稀土矿露天开采过程的污染及对资源和生态环境的影响

稀土矿露天开采过程的污染及对资源和 生态环境的影响 高志强 1 周启星 1 2 1南开大学环境科学与工程学院 环境污染过程与基准教育部重点实验室 天津市城市生态环境修复与污染防治重点 实验室 天津 300071 2中国科学院沈阳应用生态研究所 中国科学院陆地生态过程重点实验室 沈阳 110016 摘要随着我国矿山开采活动的增加 矿山周边的生态环境面临前所未有的压力 并且 产生了一系列的资源 生态与环境问题 本文介绍了我国典型稀土矿露天开采的主要方法 和工艺流程 概述了稀土矿露天开采过程所产生的放射性污染 重金属 氟 氨氮和硫酸根 污染问题 并且阐明了稀土矿开采对资源回收利用 周边大气 植物 水生态系统 土壤环境 的影响与潜在的危害 为稀土矿区的污染综合整治和污染环境的生态修复提供科学依据 关键词露天开采 稀土矿 资源问题 生态环境问题 中图分类号X24文献标识码A文章编号1000 4890 2011 12 2915 08 Contamination from rare earth ore strip mining and its impacts on resources and eco envi ronment GAO Zhi qiang1 ZHOU Qi xing1 2 1 Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria Ministry of Education Tianjin Key Laboratory of Environmental Reme diation and Pollution Control College of Environmental Science and Engineering Nankai Univer sity Tianjin 300071 China 2Key Laboratory of Terrestrial Ecological Process Institute of Ap plied Ecology Chinese Academy of Sciences Shenyang 110016 China Chinese Journal of Ecol ogy 2011 30 12 2915 2922 Abstract With the increasing mining activities in China the surrounding eco environment of mines is faced with unprecedented pressure including a series of resources ecological and en vironmental problems This paper introduced the main methods and technical processes for strip mining of typical rare earth ore summarized the radioactive heavy metals fluoride ammonia and sulfate contaminations from the mining and illustrated the impacts and potential hazards of the mining on resources reclamation and utilization surrounding air plants aquatic ecosystems and soil environment which could provide scientific bases for the future integrated pollution con trol and ecological remediation of contaminated environment in rare earth mining areas Key words strip mining rare earth ore resource issue eco environmental issue 国家 自 然 科 学 基 金 项 目 40930739 和 国 家 环 保 公 益 项 目 201009032 资助 通讯作者 E mail Zhouqx nankai edu cn 收稿日期 2011 05 06接受日期 2011 09 15 我国是世界上稀土资源最为丰富的国家之一 素有 稀土王国 之称 稀土元素有许多优异的性 能 已被广泛应用于我国国防和现代化建设的各个 方面 对国民经济的发展做出了重大贡献 国家发 展和改革委员会稀土办公室 2006 然而 在开发 利用稀土资源的过程中 存在着管理混乱 非法开 采 工艺落后 水土流失和污染严重等问题 邓家姝 和邓家询 2005 稀土矿开采过程中使用的药剂 矿物中伴生的重金属 放射性元素等严重污染土壤 和地下水以及周围环境 普传杰等 2004 周启星 等 2004 Guo Zhou 2006 特别是稀土矿开采长 期处于无序状态 开采技术含量低 乱采滥挖 采富 弃贫 采矿回收率低 资源浪费严重 造成日益严重 的环境污染和生态危机 因此 伴随而来的采矿区 周围的生态衰退与环境恶化亟待整治 本文以包头白云鄂博稀土矿和南方离子吸附型 稀土矿 2 个典型稀土矿种为例 通过对稀土露天开 采主要方法和工艺流程的介绍 概述了稀土矿露天 开采过程所产生的污染 对资源和周边生态环境的 生态学杂志 Chinese Journal of Ecology2011 30 12 2915 2922 影响和潜在的危害 为下一步稀土矿区的污染综合 整治和污染环境生态修复提供科学依据 1我国稀土资源概况及其露天开采过程 1 1我国稀土资源概况 我国是世界第一大稀土资源国 已公布的我国 已探明的稀土资源储量为 4300 万 t 占世界总储量 的 43 李红卫和黄小卫 2005 我国稀土资源不 但储量丰富 而且还具有矿种和稀土元素齐全 稀土 品位及矿点分布合理等优势 Wen et al 2006 肖勇 和王艳荣 2008 这为我国稀土工业的发展奠定了 坚实的基础 我国主要稀土矿有内蒙古包头白云鄂博稀土 矿 山东微山稀土矿 四川攀西地区冕宁牦牛坪矿 南方离子吸附型稀土矿 湖南褐钇铌矿和漫长海岸 线上的海滨砂矿等 白云鄂博稀土矿与铁共生 主 要稀土矿物有氟碳铈矿和独居石 其比例为 3 1 达到了稀土回收品位 故称混合矿 稀土总储量为 3500 万 t 约占世界储量的 38 是世界第一大稀土 矿 程建忠等 2007 山东微山稀土矿和冕宁稀土 矿是以氟碳铈矿为主 伴生有重晶石等 是组成相对 简单的一类稀土矿 南方离子吸附型稀土矿是一种 新型稀土矿种 这种稀土易为强电解质交换而转入 溶液 不需要破碎 选矿等工艺过程 而是直接浸取 即可获得混合稀土氧化物 且含中重稀土较高 是一 类很有市场竞争力的稀土矿 中国的海滨砂也极为 丰富 整个南海的海岸线及海南岛 台湾岛的海岸线 可称为海滨砂存积的黄金海岸 有近代沉积砂矿和 古砂矿 其中含独居石和磷钇矿 1 2国内稀土矿露天开采的主要方法和工艺 1 2 1传统露天开采过程以内蒙古包头白云鄂 博稀土矿为例 它是我国最重要的以稀土 铁和铌为 主的多金属共生矿 对稀土的开发利用是伴随铁矿 的开采而进行的 将地表覆土剥离后 进行露天大规 模机械化开采矿石 进入破碎车间进行破碎 然后运 至选矿厂 选出稀土精矿 最后将尾矿运到矿山周围 的各大排土场堆存 图 1 为白云鄂博矿稀土矿采选 流程图 1 2 2原地浸矿工艺离子吸附型稀土矿是 20 世 纪 70 年代在我国南方发现的一种世界罕见的稀土 矿床新类型 这种矿床具有规模大 埋藏浅 中重稀 土配分高 易采选 易提取等特点 我国离子型稀土 矿的生产开发 先后经历了3种根本不同的工艺技 图 1白云鄂博稀土矿采选流程 Fig 1Flow chart of mining and selection of Beiyunoboite rare earth ore 术 即池浸 堆浸和原地浸矿工艺 汤询忠等 1999 对矿山环境的影响显著不同 池浸工艺是一种传统的露天开采异地浸矿工 艺 即先砍伐地表植被 剥离矿体覆盖表土 然后采 掘矿石 将矿石搬入浸析池中加入溶浸液 浸出稀 土 浸矿后的尾矿被搬至堆弃地 这种传统的方 法 将造成大面积的地表土层剥离和大量尾砂堆弃 破坏大量的地表植被 使稀土矿区产生严重的水土 流失 对矿区造成严重的生态环境破坏和污染 汤 询忠等 1999 堆浸工艺实际上是放大的池浸工艺 田君等 2006 没有从根本上改变对植被破坏的 搬山运 动 对生态环境也会造成极大的破坏 为保护环 境 提高资源利用率 现多采用回收率在 80 以上 的原地浸矿工艺 原地浸矿工艺就是在不破坏矿体地表植被 不 剥离表土开挖矿石的情况下 将浸出电解质溶液经 浅井 浅槽 直接注入矿体 电解质溶液中的阳离子 将吸附在黏土矿物表面的稀土离子交换解析下来 形成稀土母液 流出矿体 进入集液沟内 然后收集 母液提取稀土的方法 汤询忠和李茂楠 1997 其 主要工艺流程如图 2 所示 原地浸析离子型稀土矿的基本原理是 吸附在 粘土等矿物表面的稀土阳离子遇到化学性质更活泼 的阳离子 H NH4 时 被更活泼的阳离子交换解 吸下来而进入溶液 再利用沉淀剂将稀土离子沉淀 分离出来 用硫酸铵作浸出剂时 其交换解吸反应 如下 2 高岭土 3 RE3 3 NH 4 2SO4 2 高岭 土 3 NH 4 6 RE 3 2 SO4 2 3 1 式中 RE3 为稀土阳离子 6192生态学杂志第 30 卷第 12 期 图 2稀土矿原地浸矿工艺流程 Fig 2In situ leaching process of rare earth ore 采用碳酸氢铵沉淀法对浸出液中的稀土离子进 行沉淀分离 碳酸氢铵沉淀法是向稀土浸出液中加 入碳酸氢铵溶液 则沉淀出稀土碳酸盐 其反应如 下 2RE3 3NH4HCO3 RE2 CO3 3 3NH4 3H 2 式中 RE3 为稀土阳离子 所得沉淀物经过过滤 洗涤 烘干和灼烧便可得 到混合稀土氧化物产品 该法的特点是沉淀率高 成本低 生产周期短 污染小 是一种较好的方法 原地浸矿过程可以按如下步骤进行 l 电解质溶液沿注液井 孔 中风化矿体的孔 裂隙在自然重力及侧压力下进入矿体 并附着在吸 附了稀土离子的矿物表面 2 溶液在重力作用下 在孔隙中扩散 并挤出在矿体中的孔裂隙水 与此 同时 溶液中活泼性更大的阳离子与矿物表面的稀 土离子发生交换解吸作用 并使稀土离子进入溶液 生成孔裂隙稀土母液 形成原地浸析层 袁长林等 2003 3 裂隙中已发生交换作用的稀土母液被不 断加注的新鲜溶液挤出 与矿物里层尚未发生交解 作用的稀土离子发生交换解析作用 4 挤出的地下 水及形成的稀土母液到达地下水位后 逐步提高原 地浸析采场的原有地下水位 形成原地浸析采场内 的母液饱和层 5 当此饱和层所形成的地下水坡度 到达一定的高度时 15 左右 可形成采场内较稳 定的地下母液径流 在一定控制条件下 母液将定向 流往设置在采场下部的集液沟中被收集 6 浸矿液 注完后 加注顶水挤出剩留在矿体中的稀土母液 7 在地面进行水质处理 2稀土矿露天开采产生的污染 2 1放射性污染 在我国已开采利用的稀土资源中 除含有所需 的矿物成分外 同时伴生有高于天然本底水平的放 射性核素 如镭 钍 在开发利用稀土资源的过程 中 随着开采 冶炼 加工和利用 放射性核素也将发 生迁移 浓集 扩散和重新分布 Taylor McLennan 1988 稀土开采过程中会产生大量的废弃物 这 些含放射性核素的废渣多数露天堆放或坑埋 在长 时间降雨的淋滤下放射性核素很容易进入地下水和 地表水环境 对周边环境造成严重的放射性污染 同 时也会对工作人员和公众的身体健康造成严重影响 Gammons et al 2003 因此 伴随着稀土开采利 用带来的放射性污染是一个非常严重的问题 存在 很大的潜在危害 这在其他普通的金属矿山开采活 动中比较少见 应该得到足够的重视 帅震清 2005 白云鄂博稀土矿属于铁 铌 稀土共生矿 稀土 原矿带入的天然钍 除稀土合金和商品稀土精矿外 售带走少部分外 其余绝大部分沉淀于尾矿 高炉渣 和稀土废渣中 其中 钍进入尾矿 80 63 进入高 炉渣 13 进入稀土废渣 3 92 进入稀土合金渣 0 06 进 入 瓦 斯 灰 0 23 总 进 入 渣 中 量 为 97 84 王虹和韩福荣 2004 商品稀土合金和 外售稀土精矿带走钍元素约 1 83 少量钍元素 随废气 废水排入环境 这部分约为 0 39 放射 性元素钍的大量存在必然会对周围环境造成一定程 度的污染 在露天开采稀土矿的过程中 开采剥离后的贫 矿和废石被运到矿山周围的各大排土场堆存 1998 年 11 月 包头市 1896 管理所 辐射环境管理所 放 射测试结果显示 排土场平均含钍为0 0135 总 比活度为 4 31 103 1 03 104Bq kg 1 排土场 辐射剂量率测量结果显示 白云矿区东排土场为 60 6 958 6 nGy h 1 南排土场为 54 5 546 0 nGy h 1 西排土场为 60 3 611 3 nGy h 1 北排 土场为 49 7 599 0 nGy h 1 此测量结果高于一 般环境水平 王其亮等 1987 说明排土场环境受 到放射性污染 对白云鄂博稀土矿区动植物及土壤进行采样分 析 张利成等 2001 作232Th 比活度分析 动物为公 羊 植物为牧草 土壤为草地土壤 结果显示 矿区 7192高志强等 稀土矿露天开采过程的污染及对资源和生态环境的影响 羊骨232Th 比活度为 55 9 Bq kg 1 比对照点羊骨 25 79 Bq kg 1高 1 18 倍 牧草中232Th 比活度为 83 9 Bq kg 1 高于对照点 2 52 Bq kg 1 32 倍 草地土壤232Th 比活度为 87 3 Bq kg 1 对照点为 32 2 Bq kg 1 高于对照点1 7 倍 可见 白云鄂博 矿区动物 牧草 土壤都受到了放射性污染 矿山破碎后的矿石运至包钢选矿厂 选出铁精 矿和稀土精矿 由于钍的离子半径和电负性与稀土 元素相似 所以放射性钍主要集中在稀土精矿和尾 矿中 稀土精矿含钍量为 0 24 比原矿高 6 倍 总 放射性比活度为 1 03 1 17 105Bq kg 1 超 过 7 4 104Bq kg 1 国标 GB 9133 1988 尾矿 中钍含量为 0 057 比原矿高 0 4 倍 总放射比活 度为2 4 104Bq kg 1 尾矿坝全长12 km 坝体标 高为 1056 m 占地面积约 11 km2 水封面积约占 1 2 是在一个平地上建立起来的 尾矿坝底 坝表面 无任何防渗措施 是潜在的放射性污染源 尾矿坝 外环境的总放射性污染面积为 4 94 km2 尾矿坝 南面测量结果显示 牧草中232Th 比活度为 142 8 Bq kg 1 高于对照点 56 倍 草地土壤232Th 比活度为 278 3 Bq kg 1 高于对照点 7 6 倍 表明尾矿坝下 风向草地土壤受到放射性污染 白丽娜等 2004 2 2重金属和氟污染 稀土矿山的开采会破坏地表的形态 任意堆积 的尾矿和残渣中含有大量与矿物伴生的重金属元 素 如果尾矿和残渣不经妥善处理或不加防护措施 重金属势必发生迁移转化 对周边水体和土壤环境 造成无法估量的严重影响 周启星 2006 离子型稀土矿淋出液中除含有主要杂质离子 Al3 之外 还含有多种重金属离子 张培善 1985 如 Fe2 Cd2 Pb2 Zn2 Mn2 和 Cu2 等 陈志澄等 1994 对南方某稀土矿区环境水系中重金属 Pb Cd Cu Zn 的化学形态及迁移转化进行研究 在矿 区周围采集若干点水样进行初步分析 结果表明矿 区周围重金属 Pb Cd Cu Zn 的污染较为严重 尾 砂水中 Pb 含量高达 10 mg L 1 Pb 在此种水体中 易形成碳酸盐化合物胶体 Leybourne Johannes son 2008 与其他形态一起经粘土矿物吸附后沉入 底泥 在底泥中碳酸盐结合态向铁铝共沉淀态转化 离子交换态在底泥中浓度极小 此类稀土矿山 Pb 的排出量虽然较高 但自净能力较强 而且在此介质 体系中不易出现二次污染问题 Davies 1983 王国 珍 2006 重金属 Cu Zn Cd 的化学形态及迁移能 力与其水环境中 NH4 的活度及它们各自的氨络合 离子稳定常数密切相关 NH4 的大量存在使 Zn Cd Cu 容易产生再生污染 Cu 在此水系中主要以 水溶态存在 包头白云鄂博稀土矿属于混合型稀土矿 主要 稀土矿物有氟碳铈矿和独居石 含氟矿物主要是萤 石 因此 在采矿中获得的各种稀土原矿都含有大量 的氟 混合型稀土原矿中氟含量为 9 13 以 质量分数计 原矿中的含氟量在选矿时所选取的 稀土精矿中均有不同程度的富集 在稀土冶炼中氟 有一小部分转入产品 其余大部分进入环境中 这对 环境造成了严重的污染 氟化物主要以气态四氟化硅 SiF4 氟化氢 HF 和含氟粉尘等形式进入大气 气态氟化物中 SiF4所占的比重较少 且其毒性较轻 对动植物危害 起主导作用的氟化物是 HF HF 对植物的毒害作用 比二氧化硫高 20 300 倍 且比重比空气轻 扩散距 离大 因而对动植物和人的危害性强 选矿过程产 生大量含氟粉尘 大气中悬浮的含氟粉尘和氟化氢 气体通过大气降雨会进入地表和地下水体 导致水 溶氟的增加 尾矿中含氟矿物中的氟也会通过降雨 的冲刷和淋滤作用向水体和土壤中迁移 此外 氟 化物被地表植物吸收后能在体内转移和积累 使植 物发生病变甚至死亡 并可通过食物链进入人和动 物体内 引起人和动物的氟中毒 如严重影响人体健 康的氟斑牙和氟骨症等 吴国忠等 1985 李堂军和 孙承爱 2000 代世峰等 2006 2 3氨氮和硫酸根污染 南方离子吸附型稀土矿是一种新型稀土矿种 所谓 离子吸附 是指稀土元素不以化合物的形式 存在 而是呈离子状态吸附于粘土矿物中 池汝安 和田君 2007 Hannigan Sholkovitz 2001 在离 子型稀土矿的开采过程中 使用的浸矿化学药剂如 硫酸铵 碳酸氢铵可以将稀土元素交换解析下来而 获得混合稀土氧化物 不需要破碎 选矿等工艺过 程 这种特殊的开采工艺使得稀土矿采选过程产生 的污染很有特点 其中氨氮是稀土行业的主要特征 污染物之一 普传杰等 2004 浸矿化学药剂中含 有大量的铵离子 这对周边土壤和水环境造成了严 重污染 硫酸铵 碳酸氢铵在参与完成浸矿反应以后 大 量的 NH4 和 SO4 2 仍然存在于浸析反应池中 NH4 和 SO 4 2不仅会通过渗滤作用进入地下水体 赵 8192生态学杂志第 30 卷第 12 期 中波 2000 Astrom 2001 而且在雨水冲刷和地表 径流的作用下 经沟渠溪涧直接流入附近的河流 Johannesson et al 1996 使河水的理化性质发生 急剧变化 水中氨氮 硫酸根的含量剧增 氨氮对水 生生物有很大的危害 使鱼类等水生动物品种数量 减少 中毒甚至死亡 游离氨的毒性比铵盐大几十 倍 并随碱性的增强而增大 水中的氨氮可以在一 定条件下转化成亚硝酸盐 如果这种水被人长期饮 用 水中的亚硝酸盐将和人体蛋白质结合形成亚硝 胺 这是一种强致癌物质 对人体健康极为不利 因 此 氨氮的严重污染对水生态环境造成了极大破坏 原地浸矿工艺的浸矿剂注入量一般比池浸工艺 要大 矿体中残留的浸矿剂成份也较高 产生废水的 氨氮含量严重超标 达到 3500 4000 mg L 1 即使 是经过地表水和地下水稀释 春季含量达到 80 110 mg L 1 冬季也达到 90 160 mg L 1 而农作 物生长的适宜含量为 25 mg L 1 另外 经浸矿反 应后废弃的尾矿带走一部分 NH4 和 SO 4 2 这部分 离子发生迁移转化很容易进入地下水 地表水和土 壤中 也会对周边生态环境造成很大的影响 Sholk ovitz 1995 Bau 1999 王国珍 2006 3稀土矿露天开采对资源和生态环境的影响 3 1资源回收率低与流失问题 包头白云鄂博稀土矿是世界罕见的铁 铌 稀土 多金属共生稀土矿山 主 东矿铁矿石总储量为 6 5 亿 t 主矿 4 2 亿 t 东矿 2 3 亿 t 然而 开采 50 年 来一直是以铁为主 在实际生产中稀土作业回收率 低 只有 50 60 综合利用稀土也只有 10 左 右 稀土精矿绝大部分产品品位只有 50 左右 钍 资源没有得到利用 韩江 2001 另外 堆置的尾 矿已达 1 6 亿 t 稀土含量为 7 这些稀土资源没 有得到有效利用 反而对周边环境造成很大的危害 南方离子型稀土矿的开采经历了池浸 堆浸 原 地浸矿工艺 这一发展过程使得稀土资源的相对利 用率有所提高 池浸和堆浸工艺对稀土的回收率相 对较低 而且对周围环境的污染和破坏很严重 2003 年起 江西省赣州市全面停止了综合回收率不 到 50 的池浸工艺 2007 年又全面停止了回收率不 到 70 的堆浸工艺 积极探索并全部采用回收率在 80 以上的原地浸矿工艺 这是稀土开采工艺的一 项突破性进展 对于稀土资源的高效合理利用起着 关键性作用 然而 该技术受到一定的地质条件限 制 技术水平要求较高 并不是在所有矿区都能适 用 因此无法完全替代池浸和堆浸工艺 原地浸矿工艺尽管稀土回收率相对较高 但是 仍然存在着资源的流失问题 主要体现在 第一 矿 中残留的浸矿剂在随淋滤水迁移时会将矿中残留稀 土或下游矿体中的稀土带入河沟溪水而流失 Wood 1979 Hyeon Byrne 1992 造成了资源的 浪费 由于原地浸矿工艺的浸矿剂注入量一般比池 浸工艺要大 矿体中残留的浸矿剂成份也较高 所以 这一影响要比池浸工艺更明显些 会使周边水环境 中的稀土及电解质含量增加 影响水生态环境 第 二 原地浸矿工艺的推广将加速稀土资源的开采速 度 容易使产量盲目扩大 价格降低 使这类宝贵资 源过早过快地以低价流向外地 游宏亮 2009 由 于现在应用的原地浸矿工艺并不复杂 集体 个人都 易掌握 因此很容易导致产量过剩 一旦稀土价格 降低 生产者为了自身的利益 会采取收峰弃尾的做 法来降低处理成本 导致稀土回收率的下降和对生 态环境的极大破坏 3 2污染大气环境 包头白云鄂博稀土矿采选过程中矿石破碎产生 大量的粉尘 粉尘年排放量为 61 8 t 这些粉尘对附 近居民的健康和周边环境产生了很大的危害 选矿 厂附近空气能见度大大减低 影响人们正常的生产 和生活 粉尘随风向下风向迁移 使空气污染范围增 大 向大气中排放的粉尘放射性比活度平均为 1887 3 Bq kg 1 比周边环境土壤平均值高 49 倍 王国珍 2007 更严重的是粉尘中含氟化物和高 放射性元素钍 氟化物通过大气降雨沉降至地表会污染水源和 土壤 水中含氟量增加 继而影响动植物的正常生命 活动 植物器官吸收氟化物过多会使植物发生病变 甚至枯死 并且通过食物链引起动物和人的氟中毒 钍是一种放射性金属元素 以化合物的形式存在于 矿物如独居石或钍石内 在稀土矿采选过程中产生 的粉尘中含钍 粉尘长期暴露在空气中 人体吸收放 射性元素钍或钍离子后导致机体内损伤 人体器官 发生病变 严重者会致死 而钍本身发生放射性衰变 也会产生外照射 使人体受到外辐射侵害 陈兴安 等 1997 据国家稀土开发应用卫生评价研究中 心 20 多年研究证明 破碎车间接尘工人肺癌死亡率 显著增加 陈兴安等 2002 稀土尾矿坝的堆积也会污染周围的大气环境 9192高志强等 稀土矿露天开采过程的污染及对资源和生态环境的影响 因尾矿坝体几乎没有防飞扬设施 尾矿坝又处于干 燥 少雨 多强风的地区 易产生扬砂 污染大气 尾 矿坝下风向东南方位 周围土地环境常年受尾矿扬 尘覆盖 不仅浪费稀土资源 也使土壤受到放射性污 染 Oehlander et al 1996 影响周围环境中动植物 的生存 致使大批放养的牲畜发病或者死亡 3 3影响水生生态系统和土壤环境 白云鄂博稀土尾矿的大量堆积 不仅会产生放 射性污染 而且存在其他的潜在危害 尾矿坝南在 坝的下游 由于坝中水渗漏使较大地区土地成为沼 泽地 进而影响水生生态系统 农田 草场 动物也因 此受到影响 使大片土地因盐碱化被迫放弃耕种和 放牧 周启星等 2005 在尾矿坝周围陆续发生过 鱼类死亡 绵羊长獠牙 庄稼减产等事件 说明尾矿 坝对周围水生生态系统和土壤环境造成了严重的污 染和危害 更为严重的是 由于尾矿坝下没有防水层 尾矿 坝的水以每年 300 m 的速度向黄河渗透 而尾矿坝 离黄河最近处仅为 10 km 在尾矿坝以西不足20 m 的地方 便是黄河的支流 名为 山水渠 每年雨季 到来时 洪水将席卷尾矿坝渗出的水经山水渠一起 排入黄河 而且 尾矿坝的水完全靠自然蒸发 尾矿 经年累积愈多 包钢只得以 0 9 m a 1的速度不断 加高尾矿坝 包头处于地层断裂带 一旦出现地震 或者大规模降雨致使尾矿坝决堤 周围 5 个村庄以 及上万包钢职工的生命安全将受到严重威胁 尾矿 流入黄河后 将比 2005 年发生的松花江水污染事件 更为严重 徐光宪等 2005 在南方离子型稀土矿的开采过程中 因为硫酸 铵 碳酸氢铵的大量使用 矿山周边土壤和水环境受 到了严重的污染 对生态安全造成了极大的威胁 按照 矿山池浸工艺 每生产 1 t 稀土氧化物将产 生1000 1200 t 废水 要破坏160 200 m2的地表植 被 要剥离表土 300 m3 大量的废水伴随着尾砂使 山地土壤退化 水源和农田受到污染 矿山周围的生 态环境趋于恶化 王国珍 2006 袁长林 2010 广 东兴宁市宁中镇 20 年来饱受稀土开采污染之苦 由 于尾砂大量堆积 尾砂淋滤水进入天然水体 使水中 稀土含量高于一般淡水的 1000 倍 朱建华等 2002 饮用水遭到严重污染 家畜死亡 在原地浸 矿工艺中 矿中残留的浸矿剂在降雨的冲刷和淋滤 作用下 将携带稀土和重金属离子进入下游水体 Goldstein Jacobsen 1988 而且 收集浸出液的 集液沟若防渗处理不当 含重金属和稀土离子的废 液和废渣会污染地下水和土壤环境 Smedley 1991 Hirano Suzuki 1996 3 4破坏矿山地貌和景观 导致水土流失和滑坡 在南方离子型稀土的开采过程中 池浸和堆浸 工艺都需要对矿山表面覆盖的土层进行剥离 这样 导致大面积的地表植被和土壤被破坏 改变了土地 的利用方式 也就改变了当地的生态过程 Wytten bach et al 1998 Tyler 2004 周启星 2005 开矿 产生的弃土弃渣 质地松散 抗冲抗蚀性差 极易造 成严重 的 水 土 流 失 马 英 军 等 2004 杨 瑞 东 2008 不同开采工艺对植被和土壤的破坏程度不 同 造成的水土流失形式也不相同 在池浸开采工艺中 首先需要砍光地表的植被 铲净草皮 这样表土丧失了植被的天然保护作用 第 二 剥离了红壤表土层 形成松散红土层 其主要以 悬移 质 的 形 式 流 失 Banfield Eggletin 1989 Brookins 1989 第三 含有稀土的土层经过池浸后 变成了尾砂 石英含量达 80 以上 主要以推移质 的形式流失 第四 裸露后的花岗岩母质层风化速度 加快 形成新的水土流失源 池浸法开采面宽 动土 量大 水土流失量也大 从而扰乱了水资源系统 破 坏了植被和土壤 致使地下储水功能丧失 地表水文 平衡破坏 Fleet 1984 Gosselin et al 1992 刘毅 2002 在原地浸矿开采工艺中 开挖浅槽 注液井和集 液沟 需要破坏地表 1 3 的植被 李天煌和熊治廷 2003 灌注的硫酸铵浓度为 3 浸泡时间为 150 400 d 汤淘忠等 2000 由于浓度大 时间 长 浸矿剂侧渗和毛细管作用对植物的生长产生伤 害 造成植被根系萎缩 生长停滞 致使植物的根系 逐步丧失保水固土作用 Fu et al 2001 同时 灌 液孔布置不合理 灌注液体超量 浸取液长时间浸泡 矿层 很容易导致山体滑坡 尤其是遇到自然界的极 端条件时发生的概率相当大 如强降雨 原地浸矿工艺动土量比池浸工艺少 表面上减 少了水土流失 但随着时间的推移 满山遍坡的灌液 孔易造成崩塌或山体滑坡 而且崩塌 滑坡在时间和 地点上具有不确定性 造成治理目标的不明确 在治 理上难以达到有的放矢 刘毅 2002 因此 采用 原地浸矿工艺的山体是造成水土流失和滑坡的重大 隐患 0292生态学杂志第 30 卷第 12 期 参考文献 白丽娜 隋文力 林忠 2004 白云鄂博矿在稀土和钢铁 生产中放射性对周围环境的影响 稀土 25 4 76 77 陈兴安 韩轩茂 程永娥 等 2002 中国矿工吸入钍尘后 健康效应的研究 中国辐射卫生 11 1 6 7 陈兴安 程永娥 阎效珊 等 1997 白云鄂博稀土铁共生 矿矿工肺内钍活度及其对健康影响研究的新进展 中 国辐射卫生 6 2 101 104 陈志澄 赵淑援 黄丽彬 等 1994 稀土矿山水系中 Pb Cd Cu Zn 的化学形态及其迁移研究 中国环境科学 14 3 220 225 程建忠 侯运炳 车丽萍 2007 白云鄂博矿床稀土资源的 合理开发及综合利用 稀土 28 1 70 73 池汝安 田君 2007 风化壳淋积型稀土矿述评 中国稀 土学报 25 6 641 650 代世峰 李薇薇 唐跃刚 等 2006 贵州地方病氟中毒的 氟源 致病途径与预防措施 地质论评 52 5 650 654 邓家姝 邓家询 2005 坚持科学发展观 实现我国稀土产 业可持续发展 世界有色金属 3 2 10 13 国家发展和改革委员会稀土办公室 2006 中国稀土 2005 稀土信息 3 4 7 韩江 2001 未来中国稀土企业 挑战与机遇并存 稀土 22 6 76 李红卫 黄小卫 2005 我国稀土出口现状与对策 稀土信 息 2 13 17 徐光宪 师昌绪 王淀佐 等 2005 关于保护白云鄂博矿 钍和稀土资源避免黄河和包头受放射性污染的紧急呼 吁 中国科学院院刊 20 6 448 450 李堂军 孙承爱 2000 矿区生产技术与可持续发展 中国 矿业 9 3 10 12 李天煌 熊治廷 2003 南方离子型稀土矿开发中的资源环 境问题与对策 国土与自然资源研究 6 3 42 45 刘毅 2002 稀土开采工艺改进后的水土流失现状和水土 保持对策 水利发展研究 2 2 30 32 马英军 霍润科 徐志方 等 2004 化学风化作用中的稀 土元素行为及其影响因素 地球科学进展 19 1 87 普传杰 秦德先 黎应书 2004 矿业开发与生态环境问题 思考 中国矿业 6 21 24 帅震清 2005 稀土材料开发中放射性钍的迁移规律及其对 人体所致辐射剂量研究 博士学位论文 成都 四川 大学 汤询忠 李茂楠 1997 离子吸附型稀土矿原地浸析采矿方 法 矿产研究与开发 17 2 1 4 汤询忠 李茂楠 杨殿 2000 离子型稀土矿原地浸析采 场滑坡及其对策 金属矿山 3 7 5 8 汤询忠 李茂楠 杨殿 1999 我国离子型稀土矿开发的 技术进步 矿冶工程 19 2 14 16 田君 尹敬群 欧阳克氙 等 2006 风化壳淋积型稀土 矿提取工艺绿色化学内涵与发展 稀土 27 1 70 72 王国珍 2007 对稀土冶炼 三废 及放射性污染治理的建 议 四川稀土 3 2 5 王国珍 2006 我国稀土采选冶炼环境污染及对减少污染的 建议 四川稀土 3 30 32 王虹 韩福荣 2004 循环经济思想发展与影响评述 北 京工业大学学报 社会科学版 4 4 5 8 王其亮 何苗挺 崔广志 等 1987 我国天然环境电离辐 射外照射剂量的调查与评价 中华放射医学与防护杂 志 10 7 78 83 吴国忠 谢卫 张维华 1985 赣西乡村砖瓦窑氟污染及 其对农业的危害 农业环境保护 8 4 5 26 肖勇 王艳荣 2008 稀土矿山企业发展战略探析 稀土 29 6 103 104 杨瑞东 2008 贵阳地区碳酸盐岩风化红粘土剖面稀土 微 量元素分布特征 地质评论 54 3 409 417 袁长林 贺德祥 李建中 等 2003 离子型稀土原地浸取 工艺 中国专利 1401797 03 12 袁长林 2010 中国南岭淋积型稀土溶浸采矿正压系统的地 质分类与开采技术 稀土 31 2 22 26 游宏亮 2009 对离子型稀土保护性开发的建议 四川稀 土 2 2 16 19 张利成 白丽娜 王灵秀 2001 白云鄂博矿开发利用中放 射性废渣对环境的污染及防治 内蒙古环境保护 13 1 39 43 张培善 1985 中国稀土矿主要矿物学特征 中国稀土学 报 3 1 5 赵中波 2000 离子型稀土矿原地浸析工艺采矿及其推广应 用中值得重视的问题 南方冶金学院学报 21 3 179 183 周启星 2005 老工矿区污染生态问题与今后研究展望 应 用生态学报 16 6 1146 1150 周启星 王美娥 张倩茹 等 2005 某小城镇土地利用变 化的生态效应分析 应用生态学报 16 4 651 654 周启星 宋玉芳 孙铁珩 2004 生物修复研究与应用进展 自然科学进展 14 7 721 728 周启星 2006 土壤环境污染化学与化学修复研究最新进 展 环境化学 25 3 257 265 朱建华 袁兆康 王晓燕 等 2002 江西稀土矿区环境稀 土含量调查 环境与科学杂志 19 6 443 448 Astrom M 2001 Abundance and fractionation patterns of rare earth elements in streams affected by acidsulphate soils Chemical Geology 175 249 258 Banfield JF Eggletin RA 1989 Apatite replacement and rare earth mobilization fractionation and fixation during weathe ring Clays and Clay Minerals 37 113 127 Bau M 1999 Scavenging of dissolved yttrium and rare earths by precipitating iron oxyhydroxide Experimental evidence for Ce oxidation Y Ho fractionation and lanthanide tetrad effects Geochimica et Cosmochimica Acta 63 67 77 Brookins DG 1989 Aqueous geochemistry of rare earth ele ments Reviews in Mineralogy and Geochemistry 21 201 225 Davies BE 1983 Heavy metal contamination from base metal mining and smelting Implications for man and his environ 1292高志强等 稀土矿露天开采过程的污染及对资源和生态环境的影响 ment 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