南方廢棄稀土礦區生態失衡狀況及其成因

羅才貴，羅仙平,，周娜娜，張 艷，鄧揚悟

(1.江西理工大學，江西 贛州 341000；2.江西省礦冶環境污染控制重點實驗室，江西 贛州 341000；3.國家離子型稀土資源高效開發利用工程技術研究中心，江西 贛州 341000)

稀土被稱為“工業維生素”和新材料“金庫”，因其具有獨特的理化性質而被廣泛應用于航天航空、電子信息、機械、鋼鐵、石油化工、交通、陶瓷、原子能工業、醫藥、新能源和新材料等13個領域的40多個行業，是現代工業中不可或缺的重要元素[1-2]。中國是稀土大國，擁有較為豐富的稀土資源，其稀土儲量約占世界總儲量的23%，并且形成“北輕南重”的資源賦存格局[3]。

離子型稀土礦是我國實施保護性開采的特定稀土礦種，也是世界上稀缺的礦種，廣泛分布于我國南方的江西、廣東、福建、湖南、云南、廣西、浙江等7省區，具有稀土元素配分齊全、富含中重稀土元素、放射性元素含量低等特點，其中，中重稀土儲量占世界的80%以上[4]。離子型稀土礦成因獨特，且開采方便、方法簡單、成本較低，對世界稀土工業的發展和稀土在高科技領域的應用都做出了巨大的貢獻[5]。然而，離子型稀土品位偏低(只有千分之三，甚至萬分之幾)，其提取和分離技術相對落后，加之早期國家和地方的開采準入政策較為寬松，而國內外市場需求量大，出現了濫采亂挖、采富棄貧、采易棄難等資源浪費現象，形成了對離子型稀土的無序和超強度開采，也因此對礦產資源和礦區及其下游的生態環境造成了嚴重破壞，如礦區植被破壞嚴重，水土流失加劇，產生了大量棄土廢渣，采礦廢水使河流、農田和地下水受到不同程度的污染等等，并且可能誘發地質災害，危害人民群眾生命財產安全。目前，對南方離子型稀土礦開采過程中的環境問題研究報道不少，但較為零散且缺乏系統性。本文針對南方離子型稀土礦開采過程中出現的環境問題，力求系統而全面地呈現出南方廢棄稀土礦區生態失衡現狀，并分析導致出現環境問題的成因。

1 南方廢棄稀土礦區生態失衡狀況

南方離子型稀土礦區及其下游地區的生態環境，因其超負荷和無序的開采而遭到破壞，其生態失衡狀況可以歸結為以下幾方面。

1.1 礦區大面積植被破壞嚴重

離子型稀土礦的命名和開采歷經40多年，在開采初期多采用池浸工藝，其稀土生產過程可簡述為“表土剝離-礦體開采-入池浸礦-回收浸出液-尾礦棄排”，俗稱“搬山運動”[6]。由于池浸工藝開采過程中需要將覆蓋于被采礦體上的植被去除，導致開采后的離子型稀土礦區出現大面積的植被破壞。據資料顯示[7]，每生產1t混合氧化稀土礦要破壞160～200m2的地表植被，以贛南目前年產約2萬t為例，則贛南地區每年至少會破壞3.2km2以上的植被。而大面積的植被破壞會嚴重影響到當地生物多樣性，導致稀土礦區及其周邊地區的景觀和生態平衡遭到破壞。

1.2 水土流失嚴重，導致滑坡和泥石流危險

南方離子型稀土礦開采也易出現大面積的水土流失嚴重現象。相關資料表明[8]，采用池浸工藝，生產1t稀土剝離300m2表層土，挖礦土1300～1600m3，產生尾砂和尾渣1600～3000t(容重約為1.2t/m3)，每年造成水土流失為1200萬m3。表層土的破壞致使礦區土壤有機質、有效氮和磷等營養物質大量流失，其理化性質(如pH值、顆粒粒度分布、土壤孔隙率等)被完全破壞，土壤的質地疏松，持水性差，加之大量尾砂尾渣(通常為非固結或半固結狀態)極易造成嚴重的水土流失隱患。大量尾砂在重力和降雨作用下，易出現淤塞河道和水庫、抬高河床、沖毀和掩壓大量農田耕地等擴大區域污染情況，威脅人民生命財產安全。據江西省信豐縣資料顯示[9]，該縣開采稀土10年間，因尾砂下泄淤積的農田面積已達286hm2，全部成了荒漠砂地無法耕種；34.6km長的公路被尾砂淹沒沖毀；總庫容為65.2萬m3的香山水庫泥砂淤積量竟達46.8萬m3，致使水庫不能發揮正常效應。

離子型稀土開采過程出現的大面積植被破壞，可能會改變當地的生態演替過程。大量棄土廢渣通常僅堆積在排土場和礦渣池中，不能有效處理或超過池體容量，則在南方長時間、大范圍的梅雨季節時，就很容易形成泥石流，給礦山及其下游地區造成極大危害。開采后地質結構疏松的礦山在雨水淋溶和沖刷下，也潛在地存在山體坍塌、滑坡危險。此外，現今較為推崇的原地浸礦工藝，雖然比池浸和堆浸工藝降低了對礦山表面植被的破壞，也減少了水土流失，但若灌液孔布局不合理、灌注浸礦劑超量或者在強暴雨襲擊等情況下，則易發生山體坍塌、滑坡，且隨著時間的推移，發生地質災害的概率不斷升高，而其發生時間和區域范圍上又具有不確定性和不可預判性，也導致治理目標的盲目性和不明確，難以有的放矢[10]。

1.3 重金屬污染不容忽視

離子型稀土礦的開采易破壞礦區地表形態，浸礦后任意堆積的殘渣和尾礦中含有大量與稀土礦物伴生的重金屬元素，若不經妥善處理，則當出現降水天氣情況時，在雨水淋溶、滲濾作用下，極易發生重金屬元素的遷移轉化，導致礦區及其下游地區的土壤和水體的重金屬污染，后果不堪設想[11]。

1.4 水體污染

1.5 土壤污染

1.6 氟污染

采礦獲得的各種稀土原礦都含有一定量的氟，例如江西贛南賦存的菱氟釔鈣石(YCO3F-CaCO3)就含有氟，因此，規模化開采后，原礦中的氟在選礦后的稀土精礦中均有不同程度的富集，在稀土冶煉過程中，僅有一小部分氟進入產品，其余大部分氟則進入環境中，造成了嚴重氟污染[13]。此外，氟化物通過土壤和水等介質進入地表植物或水生動植物中，繼而通過食物鏈威脅人體和其他動物健康。氟中毒會導致人體骨相、中樞神經系統、內分泌系統及心、肝、腎等器官受損，并引起生物酶和免疫功能的改變，損傷DNA，并因此影響核酸合成[6]。

2 南方廢棄稀土礦區生態失衡的成因

前已述及，南方廢棄稀土礦區中生態失衡狀況十分嚴重，且此狀況未得到有效遏制，甚至有越來越嚴重的趨勢。要遏制南方廢棄稀土礦區生態失衡，就必須對造成此現狀的成因進行分析，總結起來可歸納如下幾方面。

2.1 稀土提取工藝本身存在不足，是導致生態破壞嚴重最重要的原因

南方離子型稀土礦的提取工藝經歷了三個發展階段。第一代為氯化鈉浸取、草酸沉淀稀土工藝，其中浸出方式為池浸；第二代為硫酸銨浸取、碳酸氫銨和草酸沉淀稀土工藝，采用的浸出方式為池浸和堆浸共存，并用碳酸氫銨部分代替毒性較高的草酸；而第三代為原地浸取工藝，即浸出劑(硫酸銨)溶液從注液井注入礦體中，將稀土成分浸出，然后通過回收腔將浸出液送至地面工廠提取加工[17]。具體的發展歷程如下。

20世紀70年代初，離子型稀土礦被發現初期，研發了氯化鈉浸取工藝并成功應用于工業生產實踐中[18]。該工藝利用氯化鈉作為浸出劑將稀土交換出來，富集于浸出液中，然后用草酸進行沉淀，再經過過濾、洗滌、灼燒、水洗等過程，最后生成混合稀土氧化物(產品)。具體流程為：表土剝離→開挖含礦山體、搬運礦石→浸礦池→浸礦劑(濃度為7%的NaCl溶液)對稀土礦石進行“滲濾洗提”或“淋洗”，“離子相”稀土交換出來后，流入集液池或母液池→沉淀池除雜、沉淀，獲混合稀土；池中上清液經處理后，返回浸礦池，作“洗提劑”循環使用→混合稀土經灼燒，獲純度≥92%的混合稀土氧化物[19]。由該工藝流程易知，剝離地表植被和土壤的稀土礦山，經長久日吹雨淋的風化作用，會出現土地沙漠化，甚至寸草不生，其自然景觀破壞也極為嚴重。大量高濃度NaCl溶液的使用，易使礦山及其下游地區的土壤板結，并形成鹽堿地，加之大量毒性草酸的使用，會同時污染地表水和地下水，降低水的pH值。礦區生產廢水直接外排，會污染下游農作區土壤和河流湖泊等水體，進而威脅人民群眾的生命財產安全。大量尾礦尾砂(含重金屬元素)是潛在的泥石流源，在南方梅雨侵襲時，極易引發泥石流災害及重金屬遷移、轉化和形態變化。此外，該工藝的浸礦池和沉淀池一般選在礦山的中下部，故存在著嚴重的占用土地和壓礦現象，導致資源利用不充分，間接造成礦區生態破壞。

針對氯化鈉池浸工藝的種種缺陷，20世紀70年代末80年代初，江西大學提出采用硫酸銨取代氯化鈉作為浸礦劑浸取稀土，沉淀方式也由只添加草酸變為草酸和碳酸氫銨并用，浸礦方式則由池浸發展到池浸和堆浸并用[20]。硫酸銨浸取工藝流程可簡述為：表土剝離→開挖含礦山體、搬運礦石→浸礦池→濃度為1%～4%的硫酸銨溶液作為浸礦劑浸取礦石，稀土母液進入集液池→沉淀池沉淀、除雜(草酸和碳酸氫銨作為沉淀劑)→經洗滌、灼燒或轉晶、灼燒，獲得純度≥92%的混合稀土氧化物[17]。該工藝雖然在資源利用效率有所提高，也減少了浸礦劑對土壤的污染，但仍需要進行“搬山運動”，對礦區生態環境的破壞仍十分嚴重。

20世紀90年代后，又出現了原地浸出工藝，該工藝流程為：配制浸取液→注液井(后期加頂水)→浸取液將礦體中的離子相稀土交換出來→母液進入集液溝→稀土富液沉淀(碳銨或草酸)→晶型碳酸稀土或草酸稀土經灼燒得混合型稀土氧化物[17]。目前普遍認為，原地浸礦工藝不需要開挖表土，僅挖一些淺井，因而基本不會破壞植被；不需要開挖礦體，不會形成水土流失；基本不會造成水質污染，是具明顯環境保護優勢的最佳開采方式[21]。但事實上，原地浸取工藝仍然對礦區生態環境造成較大影響，歸納起來主要有以下幾方面：①可能引發礦區山體滑坡、泥石流等地質災害。原地浸取工藝將浸取液注入礦體中，需要對注液井進行合理布局，若布局不合理或液壓過大，則可能引發山體坍塌、滑坡；當遇到高強度、大范圍的暴雨襲擊時，則可能進一步引發泥石流災害，且這些地質災害的發生具有不確定性、不可預判性等特點，對礦區下游人民群眾的財產安全構成嚴重威脅。2006 年統計的江西龍南地區的原位浸析開采區共有 401 個滑坡，占地 28.830萬m2[10]。②對礦區植被和自然景觀仍有較大破壞。原地浸取工藝需要布局大量的注液井和溝渠，故仍要破壞礦區山體地面約1/3的植被，由于浸礦劑側滲和毛細管作用，地表的許多草本植物的地上部分枯死，還不知道地下部分是否已死亡[5]。③造成對水體和土壤的污染。原地浸取工藝需注入大量浸取液(比池浸和堆浸所用的量都大)，且有大量未進行離子交換的浸取劑會殘存于礦山中，對礦區及其周邊環境的地表水、地下水和土壤造成不可預知的污染，當發生山體坍塌、滑坡和泥石流等重大地質災害時，浸取液外流會加重污染。

綜上所述，對礦區生態環境影響更小的稀土提取工藝仍亟待科技工作者開發和探索，而現用的堆浸工藝和原地浸取工藝仍需不斷完善，依據稀土礦區的地質勘探數據，擴大原地浸取工藝的應用區域范圍也能減少對稀土礦區生態環境的破壞。

2.2 稀土礦的礦床特征、品位特點以及資源利用率低，也是礦區生態破壞的原因之一

離子型稀土礦的礦床厚度一般為8～10 m；其品位一般為含REO 0.05%～0.3%，且50%以上的稀土集中于占原礦重量24%～32%的-0.78mm礦粒中；礦床的縱向品位具有上貧、中富、下又貧的規律，風化殼的稀土品位大于基巖的稀土品位；橫向品位0～50m波動不大；山脊較富，山溝、山凹較貧；但整個礦區各個山頭的稀土品位的變化無明顯規律，其品位差別很大，可達2～6倍[4]。由此可知，離子型稀土礦賦存條件差，稀土元素呈離子態吸附于土壤中，具有分布散、豐度低的特點，規模化工業性開采難度大[3]，且主要賦存于地表淺層，展布面積大；稀土品位較低，這就使得生產稀土開采時，需要大面積地將礦區表層土壤或礦石進行剝離，以獲得相對較高品位的礦石，而這又直接導致出現采富棄貧、采易棄難等資源浪費現象，同時產生大量具有潛在威脅的尾礦尾砂；品位差異也使得南方不同地區稀土礦的開采，在獲得等量稀土氧化物時所需付出的礦區生態環境代價不同。早期池浸工藝和堆浸工藝的稀土回收率都較低，也是稀土開采導致嚴重生態環境失衡的原因之一。

2.3 資源未完全整合、相關部門監管不力，也在一定程度上加重了稀土礦區的生態失衡狀況

隨著國際國內需求的不斷攀升，稀土產量也逐漸增大，出現供大于求的現象，導致稀土價格持續走低，未使資源優勢變為經濟效益，對資源和生態環境造成了嚴重損害。據此，2011年中國頒布了《國務院關于促進稀土行業持續健康發展的若干意見》，明確提出“基本形成以大型企業為主導的稀土行業格局，南方離子型稀土行業排名前三位的企業集團產業集中度達到80%以上”的發展目標；該《意見》迅速在南方稀土行業形成了巨大的指示作用，南方各省區紛紛加快組建稀土整合平臺，組建了各自稀土集團，但仍處于“各起爐灶，各自為政”的狀態，整個南方難以形成一個共同的聲音[22]。這種資源整合的不完全，加之地方政府相關部門對稀土開采的監管乏力，在很大程度上對稀土資源和生態破壞影響巨大，如2010年底，龍南縣和信豐縣獲得江西省下撥的4370萬元專項資金，用于稀土廢棄礦山環境治理，但4370萬元的資金對于稀土礦區的生態修復是杯水車薪；就整個贛州來說，預計資金缺額高達380億元以上，而若恢復至開采稀土前的狀態，則至少需要1000億元資金[23]。因此，要扭轉稀土生態失衡現狀，需要地方相關部門的配合支持，盡早完成南方稀土資源的完全整合，避免濫采濫挖、采富棄貧等資源浪費現象的發生。

2.4 針對離子型稀土礦區生態恢復的研究滯后，使得礦區的生態失衡狀況進一步加劇

針對礦山開采產生的一系列環境問題，國內外科研人員已開展了不少研究工作。在國外，西班牙的M.M.Jorda′n S等[24]利用尾礦廢棄物和經處理后的生活污泥對石灰石采石場進行生態修復研究工作，并對此項工作進行環境風險評估和討論。印度的A.N.SINGH等[25]利用印度熱帶干旱地區的植物對煤礦廢棄地進行生態修復實驗，結果表明，所選的17種植物都能在廢棄地中生長，生態恢復效果良好。在國內，趙方瑩等[26]對北京鐵礦開采形成的廢棄地進行地形地貌、植被和土壤調查，并對廢棄地的植被、土壤理化性質及植被恢復生態效應進行分析，研究了適宜土壤改良和鄉土植物品種選配技術。羅仙平等[14]對金屬礦產資源開發后的礦山廢棄地的特征和危害進行了分析，并對植物修復重金屬污染土壤存在的問題及其解決方法進行了探討。針對離子型稀土礦區生態修復的研究工作雖然有一些，但是都不夠深入，僅僅是在宏觀層面上進行研究，對生態修復過程中涉及土壤、植物以及微生物在分子水平上的機理研究相對較少或研究不夠透徹，導致對離子型稀土礦區的生態修復停留在表層，有些甚至只是簡單地種植某些樹種和草，一段時間后，這些樹木和草就枯死以致最終生態修復失敗，難以達到良好而穩定的修復效果。而對南方離子型礦區的生態修復研究滯后或治理經驗不成熟會使得整個南方廢棄稀土礦區生態失衡狀況進一步發展，未能得到有效遏制，也無法進行邊開采邊治理得到有效實施。因此，國內相關的科研機構和高等院校應勇擔責任，針對南方離子型稀土礦區的特點，對礦區生態修復過程中涉及的機理進行進一步細致研究，以期為實踐提供理論支撐。以江西理工大學、贛州稀土集團有限公司和贛州有色冶金所為依托單位組建的“國家離子型稀土資源高效開發利用工程技術研究中心”將整合離子型稀土優秀科技資源，并對離子型稀土礦區生態修復提供科技支撐和服務。

3 結語

本文對南方稀土礦區生態失衡狀況進行了系統闡述，并分析了成因。南方稀土礦區生態失衡狀況可簡單歸納如下幾點：①礦區大面積植被破壞嚴重。②水土流失嚴重，導致滑坡和泥石流危險。③重金屬污染不容忽視。④水體污染可導致嚴重后果。⑤土壤污染限制下游地區人民農田耕作。⑥氟污染易導致不可估量的損害。

而南方稀土礦區生態失衡的主要成因如下幾點：①稀土提取工藝存在的不足，是導致生態破壞嚴重最重要的原因。②稀土礦自身的特征、品位和資源利用率低，也是礦區生態破壞的原因之一。③相關部門監管不力、資源未完全整合，也在一定程度上使稀土礦區生態失衡。④針對離子型稀土礦區生態恢復的研究滯后，使得礦區的生態失衡狀況進一步加劇。

面對我國南方稀土礦區生態嚴重失衡的現狀，筆者有如下幾點建議：①改善現有稀土提取工藝，積極開發稀土提取新工藝，淘汰池浸工藝，對符合原地浸取工藝地質要求的稀土礦區，提倡采用原地浸取工藝，其他則使用堆浸工藝，以減少對礦區生態環境的破壞。②加快南方稀土整合步伐，盡快形成稀土行業龍頭，嚴格限制稀土開采準入，降低無序開采對資源和環境造成的不可估量的損害；③整合稀土相關科技資源，加大對稀土廢棄地生態修復研究的科技投入，形成一批稀土廢棄地生態修復示范性工程，并將成果和經驗推廣整個南方稀土廢棄地礦區，從而有效改善南方稀土廢棄地生態環境現狀。總之，要扭轉我國南方稀土礦區生態失衡的現狀，需要國家、地方政府和稀土相關科研機構、高校及稀土企業的精誠合作，以期稀土產業能夠健康有序、可持續發展。

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