稀土矿不同开采方式引发地质环境问题及治理

姚栋伟 程 莉 李天慈 汪 洋

(1.中铝广西有色稀土开发有限公司，广西 南宁 530022；2.中南勘察设计院有限责任公司，湖北 武汉 430071； 3.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)



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稀土矿不同开采方式引发地质环境问题及治理

姚栋伟1程 莉2李天慈3汪 洋3

(1.中铝广西有色稀土开发有限公司，广西 南宁 530022；2.中南勘察设计院有限责任公司，湖北 武汉 430071； 3.中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

介绍了南方稀土矿山主要的开采方式，分析了堆(池)浸工艺与原地浸矿工艺引发的环境地质问题，并提出了稀土矿地质环境保护的基本原则与地质灾害的处理措施，有助于减少地质环境问题的发生。

稀土矿，堆浸工艺，原地浸矿工艺，地质环境

0 引言

江西、广西等地是我国稀土矿的重要分布区，这些矿区多为离子型稀土矿，南方地区稀土开采方式主要有池浸、堆浸和原地浸矿等三种，其中池浸和堆浸两种方式对生态环境破坏严重，逐步被禁止使用，原地浸矿工艺因其对植被破坏相对较少而受到推广。

稀土在开采过程中存在水土流失和污染等严重的地质环境问题。对矿区造成不可避免的生态衰退与环境恶化，给当地居民生产生活带来很大危害。在对稀土矿山地质环境问题进行合理的评估和充分的认识基础上，对矿区进行综合治理，能有效的减轻甚至避免一系列地质环境问题[1]。

1 南方稀土矿山主要开采方式

1.1 堆(池)浸工艺

池浸工艺先除去地表植被，剥离矿体覆土，然后采掘矿石，将矿石搬入池中，并加入浸矿液浸出稀土，浸矿后的尾砂被运移至排土场。堆浸其实质仍是池浸工艺，只是将露天开采的矿石放入人造堆浸池中。这两种需要大量剥离表土的生产工艺称为“搬山运动”[3]。其严重破坏植被造成水土流失，甚至是更严重的自然灾害，对矿区生态环境造成毁灭性破坏。据统计，池浸、堆浸工艺需破坏160 m2～200 m2的地表植被才能生产1 t稀土氧化物[4]。为了研究的方便，本文只研究堆浸和原地浸矿这两种生产工艺对地质环境的影响。

1.2 原地浸矿工艺

原地浸矿工艺破坏较少地表植被，不剥离表土开挖矿石，而在矿体地表按一定距离开挖注液孔，将已配好的浸矿剂(硫酸铵)通过注液管缓慢加注到每个注液孔中。浸矿剂与矿石中的稀土离子进行置换反应，使稀土浸出，在矿体底部修建集液巷道来回收浸矿液。浸矿液经除杂、净化、澄清、沉淀即可提取稀土。

1.3 两种工艺的区别

堆浸生产工艺为露天开采，采选分离；原地浸矿生产工艺为溶浸开采，采选合一。堆浸生产工艺的明显特征是造成地形地貌的显著变化，而原地浸矿生产工艺基本不会改变地形地貌[5]。原地浸矿工艺稀土提取率较高，效率高，成本低，环境友好，目前已成为离子吸附型稀土提取的主流工艺。

2 堆(池)浸生产工艺引发的地质环境问题

堆浸生产工艺造成的环境破坏方式包括露天开采造成的植被破坏，采场植被破坏后生态未及时恢复造成的水土流失，尾矿堆滑坡，尾矿堆和堆浸的溶浸液泄漏造成的水土污染等方面。

2.1 土体剥离形成不稳定边坡

堆(池)浸生产工艺是剥离地表土壤，对矿体进行开挖[6]，采矿会形成一系列欠稳定的人工挖方边坡，坡面倾角变大。坡面无有效土层，大部分地段风化层也被剥离，下部花岗岩岩层裸露，加速其风化剥蚀，结构相对稳定性被破坏，植被被破坏殆尽，加剧了滑坡、崩塌等地质灾害发生的可能性。

2.2 水土流失

堆(池)浸工艺中抽吸掉池底或堆场底流出的硫酸铵浸出液后会形成大量弃渣，最终形成规模庞大的尾矿堆(见图1)。若对尾砂堆缺少有效的防治措施，每到雨季便泥流成河，发生严重的水土流失。大量的尾砂下泄往往造成矿区下游河床在短期内被淤塞抬高，河流断流，大规模压占农田、淤塞河道、淹没公路等一系列生态和社会问题[7]。尾砂堆为泥石流的形成提供了物源条件，当固体废物拦挡设施不全时，发生泥石流等地质灾害可能性将大大增高。

2.3 水土污染

2.4 地形地貌景观破坏

堆浸工艺对矿山表面土体进行剥离导致大面积的地表植被和土壤被破坏，从而改变了土地的利用方式和当地的生态环境[5]，由于南方地区降雨量大，雨水充沛，会产生严重水土流失现象，极易导致采矿区土地砂化板结。采矿对山体剥离严重，地表起伏不平，对原生地形地貌景观破坏极大，且尾矿砂的大规模堆积也严重影响了地貌景观，采矿活动占用、破坏了大量的土地资源。

3 原地浸矿生产工艺引发地质环境问题

原地浸矿生产具有开采成本较低、年产量大、速度较快、能减少水土流失和环境污染、对地表破坏有所减小、基本不产生废渣(尾矿)等显著的优点[10]，但其生产过程仍会对地质环境造成相当大的破坏。原地浸矿生产工艺造成的环境破坏主要来自注液井布置造成的植被破坏，采场滑坡塌陷以及溶浸液渗漏地下造成的地下水污染等方面。

3.1 地表植被破坏

虽然原地浸矿不需要完全剥离地表土，但仍需在山体中上部开挖众多注液洞(见图2)、浅槽和集液沟，地表约1/3的植被会被破坏。原地浸矿工艺动土量较少，表面上减少了水土流失[11]。原地浸矿区的坡沟谷底仍然淤积大量泥砂，因浸矿剂的侵蚀，土壤结构也变得更加松弛。浸析后的山体水土流失现象仍很普遍，易产生滑坡。

3.2 采场滑坡

浸矿液的注入导致岩土体中含水量增加，土体自重加大，矿体的浸出导致岩土体的孔隙度加大，这些均导致了斜坡岩土体结构遭到破坏，内聚力及摩擦力降低，抗剪强度降低，随着时间的推移，满山遍坡的注液孔易引起大量小型滑坡的发生。在赣南某稀土矿区调查中，其原地浸矿区内不到2 km2的范围内共发现小型滑坡40余处。

3.3 水土污染

原地浸矿使用的浸矿剂浓度较高，且注入量远大于堆(池)浸工艺，矿体中残留的浸矿剂量也较大，如果收集浸出液的集液沟防渗处理不当，含重金属和稀土离子的废液可能污染地下水和土壤。废液注入风化层后，又以侧向排泄方式向沟谷、溪流排泄进而注入地表水体，导致大规模水体酸化(如图3所示)。表1为某稀土矿原地浸矿区水样水质分析结果表，可以看出，该稀土矿矿区地表水及地下水发生一定程度的酸化，污染元素硝酸根及亚硝酸根、硫酸根、氨氮均超出水质标准，其污染物主要来源为矿山采矿使用的浸矿液。相对比，地表水酸化较明显，而地下水则较轻微。

表1 水质分析结果表

分析项目溪沟水溪沟水地下水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总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游离CO2—247.308.28侵蚀性CO2—98.946.96总硬度13.37197.338.21溶蚀性总固体64.0396.0272.0色度/度38.001.001.00浊度/度1.9505.4753.250总矿化度45.44812.9294.94pH7.356.856.7

3.4 地貌景观影响

原地浸矿采矿工程中需砍伐乔木灌木、对植被进行部分清除，修建配液池、高位池，钻孔、修建管路，开挖集液沟、集液池等，对地表植被和地形地貌景观也会造成一定程度的影响，对植被的短期恢复影响较大，尤其是山顶、山梁部位由于高位池的修建、注液管路的安装等原因，所以受采矿活动的影响较大。同时，原地浸矿引发的一些滑坡地质灾害，也会影响到地形地貌景观。

4 稀土矿地质环境保护与治理恢复

4.1 基本原则

1)应遵循自然规律和经济规律，符合行业相关的法律法规，因地制宜，进行综合治理。2)应在矿山地质环境进行全方面评估的基础上进行。根据评估得出各类危害发生的可能性及需要做出的安全防护措施。3)应结合矿山服务年限和衔接发展规划，按照轻重缓急、分阶段实施的原则，提出年度实施计划，形成完整的地质环境的治理方案。

4.2 矿山地质灾害治理措施

1)滑坡与欠稳定边坡防治。对于已经发生的滑坡，若处于荒山荒沟中、对人类生产生活没有影响的，可不进行专门的工程治理，但需要进行坡面整平、生态恢复、植树植草，进行水土保持；对影响矿区内居民生活、道路交通安全、堵塞河道的必须尽早发现及时治理；对于欠稳定边坡应加强监测，必要时采取削坡等措施。原地浸矿工艺较复杂，造成的滑坡等地质灾害具有不确定性的特点，因此在采矿过程中各项工作必须符合操作流程，优化注液、集液工艺，减少滑坡灾害的发生。2)泥石流防治。对由尾矿砂堆填的沟谷、河道进行疏通，清理淤积尾砂，增强其排水能力。疏通河道，加强排水系统，沟谷两侧坡面进行生态复绿，必要时修建拦砂坝、排水沟等，以减少水土流失。

4.3 土地资源保护与恢复措施

堆(池)浸矿区土地荒漠化现象普遍，土壤极度缺少有机质，营养缺乏或不均衡。栽种植物之前应在矿区不同地方进行土壤养分测定，以此制定相应的具体改土方案，因地制宜地采取综合的处理措施。

4.4 地形地貌景观恢复防治

对矿区植被遭到破坏的区域，当因地制宜，分别种植果树、松树等，对土地进行复绿。

5 结语

1)堆浸生产工艺造成的环境破坏包括露天开采造成的植被破坏，采场植被破坏后生态未及时恢复造成的水土流失，尾矿堆滑坡，尾矿堆和堆浸的溶浸液泄漏造成的水土污染等方面。2)原地浸矿生产工艺造成的环境破坏主要来自注液井布置造成的植被破坏，采场滑坡塌陷以及溶浸液渗漏地下造成的地下水污染等方面。3)矿山地质环境保护与治理应在充分的调查研究基础上，作出完整的治理方案，提出具体的治理措施，因地制宜，形成有效的治理体系。

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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

姚栋伟(1970- )，男，工程师

X141

A