杜 超，于鳳娟，曾婉秋，王宵君，鄭著彬，孫景玲

(1.贛南師范大學(xué) 地理與環(huán)境工程學(xué)院；2.江西省城市固廢低碳循環(huán)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

離子型稀土礦(風(fēng)化殼淋積型稀土礦)以中重稀土為主，中重稀土相較于輕稀土而言應(yīng)用范圍更廣，是重要的國家戰(zhàn)略資源，不僅廣泛應(yīng)用于石化、冶金等傳統(tǒng)領(lǐng)域，還在激光、超導(dǎo)、航天、醫(yī)療等許多高科技領(lǐng)域迅猛發(fā)展[1-2].離子型稀土礦儲(chǔ)量以江西省贛南地區(qū)居全國之首，該地區(qū)已探明的重稀土資源約47萬噸，約占我國重稀土資源總量的1/3，被譽(yù)為“稀土王國”[3].

離子型稀土礦的開采工藝經(jīng)歷了池浸、堆浸與原地浸礦工藝，原地浸礦工藝曾被認(rèn)為是最環(huán)保的開采工藝，但也衍生了一系列環(huán)境問題，其中氨氮污染問題最突出[4-5].根據(jù)何正艷等[6]研究發(fā)現(xiàn)，稀土浸取劑(硫酸銨)中近一半的銨根離子會(huì)殘留在浸出母液中，并隨降水的淋濾作用遷移進(jìn)入地表水而引起氨氮污染，破壞水環(huán)境健康，危害動(dòng)植物甚至人類的生命安全.贛南離子型稀土礦區(qū)由于前期非法開采、工藝落后、監(jiān)管不力、“三廢”排放等原因，導(dǎo)致氨氮污染等環(huán)境問題十分嚴(yán)重.有研究表明，贛南稀土礦山周圍地表水中氨氮濃度高達(dá)200 mg/L[7]，遠(yuǎn)超《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中Ⅴ類水限值和《稀土工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 26451-2011)中關(guān)于企業(yè)直排廢水氨氮濃度為15 mg/L的排放限值.大量氨氮進(jìn)入水體不僅造成水體富營養(yǎng)化，威脅水生生物的生存，還會(huì)影響重金屬離子的遷移賦存，甚至?xí)谒修D(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，與人體中蛋白質(zhì)結(jié)合成致癌物質(zhì)——亞硝胺，威脅人體健康[8].贛南地區(qū)連接長江流域和珠江流域，是長江經(jīng)濟(jì)帶和粵港澳大灣區(qū)的重要紐帶，其水環(huán)境和水生態(tài)安全不僅影響贛南地區(qū)，也關(guān)系整個(gè)環(huán)鄱陽湖區(qū)域、東南沿海等地乃至長江流域周邊區(qū)域的水生態(tài)系統(tǒng)安全[9]，保持贛南稀土礦區(qū)水質(zhì)健康是保障上述區(qū)域乃至全國生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵.贛南離子型稀土礦區(qū)河流水體氨氮含量偏高已成為區(qū)域水環(huán)境的一大特征，監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)該區(qū)域氨氮污染狀況對(duì)防治對(duì)策的提出具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

近年來，已有學(xué)者對(duì)贛南稀土礦區(qū)內(nèi)河流水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià).例如劉友存等[10]調(diào)查信豐縣東南部、定南縣北部地區(qū)的龍逕河流域，發(fā)現(xiàn)龍逕河氨氮含量超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)V類水限值率為100%.類似地，針對(duì)贛南地區(qū)某一特定河流的水體氨氮污染評(píng)價(jià)研究較多[6-7]，但是鮮有對(duì)整個(gè)贛南稀土礦區(qū)流域水體氨氮污染狀況的整體探究.因此，本文選取贛南稀土礦區(qū)主要污染流域(桃江流域、定南水、尋烏水)作為研究對(duì)象，在詳細(xì)闡述離子型稀土開采原理、浸出工藝及污染來源的基礎(chǔ)上，從流域氨氮的含量特征、空間分布特征等方面進(jìn)行區(qū)域性整體描述分析，并歸納整理稀土礦區(qū)氨氮污染防治策略及技術(shù)研究進(jìn)展，以期為我國南方稀土礦區(qū)河流氨氮污染治理提供參考意見.

1 離子型稀土礦區(qū)河流氨氮污染來源

1.1 離子型稀土開采原理

離子型稀土礦的形成是由于礦山中的黏土礦物能夠吸附隨水遷移的水合離子，而稀土離子形成的水合離子的選擇系數(shù)大于其它陽離子，會(huì)優(yōu)先被黏土礦物吸附，使稀土離子富集成礦，因此離子吸附型稀土多以水合陽離子或羥基水合陽離子的形式存在.由于其具有可交換性，可使用含有比稀土離子更活潑的陽離子的溶液作為浸取劑，浸取過程中活潑陽離子與稀土離子交換，以此浸出稀土離子[11].具體浸出原理如圖1所示.

圖1 離子型稀土浸出原理

1.2 離子型稀土浸出工藝及污染來源

我國稀土開采工藝經(jīng)過幾代人的不懈努力，由最初的氯化鈉桶浸演變?yōu)槌亟?、堆浸，到目前的原地浸礦工藝.每一種工藝的發(fā)明都是里程碑式的進(jìn)步，但同時(shí)也存在不同的環(huán)境污染問題，氨氮污染主要來自于池浸、堆浸和原地浸礦工藝.

1.2.1 池浸與堆浸工藝

池浸工藝產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，被稱為離子型稀土開發(fā)的“第一個(gè)里程碑”[12].該工藝將室內(nèi)小規(guī)模浸取改為室外大規(guī)模池浸，浸礦劑更改為硫酸銨.堆浸產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代后期，其原理與池浸工藝相同，相當(dāng)于更大規(guī)模的池浸，采用大型的采裝運(yùn)設(shè)備進(jìn)行表土剝離、開挖礦山、筑堆浸礦等，并使用更廉價(jià)易得的碳酸氫銨代替草酸作為沉淀劑[13].池浸與堆浸工藝的推廣開始造成了氨氮污染，根據(jù)稀土浸出原理，稀土離子與浸取劑中的銨根離子發(fā)生離子交換，浸礦結(jié)束后尾礦和尾水中將含有大量氨氮.尾礦中的氨氮隨著長時(shí)間的雨水淋浸和沖刷，進(jìn)入地下水和河流中，造成持續(xù)污染.

1.2.2 原地浸礦工藝

原地浸礦工藝被譽(yù)為離子型稀土開發(fā)的“第二個(gè)里程碑”[12]，開啟了原地浸礦工藝開采稀土的新時(shí)代，是曾經(jīng)普遍應(yīng)用的稀土開采方式.原地浸礦是用硫酸銨作為浸礦劑從風(fēng)化殼沉積型稀土礦中把呈吸附態(tài)的稀土離子交換浸出并回收稀土元素的采礦方法，其原理如圖2所示.隨著原地浸礦工藝的推廣使用，其缺點(diǎn)逐漸暴露出來[14].首先，原地浸礦工藝由于要鋪設(shè)注液井等設(shè)備仍需破壞小部分植被.第二，據(jù)統(tǒng)計(jì)，幾乎90%的稀土礦山礦床無底板或底板發(fā)育不良[15]，導(dǎo)致濾液滲漏，不僅會(huì)損失稀土資源，而且大量浸礦劑硫酸銨流入周邊環(huán)境，會(huì)造成水、土污染.第三，大量硫酸銨注入礦體會(huì)破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致泥石流等災(zāi)害.原地浸礦工藝導(dǎo)致氨氮污染原因有二：原地浸礦工藝需使用大量硫酸銨浸礦劑，有研究報(bào)道，使用浸礦劑的量與生產(chǎn)出的稀土量的比例高達(dá)5∶1.對(duì)于一些沒有假底板或礦床有裂縫的礦山，采用此方法會(huì)導(dǎo)致浸出液泄露，不但會(huì)降低浸出效率，而且浸出液流入周邊土壤、水體中，增加土壤、水體內(nèi)氨氮含量超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，威脅土壤環(huán)境和水質(zhì)安全.

圖2 原地浸礦原理圖

2 贛南離子型稀土礦區(qū)河流氨氮污染現(xiàn)狀

2.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

贛州市離子型稀土礦區(qū)主要分布于贛州市南部的信豐縣、尋烏縣、安遠(yuǎn)縣、龍南縣、定南縣、全南縣6縣.區(qū)域內(nèi)河流密集，支流眾多.本文選取上述6縣為研究區(qū)域，以流經(jīng)區(qū)域內(nèi)主要污染流域(桃江流域、定南水、尋烏水)作為研究對(duì)象，從氨氮的含量特征、空間分布特征等方面進(jìn)行區(qū)域性整體描述分析.研究區(qū)地理位置如圖3所示.本文收集了2010年～2021年國內(nèi)外發(fā)表的關(guān)于贛南地區(qū)地表水體氨氮狀況的文章，外文文獻(xiàn)主要來自于Web of Science核心合集，中文文獻(xiàn)主要來自中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(CNKI).檢索主題詞主要有：贛南(Gannan)、氨氮(Ammonia nitrogen)、稀土(Rare earth)、水污染(Water pollution)等.本文篩選的文獻(xiàn)符合：研究區(qū)均位于江西省離子型稀土礦區(qū)周圍；檢測(cè)分析結(jié)果均為近十年內(nèi)河流水體樣品；文獻(xiàn)含有地表水氨氮含量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù).

圖3 研究區(qū)域主要河流域水系

2.2 河流氨氮污染現(xiàn)狀

許燕穎等[16]對(duì)桃江干流及部分支流進(jìn)行采樣分析，結(jié)果表明所有采樣點(diǎn)的氨氮含量均超標(biāo)，不符合《江西省地表水(環(huán)境)功能區(qū)劃登記表》對(duì)江西省內(nèi)河流水質(zhì)的劃分標(biāo)準(zhǔn)(Ⅱ～Ⅲ類).桃江整體呈現(xiàn)下游比上游污染嚴(yán)重趨勢(shì)，其中桃江支流龍逕河、渥江和濂江為氨氮污染最嚴(yán)重河流，龍逕河氨氮濃度最大值超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅴ類水限值5倍，渥江氨氮濃度最大值達(dá)16.52 mg/L.師艷麗等[17]對(duì)濂江和龍逕河的子流域濂江月子河流域和龍逕河龍頭流域進(jìn)行采樣分析，數(shù)據(jù)顯示，濂江月子河流域和龍逕河龍頭流域均有65%以上的采樣點(diǎn)氨氮濃度超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅴ類水限值，其氨氮濃度呈現(xiàn)隨礦區(qū)距離越遠(yuǎn)濃度越低的現(xiàn)象，表明河水氨氮濃度受稀土開采影響.尋烏水與定南水共同組成東江流域，曾金鳳等[18-19]多年致力于東江源區(qū)水質(zhì)狀況的調(diào)查研究，其總結(jié)該區(qū)域水體氨氮污染情況如下：2014年定南水與尋烏水監(jiān)測(cè)斷面已經(jīng)增至18個(gè)，根據(jù)其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，定南水與尋烏水受氨氮污染最嚴(yán)重的斷面氨氮年平均濃度分別為18.02 mg/L、2.56 mg/L[18].根據(jù)2007～2019年尋烏水、定南水出境斷面(尋烏斗晏和定南長灘)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明，汛期及非汛期，氨氮均為尋烏水和定南水的主要污染因子，汛期水質(zhì)優(yōu)于非汛期.但從時(shí)間上看，自2007～2019年水中氨氮整體呈下降趨勢(shì)，水質(zhì)逐漸變好，其中尋烏斗晏氨氮超標(biāo)頻次為43.9%，定南長灘氨氮超標(biāo)頻次為32.6%[19-20].

2.3 河流氨氮污染空間分布特征

定南縣水氨氮濃度空間分布圖如圖4所示.選取長灘電站、禮亨水庫、天九鎮(zhèn)、長灘水庫、老城鎮(zhèn)、鎮(zhèn)崗橋、定南變電所監(jiān)測(cè)站于2014年監(jiān)測(cè)的氨氮濃度數(shù)據(jù)繪圖.定南縣河流水氨氮含量整體超標(biāo)明顯，氨氮濃度最高值位于定南縣城附近的定南變電所監(jiān)測(cè)站，其次為天九監(jiān)測(cè)站和禮亨水庫監(jiān)測(cè)站.由于定南縣城附近設(shè)有定南南方稀土排污口、工業(yè)園區(qū)排污口等，對(duì)氨氮濃度影響較大.定南水氨氮超標(biāo)主要受工業(yè)、生活、選礦等方面影響.江西與廣東人民政府簽署的《東江流域上下游橫向生態(tài)補(bǔ)償協(xié)議》中明確了東江流域上下游橫向生態(tài)補(bǔ)償期限暫定3年，跨界斷面水質(zhì)年均值達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率逐年改善[21]，出境進(jìn)入廣東水質(zhì)得到改善，基本達(dá)標(biāo)，這與近些年來為東江水質(zhì)所做出的治理改善措施有一定關(guān)聯(lián).

圖4 定南水氨氮濃度空間分布圖

尋烏水氨氮濃度空間分布圖如圖5所示，數(shù)據(jù)來源于尋烏水的斗晏電站、留車、菖蒲鄉(xiāng)、文峰鄉(xiāng)、團(tuán)豐橋、九曲灣水庫監(jiān)測(cè)站于2014年檢測(cè)的氨氮濃度.尋烏水氨氮污染狀況整體上優(yōu)于定南水，上游水質(zhì)較好，尋烏縣城附近尋烏醫(yī)院、上石排兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面檢測(cè)數(shù)據(jù)偏高，到下游逐漸水質(zhì)好轉(zhuǎn).該區(qū)域內(nèi)存在廢棄稀土礦山、稀土冶煉排污口等，代表斷面上石排位于文峰鄉(xiāng)石排原稀土礦區(qū)[18]，對(duì)水中氨氮濃度影響較大.

圖5 尋烏水氨氮濃度空間分布圖

桃江氨氮污染空間分布情況如圖6所示.桃江流域幾條重要支流氨氮污染情況為：龍逕河>黃田江>渥江>桃江干流>濂江>太平江，其中龍逕河受氨氮污染最嚴(yán)重.龍逕河上游地區(qū)存在稀土礦區(qū)導(dǎo)致河流源頭地區(qū)pH顯弱酸性，氨氮濃度平均達(dá)到2.92 mg/L[10].濂江、渥江與桃江下游氨氮濃度超標(biāo)與附近稀土礦聚集有密切聯(lián)系.黃田江氨氮超標(biāo)主要是由于生活污水及養(yǎng)殖廢水的排放，因黃田江地勢(shì)平坦，人口密集，農(nóng)田較多，人為活動(dòng)是河流污染的主要原因.總體上桃江下游氨氮污染比上游更嚴(yán)重.

圖6 桃江流域氨氮濃度空間分布圖

3 離子型稀土礦區(qū)河流氨氮污染防治

原地浸礦工藝會(huì)造成氨氮污染，為解決這一問題，可以從源頭控制、過程管理與末端治理三方面入手[22].對(duì)于正在開采或廢棄的礦山，需要進(jìn)行末端治理，即對(duì)稀土開采后產(chǎn)生的氨氮廢水進(jìn)行處理；與此同時(shí)，需要優(yōu)化開采工藝進(jìn)行源頭控制和過程管理，避免或減少氨氮尾水的產(chǎn)生，如研制無氨浸取劑和進(jìn)行原地浸礦過程的優(yōu)化等.

3.1 稀土尾水處理技術(shù)及研究進(jìn)展

3.1.1 氨氮廢水傳統(tǒng)處理工藝和方法

傳統(tǒng)的氨氮廢水治理技術(shù)[23-25]主要分為物理化學(xué)法、化學(xué)法和生物法.物理化學(xué)法主要包括吹脫法和離子交換法等，化學(xué)法主要包括折點(diǎn)氯化法和化學(xué)沉淀法等，生物法主要包括硝化反硝化和厭氧氨氧化等.氨氮廢水傳統(tǒng)處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)見表1，概括而言，物化方法對(duì)設(shè)備和材料要求較高，能耗較大；化學(xué)方法處置不當(dāng)容易導(dǎo)致二次污染，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高；生物方法對(duì)環(huán)境敏感且需要消耗碳源，但氨氮去除效果是最徹底的.

表1 氨氮廢水處理技術(shù)對(duì)比

3.1.2 贛南稀土礦山尾水氨氮處理現(xiàn)狀

贛南稀土氨氮尾水特征顯著，在豐水期氨氮濃度可達(dá)120 mg/L～200 mg/L，在枯水期氨氮濃度可達(dá)170 mg/L～290 mg/L，是生活污水中氨氮含量的5～10倍；尾水中碳氮磷比例失調(diào)且呈強(qiáng)酸性，有機(jī)碳含量很低，基本上不含磷；尾水量巨大，單個(gè)小流域的水量為每天數(shù)千噸至過萬噸，比如贛州龍南足洞礦區(qū)7個(gè)小流域的總水量超過6萬噸/天[26].由于贛南稀土尾水具有上述特點(diǎn)，導(dǎo)致傳統(tǒng)的氨氮廢水處理工藝在處理稀土尾水時(shí)并不適用[24].目前贛南地區(qū)處理稀土尾水的方法中應(yīng)用最廣的是流域性稀土礦山尾水滲濾耦合處理工藝[26].該工藝主要由格柵、平流沉淀池、堿液池、應(yīng)急混凝沉淀池、有機(jī)碳源池、硝化-反硝化耦合生物膜系統(tǒng)、調(diào)溫通風(fēng)裝置、回流池、應(yīng)急反應(yīng)池和巴式計(jì)量渠等單元組成[26]，進(jìn)入該系統(tǒng)的尾水經(jīng)過格柵除雜、加堿液調(diào)節(jié)pH和稀土析出物沉淀后，進(jìn)入硝化-反硝化耦合生物膜系統(tǒng)通過微生物作用去除氨氮，這個(gè)過程要持續(xù)投入外源有機(jī)碳并調(diào)溫通風(fēng).經(jīng)硝化-反硝化耦合生物膜系統(tǒng)處理后的污水流入回流池，然后導(dǎo)入應(yīng)急反應(yīng)池，通過巴氏計(jì)量渠，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排出.

該方法的核心是利用硝化-反硝化耦合生物膜系統(tǒng)處理稀土尾水中的氨氮，能達(dá)到較好的處理效果，但是反應(yīng)過程中需要持續(xù)添加碳源，并且需要加堿液調(diào)節(jié)pH，導(dǎo)致該工藝處理成本相對(duì)較高.

3.1.3 稀土礦山尾水氨氮處置技術(shù)發(fā)展

針對(duì)贛南地區(qū)稀土尾水量大的特點(diǎn)，生物脫氮法技術(shù)成熟、效果穩(wěn)定、運(yùn)行簡(jiǎn)單，仍是目前最好的處理方式.為了克服傳統(tǒng)的生物脫氮工藝在反硝化過程需要人為添加碳源、運(yùn)行成本高的問題，許多學(xué)者開始研究新型生物脫氮技術(shù)處理稀土尾水.厭氧氨氧化細(xì)菌可以直接將氨根與亞硝酸根轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，無需碳源，適用于低碳氮比的廢水[27].董炎等[28]采用厭氧氨氧化法處理了稀土高氨氮尾水，實(shí)驗(yàn)采用上部循環(huán)流模式的厭氧污泥床作為厭氧氨氧化菌群反應(yīng)裝置，結(jié)果表明，在合適條件下，對(duì)氨氮去除率較好，厭氧氨氧化法可用于稀土尾水的處理.吳芳?jí)酆蛣詡29]使用USAB型厭氧氨氧化反應(yīng)裝置，結(jié)果表明，當(dāng)注水的溫度處于33.5℃～36.5℃、pH值為7.55、維持16.5 h之上水力停滯時(shí)間狀況下，氨氮消除率能夠達(dá)到84.5%.新型生物脫氮法不需要曝氣，無需額外添加碳源，污泥產(chǎn)量低，脫氮效率高，處理稀土氨氮廢水極具發(fā)展前景.值得注意的是，稀土尾水氨氮濃度波動(dòng)大且含有雜質(zhì)，可能是使用新型生物脫氮技術(shù)需要進(jìn)一步解決的問題.后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步研究尾水中金屬離子的去除，以及稀土離子對(duì)生化處理工藝中菌群的影響規(guī)律[26].

此外，由于稀土尾水在氨氮濃度、雜質(zhì)組分及含量、存在形式等方面存在差異，除了改進(jìn)生物脫氮法，應(yīng)綜合各技術(shù)的運(yùn)行成本、基建周期、占地面積、操作難易等，選擇最為合適的兩種或多種工藝協(xié)同進(jìn)行，可在達(dá)到最優(yōu)除氨效果的同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)高效[30].朱和玲和姚驥[31]提出可根據(jù)氨氮廢水的自身特點(diǎn)因地制宜地選擇多種工藝的協(xié)同組合，以便最大效率的處理稀土尾水.羅宇智等[32]嘗試用化學(xué)沉淀法和折點(diǎn)氯化法聯(lián)合處理稀土尾水，化學(xué)沉淀后氨氮濃度降至為22 mg/L～24 mg/L，折點(diǎn)氯化反應(yīng)后氨氮濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn).

3.2 稀土綠色提取研究進(jìn)展

3.2.1 無氨浸取劑與沉淀劑研發(fā)

目前工業(yè)生產(chǎn)普遍釆用硫酸銨原地浸礦工藝，每生產(chǎn)1噸稀土礦(REO>90%)消耗7～9噸硫酸銨[33]，要從源頭解決氨氮污染問題，可考慮更換無氨浸取劑和沉淀劑[34-35].許多學(xué)者對(duì)無氨浸取的試劑類型進(jìn)行研究，并對(duì)比不同試劑的浸取效果.如：賴蘭萍等[36]比較硫酸鉀、硫酸鈉、硫酸鎂等一系列溶液對(duì)稀土的浸出效果，結(jié)果顯示，某些無氨強(qiáng)電解質(zhì)溶液或其混合物的浸出效率可以達(dá)到與硫酸銨近乎相同的效果，離子型稀土礦的無氨浸取在技術(shù)上可行.陳道貴[37]對(duì)比氯化鐵、氯化鋁、硫酸鎂等作為浸取劑的浸出效果，結(jié)果表明，氯化鋁和氯化鐵和硫酸鎂都可作為無氨浸取劑，但氯化鋁和氯化鐵更有優(yōu)勢(shì).氯化鋁/鐵可以在更低濃度下達(dá)到良好浸出效果，而硫酸鎂濃度大于3%時(shí)浸出效果才能達(dá)到90%，因此其用量更小，成本更低.此外陳道貴還測(cè)試氫氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉等不含銨根離子的堿作為除雜沉淀劑的沉淀效果，結(jié)果表明，氫氧化鈉在pH為(5.0±0.1)時(shí)，碳酸鈉或碳酸氫鈉在pH為(5.2±0.1)時(shí)作為沉淀劑效果較好，可代替碳酸氫鈉.郭安等[38]研究硫酸銨、硫酸鎂和SAK(一種含K和Al的復(fù)鹽)作為浸礦劑的浸礦效果，并探究浸礦劑濃度、固液比和pH值對(duì)3種浸礦劑的影響.研究結(jié)果顯示：3種浸礦劑在相應(yīng)條件下浸出率均能達(dá)到96%，綜合各情況認(rèn)為SAK(一種含K和Al的復(fù)鹽)為最優(yōu)，該浸取劑可以避免氨氮尾水產(chǎn)生且浸礦速度更快，頂水用量更小.黃金[39]使用氫氧化鎂作為沉淀劑測(cè)試其沉淀效果，實(shí)驗(yàn)表明，氫氧化鎂在沉淀時(shí)間為4 h，攪拌速度為200 rpm時(shí)沉淀效果較好，可作為無氨沉淀劑使用.

以上研究均認(rèn)為在合適條件下可以采用其他試劑代替硫酸銨作為浸礦劑，開發(fā)新一代無氨藥劑，既能減少用量、節(jié)約成本，又能從直接源頭上避免氨氮污染，是值得繼續(xù)深入研究的方向，未來可以著重研究新型浸取劑、沉淀劑在實(shí)際工程中的應(yīng)用，對(duì)比浸取效率、生產(chǎn)成本、適用范圍等方面，選擇最優(yōu)的浸取劑和沉淀劑的組合.

3.2.2 原地浸礦注液系統(tǒng)優(yōu)化

原地浸礦工藝開采離子型稀土礦的過程中，大量浸礦劑注入礦體會(huì)導(dǎo)致黏土吸水膨脹，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞，注液淺井塌陷，導(dǎo)致泥石流等自然災(zāi)害，這樣有可能發(fā)生人員傷亡或設(shè)施損毀等事故.李曉波等[40]對(duì)開采礦山的注液系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，通過以原地浸礦工藝布置注液淺井、在注液淺井中添加輔助滲漏設(shè)備、在山體邊坡坡腳處開挖集液渠及導(dǎo)流孔以回收稀土母液這三個(gè)措施對(duì)注液系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)，改進(jìn)后的注液系統(tǒng)易操作、成本低，能有效防止注液井塌陷，避免滑坡，最大程度的保護(hù)礦山的植被.

3.2.3 原地浸礦收液工程優(yōu)化

原地浸礦采礦除根據(jù)試驗(yàn)情況，結(jié)合礦體賦存特點(diǎn)優(yōu)化原地浸礦采場(chǎng)注液孔的布設(shè)外，關(guān)鍵是做好收液工程.大部分原地浸礦采場(chǎng)未采取綜合收液系統(tǒng)，大部分采場(chǎng)采用山腳收液溝進(jìn)行收集，母液收集率低且浸礦液流失嚴(yán)重.原地浸礦采場(chǎng)下游溪流水中稀土含量和氨氮含量較高，溪流水中稀土含量可達(dá)到0.02 g/L左右，流域溪流水中氨氮濃度100 mg/L左右[41].浸礦母液流失不僅造成稀土資源流失，而且浸礦母液進(jìn)入下游水體，造成水體氨氮超標(biāo).

李曉波等[42]針對(duì)以上工程問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：在收液渠的斜上方4 m左右的山坡處開挖平行于母液收集渠的洪水導(dǎo)流渠道，避免雨水與母液一起流入母液池，一方面防止大雨攜帶大量的泥沙直接沖刷母液導(dǎo)流渠體，導(dǎo)致渠體被泥沙填埋堵塞或造成對(duì)渠體結(jié)構(gòu)的破壞；另一方面可以防止雨水直接流入母液池，減輕了母液進(jìn)一步處理的成本及壓力.該優(yōu)化設(shè)計(jì)不受生產(chǎn)規(guī)模限制，不改變離子型稀土礦原地浸出工藝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用、易操作、成本低、生產(chǎn)環(huán)境友好，無污染，具有較好的礦山安全指導(dǎo)意義.

4 結(jié)論與展望