)濟規(guī)律，符合行業(yè)相關(guān)的法律法規(guī)，因地制宜，進行綜合治理。2)應(yīng)在礦山地質(zhì)環(huán)境進行全方面評估的基礎(chǔ)上進行。根據(jù)評估得出各類危害發(fā)生的可能性及需要做出的安全防護措施。3)應(yīng)結(jié)合礦山服務(wù)年限和銜接發(fā)展規(guī)劃，按照輕重緩急、分階段實施的原則，提出年度實施計劃，形成完整的地質(zhì)環(huán)境的治理方案。

4.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害治理措施

1)滑坡與欠穩(wěn)定邊坡防治。對于已經(jīng)發(fā)生的滑坡，若處于荒山荒溝中、對人類生產(chǎn)生活沒有影響的，可不進行專門的工程治理，但需要進行坡面整平、生態(tài)恢復、植樹植草，進行水土保持；對影響礦區(qū)內(nèi)居民生活、道路交通安全、堵塞河道的必須盡早發(fā)現(xiàn)及時治理；對于欠穩(wěn)定邊坡應(yīng)加強監(jiān)測，必要時采取削坡等措施。原地浸礦工藝較復雜，造成的滑坡等地質(zhì)災(zāi)害具有不確定性的特點，因此在采礦過程中各項工作必須符合操作流程，優(yōu)化注液、集液工藝，減少滑坡災(zāi)害的發(fā)生。2)泥石流防治。對由尾礦砂堆填的溝谷、河道進行疏通，清理淤積尾砂，增強其排水能力。疏通河道，加強排水系統(tǒng)，溝谷兩側(cè)坡面進行生態(tài)復綠，必要時修建攔砂壩、排水溝等，以減少水土流失。

4.3 土地資源保護與恢復措施

堆(池)浸礦區(qū)土地荒漠化現(xiàn)象普遍，土壤極度缺少有機質(zhì)，營養(yǎng)缺乏或不均衡。栽種植物之前應(yīng)在礦區(qū)不同地方進行土壤養(yǎng)分測定，以此制定相應(yīng)的具體改土方案，因地制宜地采取綜合的處理措施。

4.4 地形地貌景觀恢復防治

對礦區(qū)植被遭到破壞的區(qū)域，當因地制宜，分別種植果樹、松樹等，對土地進行復綠。

5 結(jié)語

1)堆浸生產(chǎn)工藝造成的環(huán)境破壞包括露天開采造成的植被破壞，采場植被破壞后生態(tài)未及時恢復造成的水土流失，尾礦堆滑坡，尾礦堆和堆浸的溶浸液泄漏造成的水土污染等方面。2)原地浸礦生產(chǎn)工藝造成的環(huán)境破壞主要來自注液井布置造成的植被破壞，采場滑坡塌陷以及溶浸液滲漏地下造成的地下水污染等方面。3)礦山地質(zhì)環(huán)境保護與治理應(yīng)在充分的調(diào)查研究基礎(chǔ)上，作出完整的治理方案，提出具體的治理措施，因地制宜，形成有效的治理體系。

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Research on geological environmental problems led by different mining methods of rare earths ore and the measures of recovery and management

Yao Dongwei1Cheng Li2Li Tianci3Wang Yang3

(1.GuangxiNonferrousMetalsRareEarthDevelopmentCo.,Ltd，Nanning530022,China； 2.CentralSouthernGeotechnicalDesignInstituteCo.,Ltd，Wuhan430071,China； 3.ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan)，Wuhan430074,China)

The thesis introduces major southern rare earth ore mining methods, analyzes environmental geological problems led by heap leaching technology and in-situ leaching process, and puts forward basics environmental protection principles of rare earth ore and geological disasters processing measures, which will be good for reducing geological environmental problems.

rare earth ore, heap leaching technology, in-situ leaching process, geological environment

1009-6825(2016)10-0198-03

2016-01-20

姚棟偉(1970- )，男，工程師

X141

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