关键词不能为空

当前您在: 主页 > 英语 >

南方离子型稀土矿环境污染及治理

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-03-02 09:10
tags:

-

2021年3月2日发(作者:烟腹毛脚燕)



南方离子型稀土矿开采的环境损伤及防治



魏娟萍




王海宁




晏江波



(江西理工大学



资源与环境工程学院,江西赣州



341000



摘要


:阐述了离子型稀土矿池浸、堆浸和原地浸矿三种开采技术,

< br>并分别从环境破坏、


资源


利用率、提取效率等方面对比了 三种开采工艺。同时,首次提出了环境损伤的概念,研究归


纳了离子型稀土在开采中产生 的环境损伤,


并将其分为地质环境损伤、


大气环境损伤、


水体


环境损伤、


土壤环境损伤四类。


从过程分析的角度探究了三种开采工艺环境损伤产生的原因,


并从工艺技 术、


生态修复、


安全管理等多个方向提出防治环境损伤的措施。


建议今后进一步


研究原地浸矿的基础理论、

工艺短流程、


渗流场演化和矿体强度弱化规律、


重金属离子 和氨


氮污染的转化及二次迁移规律等,


优化原地浸矿工艺。


研究开发高效新开采工艺、


新浸矿剂、


土壤 改良剂,以促进离子型稀土行业的可持续发展。



关键词


:离子型稀土;开采技术;环境损伤;防治措施



Environmental damages and control measures in exploiting



ion- absorbed rare earth ores of South China


WEI Juan-ping,WANG Hai-ning, Y


AN Jiang-bo


(School of Resources and Environmental Engineering, Jiangxi University of Science and


Technology, Ganzhou 341000, China)



Abstract:



This


paper


describe


the


three


kinds


of


mining


technologies


of


the


ion-absorbed


rare


earth, which are pool dip, heap leaching and in-situ leaching. analyzing and comparing three kinds


of


mining


technologies


from


the


aspects


of


environment


destruction,


resource


utilization,


extraction


efficiency.


Meanwhile,


the


concept


of


environmental


damage


is


put


forward


firstly.


Summarizing


the


possible


environmental


damages


in


mining


process


and


classifying


them


into


geological


environment


damage,


air


environment


damage,


water


environment


damage


and


soil


environment


damage.


Introducing


the


causes


of


the


environmental


damages


from


the


idea


of


process


management.


The


prevention


and


control


measures


are


put


forward


to


prevent


the


environmental from the aspects of technologies, ecological restoration and safety management. It


is recommended that further study on basic theory of in-situ leaching process, short flow, Seepage


field


evolution


and


law


of


ore


strength


weakening,


conversion


and


secondary


migration


rule


of


rare heavy metal ions and ammonia nitrogen pollution and so on. Optimizing in-situ leaching is


suggested. Searching high efficient and new exploitation technique, new leaching agent and new


soil conditioner can promote sustainable development of ion- absorbed rare earth ore industry.



Key word:


ionic rare-earth mining; technologies; environmental damages; control measures


0


引言



南方离子型稀土矿是中国南方独 有的以阳离子状态吸附于黏土矿物表面的风化壳稀土



[1,2 ]


,具有类型新、分布广、品位高、放射性活度低等特点


[3, 4]


。南方离子型稀土主要分布


在江西、广东、福建等南方地区


[5]


,富含中、重稀土,是国家战略性资源,被广泛应用在传


统领域(冶金、石油、玻璃、国防军事等)和功能新材料中


[6 ,7]


,是发展国家高新技术和国


防工业不可或缺的元素,被誉 为“新材料之母”、“工业维生素”


[8]


,因而被广泛的开采 和


应用。


近年来,


随着高新技术的不断 发展,稀土在新材料领域中的应用越来越广,


特别是稀


土永磁材 料、催化材料、防腐材料等稀土功能材料在高端科技领域中的应用


[9,10]


,而在传统



基金项目:江西省自然科学基金重 点项目(


20133ACB20003




作者简介:魏娟萍,


1989


年, 女,江西省赣州安远县,江西理工大学资源与环境学院,研究生。研究方向:


矿业安全,


E-mail



1002133985 @


通讯作者:王海宁(


1965


—) ,男,安徽省怀宁县人,江西理工大学环境科学及工程学科教授,博士生导


师。电话:< /p>




E-mail



hnwang@



工业中的应用处 持平状态,


如图


1


所示。


南方离子型稀土矿的开采技术经历了从池浸、


堆浸


到 原地浸矿的发展过程


[11]


。池浸和堆浸开采方法工艺及设备 简单,但因其开采过程中对植


被、水土、


边坡、


耕地等造成严重的危害而被禁止采用。近年来开始应用的原地浸矿开采方


法工艺 相对复杂,被认为是最环保的采选工艺


[12]


,但若是渗透性 和底板条件不好的矿床,


有可能引发和加剧地质灾害和环境破坏,


而这些可能产生的环境问题尚未被矿山引起足够的


重视


[13 ]


。以赣州为例,据统计,赣州稀土开采破坏的生态植被约


15 00



m


2


, 荒漠山地约


0.32



m


2


,废弃土、尾砂约


1600



t


[14]


。可见,矿山企业所面 临的资源开采与环境破坏的


双重压力之大。


长期以来,


我国南方离子型稀土矿的开采设计没有可遵循的设计规范和标准,


回收率 低和对环境的破坏依然存在,


且认识不深,


环境污染防治刻不容 缓。


因此,


探析南方


离子型稀土矿开采 对环境造成的环境损伤及原因,


并提出环境损伤防治对策及研究建议,

< br>对


开展南方离子型稀土矿可持续高效开采的研究具有重要意义。

< br>


百分比


%


70


60


新材料


冶金


石油


陶瓷


轻工业及农业


50


40


30


20


10

0


2002


年份


2004


2006


2008


2010

2012




1



2003~2011


年我国稀土在各 产业的应用趋势图



Fig 1



Application trend of rare earth industry in 2003~2011






2


开采工艺分析



2.1


池浸工艺







池浸工艺俗称“搬山运动”


,因开采技术及设备简单而被迅速推广应用,是早期离子型


稀土矿主要 的开采技术。但经过一段时期后,因其在开采过程中存在植被破坏、水土流失、


土壤盐碱 和沙化及开采效率低等问题


[3,15]


而被淘汰。主要存在的 问题如下:







(1)


植 被破坏严重,矿区地形地貌破坏


[16]


。池浸工艺需要砍伐地 表植被、剥离表土、开


挖矿石,对矿区的植被具有毁灭性破坏,严重损坏生态结构,影响 生态平衡发展。据资料,


采用池浸工艺生产


1t


的稀土,需要破坏地表植被


160~200m


2


,剥离表土约


300m


3



(2)


大量水土流失,矿区滑 坡、坍塌、泥石流等地质灾害频发


[17]


。据资料,生产


1t


的稀


土会伴随产生

1000~1600m


3


尾砂


[1 8]


。池浸工艺破坏植被,使其丧失了保水固土的功能,导


致矿 区水土流失严重及土地沙化板结。


此外,


采区边坡稳定性由开挖 矿石而被破坏,


极易引



发滑坡事故。


而开采产生的大量尾砂到处随便堆弃,


由其保水性差,


在梅雨季节容易发生泥


石流,且泥沙随雨水和浸矿剂流入下游河道,使得 河道淤塞,河床抬高,污染水源。



(3)

废液污染水源、土壤。池浸工艺在开采中,会产生大量废液。据资料,每生产


1t< /p>



土,


将会产生浸矿废液


1000~1200m


3[18]


< br>而很多企业考虑成本而将废液未经处理直接对外排


放,使得含铵态氮的废液污染河 水和下游土地,影响农作物的生长。







(4)


资源浪费严重,生产成本高,开采效率低


[19]


。池浸工艺产生的大量尾砂堆弃在含矿


矿体上,压覆使其无法开采,浪费资源 。此外,池浸工艺往往存在采富弃贫,放弃低浓度母


液回收,造成稀土回收率低,资源利 用率低。



2.2


堆浸工艺







堆浸和池浸工艺的原理相似,都是 “搬山运动”


。堆浸工艺采用大型机械化采装运设备


进行表土剥 离、开挖矿体、筑堆浸矿、回收浸液等工序,并采用硫酸铵浸矿剂,实现低浓度


浸矿,< /p>


减少浸矿剂对水土的污染,


并运用碳酸氢铵代替昂贵而有毒的草酸 沉淀剂,


降低了成


本,减少环境污染


[ 20,21


]


。同时,堆浸工艺充分利用地形,就地筑堆,就地 浸矿,集中收液


并集中处理废水废渣,降低了运输成本,减少了压矿、弃矿


[22]








堆浸工 艺虽然在池浸工艺的基础上有所改进,


由于采用了大型采装运设备,

使矿块整体


生产周期缩短,


提高了稀土生产效率,


降低了生产成本,


并对低品位的稀土矿也能取得良好

的提取效果


[23]


。但堆浸工艺环境破坏仍然很严重,依 然严重破坏地表植被,也会产生大量


尾砂。


该工艺占用的堆场的 面积很大,


有些矿点在原堆浸后的尾砂上重新筑坝堆浸,


循环反



2~3


次,


影响坝体的质量,


一旦溃坝,


尾砂大量下泄,

< br>对生态环境造成的破坏比池浸工艺


更大。



2.3


原地浸矿工艺







原地浸矿工艺集多种技术于一体,如地下水动力学、


流体力学、计算 机模拟等,是目前


被人们赞许的离子型稀土采选技术


[24]< /p>


。不可否认,原地浸矿较池浸、堆浸工艺具有其很多


优点,如植被 破坏少、资源利用率高、提取效率高、成本低等,但在生产实践中也存在很多


问题,人们 常常过于关注它的优点而忽视其存在的问题


[25]









1



原地浸矿技术复杂,需要选择合适的浸矿剂及其合适的浓度、


固液比 、注液速度,


合理布置注液井(孔)、集液工程、矿块作业顺序,对矿体的形状、矿石分 布、底板等自然


条件的要求较高,对复杂地质类型的矿体的应用效果不理想,如“底板发 育不良矿体”


“分


散型矿体”、“不均质矿体”、“渗透性差矿 体”


[26-28]









2


)原地浸矿工艺虽然革除了传统工艺剥 离表土、开采矿石、搬运矿石的工序,对植


被破坏少,但需要在矿块注液范围内开挖很多 注液井(孔)、浅槽和集液沟,仍会产生一定


的废弃岩土并会破坏约

1/3


的植被


[30]









3


)原地 浸矿工艺虽然提取效率高,能达到


70%


以上,但残留在矿体中 的浸矿剂会随


淋滤水的迁移将残留在矿体中的稀土带入河沟溪水中,导致一部分稀土流失


[29-31]










4


)浸矿 液的饱和入渗,在矿体孔隙水压力增大和浸矿剂弱化矿体强度共同作用下,


容易引发滑坡 等地质灾害。据统计,


2006


年赣州龙南地区原地浸矿开采区 共有


401


个滑坡,


占地面积


28.830



m


2[ 18]









5


)原地浸矿需要将高浓度的硫铵浸矿剂通过注液孔注入矿体,浸矿剂量大,浸矿时

< p>
间长,若矿体底板不好,则回收率低。在浸矿过程中,浸矿剂容易渗漏到地下水和土壤中,


并在降雨的冲刷和淋滤水的作用下,


会携带稀土和重金属离子进入下游水 体,


严重威胁地表


水、地下水及土壤的安全

[32]


。在《广东省大埔县五丰矿及扩大区稀土矿环境影响报告书》


中提到:该矿在原地浸矿过程中,注液


1500d


后 ,


如果不采取任何地下水污染防治措施,矿


体下游地下水中的氨 氮浓度变化很大,由原来的


0.16mg/L


上升为

< p>
66.2mg/L


[33]


。可想而知,


在原地浸矿浸矿过程中,


如果集液沟防渗防漏没有正确处理,

< p>
将会造成水体和土壤中的重金


属和氨氮含量超标,


甚至会使植物根系受损,


影响植物生长或枯死,


使植物逐渐丧失 保水固


土的作用,原地浸矿矿块若存在陡坡的地段,还可能造成严重的滑坡事故


[34,35]




2.4


工艺对比



池浸、


堆浸及原地浸矿三种开采工艺都具有各自的优缺点,

文章基于上述详细的三种工


艺分析,从开采工艺的流程、环境破坏、适用性、资源利 用率、工艺技术、生产成本及污染


控制等方面对离子型稀土三种开采工艺进行对比,如表


1





1



开采工艺对比



Tab.1



Mining technology contrast



开采工艺





池浸





[20,21]


工艺流程




堆浸




人工 剥离表土→人


工采掘矿石→板车


运矿进池→浸矿→


草酸沉淀→灼烧→


氧化稀土



浸矿后→出渣



挖机剥离表土→采


掘矿石→汽车运矿


→筑堆→浸矿→碳


铵除杂 →碳铵沉淀


→过滤脱水→碳酸


稀土


< /p>


划分采场→采场采


准→注液溶浸→碳


铵除 杂→沉淀→过


滤→碳酸稀土




环境破坏















适用性






普遍适用



资源回


收率





一般不



50%


开采


生产


污染



技术



成本



控制














简单





制,集中管





普遍适用



一般不



50%



简单










制,集中管




原地



浸矿






相对小



对 弱渗透性、



板发育不良、










< br>杂











理想





75%









复杂



相对






不易集中处





由表


1


中可 知,


虽然原地浸矿工艺较其他两种开采工艺具有很多自身的优势,


但原地浸


矿工艺应用在底板发育不良、


渗透性差的复杂矿体中 的效果并不理想,


而在我国南方离子型



矿山中,底板良好的矿山只占少数,大多数矿山底板都是不好的


26]


。该工艺仍会产生一定


的环境损伤,且对污染不好集中控制。此外,

< p>
由于原地浸矿技术复杂及技术保密的原因,大


多数企业缺少专业技术指导和 技术交流,


对原地浸矿技术并不熟悉和精通,


只是依葫芦画瓢,


有可能导致严重的资源浪费和环境问题。以上问题严重阻碍离子型稀土行业的可持续发展 。


因此,我国需要从开采工艺技术的角度提出预防资源浪费和环境损伤的措施。



3


环境损伤及原因分析



3.1


环境损伤定义







环境损 伤可以定义为:由于产业活动或其他人为原因直接或间接的破坏或污染生态环


境,


造成生态环境的物理、


化学或生物特性的可观察的或可测量的不利改变 ,


以及提供生态


系统服务能力的破坏或损伤,

< br>从而导致人体健康、


公私财产以及区域生态功能和自然资源等

环境权益的损害或危害


[36]




3.2


环境损伤分类




池浸、堆浸和原地浸矿技术对环境造成的损伤主要有破坏植被 、地下水污染、放射性


污染、重金属污染、水土流失等


[37]


,可将环境损伤分为四大类


[38-40]

,即是:地质环境损伤、


大气环境损伤、


水体环境损伤、< /p>


土壤环境损伤。


根据环境损伤的定义分析离子型稀土由开采


产生的四种环境损伤。



< br>1


)地质环境损伤包括:一是地壳结构、边坡稳定性、岩体应力分布被破坏;二是 采


区发生滑坡、泥石流和崩塌等地质灾害,其具有随机性、突发性、成因多元性等特征, 这些


特性使得预防和修复地质环境损伤有了一定的难度。




2


)大气环境损伤:由烟气、

< p>
SO


2



CO

< p>


CO


2


等污染物对外排 放而产生的酸雨、光化


学烟雾、温室效应等,具有不可见性、流动性、扩散性,不易被人 们发现,对人们及生物造


成慢性、长期的影响。




3


)水体环境损伤:水体环境被废水、废渣、浸矿 剂、重金属、放射性物质等污染物


在物理(转移、扩散、沉淀等)、化学(氧化、还原等 )、生物等的作用下受到污染,其具


有流动性、


长期性、


后果严重性,不仅对当地的人们及植被有严重的影响,


还可能对下游的


人们及植被有影响,一旦水源受到污染,则具有灾难性的后果。




4


)土壤环境损伤:一是岩石应力的 变化,岩体的移动变形和破坏;二是水土流失、


土壤有机肥和养分流失、


土壤生产力降低、


土地沙漠化;


三是浸矿剂、


废液、


废渣、


重金属、


放射性物质等污染物流入土壤,


污染土壤,改变土壤成分,土壤盐碱化荒漠化。土壤环境 损


伤具有隐蔽性、潜伏性、不可逆性、长期性等特性,严重影响植被的生长。

< p>


3.3


环境损伤原因分析



我国污染治理经历 了三种模式,即是“传统经济”模式、“生产过程末端治理”模式和


循环经济模式。


离子型稀土开采产生的环境损伤的治理不能再走历史的老路,


需改变 过去


“传


统经济”模式和“生产过程末端治理”模式,发展循环 经济、清洁生产模式,走可持续发展



道路,

< br>实现离子型稀土资源高效绿色开采。因此,


根据四类环境损伤产生的机理及特征, 结


合工艺过程的特点及触及的环境层次,分析三种开采工艺环境损伤产生的原因(如表< /p>


2


),


以期基于过程分析的思想全面了解 环境损伤产生的原因。




2



环境损伤的原因



Tab.2



Environmental damage reasons


开采


工艺



环境类型



环境损伤



环境损伤原因



剥离表土、采掘矿石、尾砂


堆弃



灼烧



硫铵或氯化钠浸矿、草酸沉


淀、过滤



剥离表土、采掘矿石、草酸


沉淀、尾砂堆弃



边坡稳定性、岩体应力分布被破坏;



地质环境




采区发生滑坡、


泥石流和崩塌等地质灾害二次损伤


大气环境



池浸



水体环境



地质环境




酸雨、光化学烟雾、温室效应等


< /p>



废水、废渣随降水流入河水、池塘等污染水源

< br>



岩石应力的变化,岩体的移动变形和破坏;




土壤有机肥和养分流失、

< br>土壤生产力降低、


土地沙


土壤环境



地质环境



水体环境



堆浸



土壤环境



漠化、水土流失;




废液、


废渣、


重金属、


放射性 物质等污染物流入土


壤,污染土壤,改变土壤成分,土壤盐碱化荒漠化

< br>



边坡稳定性、岩体应力分布被破坏;




采区发生滑坡、


泥石流和崩塌等地质 灾害二次损伤


地质环境



剥离表土、采掘矿石、尾砂


堆弃



硫酸铵浸矿、碳铵沉淀、过





废水、废渣随降水流入河水、池塘等污染水源




岩石应力的变化,岩体的移动变形和破坏;




土壤有机肥和养分流失、


土壤生产力降低、


土地沙


漠化、水土流失;

< br>



废液、


废渣、


重金属、


放射性物质等污染物流入土


壤,污染土壤, 改变土壤成分,土壤盐碱化荒漠化



剥离表土、采掘矿石、硫酸


铵浸矿、碳铵沉淀、尾砂堆





边坡稳定性、岩体应力分布被破坏;



地质环境




部分采区发生滑坡、


泥石流和崩塌等地质灾害二次


损伤地质环境



原地


浸矿



水体环境




浸矿剂、


重金属、


放射性物质迁移和聚集污染地表


和地下水




岩石应力的变 化,岩体的移动变形和破坏;




土壤 有机肥和养分流失、土壤生产力降低;



浸矿剂残留在矿土中引起土体富营养化;




含高浓度氨氮浸矿剂、


重金属、


放射性物质迁移和< /p>


聚集污染土壤,改变土壤成分。



采场地 形陡、矿土渗透性


差、孔网参数布置不合理、


注液速度过快、雨 季强注


液、收液方式不合理



底板泄漏 、硫铵浸矿、尾液


外排、废水外排



地形、渗透性、硫铵浸矿、


注液管理



土壤环境




离子型稀土矿不同的开采技术对地质环境、大气、水体、土壤造成不同程度的损伤,造


成 的原因也不同。



2


中,


分析了三种开采工艺由开采产生的四类环境损伤分别由那些工序


造成的。如原 地浸矿工艺破坏了地壳结构、边坡稳定性、岩体应力分布,以及发生的滑坡、


泥石流和崩 塌等地质灾害对地质环境造成二次损伤,


而其造成的原因是采场地形陡、


孔网参


数布置不合理、


注液强度过大、


雨季强注液、


收液方式不合理等因素;


水土环境受到的 损伤


是浸矿剂、


重金属、


放射性物质迁 移和聚集污染了地表和地下水,


产生损伤的主要原因是底


板泄漏 、硫铵浸矿、尾液外排、废水外排等;而土壤环境损伤的主要原因是地形、渗透性、

-


-


-


-


-


-


-


-



本文更新与2021-03-02 09:10,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/688784.html

南方离子型稀土矿环境污染及治理的相关文章