離子吸附型稀土礦區土壤環境問題及修復建議

馮慧敏，李海渤

（韶關學院英東農業科學與工程學院，廣東 韶關 512005）

稀土（Rare Earth，RE）指鑭系元素的15種元素以及與鑭系相關的鈧和釔，其中，鑭、鈰、鐠、釹、钷為輕稀土，其他為中重稀土。稀土素有“工業維生素”之稱，廣泛應用于冶金機械、電子信息、能源交通、國防軍工等領域。我國稀土儲量占世界的23%，在分布上呈“北輕南重”趨勢[1]：輕稀土以包頭白云鄂博鐵稀土礦為代表，而廣泛分布于我國湖南、江西、福建、廣東等省的離子吸附型稀土礦富含中、重稀土，其儲量占世界80%[2]。

我國離子吸附型稀土礦開采始于20世紀70年代，經歷了池浸、堆浸、原地浸礦3種工藝，在開采過程中，均造成一定的環境污染。池浸、堆浸的地表剝離面大，植被破壞嚴重，資源利用率只有30%～40%[3]；1995年后開始使用原地浸礦工藝，資源利用率可達70%[4]。由于歷史上采用池浸和堆浸工藝時間較長，造成大量的裸露廢棄地和尾砂淤積地；原地浸礦在很大程度上緩解了對生態環境的破壞，但稀土浸出液易滲漏，造成地下水污染，難于管控。

因此，無論是歷史開采的遺留礦山廢棄地環境問題還是現有原地浸礦工藝帶來的環境問題，都是有待解決的難題。本文通過總結離子吸附型稀土礦區土壤環境問題，分析適合該類礦區土壤修復技術，為我國南方離子吸附型稀土礦區土壤修復提供參考。

1 離子吸附型稀土礦區土壤環境問題

特殊的開采方式、浸礦劑的使用以及南方紅壤的酸、黏、瘦等特點[2]，造成了離子吸附型稀土礦區表土剝蝕、植被破壞、水土流失、土壤污染等諸多問題，嚴重影響周邊環境。

1.1 池浸、堆浸歷史遺留環境問題

池浸、堆浸工藝，不僅資源利用率低，對環境的破壞也很大，每生產1t稀土，可破壞地表植被160～200m2，剝離表土300m3，形成尾砂1000～1600m3，產生浸礦廢液1000～1200m3[4]。池浸工藝高濃度氯化鈉浸礦劑的使用，可造成土壤和地下水污染，甚至使土地鹽堿化[5]。池浸、堆浸過程中，硫酸銨參與完反應后，仍以銨根、硫酸根離子形式大量存在于反應池中，可通過滲濾作用進入地下水、河流[6]。

1.2 原地浸礦工藝開采稀土礦引發的環境問題

原地浸礦工藝不剝離表土、不開挖礦體，直接通過注液孔將浸礦液注入礦體，從集液溝收集稀土母液，該工藝浸礦后3～5年內地表植被基本自然恢復如初[3]。有學者認為，該工藝基本不破壞農田，無尾砂產生，其破壞植被面積為池浸的6%～9%，不易造成水土流失、生態破壞等嚴重危害。但實際上該工藝仍會破壞山體植被、污染水體，并可引發和加劇地質災害的發生[8]。

1.2.1 植被破壞及山體滑坡

原地浸礦開挖注液井、集液溝和人工踩踏會破壞約1/3植被[5]；另外，浸礦液硫酸銨濃度為3%，浸礦開采150～400天，可造成部分地表植被枯死，破壞植被[7]。

原地浸礦過程中，每年均有滑坡事故發生，其注液工藝、礦體的賦存條件、降雨等都可能導致滑坡，如贛州龍南地區2006年共有滑坡401個[8]。

1.2.2 水質及土壤污染

（1）水體及土壤酸化、氨氮超標

土壤硫酸鹽和氨氮超標是原地浸礦的主要環境問題。由于浸礦液直接注入山體，集液方式原始，泄漏現象時有發生，造成土壤中殘留部分硫酸銨；原地浸礦需使用過量的硫酸銨（高于池浸、堆浸的用量），每開采1t稀土氧化物（REO），需注入7～8t硫酸銨溶液，導致礦體中殘留的硫酸銨較高，致使礦山整體酸化、深層氨氮富集，礦區地表水酸化，土壤酸化；產生的廢水氨氮嚴重超標，高達3500～4000mg/L，超過作物生長適宜含量的4～6倍。某原地浸礦注液開采1500天后，礦體下游地下水氨氮濃度從注液前的0.16mg/L增至66.2mg/L；如若發生滑坡，注液井、集液溝、地表工程遭到損壞，則大量浸礦劑外流，加劇污染水體[5、6、9～10]。

（2）稀土和重金屬污染

浸礦后，殘留在土體中的硫酸銨溶液會隨水遷移，并將含礦風化帶中殘留的稀土帶入下游水體，污染水質。集液溝內稀土母液的滲漏液收集不完全，造成稀土元素的流失，也污染了水體及土壤。

離子型稀土礦浸出液含有Cd2+、Pb2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+等重金屬離子，在雨水淋溶作用下，可將稀土和重金屬離子帶入下游水體，若集液溝防滲不當，含重金屬和稀土的廢液可能污染地下水和土壤，此外，南方土壤多呈酸性，低pH值會加劇重金屬的溶出和毒性，銨根離子與稀土離子交換吸附的同時會將礦土中重金屬活化，流入水體，污染水和土壤[6、11～13]。

1.2.3 尾礦砂的產生

原地浸礦工藝每生產1t稀土產品產出的尾礦比池浸工藝約少220t，坡溝谷底仍會淤積大量泥沙[14]。截至2011年，贛州市稀土尾礦砂累計存量1.9×109t，毀壞地表面積累計116km2，尚未治理礦區面積101km2。尾砂地殘留的硫酸銨易隨水土流失進入水體，造成氨氮和硫酸根污染，此外，稀土礦區土壤中稀土含量較高[15]。

1.3 礦山廢棄地大量留存

礦山開采后遺留了大量的礦山廢棄地。就贛州市而言，稀土開采污染遍布贛州市18個縣（市、區），涉及廢棄稀土礦山302個，遺留尾礦1.91億t[16]。

2 土壤污染修復技術

2.1 礦山土壤主要修復技術

目前國內礦山污染土壤修復技術主要有[17]：1）物理工程修復：采用客土、換土、淋洗法等，物理工程措施適應性廣、處理效果較為顯著，但投資大，僅適用于小面積的重污染土壤修復；2）化學修復：加入土壤改良劑，改變重金屬在土壤中的存在狀態，降低其生物有效性和遷移性。該法易于實施，但改良劑會與污染土壤中物質發生反應，造成二次污染的風險；3）植物修復：通過植物及其根際微生物的吸附、降解、固化等作用，對污染土壤進行修復，具有成本低、無二次污染等優點[18]。植物修復有植物提取、植物揮發和植物穩定三種類型，其中，植物提取是最徹底、最有發展潛力的，該技術通過超累積植物超量吸收重金屬，并將其轉移到地上部，收獲植物、回收重金屬。目前發現的超積累植物主要有[19～22]：Pb超積累植物東南景天；Cd超積累植物：東南景天、龍葵等；As超級累植物：蜈蚣草、大井口邊草；Zn超積累植物：雙穗雀稗、東南景天、寶山堇菜、土荊芥、香根草等，以及Mn超積累植物商陸，此外百喜草可富集Cu；4）聯合修復技術：一般來說，采用物理或化學與植物的聯合修復技術比單一的修復技術具有更好的效果。

2.2 離子吸附型稀土礦區土壤主要修復技術

目前國內的離子吸附型稀土礦歷史遺留廢棄地的修復，主要采取工程措施與植物措施相結合的方式，包括排水工程、整地工程、植被恢復工程和護坡工程，栽植喬、灌、草等植被。原地浸礦工藝在施工期要做好排水工程、植被恢復工程，在采礦后要進行整地工程（回填、平整）和植物修復，也可同時結合物理、化學措施聯合修復[18、23]：1）工程措施：建立擋土墻、攔渣壩、修建梯田等，采用客土、覆土法修復小面積土壤；2）物理改良：加入固化劑（工業礦物、石灰、粉煤灰、水泥等）改變土壤理化性質及稀土元素的遷移和生物有效性；3）化學改良：加入化學改良劑（石灰、磷石灰、羥基磷石灰等），也可加入重金屬螯合劑、表面活性劑等提高修復效果，成本相對較低，可以大面積推廣；4）植物修復：植被修復是礦區生態恢復的主要內容和目標。通過利用植物吸收、富集、固定、降解土壤和水體中的污染物并減少或避免水土流失，同時增加植被覆蓋率。另外，為保持水土、防滲等，礦區一般采取一定的工程措施，如：礦區下游修建環保壩、攔截含氨氮廢水等。

植物修復的技術關鍵是選擇適應當地環境、有較強耐受性的植物（如胡枝子、紫穗槐、刺槐、狗牙根、紫花苜蓿、油桐、香根草、馬塘草、蟣子草等），耐旱、耐貧瘠、根系生長迅速、易于在礦山廢棄地存活的植物，可有效防止水土流失，如根系發達的金色狗尾草、馬塘草等[18、24]；同時選擇能固定或富集重金屬超積累植物（東南景天、印度芥菜、龍葵、蜈蚣草、大井口邊草、雙穗雀稗、寶山堇菜、土荊芥、香根草、商陸、百喜草、海洲香薷、鴨跖草、圓錐南芥等[25]）和稀土元素的超積累植物（柔毛山核桃、山核桃、烏毛蕨芒萁、白算盤子、美洲商陸等[11]）；另外，為改良土壤可選擇綠肥作物[21]。

禾本科和豆科植物是金屬礦區的首選修復植物，如狗牙根、百喜草、香根草、馬塘草。百喜草、香根草等對酸性條件、重金屬脅迫有強耐受性，香根草在廣東省樂昌市某鉛鋅尾礦植被修復中應用成功，其根系可達3～4m，可保持水土、防止滑坡；豆科植物是天然土壤改良劑，也是優質的生物肥源，如：胡枝子和金合歡、山毛豆、木豆、紫花苜蓿等，沙打旺、胡枝子和苜蓿等在國內外礦業廢棄地修復中廣為應用[18、22、25]。

柳樹也可用于修復土壤重金屬污染[2]；稀土尾砂含部分微量元素，在黏土含量高的池浸、堆浸區，通過土地平整、穩定化處理后，可種植臍橙、油茶等[16]。原地浸礦結束后，可回填注液井、采用一孔一株的方法種植林木，如杉木、濕地松，防止水土流失、山體滑坡[16、27]；稀土礦區土壤銨根離子豐富，適合桉樹生長，其生長周期短、成活率高達90%以上，同時種植桉樹還有一定經濟效益（造紙）[28]。

3 離子吸附型稀土礦區土壤污染修復對策與建議

由于離子吸附型稀土礦區除土壤污染問題外，還存在著水土流失、山體滑坡、植被破壞等問題，其土壤修復首先考慮恢復植被、保持水土、防止滑坡，然后才能有效治理土壤污染，進一步提高土壤肥力、恢復生產。

我國南方地區雨熱資源豐富，植物修復技術可行、有效。因此，建議離子吸附型稀土礦區土壤修復以植物修復為主、工程措施為輔，在開采期做好防滲、排水工程，建立攔截壩；浸礦后，做好整地工程、回填山體、平整土地、修建梯田等。

宜選擇適應稀土礦區環境的植物，分散喬、灌、草，林木可利用原地浸礦后的注液井，采用一孔一株的方法種植。1）保持水土：推薦種植杉木、濕地松、桉樹、刺槐、紫穗槐、油桐、狗牙根、香根草、馬塘草、金色狗尾草、蟣子草等；桉樹吸收土壤養分及水分過快，可與其他植物爭奪養分，不建議長期種植；2）土壤污染修復：可種植柳樹、山核桃、東南景天、香根草、龍葵、百喜草、商陸等；3）培肥土壤：可種植紫花苜蓿、胡枝子等豆科作物；4）土壤環境質量達標后，可種植臍橙、油茶等經濟林。

礦區周邊農田土壤污染則需考慮采取植物修復法與化學法聯合修復，輔以工程措施，也可結合農藝措施：通過修建梯田、分散種植喬、灌木保持水土，種植超積累植物清除土壤污染、種植綠肥作物提高土壤肥力，可配施有機肥提高土壤肥力、增強土壤螯合重金屬的能力，增施石灰等調節土壤pH值，降低重金屬的有效性等。

4 結語

南方離子吸附型稀土礦因地理分布、開采方式，導致其產生特殊的環境問題，也決定了其土壤修復技術與其他礦區有所不同。在原地浸礦開采之初應構建好工程措施，做好防滲設施、排水工程，加強監管，防止山體滑坡的發生；在開采后，應開展整地工程，盡快種植林草保持水土、提高地力，緩解土壤污染，對于礦區周邊的農田則應在植物修復的基礎上，配合農藝措施、化學法等進行修復，以保證農產品產地的安全。