矿产资源是人类文明必需的物质基础, 然而矿产的开发常常给生态环境和身体健康带来多种不利影响, 如环境影响、水土流失。事实证明, 一些国家和地区的环境污染状况与该国家和地区的矿产资源消耗相一致。所以开发矿产资源所面临的环境问题引起各国的重视, 一方面要合理开发, 另一方面要保护矿山环境, 防止污染。

离子型稀土原地浸矿工艺是用溶浸剂, 从天然埋藏条件下的非均质矿体中有选择地浸出其中有用成分的采矿方法。与池浸工艺相比, 不但稀土回收率较高, 而且基本不破坏山林、农田与地藐。在减少环境污染方面有明显的优势。

赣州有色冶金研究所于1993年8月~11月和1994年9月~1995年1月, 先后在龙南、寻乌两个矿山开展了万吨级的原地浸矿现场试验, 由于两稀土矿均于70年代起即使用池浸工艺开采, 故此次原地浸矿新工艺试验矿块所处的环境, 实际上系已污染的环境。通过对原地浸矿新工艺实施前后环境状况的比较以及池浸工艺环境现状的比较, 对原地浸矿新工艺的环境影响进行研究, 考虑到新旧工艺均无有毒有害气体产生, 故未作大气环境影响调查。

1   原地浸矿新工艺试验流程

原地浸矿新工艺是由地质勘探探明矿藏储量, 经科学计算, 划分矿块, 开掘若干渗井, 注入硫酸铵溶液浸矿, 使稀土转入溶液, 再由顶水将稀土顶出, 稀土母液泵送下一道工序, 沉淀回收稀土后, 连同REO小于0.1g/L的浸出液, 调整硫酸铵浓度返回浸矿。

2   水与土壤环境质量研究方法

水与土壤环境质量状况的监测数据, 按环境质量指数法进行处理, 以评价环境质量。监测的分析方法按《环境监测分析方法》实施。

质量指数按下式计算:

(1) 分指数

P_i—某污染物的分指数;

C_i—某污染物的实测数;

S_i—某污染物的评价标准。

(2) 综合质量指数

P—某要素的综合质量指数;

n—参加评价的污染物(评价参数)的项目数。

水质的评价标准, 选取《地面环境质量标准(Ⅴ)类》(GB3838 -88)。

鉴于国内外目前还没有比较系统和完整的土壤环境质量标准, 参照文献[1]所列“中国土壤元素背景值”, 取而代之95%置信度范围的上限为此次评价土壤环境质量的标准值。

3   水环境质量监测

分别对龙南、寻乌两试验矿块周围地表水、河水、地下渗水以及池浸工艺尾矿坝外排水等进行水环境监测, 监测项目除常规项目外, 还加测NH₄⁺或Na以及稀土共15项, 结果见表 1、表 2。

表  1  龙南矿区水质监测结果  mg/L

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表  2  寻乌矿区水质监测结果 mg/L

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表 1数据显示, 试验前的地表水除Hg及北面COD的质量指数略大于1外, 其他项目均符合地面水环境质量标准(Ⅴ)类的要求。试验后的样品中Hg及COD的质量指数均小于1, 稀土和氟离子浓度亦有下降, 铵离子浓度没有显著变化, 综合质量指数还有所下降。参照有关资料, 见文献[2], 从综合指数数据判定, 其水质属尚清洁的无污染水, 说明原地浸矿新工艺不影响地表水的环境质量。

表 2数据显示:试验前后的河水、地下水及试验过程中矿块周围的地表水的水质均符合地面水环境质量标准的要求, 从综合质量指数数据判定, 其水质属清洁或尚清洁的无污染水。而池浸工艺的拦沙坝外排水, 在有标准对照的13个项目中, 就有5项超标, 其中悬浮物的分指数竟高达118.4。参照有关资料, 综合质量指数大于2为严重污染, 而其综合质量指数为10.04, 可见水质污染已相当严重。

4   土壤环境质量监测

池浸工艺对土壤环境质量的破坏, 主要表现在两个方面:①其露采工艺, 通过砍伐植被, 剥离表土, 挖掘含矿风化层等程序, 从根本上改变了矿区的地形、地貌、植被及植物赖以生长的表土。据调查, 每生产1t混合氧化稀土, 采掘开挖破坏植被0.017~0.020hm²。②提取稀土后的大量尾矿及废弃土堆积于地表, 直接占用或破坏土地与农田。每生产1t混合氧化稀土产生废弃土及尾矿1 500~2 400t, 以平均堆积厚度8m计, 堆积占地0.020~0.033hm²。

原地浸矿新工艺需开挖的工程仅注液井、集液沟、工作平台3项。实际测算, 寻乌试验矿块工程侵占土地0.038hm², 平均每吨氧化稀土需开挖及占用0.0035hm², 龙南试验矿块未挖工作平台, 平均每吨氧化稀土仅需0.001hm²。为了考查新工艺实施对土壤的影响情况, 于新工艺实施前后分别采集矿块周围稻田土壤进行测定, 以评价土壤环境质量, 测定结果见表 3、4。

表  3  龙南矿区稻田土壤监测结果  mg/kg

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表  4  龙南试验矿块试验后土壤监测结果 mg/kg

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5   固体废弃物环境影响调查

固体废弃物又指水土流失, 池浸工艺引起的水土流失对环境的污染十分严重。一方面固体废弃物淹埋或毁坏农田, 或泄入江河使河水泥沙量剧增, 水体严重污染; 另一方面松散的尾矿堆在暴雨的袭击下, 常发生滑坡及泥石流事故。

原地浸矿新工艺无尾矿排出, 固体废弃物主要是挖掘注液井、集液沟和工作平台的废弃土。经测算, 两试验矿块平均生产1t氧化稀土的废弃土为110m³左右, 约为池浸工艺的5%。而在开采完毕后, 可用原固体废弃物填埋注液井并植树。

6   原地浸矿新工艺环境经济效益分析原地

浸矿新工艺环境经济效益等于原池浸工艺所付出的环境代价, 减去原地浸矿新工艺所付出的环境代价之差。

6.1   池浸工艺的环境代价

(1) 植被破坏补偿费, 以生产1t氧化稀土采掘开挖破坏植被0.017~0.020hm²计算, 又经有关部门测算, 植被补偿费需3 750元/hm²(包括林木种苗费、打穴种植费、草种费、草种直播费、抚育管理费等), 每吨稀土产品应收补偿费63~75元。

(2) 拦沙坝设施投资及运转管理费用, 经有关部门测算每吨稀土需花费约2 400元。

(3) 采空区及尾沙堆场复垦费, 据调查每生产1t混合氧化稀土产生废弃土及尾矿1 500~2 400t, 以平均堆积厚度8m计, 堆积占地0.020~0.033hm², 包括开挖面积等破坏植被及侵占土地0.037~0.053hm², 经有关部门测算每吨复垦费约1 900元。因此, 每吨氧化稀土产品应支付复垦费约1 045~1 520元。

6.2   原地浸矿新工艺的环境代价

以每吨氧化稀土破坏植被面积0.0035hm²计, 应支付植被破坏补偿费13元, 复垦费约99元。经上述计算, 池浸工艺的环境代价为每吨氧化稀土产品3 508~3 995元, 而原地浸矿新工艺为112元, 即原地浸矿新工艺每吨氧化稀土产品可创环境经济效益3 300~3 800元。

7   结论

(1) 通过对原地浸矿新工艺实施前后水质、土壤的监测得出:浸矿后地表水的质量指数和综合质量指数以及矿区外围土壤的综合质量指数均小于1, 且与浸矿前比较无显著差异, 据此可论定原地浸矿新工艺对水及土壤环境质量影响甚小。

(2) 原地浸矿新工艺浸矿过程封闭于矿块内进行, 基本上不破坏地形、地貌, 无尾矿外排, 其开挖及废弃土堆破坏植被面积仅为池浸工艺的6%~9%, 且较易恢复, 因而不存在池浸工艺所引起的水土流失及生态环境破坏等严重危害, 以生产1t氧化稀土计, 可创环境经济效益3 300~3 800元, 其环境效益、经济效益十分显著。为保护环境、保护资源, 应积极推广原地浸矿新工艺。